Anhydrider egenskaber, hvordan de dannes og anvendelser

1959
Sherman Hoover

Det anhydrider De er kemiske forbindelser, der stammer fra foreningen af ​​to molekyler gennem frigivelse af vand. Således kunne det ses som en dehydrering af de oprindelige stoffer; skønt det ikke er nøjagtigt sandt.

I organisk og uorganisk kemi nævnes dem, og i begge grene adskiller deres forståelse sig i mærkbar grad. F.eks. Betragtes i uorganisk kemi de basiske og sure oxider som henholdsvis anhydriderne af deres hydroxider og syrer, da førstnævnte reagerer med vand til dannelse af sidstnævnte..

Generel struktur af anhydrider. Kilde: DrEmmettBrownie [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], fra Wikimedia Commons

Her kan der opstå forveksling mellem udtrykkene 'vandfri' og 'anhydrid'. Generelt henviser vandfri til en forbindelse, hvortil den er blevet dehydreret uden ændringer i dets kemiske natur (der er ingen reaktion); mens der med et anhydrid er en kemisk ændring, reflekteret i den molekylære struktur.

Hvis hydroxider og syrer sammenlignes med deres tilsvarende oxider (eller anhydrider), vil det ses, at der var en reaktion. På den anden side kan nogle oxider eller salte hydratiseres, miste vand og forblive de samme forbindelser; men uden vand, det vil sige vandfri.

I organisk kemi er der på den anden side det, der menes med anhydrid, den første definition. For eksempel er et af de bedst kendte anhydrider dem, der stammer fra carboxylsyrer (topbillede). Disse består af foreningen af ​​to acylgrupper (-RCO) gennem et oxygenatom.

I sin generelle struktur er det angivet R1 for en acylgruppe og Rto for den anden acylgruppe. Fordi R1 og Rto de er forskellige, de kommer fra forskellige carboxylsyrer, og det er derefter et asymmetrisk syreanhydrid. Når begge substituenter R (uanset om de er aromatiske) er ens, taler vi i så fald om et symmetrisk syreanhydrid.

Når to carboxylsyrer binder til dannelse af anhydridet, kan der dannes vand eller ikke såvel som andre forbindelser. Alt afhænger af strukturen af ​​disse syrer.

Artikelindeks

  • 1 Egenskaber ved anhydrider
    • 1.1 Kemiske reaktioner
  • 2 Hvordan dannes anhydrider?
    • 2.1 Cykliske anhydrider
  • 3 Nomenklatur
  • 4 applikationer
    • 4.1 Organiske anhydrider
  • 5 eksempler
    • 5.1 ravsyreanhydrid
    • 5.2 Glutarsyre
  • 6 Referencer

Egenskaber ved anhydrider

Anhydridernes egenskaber afhænger af, hvilke du henviser til. Næsten alle har det til fælles at de reagerer med vand. For de såkaldte basiske anhydrider i uorganisk er faktisk flere af dem endda uopløselige i vand (MgO), så denne erklæring vil fokusere på anhydriderne af carboxylsyrer.

Smelte- og kogepunkter falder på den molekylære struktur og intermolekylære interaktioner for (RCO)toEller dette er den generelle kemiske formel for disse organiske forbindelser.

Hvis molekylmassen af ​​(RCO)toEller det er lavt, sandsynligvis en farveløs væske ved stuetemperatur og tryk. F.eks. Eddikesyreanhydrid (eller ethansyreanhydrid), (CH3CO)toEller det er en væske og den af ​​største industrielle betydning, og dens produktion er meget stor..

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

(CH3CO)toO + HtoO => 2CH3COOH

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

2CH3COOH => (CH3CO)toO + HtoO (forekommer ikke)

Det er nødvendigt at ty til en anden syntetisk rute. Dicarboxylsyrer kan på den anden side gøre det ved opvarmning; men det forklares i det næste afsnit.

Kemiske reaktioner

Hydrolyse

En af de enkleste reaktioner med anhydrider er deres hydrolyse, som netop er blevet vist for eddikesyreanhydrid. Ud over dette eksempel er der svovlsyreanhydrid:

HtoStoELLER7 + HtoELLER <=> 2HtoSW4

Her har du et uorganisk syreanhydrid. Bemærk, at for HtoStoELLER7 (også kaldet svovlsyre), reaktionen er reversibel, så opvarmning HtoSW4 koncentrat giver anledning til dannelsen af ​​dets anhydrid. Hvis det derimod er en fortyndet opløsning af HtoSW4, SO frigives3, svovlsyreanhydrid.

