Vandfrit egenskaber, hvordan de dannes, nomenklatur, applikationer

den anhydrider de er kemiske forbindelser, der stammer fra sammenslutningen af ​​to molekyler gennem frigivelse af vand. Således kan det ses som en dehydrering af de oprindelige stoffer; selv om det ikke er helt rigtigt.

I organisk og uorganisk kemi nævnes der, og i begge grene adskiller deres forståelse i mærkbar grad. For eksempel i uorganisk kemi de betragtes basiske og sure oxider, såsom hydroxider og deres anhydrider syrer henholdsvis som den første reagere med vand til dannelse af den anden.

Her kan der opstå forvirring mellem udtrykkene »vandfri« og »anhydrid«. I almindelighed henviser vandfrit til en forbindelse, som har været dehydreret uden ændringer i dens kemiske natur (ingen reaktion); hvorimod der med et anhydrid er en kemisk ændring, afspejlet i molekylstrukturen.

Hvis hydroxiderne og syrer sammenlignes med deres tilsvarende oxider (eller anhydrider), vil det blive observeret, at der var en reaktion. I modsætning hertil kan nogle oxider eller salte hydreret, tabe vand og forblive de samme forbindelser; men uden vand er det vandfrit.

I organisk kemi er det, der menes med anhydrid, den oprindelige definition. For eksempel er en af ​​de mest kendte anhydrider derivater af carboxylsyrer (topbillede). Disse består af foreningen af ​​to acylgrupper (-RCO) ved hjælp af et oxygenatom.

I sin generelle struktur er det angivet R₁ for en acylgruppe og R₂ for den anden acylgruppe. Fordi R₁ og R₂ de er forskellige, de kommer fra forskellige carboxylsyrer, og det er så et asymmetrisk syreanhydrid. Når begge R-substituenter (uanset om de er aromatiske) er de samme, taler vi i dette tilfælde af en symmetrisk syreanhydrid.

På tidspunktet for sammenkædning af to carboxylsyrer til dannelse af anhydridet kan eller måske vand dannes vand såvel som andre forbindelser. Alt vil afhænge af strukturen af ​​disse syrer.

indeks

• 1 egenskaber af anhydrider
  • 1.1 Kemiske reaktioner
• 2 Hvordan dannes anhydrider?
  • 2.1 Cycliske anhydrider
• 3 nomenklaturen
• 4 applikationer
  • 4.1 Organiske anhydrider
• 5 eksempler
  • 5.1 Succinsyreanhydrid
  • 5.2 Glutarsyreanhydrid
• 6 referencer

Egenskaber af anhydrider

Egenskaberne af anhydrider afhænger af, hvad du henviser til. Næsten alle har til fælles, at de reagerer med vand. Men for såkaldte grundlæggende anhydrider i uorganisk, faktisk flere af dem er endda vanduopløselige (MgO), således at denne redegørelse vil fokusere for anhydriderne af carboxylsyrer.

Smelte- og kogepunktet falder på molekylstrukturen og de intermolekylære interaktioner for (RCO)₂Eller dette er den generelle kemiske formel for disse organiske forbindelser.

Hvis molekylvægten af ​​(RCO)₂Eller det er lavt, det er sandsynligvis en farveløs væske ved stuetemperatur og tryk. For eksempel eddikesyreanhydrid (eller ethansyreanhydrid), (CH₃CO)₂Eller det er en væske og den af ​​større industriel betydning, der er meget stor produktion.

Reaktionen mellem eddikesyreanhydrid og vand er repræsenteret ved den følgende kemiske ligning:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Bemærk, at når vandmolekylet tilsættes, frigives to molekyler eddikesyre. Den omvendte reaktion kan imidlertid ikke forekomme for eddikesyre:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (det sker ikke)

Det er nødvendigt at ty til en anden syntetisk rute. Dicarboxylsyrer kan derimod gøre ved opvarmning; men det vil blive forklaret i næste afsnit.

Kemiske reaktioner

hydrolyse

En af de enkleste reaktioner af anhydrider er deres hydrolyse, som netop er blevet vist for eddikesyreanhydrid. Ud over dette eksempel har vi svovlsyreanhydridet:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

Her har du en uorganisk syreanhydrid. Bemærk at for H₂S₂O₇ (også kaldet disulfursyre), er selve reaktionen reversibel, så opvarmning H₂SW₄ Koncentrer resultaterne i dannelsen af ​​dets anhydrid. Hvis det på den anden side er en fortyndet opløsning af H₂SW₄, Så er frigivet₃, svovlsyreanhydrid.

esterificering

Syreanhydriderne reagerer med alkoholerne, med pyridin i mediet, for at give en ester og en carboxylsyre. For eksempel betragtes reaktionen mellem eddikesyreanhydrid og ethanol:

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

Således danner ethylesterethanoat, CH₃CO₂CH₂CH₃, og ethansyre (eddikesyre).

