- Svojstva anhidrida
- Kemijske reakcije
- Hidroliza
- Esterifikacija
- amidiranje
- Kako nastaju anhidridi?
- Ciklični anhidridi
- Nomenklatura
- Prijave
- Organski anhidridi
- Primjeri
- Sućinski anhidrid
- Glutarni anhidrid
- Reference
Su anhidridi su kemijski spojevi koji potječu iz dviju molekula sjedinjenja otpuštanjem vode. Dakle, moglo bi se promatrati kao dehidracija početnih tvari; iako to nije sasvim istina.
U organskoj i anorganskoj kemiji spominju se, a u obje se grane njihovo razumijevanje znatno razlikuje. Na primjer, u anorganskoj kemiji osnovni i kiseli oksidi smatraju se anhidridima njihovih hidroksida i kiselina, budući da prvi reagiraju s vodom, pa nastaju drugi.
Opća struktura anhidrida. Izvor: DrEmmettBrownie, iz Wikimedia Commons
Ovdje može doći do zbrke između termina "bezvodni" i "anhidrid". Općenito, bezvodni se odnosi na spoj u kojem je dehidriran bez promjene u svojoj kemijskoj prirodi (nema reakcije); dok s anhidridom dolazi do kemijske promjene, što se odražava na molekularnu strukturu.
Ako se hidroksidi i kiseline usporede s njihovim odgovarajućim oksidima (ili anhidridima), vidjet će se da je došlo do reakcije. Suprotno tome, neki oksidi ili soli mogu se hidratizirati, gube vodu i ostaju isti spojevi; ali bez vode, to jest bezvodni.
S druge strane, u organskoj kemiji ono što se podrazumijeva pod anhidridom početna je definicija. Na primjer, jedan od najpoznatijih anhidrida su oni koji su izvedeni iz karboksilnih kiselina (gornja slika). Oni se sastoje od spajanja dviju acilnih skupina (-RCO) kroz atom kisika.
U opće strukture R 1 je indiciran za jednu acilnu skupinu, i R 2 za drugi acil skupine. Zbog R 1 i R 2 su različiti, oni dolaze iz različitih karboksilnih kiselina, a zatim je anhidrid asimetričan kiseline. Kad su oba R supstituenta (bez obzira jesu li aromatični ili ne) isti, u ovom slučaju govorimo o anhidridu simetrične kiseline.
Kad se dvije karboksilne kiseline vežu za tvorbu anhidrida, može se formirati voda ili ne mora tvoriti, kao i drugi spojevi. Sve će ovisiti o strukturi tih kiselina.
Svojstva anhidrida
Svojstva anhidrida ovisit će o onim na koje se pozivate. Većina njih ima zajedničko to što reagiraju s vodom. Međutim, za takozvane bazične anhidride u anorganskim, zapravo nekoliko njih je čak netopljivih u vodi (MgO), pa će se ova izjava usredotočiti na anhidride karboksilnih kiselina.
Tališta i vrelišta leže u molekularnoj strukturi i u međumolekularnim interakcijama za (RCO) 20, što je opća kemijska formula ovih organskih spojeva.
Ako je molekulska masa (RCO) 20 0 mala, to je vjerojatno bezbojna tekućina na sobnoj temperaturi i tlaku. Na primjer, anhidrid octene kiseline (ili etanske anhidrid), (CH 3 CO) 2 O, je tekući i najvažniji industrijski, a njegova proizvodnja je vrlo velika.
Reakcija između anhidrida octene vode i vode predstavljena je sljedećom kemijskom jednadžbom:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Imajte na umu da kada se doda molekula vode otpuštaju se dvije molekule octene kiseline. Međutim, za octenu kiselinu ne može doći do obrnute reakcije:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (ne pojavljuje)
Treba pribjeći drugom sintetičkom putu. Dicarboksilne kiseline, s druge strane, to mogu učiniti zagrijavanjem; ali to će biti objašnjeno u sljedećem odjeljku.
Kemijske reakcije
Hidroliza
Jedna od najjednostavnijih reakcija anhidrida je njihova hidroliza, što se upravo pokazalo za anhidrid octene kiseline. Pored ovog primjera, postoji i anhidrid sumporne kiseline:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Ovdje imate anhidrid anorganske kiseline. Umu da za H 2 S 2 O 7 (također se naziva disulfuric kiselina), reakcija je reverzibilna, tako da zagrijavanje koncentrirana H 2 SO 4 dovodi do stvaranja njegovog anhidrida. Ako, s druge strane, to je razrjeđena otopina od H 2 SO 4, SO 3, sumporni anhidrid, otpušta.
Esterifikacija
Kiseli anhidridi reagiraju s alkoholima, s piridinom između, dajući ester i karboksilnu kiselinu. Na primjer, razmotrite reakciju između octenog anhidrida i etanola:
(CH 3 CO) 2 O = CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Čime se dobije etil ester etanoat, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3, i octene kiseline (octena kiselina).
