Brezvodne lastnosti, kako so oblikovane, nomenklatura, aplikacije

The anhidridi to so kemične spojine, ki izvirajo iz združitve dveh molekul z sproščanjem vode. Tako se lahko obravnava kot dehidracija začetnih snovi; čeprav ni ravno res.

V organski in anorganski kemiji se omenjajo le-te, v obeh vejah pa se njihovo razumevanje precej razlikuje. Na primer, v anorganski kemiji se osnovni in kisli oksidi obravnavajo kot anhidridi njihovih hidroksidov oziroma kislin, ker prvi reagirajo z vodo, da tvorijo slednje..

Tu lahko pride do zmede med izrazoma „brezvodni“ in „anhidrid“. Na splošno se brezvodni nanašajo na spojino, ki je bila dehidrirana brez sprememb v svoji kemijski naravi (brez reakcije); ker z anhidridom obstaja kemijska sprememba, ki se odraža v molekulski strukturi.

Če se hidroksidi in kisline primerjajo z njihovimi ustreznimi oksidi (ali anhidridi), se ugotovi, da je prišlo do reakcije. Nasprotno pa so lahko nekateri oksidi ali soli hidrirani, izgubijo vodo in ostajajo iste spojine; vendar brez vode, to je brezvodnega.

Po drugi strani pa v organski kemiji pomeni anhidrid začetno definicijo. Na primer, eden izmed najbolj znanih anhidridov je derivat karboksilnih kislin (zgornja slika). Sestavljeni so iz združitve dveh acilnih skupin (-RCO) s kisikovim atomom.

V svoji splošni strukturi je označen R₁ za acilno skupino in R₂ za drugo acilno skupino. Ker R₁ in R₂ različni so, prihajajo iz različnih karboksilnih kislin in potem je anhidrid asimetrične kisline. Kadar sta oba R substituenta (ne glede na to, ali sta aromatična) enaka, govorimo v tem primeru za simetrični kislinski anhidrid..

V času povezovanja dveh karboksilnih kislin, da tvorita anhidrid, se lahko ali ne sme tvoriti voda, pa tudi druge spojine. Vse bo odvisno od strukture omenjenih kislin.

Indeks

• 1 Lastnosti anhidridov
  • 1.1 Kemične reakcije
• 2 Kako nastanejo anhidridi?
  • 2.1 Ciklični anhidridi
• 3 Nomenklatura
• 4 Aplikacije
  • 4.1 Organski anhidridi
• 5 Primeri
  • 5.1 Anhidrid jantarne kisline
  • 5.2 Glutarni anhidrid
• 6 Reference

Lastnosti anhidridov

Lastnosti anhidridov bodo odvisne od tega, na kaj se nanašate. Skoraj vsi imajo skupnega, da reagirajo z vodo. Za tako imenovane bazične anhidride v anorganskih, pravzaprav večina od njih je celo netopnih v vodi (MgO), zato se bo ta izjava osredotočila na anhidride karboksilnih kislin..

Tališča in vrelišča padajo na molekulsko strukturo in intermolekularne interakcije za (RCO).₂Ali pa je to splošna kemijska formula teh organskih spojin.

Če je molekulska masa (RCO)₂Ali je nizka, verjetno je brezbarvna tekočina pri sobni temperaturi in tlaku. Na primer, anhidrid ocetne kisline (ali etanični anhidrid), (CH₃CO)₂Ali pa je tekoča in tista z večjim industrijskim pomenom, saj je zelo obsežna.

Reakcija med anhidridom ocetne kisline in vodo je predstavljena z naslednjo kemijsko enačbo:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Upoštevajte, da se pri dodajanju molekule vode sproščata dve molekuli ocetne kisline. Reverzna reakcija pa se ne more pojaviti pri ocetni kislini:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (to se ne zgodi)

Treba je uporabiti drugo sintetično pot. Dikarboksilne kisline pa lahko to storijo z ogrevanjem; vendar bo to pojasnjeno v naslednjem razdelku.

Kemične reakcije

Hidroliza

Ena od najpreprostejših reakcij anhidridov je njihova hidroliza, ki je bila pravkar dokazana za anhidrid ocetne kisline. Poleg tega primera imamo tudi anhidrid žveplove kisline:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SO₄

Tukaj imate anhidrid anorganske kisline. Upoštevajte, da za H₂S₂O₇ (imenovana tudi disulfurna kislina), je reakcija sama po sebi reverzibilna in ogreva H₂SO₄ Koncentrat povzroči nastanek anhidrida. Če je po drugi strani razredčena raztopina H₂SO₄, SO se sprosti₃, žveplov anhidrid.

