Vízmentes tulajdonságok, kialakításuk módja, nómenklatúra, alkalmazások

az anhidridjei kémiai vegyületek, amelyek két molekula egyesüléséből származnak a víz felszabadításán keresztül. Így úgy tekinthető, mint a kiindulási anyagok dehidratációja; bár ez nem igaz.

A szerves és szervetlen kémia esetében említést tesznek ezekről, és mindkét ágban megértésük jelentős mértékben eltér. Például szervetlen kémia esetén a bázikus és savas oxidokat hidroxidjaik és savaik anhidridjeinek tekintjük, mivel az előbbi a vízzel reagálva képződik..

Itt a „vízmentes” és „anhidrid” fogalmak között zavar lehet. Általában vízmentes kifejezés olyan vegyületre vonatkozik, amelyet kémiai természetük változása nélkül dehidratáltak (nincs reakció); mivel egy anhidriddel kémiai változás következik be, amely a molekuláris szerkezetben tükröződik.

Ha a hidroxidokat és a savakat összehasonlítjuk a megfelelő oxidokkal (vagy anhidridekkel), akkor megfigyelhető, hogy reakció áll fenn. Ezzel szemben néhány oxid vagy só lehet hidratált, vízvesztés, és ugyanazok a vegyületek maradhatnak; de víz nélkül, azaz vízmentes.

A szerves kémia esetében viszont az anhidrid fogalma a kezdeti meghatározás. Például az egyik legismertebb anhidrid a karbonsavak származékai (felső kép). Ezek két acilcsoport (-RCO) oxigénatomon keresztül történő összekapcsolódásából állnak.

Általános szerkezetében R₁ egy acilcsoportra és R₂ a második acilcsoporthoz. Mert R₁ és R₂ különböznek, különböző karbonsavakból származnak, majd aszimmetrikus savanhidrid. Ha mindkét R szubsztituens (függetlenül attól, hogy aromás vagy nem) ugyanaz, akkor ebben az esetben szimmetrikus savanhidridről beszélünk..

Két karbonsav összekapcsolása az anhidrid képződése idején víz képződik vagy nem képződik, valamint más vegyületek. Minden az említett savak szerkezetétől függ.

index

• 1 Az anhidridek tulajdonságai
  • 1.1 Kémiai reakciók
• 2 Hogyan képződnek az anhidridek??
  • 2.1 Ciklikus anhidridek
• 3 Nómenklatúra
• 4 Alkalmazások
  • 4.1 Szerves anhidridek
• 5 Példák
  • 5.1 Sósav-anhidrid
  • 5.2 Glutársav-anhidrid
• 6 Referenciák

Az anhidridek tulajdonságai

Az anhidridek tulajdonságai attól függnek, hogy mit jelent. Szinte mindegyikük közös, hogy vízzel reagálnak. Azonban az úgynevezett szervetlen anhidridek esetében valójában ezek közül több vízben is oldhatatlan (MgO), így ez a kijelentés a karbonsavak anhidridjeire összpontosít.

Az olvadási és forráspontok az (RCO) molekuláris szerkezetére és az intermolekuláris kölcsönhatásokra esnek.₂Vagy ez a szerves vegyületek általános kémiai képlete.

Ha a (RCO) molekulatömege₂Vagy alacsony, valószínűleg színtelen folyadék szobahőmérsékleten és nyomáson. Például, ecetsavanhidrid (vagy etán-anhidrid), (CH₃CO)₂Vagy ez egy folyadék és nagyobb ipari jelentőségű, nagyon nagy termelésű.

Az ecetsavanhidrid és a víz közötti reakciót a következő kémiai egyenlet mutatja:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Megjegyezzük, hogy amikor hozzáadjuk a vízmolekulát, két molekula ecetsav szabadul fel. A fordított reakció azonban nem fordulhat elő ecetsavval:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (nem történik meg)

Szükség van egy másik szintetikus útvonalra. Ezzel szemben a dikarbonsavak melegíthetik; de ezt a következő részben ismertetjük.

Kémiai reakciók

hidrolízis

Az anhidridek egyik legegyszerűbb reakciója a hidrolízis, amelyet az ecetsavanhidridre vonatkozóan mostanában mutattak ki. Ezen a példán kívül a kénsav-anhidrid:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

Itt van egy szervetlen savanhidrid. Ne feledje, hogy H₂S₂O₇ (más néven diszulfurinsav), maga a reakció reverzibilis, így H₂SW₄ A koncentrátum anhidrid képződését eredményezi. Ha viszont H hígított oldata₂SW₄, SO felszabadul₃, kénsav-anhidrid.