Praktično, događa se supstitucija vodika hidroksilne skupine, acilnom skupinom:
R 1 OH => R 1 -OCOR 2
U slučaju (CH 3 CO) 2 O, njegova je acil -COCH 3. Stoga se kaže da se OH grupa podvrgla acilaciji. Međutim, acilacija i esterifikacija nisu zamijenjivi pojmovi; acilacija se može dogoditi izravno na aromatskom prstenu, poznatom i kao acilacija Friedel-Crafts.
Tako se alkoholi u prisutnosti kiselinskih anhidrida esterificiraju acilacijom.
S druge strane, samo jedna od dvije acilne skupine reagira s alkoholom, druga ostaje s vodikom, tvoreći karboksilnu kiselinu; da u slučaju (CH 3 CO) 2 O, što je octene kiseline.
amidiranje
Kiseli anhidridi reagiraju s amonijakom ili aminima (primarnim i sekundarnim) da nastanu amidi. Reakcija je vrlo slična opisanoj esterifikaciji, ali ROH je zamijenjen aminom; na primjer, sekundarni amin, R 2 NH.
Ponovno, reakcija između (CH 3 CO) 2 O i dietilamin, Et 2 NH smatra:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
I dietilacetamid, CH 3 CONEt 2 i karboksilnu amonijeva sol, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 nastaju.
Iako je jednadžba se može činiti malo teško razumjeti, dovoljno je promatrati kako grupa -COCH 3 zamjenjuje H iz nekog Et 2 NH radi stvaranja amida:
I 2 NH-> i 2 NCOCH 3
Umjesto amidacije, reakcija je i dalje acilacija. Sve je sažeto u toj riječi; ovaj put amin se podvrgava acilaciji, a ne alkoholu.
Kako nastaju anhidridi?
Anorganski anhidridi nastaju reakcijom elementa s kisikom. Dakle, ako je element metalni, nastaje metalni oksid ili bazični anhidrid; a ako je nekovinski, nastaje nemetalni oksid ili kiselinski anhidrid.
Kod organskih anhidrida reakcija je drugačija. Dvije karboksilne kiseline ne mogu se direktno spojiti da bi oslobodile vodu i formirale kiselinski anhidrid; sudjelovanje spoja koji još nije spomenut je potrebno: acil klorid, RCOCl.
Karboksilna kiselina reagira s acil-kloridom, stvarajući anhidrid i klorovodik:
R 1 COCl + R 2 COOH => (R 1 CO) O (COR 2) + HCl
CH 3 COCl + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCl
Jedna CH 3 dolazi iz acetilne skupine, CH 3 CO-, a drugi je već prisutan u octenoj kiselini. Izbor specifičnog acil-klorida, kao i karboksilne kiseline, može dovesti do sinteze anhidrida simetrične ili asimetrične kiseline.
Ciklični anhidridi
Za razliku od ostalih karboksilnih kiselina kojima je potreban acil klorid, dikarboksilne kiseline mogu se kondenzirati u odgovarajući anhidrid. Na to, oni moraju biti zagrijana na potpomažu oslobađanje H 2 O. Na primjer, prikazan je tvorba ftalnog anhidrida iz ftalne kiseline.
Stvaranje ftalnog anhidrida. Izvor: Jü, iz Wikimedia Commons
Zapazite kako je kompletiran peterokutni prsten, a dio njega je kisik koji spaja obje C = O grupe; ovo je ciklički anhidrid. Također, može se uočiti da se ftalanhidrid simetričnog anhidrida, budući da su oba R 1 i R 2 su identični: aromatski prsten.
Nisu sve dikarboksilne kiseline sposobne formirati svoj anhidrid jer, kada se njihove COOH grupe široko razdvoje, prisiljene su na dovršenje većih i većih prstenova. Najveći prsten koji se može stvoriti je šesterokutni, veći od toga da se reakcija ne odvija.
Nomenklatura
Kako se nazivaju anhidridi? Ostavljajući one anorganskih, odnose na pitanja oksida, nazivi organskih anhidrida objašnjeno sada ovisi o identitetu R 1 i R 2; to jest njegovih acilnih skupina.
Ako su dva R ista, jednostavno zamijenite riječ 'kiselina' s 'anhidridom' u odgovarajućem nazivu karboksilne kiseline. A ako su, naprotiv, dva R-a različita, oni su imenovani abecednim redom. Stoga, da biste znali kako ga nazvati, prvo morate vidjeti je li to simetrični ili asimetrični anhidrid kiseline.
(CH 3 CO) 2 O je simetrično, jer R 1 = R 2 = CH 3. Potječe iz octene ili etanske kiseline, pa je njegovo ime, prema prethodnom objašnjenju: anhidrid octene ili etanojske kiseline. Isto se odnosi i na upravo spomenuti ftalni anhidrid.
