Bezvodé vlastnosti, spôsob ich tvorby, názvoslovie, aplikácie

anhydridy sú to chemické zlúčeniny, ktoré pochádzajú zo spojenia dvoch molekúl uvoľňovaním vody. Možno ho teda považovať za dehydratáciu východiskových látok; hoci to nie je úplne pravda.

V organickej a anorganickej chémii sa spomína a v obidvoch vetvách sa ich chápanie značne líši. Napríklad v anorganickej chémii sú bázické a kyslé oxidy považované za anhydridy ich hydroxidov a kyselín, pretože prvá z nich reaguje s vodou za vzniku týchto kyselín..

Tu môže vzniknúť zmätok medzi pojmami „bezvodý“ a „anhydrid“. Všeobecne bezvodý znamená zlúčeninu, ktorá bola dehydratovaná bez zmien chemickej povahy (žiadna reakcia); keďže s anhydridom dochádza k chemickej zmene, ktorá sa odráža v molekulovej štruktúre.

Ak sa hydroxidy a kyseliny porovnajú s ich zodpovedajúcimi oxidmi (alebo anhydridmi), bude pozorované, že nastala reakcia. Na rozdiel od toho niektoré oxidy alebo soli môžu byť hydratované, stratiť vodu a zostať rovnaké zlúčeniny; ale bez vody, to znamená bezvodého.

Na druhej strane v organickej chémii je anhydridom počiatočná definícia. Napríklad jedným z najznámejších anhydridov sú deriváty karboxylových kyselín (vrchný obrázok). Tie pozostávajú zo spojenia dvoch acylových skupín (-RCO) pomocou atómu kyslíka.

Vo svojej všeobecnej štruktúre sa uvádza R₁ pre acylovú skupinu a R₂ pre druhú acylovú skupinu. Pretože R₁ a R₂ sú rozdielne, pochádzajú z rôznych karboxylových kyselín a potom je to asymetrický anhydrid kyseliny. Keď sú obidva substituenty R (či už sú alebo nie sú aromatické) rovnaké, hovoríme v tomto prípade o symetrickom anhydride kyseliny.

V čase spojenia dvoch karboxylových kyselín za vzniku anhydridu sa môže alebo nemusí tvoriť voda, ako aj iné zlúčeniny. Všetko bude závisieť od štruktúry uvedených kyselín.

index

• 1 Vlastnosti anhydridov
  • 1.1 Chemické reakcie
• 2 Ako sa tvoria anhydridy?
  • 2.1 Cyklické anhydridy
• 3 Nomenklatúra
• 4 Aplikácie
  • 4.1 Anhydridy organických látok
• 5 Príklady
  • 5.1 Anhydrid kyseliny jantárovej
  • 5.2 Anhydrid kyseliny glutarovej
• 6 Referencie

Vlastnosti anhydridov

Vlastnosti anhydridov závisia od toho, na čo sa odvolávate. Takmer všetci majú spoločné, že reagujú s vodou. Avšak pre takzvané bázické anhydridy v anorganickom prostredí je v skutočnosti niekoľko z nich dokonca nerozpustných vo vode (MgO), preto sa toto tvrdenie zameriava na anhydridy karboxylových kyselín..

Teploty topenia a varu spadajú do molekulárnej štruktúry a intermolekulových interakcií (RCO).₂Alebo toto je všeobecný chemický vzorec týchto organických zlúčenín.

Ak molekulová hmotnosť (RCO) \ t₂Alebo je nízka, je to pravdepodobne bezfarebná kvapalina pri izbovej teplote a tlaku. Napríklad anhydrid kyseliny octovej (alebo anhydrid kyseliny etánovej), (CH₃CO)₂Alebo je to kvapalina a má väčší priemyselný význam a je veľmi rozsiahla.

