Bezvodé vlastnosti, způsob jejich tvorby, názvosloví, aplikace

anhydridy jsou to chemické sloučeniny, které vznikají spojením dvou molekul uvolňováním vody. Lze to tedy považovat za dehydrataci výchozích látek; ačkoli to není úplně pravda.

V organické a anorganické chemii se o nich zmiňuje a v obou větvích se jejich porozumění do značné míry liší. Například v anorganické chemii jsou bazické a kyselé oxidy považovány za anhydridy jejich hydroxidů a kyselin, protože první reagují s vodou za vzniku těchto hydroxidů a kyselin..

Zde může vzniknout zmatek mezi pojmy „bezvodý“ a „anhydrid“. Obecně bezvodý znamená sloučeninu, která byla dehydratována bez změn v její chemické povaze (žádná reakce); zatímco s anhydridem dochází k chemické změně, která se odráží v molekulární struktuře.

Pokud se hydroxidy a kyseliny porovnají s odpovídajícími oxidy (nebo anhydridy), bude pozorováno, že došlo k reakci. Naproti tomu některé oxidy nebo soli mohou být hydratovány, ztrácí vodu a zůstávají stejné sloučeniny; ale bez vody, to znamená bezvodé.

V organické chemii, na druhé straně, co je míněno anhydride je počáteční definice. Jedním z nejznámějších anhydridů jsou například deriváty karboxylových kyselin (top image). Ty se skládají ze spojení dvou acylových skupin (-RCO) pomocí atomu kyslíku.

Ve své obecné struktuře se uvádí R₁ pro acylovou skupinu a R₂ pro druhou acylovou skupinu. Protože R₁ a R₂ jsou odlišné, pocházejí z různých karboxylových kyselin a je to pak asymetrický anhydrid kyseliny. Když jsou oba substituenty R (ať už jsou nebo nejsou aromatické) stejné, hovoříme v tomto případě o symetrickém anhydridu kyseliny.

V době spojení dvou karboxylových kyselin za vzniku anhydridu se může nebo nemusí tvořit voda, stejně jako další sloučeniny. Vše bude záviset na struktuře uvedených kyselin.

Index

• 1 Vlastnosti anhydridů
  • 1.1 Chemické reakce
• 2 Jak se tvoří anhydridy?
  • 2.1 Cyklické anhydridy
• 3 Nomenklatura
• 4 Aplikace
  • 4.1 Anhydridy organických látek
• 5 Příklady
  • 5.1 Anhydrid kyseliny jantarové
  • 5.2 Anhydrid kyseliny glutarové
• 6 Odkazy

Vlastnosti anhydridů

Vlastnosti anhydridů budou záviset na tom, na co odkazujete. Téměř všichni mají společného, ​​že reagují s vodou. Nicméně u takzvaných bazických anhydridů v anorganickém prostředí je ve skutečnosti několik z nich dokonce nerozpustných ve vodě (MgO), proto se toto prohlášení zaměří na anhydridy karboxylových kyselin..

Teploty tání a varu spadají na molekulární strukturu a intermolekulární interakce (RCO).₂Nebo se jedná o obecný chemický vzorec těchto organických sloučenin.

Pokud molekulová hmotnost (RCO)₂Nebo je nízká, je to pravděpodobně bezbarvá kapalina při pokojové teplotě a tlaku. Například anhydrid kyseliny octové (nebo anhydrid kyseliny ethanové), (CH₃CO)₂Nebo je to kapalina, která má větší průmyslovou důležitost a je velmi rozsáhlá.

Reakce mezi acetanhydridem a vodou je reprezentována následující chemickou rovnicí:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Všimněte si, že když se přidá molekula vody, uvolňují se dvě molekuly kyseliny octové. Pro kyselinu octovou však nemůže dojít k reverzní reakci:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (nestane se)

Je nutné uchýlit se k další syntetické cestě. Dikarboxylové kyseliny na druhé straně mohou tak učinit zahříváním; ale bude vysvětleno v další části.

Chemické reakce

Hydrolýza

Jednou z nejjednodušších reakcí anhydridů je jejich hydrolýza, která byla právě ukázána pro anhydrid kyseliny octové. Kromě tohoto příkladu máme anhydrid kyseliny sírové:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SO₄

Zde máte anorganický anhydrid kyseliny. Všimněte si, že pro H₂S₂O₇ (také volal disulfuric kyselina), reakce sám je reverzibilní, tak topení H₂SO₄ Koncentrát vede k tvorbě jeho anhydridu. Pokud je to naopak zředěný roztok H₂SO₄, SO se uvolňuje₃, anhydrid kyseliny sírové.