Forestring

Syreanhydrider reagerer med alkoholer med pyridin imellem for at give en ester og en carboxylsyre. Overvej f.eks. Reaktionen mellem eddikesyreanhydrid og ethanol:

(CH3CO)toO + CH3CHtoOH => CH3COtoCHtoCH3            +   CH3COOH

Dannelse af esteren ethylethanoat, CH3COtoCHtoCH3, og ethansyre (eddikesyre).

Hvad der praktisk talt sker, er substitutionen af ​​hydrogenet i hydroxylgruppen med en acylgruppe:

R1-OH => R1-OCORto

I tilfælde af (CH3CO)toEller dens acylgruppe er -COCH3. Derfor siges det, at OH-gruppen gennemgår acylering. Imidlertid er acylering og esterificering ikke udskiftelige begreber; acylering kan forekomme direkte på en aromatisk ring, kendt som Friedel-Crafts acylering.

Alkoholer i nærvær af syreanhydrider forestres således ved acylering.

På den anden side reagerer kun den ene af de to acylgrupper med alkoholen, den anden forbliver med hydrogenet og danner en carboxylsyre; det for tilfældet med (CH3CO)toEller er ethansyre.

Amidation

Syreanhydrider reagerer med ammoniak eller aminer (primære og sekundære) for at give anledning til amider. Reaktionen svarer meget til den netop beskrevne forestring, men ROH erstattes af en amin; for eksempel en sekundær amin, RtoNH.

Igen er reaktionen mellem (CH3CO)toO og diethylamin, EttoNH:

(CH3CO)toO + 2EttoNH => CH3CONEtto + CH3COO- +NHtoEtto

Og diethylacetamid, CH3CONEtto, og et carboxyleret salt af ammonium, CH3COO- +NHtoEtto.

Selvom ligningen kan synes lidt vanskelig at forstå, skal du bare se på, hvordan -COCH-gruppen3 erstat H for et EttoNH til dannelse af amidet:

EttoNH => EttoNCOCH3

I stedet for amidering er reaktionen stadig acylering. Alt er opsummeret i det ord; denne gang gennemgår aminen acylering og ikke alkoholen.

Hvordan dannes anhydrider?

Uorganiske anhydrider dannes ved at reagere elementet med ilt. Således, hvis elementet er metallisk, dannes et metallisk oxid eller basisk anhydrid; og hvis det er ikke-metallisk, dannes et ikke-metaloxid eller syreanhydrid.

For organiske anhydrider er reaktionen anderledes. To carboxylsyrer kan ikke forbinde direkte for at frigive vand og danne syreanhydrid; deltagelse af en forbindelse, der endnu ikke er nævnt, er nødvendig: acylchlorid, RCOCl.

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

R1COCl + RtoCOOH => (R1CO) ELLER (CORto) + HCI

CH3COCl + CH3COOH => (CH3CO)toO + HCI

En CH3 kommer fra acetylgruppen, CH3CO-, og den anden er allerede til stede i eddikesyre. Valget af et specifikt acylchlorid såvel som carboxylsyre kan føre til syntese af et symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.

Cykliske anhydrider

I modsætning til de andre carboxylsyrer, der kræver acylchlorid, kan dicarboxylsyrer kondensere til deres tilsvarende anhydrid. Til dette er det nødvendigt at opvarme dem for at fremme frigivelsen af ​​H.toO. F.eks. Er dannelsen af ​​phthalsyreanhydrid fra phthalsyre vist.

Dannelse af phthalsyreanhydrid. Kilde: Jü [Public domain], fra Wikimedia Commons

Bemærk, hvordan den femkantede ring er afsluttet, og det ilt, der forbinder begge C = O-grupper, er en del af den; dette er et cyklisk anhydrid. Ligeledes kan det forstås, at phthalsyreanhydrid er et symmetrisk anhydrid, da begge R1 som Rto er identiske: en aromatisk ring.

Ikke alle dicarboxylsyrer er i stand til at danne deres anhydrid, da når deres COOH-grupper er vidt adskilt, er 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 navngives anhydrider? Bortset fra de uorganiske, der er relevante for oxidproblemer, afhænger navnene på de hidtil forklarede organiske anhydrider af identiteten af ​​R1 og Rto; det vil sige dets acylgrupper.