Hvad sker der i praksis, er substitueringen af ​​hydroxylgruppens hydrogen med en acylgruppe:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

I tilfælde af (CH₃CO)₂Eller din acylgruppe er -COCH₃. Derfor siges det, at OH-gruppen lider acylering. Acylering og esterificering er imidlertid ikke udskiftelige begreber; Acylering kan forekomme direkte i en aromatisk ring, kendt som Friedel-Crafts acylering.

Således esterificeres alkoholer i nærværelse af syreanhydrider ved en acylering.

På den anden side reagerer kun en af ​​de to acylgrupper med alkoholen, den anden forbliver med hydrogenet, der danner en carboxylsyre; at i tilfælde af (CH₃CO)₂Eller det er ethansyren.

amidering

Syreanhydrider reagerer med ammoniak eller med aminer (primær og sekundær) for at give amider. Reaktionen svarer meget til esterificeringen, der netop er beskrevet, men ROH'en er erstattet af en amin; for eksempel en sekundær amin, R₂NH.

Igen er reaktionen mellem (CH₃CO)₂O og diethylamin, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONET₂ + CH₃COO^-+NH₂et₂

Og diethylacetamid, CH dannes₃CONET₂, og et carboxylsammoniumsalt, CH₃COO^-+NH₂et₂.

Selvom ligningen kan virke lidt svært at forstå, er det nok at observere, hvordan gruppen -COCH₃ erstatte H af et Et₂NH til dannelse af amidet:

et₂NH => Et₂NCOCH₃

Mere end en amidering er reaktionen stadig en acylering. Alt er opsummeret i det ord; denne gang lider aminen acyleringen og ikke alkoholen.

Hvordan dannes anhydrider?

De uorganiske anhydrider dannes ved at reagere elementet med oxygen. Således, hvis elementet er metallisk, dannes et basis metaloxid eller anhydrid; og hvis det er ikke-metallisk, dannes en ikke-metallisk oxid eller syreanhydrid.

For organiske anhydrider er reaktionen forskellig. To carboxylsyrer kan ikke binde direkte til frigivelse af vand og danne syreanhydridet; deltagelse af en forbindelse, der endnu ikke er nævnt, er påkrævet: acylchlorid, RCOCl.

Carboxylsyren reagerer med acylchloridet, hvilket producerer det respektive anhydrid og hydrogenchlorid:

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCI

En CH₃ kommer fra acetylgruppen, CH₃CO-, og den anden er allerede til stede i eddikesyre. Valget af et specifikt acylchlorid såvel som carboxylsyren kan give anledning til syntesen af ​​en symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.

Cycliske anhydrider

I modsætning til de andre carboxylsyrer, der kræver et acylchlorid, kan dicarboxylsyrerne kondenseres i deres tilsvarende anhydrid. Til dette er det nødvendigt at opvarme dem for at fremme frigivelsen af ​​H₂O. For eksempel er dannelsen af ​​phthalsyreanhydrid fra phthalsyre vist.

Bemærk hvordan den femkantede ring er færdig, og oxygenet, der binder begge grupper C = O, er en del af det; Dette er en cyclisk anhydrid. Det kan også ses, at phthalsyreanhydrid er et symmetrisk anhydrid, da begge R₁ som R₂ De er identiske: en aromatisk ring.

Ikke alle dicarboxylsyrer er i stand til at danne deres anhydrid, fordi når deres COOH-grupper er vidt adskilt, bliver de tvunget til at fuldføre større og større ringe. Den største ring, der kan dannes, er en sekskantet, større end at reaktionen ikke finder sted.

nomenklatur

Hvordan hedder anhydrider? Forladelse af de uorganiske stoffer, der er relevante for oxider, er de hidtil forklarede navne på de organiske anhydrider afhængig af identiteten af ​​R₁ og R₂; det vil sige af dets acylgrupper.

Hvis de to R'er er ens, er det tilstrækkeligt at erstatte ordet »syre« for »anhydrid« i det respektive navn på carboxylsyren. Og hvis tværtimod er de to R'er forskellige, de er navngivet i alfabetisk rækkefølge. For at vide, hvad man skal kalde det, er det derfor nødvendigt først at se om det er en symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.

Den (CH₃CO)₂Eller det er symmetrisk, da R₁= R₂ = CH₃. Derivat af eddikesyre eller ethansyre, så dets navn er, efter den forrige forklaring: eddikesyreanhydrid eller ethanoic. Det samme gælder for phthalic anhydride, der netop er nævnt.

