Безводни свойства, как се формират, номенклатура, приложения

на анхидриди те са химични съединения, които произхождат от обединението на две молекули чрез освобождаване на вода. По този начин тя може да се разглежда като дехидратация на изходните вещества; въпреки че не е точно така.

В органичната и неорганичната химия се споменава за тях, а в двете отрасли тяхното разбиране се различава значително. Например, в неорганичната химия основните и кисели оксиди се разглеждат като анхидриди на техните хидроксиди и киселини съответно, тъй като първите реагират с водата, за да образуват последните..

Тук може да възникне объркване между термините "безводен" и "анхидрид". Обикновено, безводният се отнася до съединение, което е дехидратирано без промени в химическата му природа (без реакция); докато с анхидрид има химическа промяна, отразена в молекулната структура.

Ако хидроксидите и киселините се сравняват с техните съответни оксиди (или анхидриди), ще се наблюдава реакция. Обратно, някои оксиди или соли могат да бъдат хидратирани, да загубят вода и да останат същите съединения; но без вода, т.е. безводна.

В органичната химия, от друга страна, това, което се разбира под анхидрид, е първоначалната дефиниция. Например, един от най-известните анхидриди са производните на карбоксилните киселини (отгоре изображение). Те се състоят от свързването на две ацилови групи (-RCO) с помощта на кислороден атом.

В общата си структура е посочено R₁ за ацилна група и R₂ за втората ацилна група. Защото R₁ и R₂ те са различни, те идват от различни карбоксилни киселини и тогава е асиметричен киселинен анхидрид. Когато и двата R заместителя (независимо дали те са ароматни) са еднакви, говорим в този случай за симетричен киселинен анхидрид.

По време на свързването на две карбоксилни киселини за образуване на анхидрид, водата може или не може да се образува, както и други съединения. Всичко ще зависи от структурата на споменатите киселини.

индекс

• 1 Свойства на анхидриди
  • 1.1 Химични реакции
• 2 Как се образуват анхидридите?
  • 2.1 Циклични анхидриди
• 3 Номенклатура
• 4 Приложения
  • 4.1 Органични анхидриди
• 5 Примери
  • 5.1 Янтарен анхидрид
  • 5.2 Глутарен анхидрид
• 6 Препратки

Свойства на анхидридите

Свойствата на анхидридите ще зависят от това, за което говорите. Почти всички имат обща реакция с водата. Въпреки това, за така наречените основни анхидриди в неорганични, всъщност някои от тях са дори неразтворими във вода (MgO), така че това твърдение ще се фокусира върху анхидридите на карбоксилните киселини..

Точките на топене и кипене попадат в молекулярната структура и междумолекулните взаимодействия за (RCO)₂Или това е общата химическа формула на тези органични съединения.

Ако молекулната маса на (RCO)₂Или е ниско, вероятно е безцветна течност при стайна температура и налягане. Например, оцетен анхидрид (или етанолов анхидрид), (СН₃CO)₂Или е течна и с по-голямо индустриално значение, тъй като е много голяма продукция.

Реакцията между оцетен анхидрид и вода е представена чрез следното химическо уравнение:

(СН₃CO)₂О + Н₂О => 2CH₃COOH

Забележете, че когато се добави водната молекула, се освобождават две молекули оцетна киселина. Обратната реакция, обаче, не може да се случи за оцетната киселина:

2CH₃СООН => (СН₃CO)₂О + Н₂О (това не се случва)

Необходимо е да се прибегне до друг синтетичен маршрут. Дикарбоновите киселини, от друга страна, могат да направят това чрез нагряване; но ще бъде обяснено в следващия раздел.

Химични реакции

хидролиза

Една от най-простите реакции на анхидридите е тяхната хидролиза, която току-що беше показана за оцетен анхидрид. В допълнение към този пример имаме анхидрид на сярна киселина:

Н₂S₂О₇ + Н₂О <=> 2H₂SW₄

Тук имате анхидрид на неорганична киселина. Имайте предвид, че за H₂S₂О₇ (наричана още дисулфонова киселина), самата реакция е обратима, така че се нагрява Н₂SW₄ Концентратът води до образуването на неговия анхидрид. Ако, от друга страна, той е разреден разтвор на Н₂SW₄, SO е освободен₃, сярен анхидрид.

естерификация

Киселинните анхидриди реагират с алкохолите, с пиридин в средата, за да се получи естер и карбоксилна киселина. Например, реакцията между оцетен анхидрид и етанол се разглежда:

(СН₃CO)₂О + СН₃СН₂ОН => СН₃CO₂СН₂СН₃            +   СН₃COOH

Така се образува етилов естер етаноат, СН₃CO₂СН₂СН₃, и етанова киселина (оцетна киселина).