Hvis de to R'er er ens, skal du blot erstatte ordet 'syre' med 'anhydrid' i det respektive navn på carboxylsyren. Og hvis tværtimod de to R'er er forskellige, navngives de i alfabetisk rækkefølge. For at vide, hvad man skal kalde det, skal man først se, om det er et symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.

CH3CO)toO er symmetrisk, da R1= Rto = CH3. Det stammer fra eddikesyre eller ethansyre, så navnet er efter den tidligere forklaring: eddikesyre eller ethansyreanhydrid. Det samme sker med det netop nævnte phthalsyreanhydrid.

Antag, at vi har følgende anhydrid:

CH3CO (O) COCHtoCHtoCHtoCHtoCHtoCH3

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

Ansøgninger

Uorganiske anhydrider har uendelige anvendelser, fra syntese og formulering af materialer, keramik, katalysatorer, cement, elektroder, gødning osv. Til en belægning af jordskorpen med tusindvis af jern- og aluminiummineraler og kuldioxid udåndet levende organismer.

De repræsenterer startkilden, det punkt, hvor mange forbindelser anvendt i uorganiske synteser er afledt. En af de vigtigste anhydrider er kuldioxid, COto. Det er sammen med vand afgørende for fotosyntese. Og på det industrielle niveau, SO3 Det er vigtigt, da den tiltalte svovlsyre opnås derfra.

Måske er anhydridet med de fleste applikationer og for at have (mens der er liv) et fra phosphorsyre: adenosintriphosphat, bedre kendt som ATP, til stede i DNA og metabolismens "energivaluta"..

Organiske anhydrider

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

Der er millioner af hver af disse forbindelser og hundreder af tusinder af carboxylsyre muligheder for at fremstille et anhydrid; derfor vokser de syntetiske muligheder dramatisk.

En af hovedanvendelserne er således at inkorporere en acylgruppe i en forbindelse, der erstatter et af atomer eller grupper af dens struktur..

Hvert separat anhydrid har sine egne applikationer, men generelt reagerer de alle på en lignende måde. Af denne grund anvendes disse typer forbindelser til at modificere polymere strukturer, hvilket skaber nye polymerer; dvs. copolymerer, harpikser, belægninger osv..

F.eks. Anvendes eddikesyreanhydrid til at acetylere alle OH-grupperne i cellulose (lavere billede). Med dette erstattes hvert H i OH med en acetylgruppe, COCH3.

Cellulose. Kilde: NEUROtiker [Public domain], fra Wikimedia Commons

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

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

Eksempler

Nogle andre eksempler på organiske anhydrider viser sig at være færdige. Selvom der ikke vil blive nævnt noget om dem, kan iltatomer erstattes svovl, hvilket giver svovl eller endog fosforanhydrider..

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

-HCO (O) COH: myreanhydrid. Dens hydrolyse producerer to myresyrer.

- C6H5CO (O) COCHtoCH3: benzoesyre propansyreanhydrid. Dens hydrolyse producerer benzoesyre og propansyre.

-C6HelleveCO (O) COC6Helleve: cyclohexancarboxylsyreanhydrid. I modsætning til aromatiske ringe er disse mættede uden dobbeltbindinger.

-CH3CHtoCHtoCO (O) COCHtoCH3: propanoisk butansyreanhydrid.

Ravsyreanhydrid

Ravsyreanhydrid. Kilde: Ninjatacoshell [Public domain], fra Wikimedia Commons

Her har du en anden cyklisk, afledt af ravsyre, en dicarboxylsyre. Bemærk, hvordan de tre iltatomer afslører den kemiske natur af denne type forbindelse.

Maleinsyreanhydrid minder meget om ravsyreanhydrid med den forskel, at der er en dobbeltbinding mellem kulstofferne, der danner bunden af ​​pentagonen..

Glutarsyreanhydrid

Glutarsyreanhydrid. Kilde: Choij [Public domain], fra Wikimedia Commons

Og endelig vises glutarsyreanhydrid. Dette adskiller sig strukturelt fra alle de andre ved at bestå af en sekskantet ring. Igen skiller de tre iltatomer sig ud i strukturen.

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

Referencer

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

Endnu ingen kommentarer