Reakcia medzi acetanhydridom a vodou je reprezentovaná nasledujúcou chemickou rovnicou:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Všimnite si, že keď sa pridá molekula vody, uvoľňujú sa dve molekuly kyseliny octovej. Pre kyselinu octovú sa však nemôže vyskytnúť reverzná reakcia:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (nestane sa)

Je potrebné uchýliť sa k ďalšej syntetickej ceste. Dikarboxylové kyseliny na druhej strane môžu tak urobiť zahrievaním; ale bude to vysvetlené v nasledujúcej časti.

Chemické reakcie

hydrolýza

Jednou z najjednoduchších reakcií anhydridov je ich hydrolýza, ktorá bola práve ukázaná pre anhydrid kyseliny octovej. Okrem tohto príkladu máme anhydrid kyseliny sírovej:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

Tu máte anorganický anhydrid kyseliny. Všimnite si, že pre H₂S₂O₇ (tiež nazývaná kyselina sírová), samotná reakcia je reverzibilná, takže zahrievanie H₂SW₄ Koncentrát vedie k tvorbe jeho anhydridu. Na druhej strane, ak ide o zriedený roztok H₂SW₄, SO sa uvoľňuje₃, anhydrid kyseliny sírovej.

esterifikácie

Anhydridy kyselín reagujú s alkoholmi s pyridínom v médiu za vzniku esteru a karboxylovej kyseliny. Napríklad sa uvažuje reakcia medzi anhydridom kyseliny octovej a etanolom:

(CH₃CO)₂O + CH₃CH₂OH => CH₃CO₂CH₂CH₃            +   CH₃COOH

Tak vzniká etylester etanoát, CH₃CO₂CH₂CH₃, a kyselina etanoová (kyselina octová).

Prakticky, čo sa stane, je substitúcia vodíka hydroxylovej skupiny acylovou skupinou:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

V prípade (CH₃CO)₂Alebo vaša acylová skupina je -COCH₃. Preto sa uvádza, že skupina OH trpí acyláciou. Avšak acylácia a esterifikácia nie sú zameniteľné koncepty; Acylácia sa môže vyskytovať priamo v aromatickom kruhu, známom ako Friedel-Craftsova acylácia.

Alkoholy v prítomnosti anhydridov kyselín sú teda esterifikované acyláciou.

Na druhej strane, iba jedna z dvoch acylových skupín reaguje s alkoholom, druhá zostáva s vodíkom tvoriacim karboxylovú kyselinu; pre prípad (CH₃CO)₂Alebo je to kyselina etanoová.

amidizácie

Anhydridy kyselín reagujú s amoniakom alebo s amínmi (primárnymi a sekundárnymi) za vzniku amidov. Reakcia je veľmi podobná práve opísanej esterifikácii, ale ROH je nahradený amínom; napríklad sekundárny amín, R₂NH.

Reakcia medzi (CH₃CO)₂O a dietylamín, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CoNet₂ + CH₃COO^-+NH₂a₂

Vytvoria sa dietylacetamid, CH₃CoNet₂, a karboxylová amónna soľ, CH₃COO^-+NH₂a₂.

Aj keď sa rovnica môže zdať trochu ťažká na pochopenie, stačí pozorovať, ako skupina -COCH₃ substituovať H v Et₂NH za vzniku amidu:

a₂NH => Et₂NCOCH₃

Viac ako amidácia je reakcia stále acyláciou. Všetko je zhrnuté v tomto slove; tentoraz trpí amín acyláciou a nie alkoholom.

Ako sa tvoria anhydridy?

Anorganické anhydridy sa vytvárajú reakciou prvku s kyslíkom. Ak je teda prvok kovový, vytvorí sa bázický oxid alebo anhydrid kovu; a ak je nekovová, vytvára sa nekovový oxid alebo anhydrid kyseliny.

Pre organické anhydridy je reakcia odlišná. Dve karboxylové kyseliny sa nemôžu viazať priamo na uvoľňovanie vody a na vytvorenie anhydridu kyseliny; vyžaduje sa účasť zlúčeniny, ktorá ešte nebola uvedená, acylchlorid, RCOCl.

