- Vlastnosti anhydridov
- Chemické reakcie
- hydrolýza
- esterifikácie
- amidizácie
- Ako sa tvoria anhydridy?
- Cyklické anhydridy
- názvoslovie
- aplikácia
- Organické anhydridy
- Príklady
- Anhydrid kyseliny jantárovej
- Anhydrid kyseliny glutarovej
- Referencie
Tieto anhydridy sú chemické zlúčeniny, pochádzajúce zo spojenia dvoch molekúl uvoľnením vody. Môže sa teda považovať za dehydratáciu pôvodných látok; hoci to nie je úplne pravda.
V organickej a anorganickej chémii sú uvedené a v obidvoch odvetviach sa ich porozumenie značne líši. Napríklad v anorganickej chémii sa zásadité a kyslé oxidy považujú za anhydridy ich hydroxidov a kyselín, pretože prvý z nich reaguje s vodou za vzniku týchto oxidov.
Všeobecná štruktúra anhydridov. Zdroj: DrEmmettBrownie, z Wikimedia Commons
Tu môže dôjsť k zámene medzi výrazmi „bezvodý“ a „anhydrid“. Všeobecne sa bezvodý týka zlúčeniny, na ktorú bola dehydratovaná bez zmeny chemickej povahy (nedochádza k žiadnej reakcii); zatiaľ čo pri anhydride dochádza k chemickej zmene, ktorá sa odráža v molekulárnej štruktúre.
Ak sa hydroxidy a kyseliny porovnajú s ich zodpovedajúcimi oxidmi (alebo anhydridmi), je zrejmé, že došlo k reakcii. Naopak, niektoré oxidy alebo soli môžu byť hydratované, strácajú vodu a zostávajú rovnaké zlúčeniny; ale bez vody, to je bezvodé.
Na druhej strane v organickej chémii znamená anhydrid pôvodnú definíciu. Napríklad jeden z najznámejších anhydridov je odvodený od karboxylových kyselín (horný obrázok). Tieto pozostávajú zo spojenia dvoch acylových skupín (-RCO) cez atóm kyslíka.
Vo svojom všeobecnom vzorci R 1 je určený pre jednu acyl, a R 2 pre druhú acyl. Vzhľadom k tomu, R 1 a R 2 sú odlišné, pochádzajú z rôznych karboxylových kyselín, a to je potom anhydrid kyseliny asymetrický. Pokiaľ sú obidva substituenty R (či už sú alebo nie sú aromatické) rovnaké, označuje sa v tomto prípade anhydrid kyseliny symetrickej.
Keď sa dve karboxylové kyseliny viažu za vzniku anhydridu, môže alebo nemusí sa vytvárať voda, ako aj ďalšie zlúčeniny. Všetko bude závisieť od štruktúry týchto kyselín.
Vlastnosti anhydridov
Vlastnosti anhydridov budú závisieť od tých, o ktorých hovoríte. Väčšina z nich má spoločné, že reagujú s vodou. Avšak v prípade takzvaných zásaditých anhydridov v anorganických látkach je v skutočnosti niekoľko z nich dokonca nerozpustných vo vode (MgO), takže toto tvrdenie sa zameriava na anhydridy karboxylových kyselín.
Teploty topenia a teploty varu spočívajú v molekulárnej štruktúre a intermolekulárnych interakciách pre (RCO) 20 , čo je všeobecný chemický vzorec týchto organických zlúčenín.
Ak je molekulová hmotnosť (RCO) 20 nízka, je to pravdepodobne bezfarebná kvapalina pri izbovej teplote a tlaku. Napríklad anhydrid kyseliny octovej (alebo anhydrid kyseliny Ethanovho), (CH 3 CO) 2 O, je kvapalný a jeden z najväčší priemyselný význam, jeho výroba je veľmi rozsiahle.