Практически това, което се случва, е заместването на водорода на хидроксилната група с ацилна група:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

В случая на (CH₃CO)₂Или вашата ацилова група е -СОСН₃. Поради това се казва, че ОН групата страда от ацилиране. Ацилирането и естерификацията обаче не са взаимозаменяеми понятия; Ацилирането може да се осъществи директно в ароматен пръстен, известен като ацилиране на Friedel-Crafts.

Така, алкохолите в присъствието на киселинни анхидриди се естерифицират чрез ацилиране.

От друга страна, само една от двете ацилни групи реагира с алкохола, а другата остава с водород, образуващ карбоксилна киселина; за случая на (CH₃CO)₂Или това е етановата киселина.

амидиране

Киселините анхидриди реагират с амоняк или с амини (първични и вторични), за да се получат амиди. Реакцията е много подобна на току-що описаната естерификация, но ROH се замества с амин; например вторичен амин, R₂NH.

Отново, реакцията между (СН₃CO)₂О и диетиламин, Et₂NH:

(СН₃CO)₂O + 2Et₂NH => СН₃CONEt₂ + СН₃COO^-+NH₂et₂

Образуват се диетилацетамид, СН₃CONEt₂, и карбоксилна амониева сол, СН₃COO^-+NH₂et₂.

Въпреки че уравнението може да изглежда малко трудно за разбиране, достатъчно е да се наблюдава как групата -COCH₃ замества H на Et₂NH до образуване на амид:

et₂NH => Et₂NCOCH₃

Повече от амидиране, реакцията е все още ацилиране. Всичко е обобщено в тази дума; този път аминът страда от ацилирането, а не от алкохола.

Как се образуват анхидридите?

Неорганичните анхидриди се образуват чрез взаимодействие на елемента с кислород. Така, ако елементът е метален, се образува основен метален оксид или анхидрид; и ако е неметален, се образува неметален оксид или киселинен анхидрид.

За органичните анхидриди реакцията е различна. Две карбоксилни киселини не могат да се свързват директно за освобождаване на вода и да образуват киселинен анхидрид; изисква се участието на съединение, което все още не е споменато: ацил хлорид, RCOCl.

Карбоксилната киселина реагира с ацилхлорида, продуцирайки съответния анхидрид и хлороводород:

R₁COCl + R₂СООН => (R₁CO) O (COR₂) + НС1

СН₃COCl + CH₃СООН => (СН₃CO)₂О + НС1

CH₃ идва от ацетилната група, СН₃CO-, а другият вече присъства в оцетна киселина. Изборът на специфичен ацилхлорид, както и на карбоксилната киселина, може да доведе до синтез на симетричен или асиметричен киселинен анхидрид.

Циклични анхидриди

За разлика от другите карбоксилни киселини, които изискват ацил хлорид, дикарбоксилните киселини могат да се кондензират в съответния анхидрид. За тази цел е необходимо да се загреят, за да се стимулира освобождаването на Н₂Например, е показано образуването на фталов анхидрид от фталова киселина.

Забележете как завърши петоъгълният пръстен и кислородът, който свързва двете групи C = O, е част от него; Това е цикличен анхидрид. Също така може да се види, че фталовият анхидрид е симетричен анхидрид, тъй като и двата R₁ като R₂ Те са идентични: ароматен пръстен.

Не всички дикарбоксилни киселини са способни да образуват техния анхидрид, защото когато техните СООН групи са широко разделени, те са принудени да завършат по-големи и по-големи пръстени. Най-големият пръстен, който може да бъде оформен, е шестоъгълен, по-голям от този на реакцията.

номенклатура

Как се наричат ​​анхидридите? Оставяйки настрана неорганичните вещества, отнасящи се до оксидите, наименованията на обявените досега органични анхидриди зависят от идентичността на R₁ и R₂; т.е. на неговите ацилни групи.

Ако двете R's са еднакви, достатъчно е да се замени думата "киселина" за "анхидрид" в съответното наименование на карбоксилната киселина. И ако, напротив, двата R са различни, те се наричат ​​по азбучен ред. Следователно, за да знаем какво да го наречем, е необходимо първо да видим дали е симетричен или асиметричен киселинен анхидрид.

(CH₃CO)₂Или е симетрично, тъй като R₁= R₂ = CH₃. Производно на оцетна или етанова киселина, така че името му е, следвайки предишното обяснение: оцетен анхидрид или етанол. Същото се отнася и за споменатия фталов анхидрид.