észterező

A savanhidridek reagáltatják az alkoholokkal, a közegben piridinnel, így észtert és karbonsavat kapunk. Például az ecetsavanhidrid és az etanol közötti reakciót figyelembe vesszük:

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

Így etil-észter-etanoátot képez, CH₃CO₂CH₂CH₃, és etánsav (ecetsav).

Gyakorlatilag a hidroxilcsoport hidrogénének helyettesítése acilcsoporttal történik:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

(CH₃CO)₂Vagy az acilcsoport a -COCH₃. Ezért azt mondják, hogy az OH csoport acilezést szenved. Az acilezés és az észterezés azonban nem cserélhető fogalmak; Az acilezés közvetlenül egy aromás gyűrűben, Friedel-Crafts-acilezés formájában fordulhat elő.

Így az alkoholok anhidridek jelenlétében acilezéssel észterezhetők.

Másrészt, a két acilcsoport közül csak az egyik reagál az alkohollal, a másik a hidrogénnel karbonsavat képez; hogy (CH₃CO)₂Vagy ez az etánsav.

amidálási

A savanhidridek ammóniával vagy aminnal (primer és szekunder) reagálnak amidok előállítására. A reakció nagyon hasonló a most ismertetett észterezéshez, de az ROH helyett egy amin; például szekunder amin, R₂NH.

Ismét a (CH₃CO)₂O és dietil-amin, Et₂NH:

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

És CH-metil-acetamid képződik₃CONET₂, és egy karbonsav-ammóniumsó, CH₃COO^-+NH₂et₂.

Bár az egyenlet kissé nehezen érthető, elég, ha megfigyeljük, hogy a -COCH csoport₃ helyettesítse az Et₂NH, amidot képezve:

et₂NH => Et₂NCOCH₃

Több, mint egy amidálás, a reakció még acilezés. Minden szó ebben a szóban van; ebben az időben az amin az acilezés, és nem az alkohol.

Hogyan képződnek az anhidridek??

A szervetlen anhidrideket úgy alakítjuk ki, hogy az elemet oxigénnel reagáltatjuk. Így, ha az elem fém, egy bázikus fém-oxid vagy anhidrid képződik; és ha nem fémes, nem-fém-oxid vagy savanhidrid képződik.

A szerves anhidridek esetében a reakció eltérő. Két karbonsav nem kötődik közvetlenül a víz felszabadításához és a savanhidrid képződéséhez; szükség van egy még nem említett vegyület részvételére: acil-klorid, RCOCl.

A karbonsav reagál az acil-kloriddal, a megfelelő anhidridet és hidrogén-kloridot képezve:

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

CH₃COCI + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

A CH₃ az acetilcsoportból származik, CH₃CO, és a másik már ecetsavban van jelen. A specifikus acil-klorid és a karbonsav megválasztása szimmetrikus vagy aszimmetrikus savanhidrid szintéziséhez vezethet..

Ciklikus anhidridek

Az acil-kloridot igénylő egyéb karbonsavaktól eltérően a dikarbonsavak a megfelelő anhidridben kondenzálhatók. Ehhez meg kell melegíteni őket, hogy elősegítsük a H felszabadulását₂O. Például ftálsav-anhidrid képződését mutatjuk be.

Figyeljük meg, hogy az ötszögű gyűrű befejeződött, és a C = O mindkét csoporthoz kötődő oxigén része annak; Ez egy ciklikus anhidrid. Látható továbbá, hogy a ftálsav-anhidrid szimmetrikus anhidrid, mivel mindkettő R₁ mint R₂ Ezek azonosak: aromás gyűrű.

Nem minden dikarbonsav képes képezni anhidridjét, mert ha a COOH-csoportjaik széles körben el vannak választva, nagyobb és nagyobb gyűrűket kell kitölteniük. A legnagyobb kialakítható gyűrű egy hatszögletű, nagyobb, mint a reakció nem történik meg.

nómenklatúra

Hogyan nevezik az anhidrideket? Az oxidokhoz kapcsolódó szervetlen anyagok mellett a szerves anhidridek elnevezései az R₁ és R₂; azaz az acilcsoportjai.

Ha a két R azonos, akkor elegendő a „sav” kifejezés helyett a karbonsav nevében az „anhidrid” szó. És ha éppen ellenkezőleg, a két R különbözik, akkor azok betűrendben vannak elnevezve. Ezért ahhoz, hogy tudjuk, mit nevezzünk, először meg kell nézni, hogy ez egy szimmetrikus vagy aszimmetrikus savanhidrid..

A (CH₃CO)₂Vagy szimmetrikus, mivel R₁= R₂ = CH₃. Az ecetsav vagy etánsav származéka, így a neve az előző magyarázat szerint: ecetsavanhidrid vagy etanoikus. Ugyanez vonatkozik a most említett ftálsav-anhidridre is.