Karboxylová kyselina reaguje s acylchloridom za vzniku príslušného anhydridu a chlorovodíka:

R₁COCl + R₂COOH => R₁CO) O (COR₂) + HCI

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

CH₃ pochádza z acetylovej skupiny, CH₃CO- a druhá je už prítomná v kyseline octovej. Voľba špecifického acylchloridu, ako aj karboxylovej kyseliny, môže viesť k syntéze symetrického alebo asymetrického anhydridu kyseliny..

Cyklické anhydridy

Na rozdiel od iných karboxylových kyselín, ktoré vyžadujú acylchlorid, môžu byť dikarboxylové kyseliny kondenzované v ich zodpovedajúcom anhydride. Na to je potrebné ich zahrievať, aby sa podporilo uvoľňovanie H₂Napríklad je znázornená tvorba anhydridu kyseliny ftalovej z kyseliny ftalovej.

Všimnite si, ako je päťuholníkový kruh dokončený a kyslík, ktorý viaže obe skupiny C = O, je jeho súčasťou; Toto je cyklický anhydrid. Tiež je možné vidieť, že anhydrid kyseliny ftalovej je symetrický anhydrid, pretože obidva R₁ ako R₂ Sú identické: aromatický kruh.

Nie všetky dikarboxylové kyseliny sú schopné tvoriť ich anhydrid, pretože keď sú ich skupiny COOH široko oddelené, sú nútené dokončovať väčšie a väčšie kruhy. Najväčší kruh, ktorý môže byť vytvorený, je šesťuholníkový, väčší ako reakcia, ktorá sa neuskutočňuje.

názvoslovie

Ako sa pomenujú anhydridy? Bez ohľadu na anorganické látky, ktoré sa týkajú oxidov, názvy doteraz vysvetlených organických anhydridov závisia od identity R₁ a R₂; to znamená jeho acylových skupín.

Ak sú obidva R rovnaké, postačuje nahradiť slovo „kyselina“ za „anhydrid“ v príslušnom názve karboxylovej kyseliny. A ak sú naopak tieto dve Rs odlišné, sú pomenované v abecednom poradí. Preto, aby sme vedeli, čo sa má nazývať, je potrebné najprv zistiť, či ide o symetrický alebo asymetrický anhydrid kyseliny..

(CH₃CO)₂Alebo je symetrický, pretože R₁= R₂ = CH₃. Derivát kyseliny octovej alebo etanoovej, takže jeho názov je podľa predchádzajúceho vysvetlenia: anhydrid kyseliny octovej alebo etanoxid. To isté sa týka práve uvedeného anhydridu kyseliny ftalovej.

Predpokladajme, že máte nasledujúci anhydrid:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Acetylová skupina vľavo pochádza z kyseliny octovej a tá, ktorá sa nachádza vpravo, pochádza z kyseliny heptánovej. Ak chcete pomenovať tento anhydrid, musíte uviesť svoje skupiny R v abecednom poradí. Jeho názov je: anhydrid kyseliny heptánovej.

aplikácie

Anorganické anhydridy majú nekonečné množstvo aplikácií, od syntézy a formulácie materiálov, keramiky, katalyzátorov, cementov, elektród, hnojív, atď., Až po poťahovanie zemskej kôry tisíckami železných a hliníkových minerálov a oxidu uhličitého. živých organizmov.

Predstavujú zdroj odchodu, miesto, kde sa odvodzujú mnohé zlúčeniny používané v anorganickej syntéze. Jedným z najdôležitejších anhydridov je oxid uhličitý, CO₂. Spolu s vodou je nevyhnutný pre fotosyntézu. A na priemyselnej úrovni, SO₃ je to prvoradé, pretože obžalovaný z neho dostáva kyselinu sírovú.

Možno, že anhydrid s viac aplikácií a majú (tak dlho, ako je život) je jeden z kyseliny fosforečnej: adenozín trifosfát, lepšie známy ako ATP, prítomný v DNA a "energetická mena" metabolizmu.

