Bezvodna svojstva, kako se formiraju, nomenklatura, primjene

anhidrida to su kemijski spojevi koji potječu iz ujedinjenja dvije molekule kroz oslobađanje vode. Prema tome, to se može promatrati kao dehidracija početnih tvari; iako to nije točno.

U organskoj i anorganskoj kemiji spominju se u njima, au oba grana njihovo razumijevanje se znatno razlikuje. Primjerice, u anorganskoj kemiji osnovni i kiseli oksidi se smatraju anhidridima njihovih hidroksida odnosno kiselina, budući da prvi reagiraju s vodom kako bi formirali potonje..

Ovdje se može pojaviti zbunjenost između izraza "bezvodni" i "anhidrid". Općenito, bezvodni se odnosi na spoj koji je dehidriran bez promjena u njegovoj kemijskoj prirodi (bez reakcije); dok s anhidridom postoji kemijska promjena koja se odražava u molekularnoj strukturi.

Ako se hidroksidi i kiseline usporede s njihovim odgovarajućim oksidima (ili anhidridima), uočit će se reakcija. Nasuprot tome, neki oksidi ili soli mogu biti hidrirani, izgubiti vodu i ostati isti spojevi; ali bez vode, tj. bezvodne.

U organskoj kemiji, s druge strane, ono što se podrazumijeva pod anhidridom je početna definicija. Na primjer, jedan od najpoznatijih anhidrida su derivati ​​karboksilnih kiselina (gornja slika). Oni se sastoje od spoja dvije acilne skupine (-RCO) pomoću atoma kisika.

U svojoj općoj strukturi naznačeno je R₁ za acilnu skupinu, i R₂ za drugu acilnu skupinu. Jer R₁ i R₂ oni su različiti, potječu od različitih karboksilnih kiselina i tada je anhidrid asimetrične kiseline. Kada su oba R supstituenta (bez obzira jesu li aromatična) isti, govorimo u ovom slučaju o simetričnom kiselinskom anhidridu.

U vrijeme povezivanja dvije karboksilne kiseline u obliku anhidrida, voda može ili ne mora biti formirana, kao i drugi spojevi. Sve će ovisiti o strukturi navedenih kiselina.

indeks

• 1 Svojstva anhidrida
  • 1.1 Kemijske reakcije
• 2 Kako nastaju anhidridi?
  • 2.1. Ciklički anhidridi
• 3 Nomenklatura
• 4 Aplikacije
  • 4.1 Organski anhidridi
• 5 Primjeri
  • 5.1 Anhidrid sukcininske kiseline
  • 5.2 Glutarni anhidrid
• 6 Reference

Svojstva anhidrida

Svojstva anhidrida ovisit će o tome na što se pozivate. Gotovo svi imaju zajedničko da reagiraju s vodom. Međutim, za tzv. Bazične anhidride u neorganskim, zapravo nekoliko njih su čak i netopljivi u vodi (MgO), tako da će se ova tvrdnja usredotočiti na anhidride karboksilnih kiselina..

Tališta i vrelišta padaju na molekularnu strukturu i intermolekularne interakcije za (RCO)₂Ili, to je opća kemijska formula tih organskih spojeva.

Ako je molekularna masa (RCO)₂Ili je niska, vjerojatno je bezbojna tekućina na sobnoj temperaturi i tlaku. Na primjer, anhidrid octene kiseline (ili etanski anhidrid), (CH₃CO)₂Ili, to je tekuća i ona od veće industrijske važnosti, koja je vrlo velika njegova proizvodnja.

Reakcija između octenog anhidrida i vode predstavljena je sljedećom kemijskom jednadžbom:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Imajte na umu da se pri dodavanju molekule vode oslobađaju dvije molekule octene kiseline. Reverzna reakcija, međutim, ne može se dogoditi za octenu kiselinu:

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

Potrebno je pribjeći drugom sintetičkom putu. Dikarboksilne kiseline, s druge strane, mogu to učiniti zagrijavanjem; ali to će biti objašnjeno u sljedećem odjeljku.

Kemijske reakcije

hidroliza

Jedna od najjednostavnijih reakcija anhidrida je njihova hidroliza, koja je upravo pokazana za anhidrid octene kiseline. Osim ovog primjera, imamo i anhidrid sumporne kiseline:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

Ovdje imate anhidrid anorganske kiseline. Imajte na umu da za H₂S₂O₇ (naziva se i disulfurna kiselina), sama reakcija je reverzibilna, pa se zagrijava H₂SW₄ Koncentrat rezultira stvaranjem njegovog anhidrida. Ako je, s druge strane, razrijeđena otopina H₂SW₄, SO je pušten₃, sumporni anhidrid.

esteritikacija

Anhidridi kiseline reagiraju s alkoholima, s piridinom u mediju, dajući ester i karboksilnu kiselinu. Na primjer, razmatra se reakcija između octenog anhidrida i etanola:

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

Tako nastaje etil ester etanoat, CH₃CO₂CH₂CH₃, i etanska kiselina (octena kiselina).

