- Egenskaper ved anhydrider
- Kjemiske reaksjoner
- Hydrolyse
- esterifisering
- amidering
- Hvordan dannes anhydrider?
- Sykliske anhydrider
- nomenklatur
- applikasjoner
- Organiske anhydrider
- eksempler
- Suksinanhydrid
- Glutarsyreanhydrid
- referanser
De anhydrider er kjemiske forbindelser som stammer fra foreningen av to molekyler ved å slippe vann. Dermed kan det sees på som en dehydrering av utgangsmaterialene; selv om det ikke er helt sant.
I organisk og uorganisk kjemi blir de nevnt, og i begge grener er deres forståelse forskjellig i betydelig grad. I uorganisk kjemi blir for eksempel basiske oksider og syreoksider betraktet som anhydridene til henholdsvis hydroksyd og syrer, siden førstnevnte reagerer med vann for å danne sistnevnte.
Generell struktur av anhydrider. Kilde: DrEmmettBrownie, fra Wikimedia Commons
Her kan det oppstå forvirring mellom begrepene 'vannfri' og 'anhydrid'. Vanligvis refererer vannfri til en forbindelse som den har blitt dehydrert til uten endringer i dens kjemiske natur (det er ingen reaksjon); mens det er med et anhydrid, er det en kjemisk endring, gjenspeilet i molekylstrukturen.
Hvis hydroksydene og syrene blir sammenlignet med deres tilsvarende oksider (eller anhydrider), vil det sees at det var en reaksjon. I kontrast kan noen oksider eller salter hydratiseres, miste vann og forbli de samme forbindelsene; men uten vann, det vil si vannfri.
I organisk kjemi er det derimot den første definisjonen som menes med anhydrid. For eksempel er en av de mest kjente anhydrider de som er avledet fra karboksylsyrer (øvre bilde). Disse består av foreningen av to acylgrupper (-RCO) gjennom et oksygenatom.
I sin generelle struktur, R 1 er indikert for en acylgruppe, og R 2 for den annen acyl-gruppen. Fordi R 1 og R 2 er forskjellige, de kommer fra forskjellige karboksylsyrer, og det er da en asymmetrisk syreanhydrid. Når begge R-substituentene (enten de er aromatiske eller ikke) er de samme, snakker vi i dette tilfellet om et symmetrisk syreanhydrid.
Når to karboksylsyrer binder seg til å danne anhydridet, kan det hende at vann dannes eller ikke, så vel som andre forbindelser. Alt vil avhenge av strukturen til disse syrene.
Egenskaper ved anhydrider
Egenskapene til anhydrider vil avhenge av hvilke du refererer til. De fleste av dem har det til felles at de reagerer med vann. For de såkalte basiske anhydrider i uorganiske er faktisk flere av dem til og med uoppløselige i vann (MgO), så denne uttalelsen vil fokusere på anhydridene i karboksylsyrer.
Smelte- og kokepunkter ligge i molekylstrukturen og i de intermolekylære interaksjoner for (RCO) 2 O, idet dette er den generelle kjemiske formel av disse organiske forbindelser.
Dersom molekylmasse (RCO) 2 O er lav, er det sannsynligvis en fargeløs væske ved romtemperatur og trykk. For eksempel, eddiksyreanhydrid (eller etan anhydrid), (CH 3 CO) 2 O, er en væske og den ene av størst industriell viktighet, dens produksjon blir meget store.
Reaksjonen mellom eddiksyreanhydrid og vann er representert ved følgende kjemiske ligning:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Merk at når vannmolekylet tilsettes, frigjøres to molekyler eddiksyre. Den motsatte reaksjonen kan imidlertid ikke forekomme for eddiksyre:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (Oppstår ikke)
Det er nødvendig å ty til en annen syntetisk rute. Dikarboksylsyrer, derimot, kan gjøre det ved å varme opp; men det vil bli forklart i neste avsnitt.
Kjemiske reaksjoner
Hydrolyse
En av de enkleste reaksjonene av anhydrider er deres hydrolyse, som nettopp er vist for eddiksyreanhydrid. I tillegg til dette eksemplet er det svovelsyreanhydrid:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Her har du et uorganisk syreanhydrid. Merk at for H 2 S 2 O 7 (også kalt disulfuric syre), er reversibel reaksjon, slik at oppvarming av konsentrert H 2 SO 4 fører til dannelse av dens anhydrid. Dersom, på den annen side, er det en fortynnet oppløsning av H- 2 SO 4 , SO 3 , svovelsyreanhydrid , frigjøres .
esterifisering
Syreanhydrider reagerer med alkoholer, med pyridin i mellom, for å gi en ester og en karboksylsyre. Tenk for eksempel på reaksjonen mellom eddiksyreanhydrid og etanol:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COO
Således danner den etyl etanoat ester, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 , og etansyre (eddiksyre).