Reakciu medzi acetanhydridom a vodou predstavuje nasledujúca chemická rovnica:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Všimnite si, že keď sa pridá molekula vody, uvoľnia sa dve molekuly kyseliny octovej. Reverzná reakcia sa však nemôže vyskytnúť pre kyselinu octovú:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (nenastane)
Je potrebné uchýliť sa k inej syntetickej ceste. Na druhej strane, dikarboxylové kyseliny môžu tak urobiť zahrievaním; ale bude to vysvetlené v nasledujúcej časti.
Chemické reakcie
hydrolýza
Jednou z najjednoduchších reakcií anhydridov je ich hydrolýza, ktorá sa práve ukázala pre anhydrid kyseliny octovej. Okrem tohto príkladu existuje anhydrid kyseliny sírovej:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Tu máte anhydrid anorganickej kyseliny. Všimnite si, že na H 2 S 2 O 7 (tiež nazývaný kyselina disírová), reakcia je vratná, takže ohrev koncentrovaný H 2 SO 4 vedie k tvorbe jej anhydridom. Ak, na druhej strane, to je zriedený roztok H 2 SO 4 , SO 3 , anhydrid kyseliny sírovej , sa uvoľní .
esterifikácie
Kyslé anhydridy reagujú s alkoholmi, medzi nimi pyridín, za vzniku esteru a karboxylovej kyseliny. Napríklad, zvážte reakciu medzi acetanhydridom a etanolom:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Čím sa vytvorí sa etyl ester Ethanovho, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 a Ethanovho kyseliny (kyselina octová).
Prakticky sa stane nahradenie vodíka hydroxylovej skupiny acylovou skupinou:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
V prípade (CH 3 CO) 2 O, jeho acyl je -COCH 3 . Preto sa uvádza, že skupina OH sa podrobuje acylácii. Acylácia a esterifikácia však nie sú vzájomne zameniteľné pojmy; acylácia sa môže vyskytovať priamo na aromatickom kruhu, ktorý je známy ako Friedel-Craftsova acylácia.
Alkoholy v prítomnosti anhydridov kyselín sa teda esterifikujú acyláciou.
Na druhej strane iba jedna z dvoch acylových skupín reaguje s alkoholom, druhá zostáva s vodíkom a tvorí karboxylovú kyselinu; že pre prípad (CH 3 CO) 2 O, to je Ethanovho kyseliny.
amidizácie
Kyslé anhydridy reagujú s amoniakom alebo amínmi (primárnymi a sekundárnymi) za vzniku amidov. Reakcia je veľmi podobná práve opísanej esterifikácii, ale ROH je nahradená amínom; Napríklad, sekundárne amin, R 2, NH.
Opäť platí, že reakcia medzi (CH 3 CO) 2 O a dietylamín, Et 2 je považovaný za NH:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CoNet 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
A diethylacetamid, CH 3 CoNet 2 , a karboxylovaný amóniová soľ, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 sú vytvorené .
Hoci rovnica môže zdať trochu ťažké pochopiť, stačí pozorovať, ako je skupina -COCH 3 nahrádza H z Et 2 NH za vzniku amidu:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Namiesto amidácie je reakciou stále acylácia. V tomto slove je zhrnuté všetko; tentokrát sa amín podrobí acylácii a nie alkoholu.
Ako sa tvoria anhydridy?
Anorganické anhydridy sa tvoria reakciou prvku s kyslíkom. Ak je teda prvok kovový, vytvára sa oxid kovu alebo bázický anhydrid; a ak je nekovový, vytvorí sa nekovový oxid alebo anhydrid kyseliny.
V prípade organických anhydridov je reakcia iná. Dve karboxylové kyseliny sa nemôžu spojiť priamo, aby uvoľnili vodu a vytvorili anhydrid kyseliny; účasť zlúčeniny, ktorá ešte nebola uvedená, je nevyhnutná: acylchlorid, RCOCl.