Praktično se događa supstitucija vodika hidroksilne skupine s acilnom skupinom:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

U slučaju (CH₃CO)₂Ili je vaša acilna skupina -COCH₃. Prema tome, rečeno je da OH skupina pati od acilacije. Međutim, aciliranje i esterifikacija nisu zamjenjivi koncepti; Acilacija se može pojaviti izravno u aromatskom prstenu, poznatom kao Friedel-Craftsova acilacija.

Tako se alkoholi u prisutnosti anhidrida kiseline esterificiraju acilacijom.

S druge strane, samo jedna od dvije acilne skupine reagira s alkoholom, a druga ostaje s vodikom koji formira karboksilnu kiselinu; to za slučaj (CH₃CO)₂Ili je to etanska kiselina.

amidiranje

Anhidridi kiseline reagiraju s amonijakom ili s aminima (primarnim i sekundarnim) da bi se dobili amidi. Reakcija je vrlo slična esterifikaciji koja je upravo opisana, ali ROH je zamijenjen s aminom; na primjer, sekundarni amin, R₂NH.

Ponovo, reakcija između (CH₃CO)₂O i dietilamin, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONEt₂ + CH₃COO^-+NH₂et₂

Formiraju se dietil acetamid, CH₃CONEt₂, i karboksilnu amonijevu sol, CH₃COO^-+NH₂et₂.

Iako se jednadžba može činiti malo teškom za razumijevanje, dovoljno je promatrati kako skupina -COCH₃ zamijenite H od Et₂NH da se formira amid:

et₂NH => Et₂NCOCH₃

Više od amidacije, reakcija je još uvijek acilacija. Sve je sažeto u toj riječi; ovaj put, amin pati od acilacije, a ne alkohola.

Kako nastaju anhidridi?

Anorganski anhidridi nastaju reakcijom elementa s kisikom. Prema tome, ako je element metalni, formira se osnovni metalni oksid ili anhidrid; i ako je nemetalni, nastaje nemetalni oksid ili anhidrid kiseline.

Za organske anhidride reakcija je različita. Dvije karboksilne kiseline se ne mogu izravno vezati na otpuštanje vode i formirati anhidrid kiseline; potrebno je sudjelovanje spoja koji još nije spomenut: acil klorid, RCOCl.

Karboksilna kiselina reagira s acil kloridom, proizvodeći odgovarajući anhidrid i klorovodik:

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

CH₃ dolazi iz acetilne skupine, CH₃CO-, a drugi je već prisutan u octenoj kiselini. Izbor specifičnog acil klorida, kao i karboksilne kiseline, može dovesti do sinteze simetričnog ili asimetričnog anhidrida kiseline.

Ciklički anhidridi

Za razliku od drugih karboksilnih kiselina koje zahtijevaju acil klorid, dikarboksilne kiseline mogu se kondenzirati u odgovarajućem anhidridu. Za to ih je potrebno zagrijati da se potakne oslobađanje H₂Na primjer, prikazano je stvaranje ftaličnog anhidrida iz ftalne kiseline.

Primijetite kako je završen pentagonalni prsten, a kisik koji veže obje skupine C = O je njegov dio; To je ciklički anhidrid. Također se može vidjeti da je ftalni anhidrid simetrični anhidrid, budući da oba R₁ kao R₂ Oni su identični: aromatski prsten.

Nisu sve dikarboksilne kiseline sposobne formirati svoj anhidrid, jer kada su njihove COOH skupine široko odvojene, prisiljene su dovršiti veće i veće prstenove. Najveći prsten koji se može formirati je šesterokutni, veći nego što se reakcija ne događa.

nomenklatura

Kako se nazivaju anhidridi? Izostavljanje anorganskih tvari koje se odnose na okside, do sada objašnjeni nazivi organskih anhidrida ovise o identitetu R₁ i R₂; to jest, njegovih acilnih skupina.

Ako su dva R jednaka, dovoljno je zamijeniti riječ "kiselina" za "anhidrid" u odgovarajućem nazivu karboksilne kiseline. A ako su, naprotiv, dva R različita, nazivaju se po abecednom redu. Stoga, da bismo znali kako ga nazvati, potrebno je prvo vidjeti je li to simetrični ili asimetrični anhidrid kiseline.

(CH₃CO)₂Ili je simetrična, jer R₁= R₂ = CH₃. Derivat octene ili etanske kiseline, tako da je njegovo ime slijedeće objašnjenje: anhidrid octene kiseline ili etanoj. Isto vrijedi i za upravo spomenuti ftalni anhidrid.