Organické anhydridy

Anhydridy kyselín reagujú acyláciou buď na alkohol, za vzniku esteru, na amín, čím vzniká amid alebo aromatický kruh..

Existujú milióny každej z týchto zlúčenín a stovky tisíc možností karboxylovej kyseliny na prípravu anhydridu; preto syntetické možnosti drasticky rastú.

Jednou z hlavných aplikácií je teda začlenenie acylovej skupiny do zlúčeniny, ktorá nahradí jeden z atómov alebo skupín jej štruktúry..

Každý anhydrid má svoje vlastné aplikácie, ale všeobecne reagujú podobným spôsobom. Z tohto dôvodu sa tieto typy zlúčenín používajú na modifikáciu polymérnych štruktúr a vytváranie nových polymérov; to znamená kopolyméry, živice, povlaky atď..

Anhydrid kyseliny octovej sa napríklad používa na acetyláciu všetkých OH skupín celulózy (spodný obrázok). S týmto, každý H OH je nahradený acetylovou skupinou, COCH₃.

Týmto spôsobom sa získa polymér acetátu celulózy. Rovnaká reakcia môže byť načrtnutá s ďalšími polymérnymi štruktúrami s NH skupinami₂, tiež citlivé na acyláciu.

Tieto acylačné reakcie sú tiež užitočné na syntézu liečiv, ako je napríklad aspirín (kyselina acetylsalicylová).

Príklady

Ukazuje sa, že niektoré ďalšie príklady organických anhydridov sú dokončené. Hoci sa o nich nehovorí, môžu byť atómy kyslíka nahradené sírou, čím sa získa síra, alebo dokonca anhydridy fosforu.

-C₆H₅CO (0) COC₆H₅: anhydrid kyseliny benzoovej. Skupina C₆H₅ znamená benzénový kruh. Jej hydrolýza produkuje dve kyseliny benzoové.

-HCO (O) COH: anhydrid kyseliny mravčej. Jeho hydrolýza produkuje dve kyseliny mravčej.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: anhydrid kyseliny benzoovej. Jeho hydrolýza produkuje kyseliny benzoové a propánové.

-C₆H₁₁CO (0) COC₆H₁₁: anhydrid cyklohexánkarboxylovej kyseliny. Na rozdiel od aromatických kruhov sú tieto nasýtené, bez dvojitých väzieb.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: anhydrid kyseliny propánovej.

Anhydrid kyseliny jantárovej

Tu máme ďalší cyklický, odvodený od kyseliny jantárovej, dikarboxylovej kyseliny. Všimnite si, ako tri atómy kyslíka zradia chemickú povahu tohto typu zlúčeniny.

Anhydrid kyseliny maleínovej je veľmi podobný anhydridu kyseliny jantárovej, s tým rozdielom, že existuje dvojitá väzba medzi atómami uhlíka, ktoré tvoria základ pentagónu..

Anhydrid kyseliny glutarovej

Nakoniec je znázornený anhydrid kyseliny glutarovej. Štruktúrne sa odlišuje od všetkých ostatných tým, že sa skladá zo šesťuholníkového kruhu. V štruktúre opäť vystupujú tri atómy kyslíka.

Iné anhydridy, komplexnejšie, môžu byť vždy dokázané tromi atómami kyslíka, ktoré sú veľmi blízko pri sebe.

referencie

1. Redakcia Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydrid. Encryclopaedia Britannica. Zdroj: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. január 2019). Definícia kyseliny anhydrid v chémii. Zdroj: thinkco.com
3. Chémia LibreTexts. (N. D.). Anhydridy. Zdroj: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organická chémia. Amíny. (10^th vydania.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Organická chémia (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Učenie.
7. Morrison a Boyd. (1987). Organická chémia (Piate vydanie). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Anhydrid kyseliny organickej. Zdroj: en.wikipedia.org