Karboxylová kyselina reaguje s acylchloridom za vzniku príslušného anhydridu a chlorovodíka:
R 1 COCI + R 2 COOH => (R 1 CO) O (COR 2 ) + HCl
CH 3 COCI + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCl
Jeden CH 3 pochádza od acetylové skupiny, CH 3 CO-, a druhá je už prítomný v kyseline octovej. Výber špecifického acylchloridu, ako aj karboxylovej kyseliny, môže viesť k syntéze anhydridu symetrickej alebo asymetrickej kyseliny.
Cyklické anhydridy
Na rozdiel od iných karboxylových kyselín, ktoré vyžadujú acylchlorid, môžu dikarboxylové kyseliny kondenzovať na svoj zodpovedajúci anhydrid. K tomu je potrebné zahriať na podporu uvoľňovania H 2 O. Napríklad, je zobrazená tvorba anhydridu kyseliny ftalovej z kyseliny ftalovej.
Tvorba anhydridu kyseliny ftalovej. Zdroj: Jü, z Wikimedia Commons
Všimnite si, ako je pentagonálny kruh dokončený a kyslík, ktorý spája obe skupiny C = O, je jeho súčasťou; toto je cyklický anhydrid. Tiež to môže byť zrejmé, že anhydrid kyseliny ftalovej je symetrický anhydrid, pretože obe R 1 a R 2 sú rovnaké: aromatický kruh.
Nie všetky dikarboxylové kyseliny sú schopné tvoriť svoj anhydrid, pretože keď sú ich skupiny COOH široko oddelené, sú nútené dokončiť väčšie a väčšie kruhy. Najväčší kruh, ktorý je možné vytvoriť, je šesťuholníkový, väčší ako ten, ku ktorému nedochádza.
názvoslovie
Ako sa pomenujú anhydridy? Ak vynecháme anorganické častice, ktoré majú význam pre otázky oxidu, názvy organických anhydridov vysvetlené, ak závisí na identite R 1 a R 2 ; to znamená z jeho acylových skupín.
Ak sú obidve R rovnaké, jednoducho nahradiť slovo „kyselina“ za „anhydrid“ v príslušnom názve karboxylovej kyseliny. A ak sú naopak obe R odlišné, sú pomenované v abecednom poradí. Preto, aby ste vedeli, čo je potrebné nazvať, musíte najprv zistiť, či sa jedná o symetrický alebo asymetrický anhydrid kyseliny.
(CH 3 CO) 2 O je symetrický, pretože R 1 = R 2 = CH 3 . Pochádza z kyseliny octovej alebo etanovej, takže jej názov je podľa predchádzajúceho vysvetlenia: anhydrid kyseliny octovej alebo etanovej. To isté platí pre práve spomínaný anhydrid kyseliny ftalovej.
Predpokladajme, že máme nasledujúci anhydrid:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Acetylová skupina vľavo pochádza z kyseliny octovej a druhá z pravej strany pochádza z kyseliny heptánovej. Na pomenovanie tohto anhydridu musíte pomenovať jeho skupiny R v abecednom poradí. Jej názov je: anhydrid kyseliny octovej heptánovej.
aplikácia
Anorganické anhydridy majú nekonečné použitie, od syntézy a formulovania materiálov, keramiky, katalyzátorov, cementov, elektród, hnojív atď., Až po poťahovanie zemskej kôry tisíce minerálov železa a hliníka a oxidu uhličitého. uhlíka vydychovaného živými organizmami.
Predstavujú východiskový zdroj, bod, z ktorého je odvodených veľa zlúčenín použitých v anorganických syntézach. Jedným z najdôležitejších anhydridy je oxid uhličitý, CO 2 . Spolu s vodou je nevyhnutná pre fotosyntézu. A na priemyselné úrovni, SO 3 , je nevyhnutné, pretože požadoval kyselina sírová sa získa z nej.
Možno, že anhydrid má najviac aplikácií a musí mať (pokiaľ je život), je jeden z kyseliny fosforečnej: adenozíntrifosfát, lepšie známy ako ATP, prítomný v DNA a „energetická mena“ metabolizmu.