Да предположим, че имате следния анхидрид:

СН₃СО (О) COCH₂СН₂СН₂СН₂СН₂СН₃

Ацетиловата група отляво идва от оцетна киселина, а тази отдясно идва от хептанова киселина. За да назовете този анхидрид, трябва да наименувате вашите R групи по азбучен ред. Така че, името му е: хептанов оцетен анхидрид.

приложения

Неорганичните анхидриди имат безкраен брой приложения, от синтез и формулиране на материали, керамика, катализатори, цименти, електроди, торове и др. въглерод, издишан от живите организми.

Те представляват източника на отпътуване, точката, в която се получават много съединения, използвани в неорганичния синтез. Един от най-важните анхидриди е въглеродният диоксид, СО₂. Заедно с водата е от съществено значение за фотосинтезата. И на индустриалното ниво, ИВ₃ това е от първостепенно значение, тъй като ответникът получава сярна киселина от него.

Може би, анхидридът с повече приложения и с (докато има живот) е от фосфорната киселина: аденозин трифосфат, по-известен като АТР, присъстващ в ДНК и "енергийна валута" на метаболизма..

Органични анхидриди

Киселинните анхидриди реагират чрез ацилиране, или до алкохол, образувайки естер, до амин, който води до образуване на амид, или ароматен пръстен..

Всяка от тези съединения има милиони и стотици хиляди варианти на карбоксилна киселина за получаване на анхидрид; следователно синтетичните възможности нарастват драстично.

Така, едно от основните приложения е да се включи ацилна група към съединение, замествайки един от атомите или групите на неговата структура.

Всеки анхидрид отделно има свои собствени приложения, но като цяло всички те реагират по подобен начин. Поради тази причина, тези типове съединения се използват за модифициране на полимерните структури, създавайки нови полимери; кополимери, смоли, покрития и др..

Например, оцетен анхидрид се използва за ацетилиране на всички ОН групи на целулозата (дъното на изображението). С това всеки Н от ОН е заместен с ацетилна група, COCH₃.

По този начин се получава полимер на целулозен ацетат. Същата реакция може да бъде очертана с други полимерни структури с NH групи₂, също податливи на ацилиране.

Тези реакции на ацилиране са полезни и за синтеза на лекарства, като аспирин (киселина ацетилсалицилова).

Примери

Показани са някои други примери за органични анхидриди. Въпреки че няма да се споменава за тях, кислородните атоми могат да бъдат заменени със сяра, която дава сяра или дори фосфорни анхидриди.

-C₆Н₅CO (O) COC₆Н₅бензоев анхидрид. Групата С₆Н₅ R6 представлява бензенов пръстен. Нейната хидролиза произвежда две бензоени киселини.

-HCO (0) COH: анхидрид на мравчена киселина. Нейната хидролиза произвежда две мравчени киселини.

- C₆Н₅СО (О) COCH₂СН₃: бензоен пропаноева анхидрид. Нейната хидролиза произвежда бензоеви и пропанови киселини.

-C₆Н₁₁CO (O) COC₆Н₁₁анхидрид на циклохексанкарбоксилна киселина. За разлика от ароматни пръстени, те са наситени, без двойни връзки.

-СН₃СН₂СН₂СО (О) COCH₂СН₃: бутанов пропаноев анхидрид.

Янтарен анхидрид

Тук имаме друг цикличен, получен от янтарна киселина, дикарбоксилна киселина. Забележете как трите кислородни атома предават химическата природа на този тип съединение.

Малеиновият анхидрид е много подобен на янтарния анхидрид, с тази разлика, че има двойна връзка между въглеродите, които образуват основата на петоъгълника..

Глутарен анхидрид

Накрая е показан анхидридът на глутаровата киселина. Това структурно се отличава от всички останали, като се състои от хексагонален пръстен. Отново, трите кислородни атома се открояват в структурата.

Други анхидриди, по-сложни, винаги могат да бъдат доказани от трите кислородни атома, много близо един до друг.

препратки

1. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (2019). Анхидрид. Encryclopaedia Britannica. Изтеглено от: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 януари 2019 г.). Определяне на киселинен анхидрид в химията. Изтеглено от: thoughtco.com
3. Химия LibreTexts. (Н.О.). Анхидриди. Изтеглено от: chem.libretexts.org
4. Греъм Соломонс T.W., Крейг Б. Фрайле. (2011 г.). Органична химия. Амини. (10^тата издание.). Wiley Plus.
5. Кери Ф. (2008). Органична химия (Шесто издание). Mc Graw Hill.
6. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
7. Морисън и Бойд. (1987). Органична химия (Пето издание). Адисън-Уесли Ибероамерикана.
8. Wikipedia. (2019). Анхидрид на органична киселина. Изтеглено от: en.wikipedia.org