Esterifikacija

Anhidridi kisline reagirajo z alkoholi, s piridinom v mediju, da dobimo ester in karboksilno kislino. Upošteva se na primer reakcija med ocetnim anhidridom in etanolom:

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

Tako tvorimo etil ester etanoat, CH₃CO₂CH₂CH₃, in etanojska kislina (ocetna kislina).

Praktično, kaj se zgodi, je zamenjava vodika hidroksilne skupine z acilno skupino:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

V primeru (CH₃CO)₂Ali je vaša acilna skupina -COCH₃. Zato je rečeno, da OH skupina trpi acilacijo. Vendar acilacija in esterifikacija nista medsebojno zamenljivi; Acilacija se lahko pojavi neposredno v aromatskem obroču, znanem kot Friedel-Craftsova acilacija.

Tako so alkoholi v prisotnosti anhidridov kislin esterificirani z acilacijo.

Po drugi strani reagira le ena od obeh acilnih skupin z alkoholom, druga pa ostane z vodikom, ki tvori karboksilno kislino; za primer (CH₃CO)₂Ali, to je etanojska kislina.

Posredovanje

Anhidridi kisline reagirajo z amoniakom ali z amini (primarnimi in sekundarnimi), da dobijo amide. Reakcija je zelo podobna pravkar opisani esterifikaciji, vendar je ROH nadomeščen z aminom; na primer sekundarni amin, R₂NH.

Spet je reakcija med (CH₃CO)₂O in dietilamin, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONEt₂ + CH₃COO^-+NH₂Et₂

Tvorijo se dietil acetamid, CH₃CONEt₂, in karboksilno amonijevo sol, CH₃COO^-+NH₂Et₂.

Čeprav se zdi, da je enačba težko razumljiva, je dovolj, da opazimo, kako skupina -COCH₃ nadomestite H z Et₂NH, da se tvori amid:

Et₂NH => Et₂NCOCH₃

Več kot amidacija je reakcija še vedno acilacija. Vse je povzeto v tej besedi; tokrat amin trpi za acilacijo in ne za alkohol.

Kako nastanejo anhidridi?

Anorganski anhidridi nastanejo z reagiranjem elementa s kisikom. Torej, če je element kovinski, se tvori osnovni kovinski oksid ali anhidrid; in če je nekovinski, se tvori nekovinski oksid ali kislinski anhidrid.

Pri organskih anhidridih je reakcija drugačna. Dve karboksilne kisline se ne morejo neposredno vezati na sproščanje vode in tvoriti anhidrid kisline; potrebno je sodelovanje spojine, ki še ni bila omenjena: acil klorid, RCOCl.

Karboksilna kislina reagira z acil kloridom, pri čemer nastane ustrezni anhidrid in klorovodik:

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

CH₃ prihaja iz acetilne skupine, CH₃CO-, drugi pa je že prisoten v ocetni kislini. Izbira specifičnega acil klorida kot tudi karboksilne kisline lahko povzroči sintezo simetričnega ali asimetričnega anhidrida kisline.

Ciklični anhidridi

Za razliko od drugih karboksilnih kislin, ki zahtevajo acil klorid, lahko dikarboksilne kisline kondenzirajo v svojem ustreznem anhidridu. Za to jih je potrebno ogrevati, da pospešimo sproščanje H₂Na primer, prikazano je oblikovanje ftaličnega anhidrida iz ftalne kisline.

Opazite, kako je končan peterokotni obroč, del kisika, ki veže obe skupini C = O; To je ciklični anhidrid. Vidimo lahko tudi, da je ftalni anhidrid simetrični anhidrid, saj oba R₁ kot R₂ Enaki so: aromatski obroč.

Vse dikarboksilne kisline niso sposobne tvoriti svojega anhidrida, ker so, kadar so njihove skupine COOH zelo ločene, prisiljene dokončati večje in večje obroče. Največji obroč, ki se lahko oblikuje, je šesterokotni, večji, kot da reakcija ne poteka.

Nomenklatura

Kako se imenujejo anhidridi? Če odložimo anorganske snovi, ki se nanašajo na okside, so imena do sedaj pojasnjenih organskih anhidridov odvisna od identitete R₁ in R₂; to je njenih acilnih skupin.

Če sta oba R enaka, zadostuje, da se beseda "kislina" nadomesti z "anhidrid" v ustreznem imenu karboksilne kisline. Če pa sta nasprotno dva R različna, sta po abecednem redu. Zato, da bi vedeli, kaj naj rečemo, je treba najprej ugotoviti, ali gre za simetrični ali asimetrični anhidrid kisline.

(CH₃CO)₂Ali je simetrična, saj je R₁= R₂ = CH₃. Derivat ocetne ali etanojske kisline, zato je njegovo ime po prejšnji razlagi: anhidrid ocetne kisline ali etanojska kislina. Enako velja za ravno omenjeni ftalni anhidrid.