Pretpostavimo da imamo sljedeći anhidrid:
CH 3 CO (O) -COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Acetilna skupina na lijevoj strani dolazi od octene kiseline, a ona s desne strane dolazi iz heptanske kiseline. Da biste dali naziv ovom anhidridu, njegove R skupine morate imenovati abecednim redom. Dakle, njegovo ime je: heptanski octeni anhidrid.
Prijave
Anorganski anhidridi imaju beskonačnu primjenu, od sinteze i formulacije materijala, keramike, katalizatora, cementa, elektroda, gnojiva itd., Do oblaganja zemljine kore sa svojim tisućama minerala željeza i aluminija i dioksida ugljika izdisnut živim organizmima.
Predstavljaju početni izvor, točku u kojoj se dobivaju mnogi spojevi koji se koriste u anorganskim sintezama. Jedan od najvažnijih anhidrida je ugljični dioksid, CO 2. Uz vodu, ključan je za fotosintezu. Na industrijskoj razini, SO 3 je ključan jer se iz njega traži tražena sumporna kiselina.
Možda je anhidrid koji ima najviše primjene i ima (dok život postoji) onaj iz fosforne kiseline: adenozin trifosfat, poznatiji kao ATP, prisutan u DNK i „energetskoj valuti“ metabolizma.
Organski anhidridi
Kiseli anhidridi reagiraju acilacijom, bilo na alkohol, tvoreći ester, amin, nastajući amid ili aromatski prsten.
Postoje milijuni svakog od ovih spojeva i stotine tisuća opcija karboksilne kiseline da se napravi anhidrid; stoga mogućnosti sinteze dramatično rastu.
Prema tome, jedna od glavnih primjena je uključivanje acilne skupine u spoj, zamjenjujući jedan od atoma ili skupina njegove strukture.
Svaki odvojeni anhidrid ima svoje primjene, ali općenito govoreći svi reagiraju na sličan način. Iz tog razloga, ove vrste spojeva koriste se za modificiranje polimernih struktura, stvarajući nove polimere; tj. kopolimeri, smole, prevlake itd.
Na primjer, octeni anhidrid koristi se za acetiliranje svih OH grupa celuloze (donja slika). S tim, svaki od H OH zamijenjen acetil grupe, COCH 3.
Celuloza. Izvor: NEUROtiker, iz Wikimedia Commons
Na taj se način dobiva celulozni acetatni polimer. Ista reakcija se može prikazana s drugim polimerne strukture s NH 2 grupe, također podložnih aciliranja.
Te reakcije acilacije korisne su i za sintezu lijekova, poput aspirina (acetilsalicilna kiselina).
Primjeri
Neki drugi primjeri organskih anhidrida su prikazani do kraja. Iako se o njima neće spominjati, atomi kisika mogu biti zamijenjeni sumporom, dajući sumpor ili čak fosforne anhidride.
C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5: benzojeva anhidrida. Skupina C C6 H 5 predstavlja benzenski prsten. Njenom hidrolizom nastaju dvije benzojeve kiseline.
-HCO (O) COH: mravljični anhidrid. Hidrolizom nastaju dvije mravlje kiseline.
- C 6 H 5 CO (O) -COCH 2 CH 3: benzojeve propionska anhidrid. Hidrolizom nastaju benzojeva i propanoična kiselina.
C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11: cikloheksan anhidrid. Za razliku od aromatičnih prstenova, ovi su zasićeni, bez dvostrukih veza.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) -COCH 2 CH 3: propionska maslačna anhidrid.
Sućinski anhidrid
Sućinski anhidrid. Izvor: Ninjatacoshell, iz Wikimedia Commons
Ovdje imate još jedan ciklički, izveden iz jantarne kiseline, dikarboksilne kiseline. Primjetite kako tri atoma kisika otkrivaju kemijsku prirodu ove vrste spoja.
Malenski anhidrid vrlo je sličan anhidridu sukcinije, s razlikom što postoji dvostruka veza između ugljika koji tvore bazu pentagona.
Glutarni anhidrid
Glutarni anhidrid. Izvor: Choij, iz Wikimedia Commons
I na kraju je prikazan anhidrid glutanske kiseline. Ovo se strukturno razlikuje od svih ostalih po tome što se sastoji od šesterokutnog prstena. Ponovo se u strukturi ističu tri atoma kisika.
O ostalim anhidridima, složenijim, uvijek se mogu dokazivati tri atoma kisika vrlo blizu jedan drugom.
Reference
- Urednici Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhidrid. Enclyclopeedia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (8. siječnja 2019.). Definicija kiselinskog anhidrida u kemiji. Oporavilo od: misel.com
- Kemija LibreTexts. (SF). Anhidrida. Oporavak od: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini. (10 th Edition,). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Morrison i Boyd. (1987). Organska kemija. (Peto izdanje). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Anhidrid organske kiseline. Oporavilo sa: en.wikipedia.org