Organické anhydridy
Kyslé anhydridy reagujú acyláciou, buď na alkohol, za vzniku esteru, amínu, za vzniku amidu alebo aromatického kruhu.
Každá z týchto zlúčenín má milióny a stovky tisíc možností karboxylovej kyseliny vyrábať anhydrid; preto syntetické možnosti dramaticky rastú.
Jednou z hlavných aplikácií je teda včlenenie acylovej skupiny do zlúčeniny nahradením jedného z atómov alebo skupín jej štruktúry.
Každý samostatný anhydrid má svoje vlastné aplikácie, ale vo všeobecnosti všetci reagujú podobným spôsobom. Z tohto dôvodu sa tieto typy zlúčenín používajú na modifikáciu polymérnych štruktúr, vytváranie nových polymérov; t.j. kopolyméry, živice, povlaky atď.
Napríklad sa acetanhydrid používa na acetyláciu všetkých OH skupín celulózy (dolný obrázok). S týmto, každý z H OH je nahradený acetylové skupiny, COCH 3 .
Celulóza. Zdroj: NEUROtiker, z Wikimedia Commons
Týmto spôsobom sa získa polymér acetátu celulózy. Rovnaká reakcia môže byť uvedené s inými polymérnymi štruktúrami s NH 2 skupín , tiež citlivý na Acylácia.
Tieto acylačné reakcie sú užitočné aj na syntézu liekov, ako je napríklad aspirín ( kyselina acetylsalicylová ).
Príklady
Ukázalo sa, že niektoré ďalšie príklady organických anhydridov sú ukončené. Hoci sa o nich nebude zmieniť, atómy kyslíka sa môžu nahradiť sírou, pričom sa získajú síry alebo dokonca anhydridy fosforu.
C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : benzoová anhydrid. Skupina C 6 H 5 reprezentuje benzénové kruh. Jeho hydrolýza poskytuje dve kyseliny benzoové.
-HCO (O) COH: anhydrid kyseliny mravčej. Hydrolýzou vznikajú dve kyseliny mravčie.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : benzoová anhydrid kyseliny propánové. Jeho hydrolýza vytvára kyseliny benzoové a propánové.
C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : anhydrid kyseliny cyklohexánkarboxylovej. Na rozdiel od aromatických kruhov sú tieto nasýtené, bez dvojitých väzieb.
CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : propánové butanovú anhydrid.
Anhydrid kyseliny jantárovej
Anhydrid kyseliny jantárovej. Zdroj: Ninjatacoshell, z Wikimedia Commons
Tu máte ďalšiu cyklickú, odvodenú od kyseliny jantárovej, dikarboxylovej kyseliny. Všimnite si, ako tieto tri atómy kyslíka odhaľujú chemickú povahu tohto typu zlúčeniny.
Anhydrid kyseliny maleínovej je veľmi podobný anhydridu kyseliny jantárovej s tým rozdielom, že medzi atómami uhlíka, ktoré tvoria bázu pentagónu, existuje dvojitá väzba.
Anhydrid kyseliny glutarovej
Anhydrid kyseliny glutarovej. Zdroj: Choij, z Wikimedia Commons
Nakoniec je uvedený anhydrid kyseliny glutárovej. To sa štrukturálne líši od všetkých ostatných tým, že pozostáva z šesťuholníkového kruhu. V štruktúre opäť vynikajú tri atómy kyslíka.
Ďalšie anhydridy, komplexnejšie, môžu byť vždy doložené tromi atómami kyslíka, ktoré sú veľmi blízko seba.
Referencie
- Editori encyklopédie Britannica. (2019). Anhydrid. Enclyclopaedia Britannica. Získané z: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. januára 2019). Definícia anhydridu kyseliny v chémii. Získané z: thinkco.com
- Chémia LibreTexts. (SF). Anhydridy. Obnovené z: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organická chémia. Amíny. (10 th edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
- Morrison a Boyd. (1987). Organická chémia. (Piate vydanie). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Anhydrid kyseliny organickej. Obnovené z: en.wikipedia.org