Recimo, da imate naslednji anhidrid:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Acetilna skupina na levi prihaja iz ocetne kisline, tista na desni pa iz heptanske kisline. Za imenovanje tega anhidrida morate poimenovati skupine R po abecednem vrstnem redu. Ime je torej: heptanojski ocetni anhidrid.

Aplikacije

Anorganski anhidridi imajo neskončno število aplikacij, od sinteze in formulacije materialov, keramike, katalizatorjev, cementov, elektrod, gnojil itd., Do prevleke zemeljske skorje s tisoči mineralov železa in aluminija ter dioksida. ogljika, ki ga izdihujejo živi organizmi.

Predstavljajo vir odhoda, točko, kjer izhajajo številne spojine, uporabljene v anorganski sintezi. Eden najpomembnejših anhidridov je ogljikov dioksid, CO₂. To je skupaj z vodo bistveno za fotosintezo. In na industrijski ravni, SO₃ je bistvenega pomena, ker je tožena stranka dobila žveplovo kislino.

Morda je anhidrid z več aplikacijami in ima (dokler je življenje) eno od fosforne kisline: adenozin trifosfat, bolj znan kot ATP, prisoten v DNK in "energetska valuta" metabolizma..

Organski anhidridi

Anhidridi kisline reagirajo z acilacijo, bodisi na alkohol, ki tvori ester, na amin, pri čemer nastane amid, ali aromatski obroč..

Vsaka od teh spojin ima na milijone in na stotine tisoč možnosti karboksilne kisline za pripravo anhidrida; zato se sintetične možnosti drastično povečujejo.

Tako je ena izmed glavnih aplikacij vključitev acilne skupine v spojino, ki nadomesti enega od atomov ali skupin njegove strukture..

Vsak anhidrid ima svoje aplikacije, vendar na splošno vsi reagirajo na podoben način. Zaradi tega se te vrste spojin uporabljajo za modificiranje polimernih struktur, ustvarjanje novih polimerov; to so kopolimeri, smole, premazi itd..

Na primer, acetatni anhidrid se uporablja za acetiliranje vseh OH skupin celuloze (spodnja slika). S tem je vsak H od OH zamenjan z acetilno skupino, COCH₃.

Na ta način dobimo celulozni acetatni polimer. Enako reakcijo lahko skiciramo z drugimi polimernimi strukturami z NH skupinami₂, tudi dovzetni za acilacijo.

Te reakcije aciliranja so koristne tudi za sintezo zdravil, kot je aspirin (kislina acetilsalicilna).

Primeri

Nekateri drugi primeri organskih anhidridov so zaključeni. Čeprav jih ne bomo omenili, lahko kisikove atome nadomesti žveplo, ki daje žveplo, ali celo fosforni anhidridi.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: benzojski anhidrid. Skupina C₆H₅ predstavlja benzenov obroč. Njegova hidroliza proizvaja dve benzojski kislini.

-HCO (O) COH: mravljični anhidrid. Njegova hidroliza proizvaja dve mravljični kislini.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzojski propanoični anhidrid. Njegova hidroliza proizvaja benzojske in propanoične kisline.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁anhidrid cikloheksankarboksilne kisline. Za razliko od aromatskih obročev so ti nasičeni, brez dvojnih vezi.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: butanojski propanoični anhidrid.

Anhidrid jantarne kisline

Tukaj imamo še eno ciklično, izpeljano iz jantarne kisline, dikarboksilno kislino. Opazite, kako trije atomi kisika izdajo kemijsko naravo te vrste spojine.

Anhidrid maleinske kisline je zelo podoben anhidridu jantarne kisline, z razliko, da obstaja dvojna vez med ogljiki, ki tvorijo osnovo peterokotnika..

Glutarni anhidrid

In končno je prikazan anhidrid glutarske kisline. To se strukturno razlikuje od vseh drugih, tako da je sestavljeno iz šesterokotnega obroča. Tudi trije kisikovi atomi izstopajo v strukturi.

Drugi anhidridi, ki so bolj zapleteni, se lahko vedno pokažejo s tremi atomi kisika, ki so zelo blizu drug drugemu.

Reference

1. Uredniki enciklopedije Britannica. (2019). Anhidrid. Encryclopaedia Britannica. Vzpostavljeno iz: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. januar 2019). Definicija kislinskega anhidrida v kemiji. Vzpostavljeno iz: thoughtco.com
3. Kemija LibreTexts. (s.f.). Anhidridi. Vzpostavljeno iz: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini (10^th izdaja.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Organska kemija (Šesta izdaja). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
7. Morrison in Boyd. (1987). Organska kemija (Peta izdaja). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedija. (2019). Anhidrid organske kisline. Vzpostavljeno iz: en.wikipedia.org