Tegyük fel, hogy a következő anhidrid van:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

A bal oldali acetilcsoport ecetsavból származik, a jobb oldali heptánsavból. Ennek az anhidridnek a megnevezéséhez az R csoportokat betűrendben kell megnevezni. Tehát a neve: heptánsav-ecetsavanhidrid.

alkalmazások

A szervetlen anhidridek végtelen számú alkalmazást tartalmaznak az anyagok, kerámiák, katalizátorok, cementek, elektródák, műtrágyák stb. Szintézisétől és megalkotásától, a földkéreg bevonatáig ezer vas- és alumínium ásványi anyaggal és dioxiddal. az élő szervezetek által kilélegzett szén.

Ezek az indulási forrást jelentik, ahol sok szervetlen szintézisben használt vegyület származik. Az egyik legfontosabb anhidrid a szén-dioxid, CO₂. A vízzel együtt a fotoszintézishez nélkülözhetetlen. És ipari szinten az SO₃ rendkívül fontos, mivel az alperes kénsavat kap.

Lehet, hogy az anhidrid több alkalmazással rendelkezik, és (amíg van életük) az egyik a foszforsavból: adenozin-trifoszfátból, jobban ismert ATP-ként, és jelen van az anyagcsere "energikus pénznemében"..

Szerves anhidridek

A savanhidridek acilezéssel reagáltatnak egy alkoholt, amely észtert képez, aminná, ami amidot vagy aromás gyűrűt eredményez..

Ezeknek a vegyületeknek több milliója van, és több százezer karbonsav-opció áll rendelkezésre anhidrid előállítására; ezért a szintetikus lehetőségek drasztikusan növekednek.

Tehát az egyik fő alkalmazás egy acilcsoport beépítése egy vegyülethez, amely a szerkezet egyik atomját vagy csoportját helyettesíti..

Minden egyes anhidrid külön-külön rendelkezik saját alkalmazással, de általánosságban mindegyikük hasonló módon reagál. Ezért az ilyen típusú vegyületeket a polimer szerkezetek módosítására használják, új polimerek létrehozásával; azaz kopolimerek, gyanták, bevonatok stb..

Például az ecetsavanhidridet a cellulóz összes OH csoportjának acetilezésére használjuk (alsó kép). Ezzel az OH minden H-ját acetilcsoporttal, COCH-val helyettesítjük₃.

Ily módon a cellulóz-acetát polimert kapjuk. Ugyanez a reakció felvázolható más polimer szerkezetekkel NH csoportokkal₂, az acilezésre is érzékeny.

Ezek az acilezési reakciók szintén alkalmasak gyógyszerek, például aszpirin (sav.) Előállítására acetilszalicilsav).

Példák

A szerves anhidridek közül néhány más példát mutatnak be. Noha ezekről nem említenek, az oxigénatomok kénnel helyettesíthetők, kénnel vagy akár foszfor-anhidridekkel..

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: benzoesav-anhidrid. A C csoport₆H₅ jelentése benzolgyűrű. Hidrolízise két benzoesavat termel.

-HCO (O) COH: hangyasav-anhidrid. Hidrolízise két hangyasavat termel.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzoesav-propánsav-anhidrid. Hidrolízise benzoesavat és propánsavat képez.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: ciklohexán-karbonsav-anhidrid. Az aromás gyűrűkkel ellentétben ezek telítettek, kettős kötések nélkül.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: butánsav-propánsav-anhidrid.

Borostyánkősavanhidrid

Itt van egy másik, a borostyánkősavból, egy dikarbonsavból származó ciklus. Figyeljük meg, hogy a három oxigénatom elárulja az ilyen típusú vegyületek kémiai természetét.

A maleinsavanhidrid nagyon hasonlít a borostyánkősavanhidridhez, azzal a különbséggel, hogy kettős kötés van az ötszög alapját képező szén között..

Glutársav-anhidrid

Végül a glutársav anhidridjét mutatjuk be. Ez szerkezetileg megkülönböztethető az összes többitől, egy hatszögletű gyűrűből áll. A három oxigénatom ismételten kiemelkedik a szerkezetben.

Más, bonyolultabb anhidrideket mindig három egymáshoz közel lévő oxigénatom bizonyíthat.

referenciák

1. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2019). Anhidrid. Encryclopaedia Britannica. A lap eredeti címe: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. január 8.). Sav-anhidrid meghatározás a kémia területén. A lap eredeti címe: thinkco.com
3. Kémia LibreTexts. (N.d.). Anhidridjei. Lap forrása: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T. W., Craig B. Fryhle. (2011). Szerves kémia. Aminok. (10^th kiadás.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Szerves kémia (Hatodik kiadás). Mc Graw-hegy.
6. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
7. Morrison és Boyd. (1987). Szerves kémia (Ötödik kiadás). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Szerves savanhidrid. Lap forrása: en.wikipedia.org