Antag at du har følgende anhydrid:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Acetylgruppen til venstre kommer fra eddikesyre, og den ene til højre kommer fra heptansyre. For at nævne dette anhydrid skal du nævne dine R-grupper i alfabetisk rækkefølge. Så, dets navn er: heptanoeddikesyreanhydrid.

applikationer

Uorganiske anhydrider har talrige anvendelser, eftersom syntesen og formulering af materialer, keramik, katalysatorer, cementer, elektroder, gødning og lignende, indtil belagt crustal med dens tusindvis af mineraler jern og aluminium, og dioxid af kulstof udåndet af levende organismer.

De repræsenterer afgangskilden, det punkt, hvor mange forbindelser, der anvendes i uorganisk syntese, stammer fra. En af de vigtigste anhydrider er kuldioxid, CO₂. Det er sammen med vand afgørende for fotosyntese. Og på industrielt niveau, SO₃ Det er afgørende, da sagsøgte får svovlsyre fra det.

Måske anhydridet med flere programmer og for at have (mens livet) er en af ​​phosphorsyre fra: adenosintriphosphat, bedre kendt som ATP og DNA til stede i "energi valuta" Metabolisme.

Organiske anhydrider

Syreanhydriderne reagerer ved en acylering enten til en alkohol, der danner en ester, til en amin, hvilket giver anledning til et amid eller en aromatisk ring.

Der er millioner af hver af disse forbindelser, og hundredtusinder af carboxylsyreindstillinger til fremstilling af et anhydrid; Derfor vokser de syntetiske muligheder drastisk.

En af hovedapplikationerne er således at inkorporere en acylgruppe til en forbindelse, idet der substitueres et af atomerne eller grupperne af dets struktur.

Hver anhydrid har hver sin egen anvendelse, men generelt reagerer de alle på en lignende måde. Af denne grund anvendes disse typer af forbindelser til at modificere polymerstrukturerne, hvilket skaber nye polymerer; det vil sige copolymerer, harpikser, belægninger mv..

For eksempel anvendes eddikesyreanhydrid til acetylering af alle OH-grupper af cellulose (bundbillede). Med dette erstattes hver H af OH for en acetylgruppe, COCH₃.

På denne måde opnås celluloseacetatpolymeren. Den samme reaktion kan skitseres med andre polymerstrukturer med NH-grupper₂, også modtagelig for acylering.

Disse acyleringsreaktioner er også nyttige til syntese af lægemidler, såsom aspirin (syre acetylsalicylsyre).

eksempler

Nogle andre eksempler på organiske anhydrider er vist at afslutte. Selvom der ikke bliver nævnt noget, kan iltatomer erstattes af svovl, hvilket giver svovl eller endog fosforanhydrider.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: benzoesyreanhydrid. Gruppen C₆H₅ repræsenterer en benzenring. Dens hydrolyse producerer to benzoesyrer.

-HCO (0) COH: myresyreanhydrid. Dens hydrolyse producerer to myresyrer.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzoesyreanhydrid. Dens hydrolyse producerer benzoesyre og propansyrer.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: cyclohexancarboxylsyreanhydrid. I modsætning til aromatiske ringe er disse mættede uden dobbeltbindinger.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: butansyre propansyreanhydrid.

Succinsyreanhydrid

Her har vi en anden cyklisk, afledt af ravsyre, en dicarboxylsyre. Bemærk hvordan de tre oxygenatomer forråder den kemiske natur af denne type forbindelse.

Maleinsyreanhydrid svarer meget til ravsyreanhydrid med den forskel, at der er en dobbeltbinding mellem carbonerne, som danner basisen af ​​femkantet.

Glutarsyreanhydrid

Og endelig er anhydridet af glutarsyre vist. Dette skelnes strukturelt fra alle andre ved at bestå af en sekskantet ring. Igen står de tre oxygenatomer ud i strukturen.

Andre anhydrider, mere komplekse, kan altid påvises af de tre oxygenatomer meget tæt på hinanden.

referencer

1. Editors of Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydrid. Encryclopaedia Britannica. Hentet fra: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. januar 2019). Syreanhydrid Definition i kemi. Hentet fra: thoughtco.com
3. Kemi LibreTexts. (N.D.). Anhydrider. Hentet fra: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10^th udgave.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Organisk kemi (Sjette udgave). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning.
7. Morrison og Boyd. (1987). Organisk kemi (Femte udgave). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Organisk syreanhydrid. Hentet fra: en.wikipedia.org