Esterifikace

Anhydridy kyselin reagují s alkoholy s pyridinem v médiu za vzniku esteru a karboxylové kyseliny. Například se uvažuje reakce mezi anhydridem kyseliny octové a ethanolem:

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

Tak vzniká ethylester ethanoát, CH₃CO₂CH₂CH₃, a kyselina ethanová (kyselina octová).

Prakticky, co se stane, je substituce vodíku hydroxylové skupiny acylovou skupinou:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

V případě (CH₃CO)₂Nebo je vaše acylová skupina -COCH₃. Proto se říká, že skupina OH trpí acylací. Acylace a esterifikace však nejsou zaměnitelné koncepty; Acylace může nastat přímo v aromatickém kruhu, známém jako Friedel-Craftsova acylace.

Alkoholy v přítomnosti anhydridů kyselin jsou tedy esterifikovány acylací.

Na druhou stranu, pouze jedna ze dvou acylových skupin reaguje s alkoholem, druhá zůstává s vodíkem tvořícím karboxylovou kyselinu; to pro případ (CH₃CO)₂Nebo je to kyselina ethanová.

Amidace

Anhydridy kyselin reagují s amoniakem nebo s aminy (primární a sekundární) za vzniku amidů. Reakce je velmi podobná právě popsané esterifikaci, ale ROH je nahrazen aminem; například sekundární amin, R₂NH.

Reakce mezi (CH₃CO)₂O a diethylamin, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONEt₂ + CH₃COO^-+NH₂Et₂

Vzniká diethylacetamid, CH₃CONEt₂, a karboxylová amonná sůl, CH₃COO^-+NH₂Et₂.

I když se může zdát, že rovnice je trochu těžko pochopitelná, stačí pozorovat, jak skupina -COCH₃ nahradit H v Et₂NH za vzniku amidu:

Et₂NH => Et₂NCOCH₃

Více než amidace je reakce stále acylací. Vše je shrnuto v tomto slově; tentokrát amin trpí acylací a ne alkoholem.

Jak se tvoří anhydridy?

Anorganické anhydridy se tvoří reakcí prvku s kyslíkem. Je-li tedy prvek kovový, vytvoří se bazický oxid nebo anhydrid kovu; a pokud je nekovový, vytvoří se nekovový oxid nebo anhydrid kyseliny.

U organických anhydridů je reakce odlišná. Dvě karboxylové kyseliny se nemohou vázat přímo za účelem uvolnění vody a tvorby anhydridu kyseliny; účast sloučeniny, která dosud nebyla zmíněna, je vyžadována: acylchlorid, RCOCl.

Karboxylová kyselina reaguje s acylchloridem za vzniku odpovídajícího anhydridu a chlorovodíku:

R₁COCl + R₂COOH => R₁CO) O (COR₂) + HC1

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HC1

CH₃ pochází z acetylové skupiny, CH₃CO- a druhá je již přítomna v kyselině octové. Volba specifického acylchloridu, stejně jako karboxylové kyseliny, může vést k syntéze symetrického nebo asymetrického anhydridu kyseliny..

Cyklické anhydridy

Na rozdíl od ostatních karboxylových kyselin, které vyžadují acylchlorid, mohou být dikarboxylové kyseliny kondenzovány v odpovídajícím anhydridu. K tomu je nutné zahřát, aby se podpořilo uvolnění H₂Například je znázorněna tvorba anhydridu kyseliny ftalové z kyseliny ftalové.

Všimněte si, jak je pětiúhelníkový kruh dokončen a kyslík, který váže obě skupiny C = O, je jeho součástí; Jedná se o cyklický anhydrid. Také je vidět, že anhydrid kyseliny ftalové je symetrický anhydrid, protože oba R₁ jako R₂ Jsou identické: aromatický kruh.

Ne všechny dikarboxylové kyseliny jsou schopny tvořit svůj anhydrid, protože když jsou jejich skupiny COOH široce odděleny, jsou nuceny dokončit větší a větší kruhy. Největší kruh, který může být vytvořen, je hexagonální, větší než reakce, ke které nedochází.

Nomenklatura

Jak se jmenují anhydridy? Bez ohledu na anorganické látky, které se týkají oxidů, názvy dosud popsaných organických anhydridů závisí na identitě R₁ a R₂; tj. jeho acylových skupin.

Jsou-li obě R stejná, postačí nahradit slovo „kyselina“ za „anhydrid“ v příslušném názvu karboxylové kyseliny. A pokud jsou naopak obě Rs odlišné, jsou pojmenovány v abecedním pořadí. Proto je nutné nejprve zjistit, zda je to symetrický nebo asymetrický anhydrid kyseliny..

(CH₃CO)₂Nebo je symetrický, protože R₁= R₂ = CH₃. Derivát kyseliny octové nebo ethanové, takže jeho název je podle předchozího vysvětlení: anhydrid kyseliny octové nebo ethanoický. Totéž platí pro právě zmíněný anhydrid kyseliny ftalové.