Pretpostavimo da imate sljedeći anhidrid:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Acetilna skupina s lijeve strane dolazi iz octene kiseline, a desna dolazi iz heptanske kiseline. Za imenovanje ovog anhidrida morate navesti svoje R skupine po abecednom redu. Dakle, ime mu je: heptanska anhidrid.

aplikacije

Anorganski anhidridi imaju beskrajan broj primjena, od sinteze i formulacije materijala, keramike, katalizatora, cementa, elektroda, gnojiva itd. Do premaza zemljine kore s tisućama minerala željeza i aluminija i dioksida. ugljika koji izdaju živi organizmi.

Oni predstavljaju izvor polaska, mjesto na kojem potječu mnogi spojevi korišteni u anorganskoj sintezi. Jedan od najvažnijih anhidrida je ugljični dioksid, CO₂. To je, zajedno s vodom, bitno za fotosintezu. I na industrijskoj razini, SO₃ to je najvažnije jer optuženik dobiva sumpornu kiselinu.

Možda je anhidrid s više primjena i ima (sve dok postoji život) onaj iz fosforne kiseline: adenozin trifosfat, poznatiji kao ATP, prisutan u DNA i "energetskoj valuti" metabolizma.

Organski anhidridi

Anhidridi kiseline reagiraju acilacijom, bilo u alkohol, formirajući ester, u amin, koji daje amid, ili aromatski prsten..

Postoje milijuni tih spojeva i stotine tisuća karboksilnih kiselina za pripremu anhidrida; dakle, sintetičke mogućnosti drastično rastu.

Prema tome, jedna od glavnih primjena je inkorporirati acilnu skupinu u spoj, supstituirajući jedan od atoma ili skupina njegove strukture..

Svaki anhidrid zasebno ima svoju primjenu, ali općenito svi oni reagiraju na sličan način. Zbog toga se ovi tipovi spojeva koriste za modificiranje polimernih struktura, stvarajući nove polimere; to su kopolimeri, smole, premazi, itd..

Na primjer, acetatni anhidrid se koristi za acetiliranje svih OH skupina celuloze (donja slika). Uz to, svaki H od OH je zamijenjen s acetil skupinom, COCH₃.

Na taj se način dobije polimer acetat celuloze. Ista reakcija se može skicirati s drugim polimernim strukturama s NH skupinama₂, također je osjetljiv na acilaciju.

Ove reakcije aciliranja su također korisne za sintezu lijekova, kao što je aspirin (kiselina acetilsalicilna).

Primjeri

Pokazalo se da neki drugi primjeri organskih anhidrida završavaju. Iako se ne spominju, atomi kisika mogu se zamijeniti sumporom, dajući sumpor, ili čak anhidridima fosfora.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅anhidrid benzojeve kiseline. Skupina C₆H₅ R3 predstavlja benzenski prsten. Njegova hidroliza proizvodi dvije benzojeve kiseline.

-HCO (O) COH: anhidrid mravlje kiseline. Njegova hidroliza proizvodi dvije mravlje kiseline.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzojev propanoični anhidrid. Njegova hidroliza proizvodi benzojeve i propanoične kiseline.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁anhidrid cikloheksankarboksilne kiseline. Za razliku od aromatskih prstenova, oni su zasićeni, bez dvostrukih veza.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃Etanol: butanski propanoični anhidrid.

Sukcinski anhidrid

Ovdje imamo još jednu cikličku, izvedenu iz jantarne kiseline, dikarboksilnu kiselinu. Primijetite kako tri atoma kisika izdaju kemijsku prirodu ovog tipa spoja.

Maleinski anhidrid je vrlo sličan sukcinin anhidridu, s tom razlikom da postoji dvostruka veza između ugljika koji čine bazu peterokuta.

Glutarni anhidrid

Na kraju je prikazan anhidrid glutarne kiseline. To se strukturalno razlikuje od svih ostalih tako da se sastoji od heksagonalnog prstena. Opet, tri atoma kisika ističu se u strukturi.

Ostali anhidridi, složeniji, uvijek se mogu dokazati s trima kisikovim atomima koji su vrlo blizu jedan drugome.

reference

1. Urednici Enciklopedije Britannica. (2019). Anhidrida. Encryclopaedia Britannica. Preuzeto s: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. siječnja 2019.) Definicija kiselinskog anhidrida u kemiji. Preuzeto s: thoughtco.com
3. Kemija LibreTexts. (N. D.). Anhidrida. Preuzeto s: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini. (10^th izdanje.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Organska kemija (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Učenje.
7. Morrison i Boyd. (1987). Organska kemija (Peto izdanje). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Anhidrid organske kiseline. Preuzeto s: en.wikipedia.org