Toevoeging van koolstofnucleofielen
Een grote verscheidenheid aan koolstofnucleofielen voegt toe aan aldehyden en dergelijke reacties zijn van primair belang in de synthetische organische chemie omdat het product een combinatie is van twee koolstofskeletten. Organische chemici hebben door ingenieus gebruik van deze reacties bijna elk koolstofskelet, hoe ingewikkeld ook, in elkaar kunnen zetten. Een van de oudste en belangrijkste is de toevoeging van Grignard-reagentia (RMgX, waarbij X een halogeenatoom is). De Franse chemicus Victor Grignard won de Nobelprijs voor scheikunde 1912 voor de ontdekking van deze reagentia en hun reacties.
Toevoeging van een Grignard-reagens aan een aldehyde gevolgd door aanzuren in waterig zuur geeft een alcohol. Toevoeging aan formaldehyde geeft een primaire alcohol. Toevoeging aan een ander aldehyde dan formaldehyde geeft een secundaire alcohol.
Een ander koolstofnucleofiel is het cyanide-ion, CN -, dat reageert met aldehyden en, na aanzuring, cyanohydrines oplevert die verbindingen bevatten met een OH- en CN-groep op hetzelfde koolstofatoom.
Benzaldehyde cyaanhydrine (mandelonitril) is een interessant voorbeeld van een chemisch afweermechanisme in de biologische wereld. Deze stof wordt gesynthetiseerd door duizendpoten (Apheloria corrugata) en opgeslagen in speciale klieren. Wanneer een duizendpoot wordt bedreigd, wordt het cyaanhydrine uit de opslagklier afgescheiden en ondergaat het een enzymgekatalyseerde dissociatie om waterstofcyanide (HCN) te produceren. De duizendpoot geeft vervolgens het HCN-gas af in de omgeving om roofdieren af te weren. De hoeveelheid HCN die wordt uitgezonden door een enkele duizendpoot is voldoende om een kleine muis te doden. Mandelonitril wordt ook aangetroffen in bittere amandelen en perzikputten. Zijn functie is onbekend.
Andere belangrijke reacties in deze categorie zijn de Knoevenagel-reactie, waarbij de koolstofnucleofiel een ester is met ten minste één a-waterstof. In aanwezigheid van een sterke base verliest de ester een α-waterstof om een negatief geladen koolstof te geven die vervolgens wordt toegevoegd aan de carbonylkoolstof van een aldehyde. Verzuring gevolgd door verlies van een watermolecuul geeft een α, β-onverzadigde ester.
Een andere additiereactie waarbij een koolstofnucleofiel betrokken is, is de Wittig-reactie, waarbij een aldehyde reageert met een fosforaan (ook wel fosfor ylide genoemd), waardoor een verbinding ontstaat die een koolstof-koolstof dubbele binding bevat. Het resultaat van een Wittig-reactie is de vervanging van de carbonylzuurstof van een aldehyde door de koolstofgroep gebonden aan fosfor. De Duitse chemicus Georg Wittig deelde in 1979 de Nobelprijs voor scheikunde voor het ontdekken van deze reactie en de ontwikkeling van het gebruik ervan in synthetische organische chemie.
Verbindingen die een trimethylsilylgroep (―SiMe 3, waarbij Me de methylgroep is, ―CH 3) en een lithium (Li) -atoom op hetzelfde koolstofatoom bevatten, reageren met aldehyden in de zogenaamde Peterson-reactie om dezelfde producten te geven die zouden worden verkregen door een overeenkomstige Wittig-reactie.
Verplaatsing bij de α-koolstof
α-halogenering
Een α-waterstof van een aldehyde kan worden vervangen door een chloor (Cl), broom (Br) of jodium (I) atoom wanneer de verbinding wordt behandeld met respectievelijk Cl 2, Br 2 of I 2, ofwel zonder katalysator of in aanwezigheid van een zure katalysator.
De reactie kan gemakkelijk worden gestopt nadat slechts één halogeenatoom is toegevoegd. α-halogenering vindt eigenlijk plaats op de enolvorm (zie hierboven Eigenschappen van aldehyden: tautomerisme) van het aldehyde in plaats van op het aldehyde zelf. Dezelfde reactie treedt op als er een base wordt toegevoegd, maar deze kan niet worden gestopt totdat alle a-halogenen die aan dezelfde koolstof zijn gehecht, zijn vervangen door halogeenatomen. Als er drie α-waterstofatomen op dezelfde koolstof zitten, gaat de reactie een stap verder, wat resulteert in de splitsing van een X 3 C - ion (waarbij X een halogeen is) en de vorming van het zout van een carbonzuur.
Deze reactie wordt de haloformreactie genoemd, omdat X 3 C - ionen reageren met water of een ander zuur dat in het systeem aanwezig is om verbindingen met de vorm X 3 CH te produceren, die haloforms worden genoemd (CHCl 3 wordt bijvoorbeeld chloroform genoemd).