Předpokládejme, že máte následující anhydrid:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Acetylová skupina na levé straně pochází z kyseliny octové a ta na pravé straně pochází z kyseliny heptanové. Pro pojmenování tohoto anhydridu musíte pojmenovat své skupiny R v abecedním pořadí. Její název je: anhydrid kyseliny heptanové.

Aplikace

Anorganické anhydridy mají nekonečné množství aplikací, od syntézy a formulace materiálů, keramiky, katalyzátorů, cementů, elektrod, hnojiv atd. Až po potahování zemské kůry tisíci železnými a hliníkovými minerály a oxidem uhličitým. uhlíku vydechovaného živými organismy.

Představují zdroj odchodu, kde mnoho sloučenin používaných v anorganické syntéze pochází. Jedním z nejdůležitějších anhydridů je oxid uhličitý, CO₂. Spolu s vodou je nezbytný pro fotosyntézu. A na průmyslové úrovni, SO₃ je to prvořadé, protože obžalovaný z ní získává kyselinu sírovou.

Možná, že anhydrid s více aplikacemi a mající (pokud existuje život) je jeden z kyseliny fosforečné: adenosintrifosfát, lépe známý jako ATP, přítomný v DNA a "energetická měna" metabolismu.

Anhydridy organických látek

Anhydridy kyselin reagují acylací, buď na alkohol, za vzniku esteru, na amin, za vzniku amidu nebo aromatického kruhu..

Existují miliony každé z těchto sloučenin a stovky tisíc možností karboxylové kyseliny pro přípravu anhydridu; proto syntetické možnosti drasticky rostou.

Jednou z hlavních aplikací je tedy začlenění acylové skupiny do sloučeniny, která nahradí jeden z atomů nebo skupin její struktury..

Každý anhydrid má své vlastní aplikace, ale obecně reagují podobným způsobem. Z tohoto důvodu se tyto typy sloučenin používají k modifikaci polymerních struktur a vytváření nových polymerů; to znamená kopolymery, pryskyřice, povlaky atd..

Anhydrid kyseliny octové se například používá k acetylaci všech OH skupin celulózy (spodní obrázek). S tímto, každý H OH je nahrazený acetyl skupinou, COCH₃.

Tímto způsobem se získá acetát acetátu celulózy. Stejná reakce může být načrtnuta s jinými polymerními strukturami s NH skupinami₂, také citlivé na acylaci.

Tyto acylační reakce jsou také užitečné pro syntézu léčiv, jako je aspirin (kyselina acetylsalicylový).

Příklady

Některé další příklady organických anhydridů jsou doloženy. Ačkoliv z nich nebude žádná zmínka, atomy kyslíku mohou být nahrazeny sírou, což dává síru, nebo dokonce anhydridy fosforu.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: anhydrid kyseliny benzoové. Skupina C₆H₅ představuje benzenový kruh. Jeho hydrolýza produkuje dvě kyseliny benzoové.

-HCO (O) COH: anhydrid kyseliny mravenčí. Jeho hydrolýza produkuje dvě kyseliny mravenčí.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: anhydrid kyseliny benzoové. Jeho hydrolýza produkuje kyseliny benzoové a propanové.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: anhydrid cyklohexankarboxylové kyseliny. Na rozdíl od aromatických kruhů jsou tyto nasycené, bez dvojných vazeb.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: anhydrid kyseliny propanové.

Anhydrid kyseliny jantarové

Zde máme další cyklický, odvozený od kyseliny jantarové, kyseliny dikarboxylové. Všimněte si, jak tři atomy kyslíku prozrazují chemickou povahu tohoto typu sloučeniny.

Anhydrid kyseliny maleinové je velmi podobný anhydridu kyseliny jantarové, s tím rozdílem, že mezi uhlíky, které tvoří základ pětiúhelníku, je dvojná vazba.

Anhydrid kyseliny glutarové

A konečně je ukázán anhydrid kyseliny glutarové. Toto strukturálně se odlišuje od všech ostatních složením šestiúhelníkového prstence. Ve struktuře vystupují opět tři atomy kyslíku.

Jiné anhydridy, komplexnější, mohou být vždy doloženy třemi atomy kyslíku velmi blízko u sebe.

Odkazy

1. Editoři Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydrid. Encryclopaedia Britannica. Zdroj: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. ledna 2019). Anhydrid kyseliny Definice v chemii. Citováno z: thoughtco.com
3. Chemie LibreTexts. (s.f.). Anhydridy. Zdroj: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organická chemie. Aminy (10)^th vydání.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Organická chemie (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8. vydání). CENGAGE Učení.
7. Morrison a Boyd. (1987). Organická chemie (Páté vydání). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Anhydrid kyseliny organické. Zdroj: en.wikipedia.org