Det som praktisk talt skjer, er substitusjonen av hydrogenet i hydroksylgruppen, med en acylgruppe:
R 1 OH => R 1 -OCOR 2
I tilfellet med (CH 3 CO) 2 O, er dens acylgruppe -COCH 3 . Derfor sies OH-gruppen å være under acylering. Imidlertid er acylering og forestring ikke utskiftbare begreper; acylering kan skje direkte på en aromatisk ring, kjent som Friedel-Crafts acylering.
Alkoholer i nærvær av syreanhydrider er forestret ved acylering.
På den annen side reagerer bare den ene av de to acylgruppene med alkoholen, den andre holder seg med hydrogenet og danner en karboksylsyre; at for tilfellet (CH 3 CO) 2 O, er det etansyre.
amidering
Syreanhydrider reagerer med ammoniakk eller aminer (primær og sekundær) for å gi opphav til amider. Reaksjonen er veldig lik esterifiseringen som nettopp er beskrevet, men ROH er erstattet av et amin; for eksempel, et sekundært amin, R 2 NH.
Igjen kan reaksjonen mellom (CH 3 CO) 2 O og dietylamin, Et 2 er NH vurdert:
(CH 3 CO) 2 O + 2ET 2- NH => CH 3 Conet 2 + CH 3 COO - + NH 2- Et 2-
Og dietylacetamid, CH 3 Conet 2 , og en karboksylert ammoniumsalt, CH 3 COO - + NH 2- Et 2 dannes .
Selv om ligningen kan virke litt vanskelig å forstå, er det nok å observere hvordan gruppen –COCH 3 erstatter H til en Et 2 NH for å danne amidet:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
I stedet for amidering er reaksjonen fortsatt acylering. Alt oppsummeres med det ordet; denne gangen gjennomgår aminet acylering og ikke alkoholen.
Hvordan dannes anhydrider?
Uorganiske anhydrider dannes ved å reagere elementet med oksygen. Således, hvis elementet er metallisk, dannes et metallisk oksyd eller basisk anhydrid; og hvis det er ikke-metallisk, dannes et ikke-metallisk oksyd eller syreanhydrid.
For organiske anhydrider er reaksjonen annerledes. To karboksylsyrer kan ikke gå direkte sammen for å frigjøre vann og danne syreanhydrid; deltakelse av en forbindelse som ikke er nevnt ennå, er nødvendig: acylklorid, RCOCl.
Karboksylsyren reagerer med acylkloridet, og produserer det respektive anhydrid og hydrogenklorid:
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
Ett CH 3 kommer fra acetylgruppen, CH 3 CO-, og den andre er allerede til stede i eddiksyre. Valget av et spesifikt acylklorid, så vel som karboksylsyre, kan føre til syntese av et symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.
Sykliske anhydrider
I motsetning til de andre karboksylsyrene som krever et acylklorid, kan dikarboksylsyrer kondensere til deres tilsvarende anhydrid. For å gjøre dette, må de være oppvarmet for å fremme frigivelse av H 2 O. Eksempelvis er dannelsen av ftalsyreanhydrid fra ftalsyre vist.
Dannelse av ftalinsyreanhydrid. Kilde: Jü, fra Wikimedia Commons
Legg merke til hvordan den femkantede ringen er fullført, og oksygenet som blir med i begge C = O-gruppene er en del av den; dette er et syklisk anhydrid. Dessuten kan det være klart at ftalsyreanhydrid er et symmetrisk anhydrid, ettersom både R 1 og R 2 er identiske: en aromatisk ring.
Ikke alle dikarboksylsyrer er i stand til å danne anhydridet sitt, siden når COOH-gruppene deres er vidt adskilt, blir de tvunget til å fullføre større og større ringer. Den største ringen som kan dannes er en sekskantet en, større enn at reaksjonen ikke finner sted.
nomenklatur
Hvordan heter anhydrider? Når vi ser bort de uorganiske seg,, navnene på de organiske anhydrider forklart relevant for oksid problemer så langt avhenger av identiteten til R 1 og R 2 ; det vil si av dens acylgrupper.
Hvis de to R-ene er de samme, bytter du ganske enkelt ordet "syre" med "anhydrid" i det respektive navnet på karboksylsyren. Og hvis de to R-er tvert imot er forskjellige, blir de navngitt i alfabetisk rekkefølge. For å vite hva du skal kalle det, må du først se om det er et symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.
(CH 3 CO) 2 O er symmetrisk, fordi R 1 = R 2 = CH 3 . Den stammer fra eddiksyre eller etansyre, så navnet er, etter den forrige forklaringen: eddik eller etanoinsyreanhydrid. Det samme er ftalalsyreanhydridet som nettopp er nevnt.
Anta at vi har følgende anhydrid:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Acetylgruppen til venstre kommer fra eddiksyre, og den til høyre kommer fra heptansyre. For å navngi dette anhydriden må du navngi R-gruppene i alfabetisk rekkefølge. Så navnet er: heptanoic eddiksyreanhydrid.
applikasjoner
Uorganiske anhydrider har uendelige bruksområder, fra syntese og formulering av materialer, keramikk, katalysatorer, sement, elektroder, gjødsel, etc., til et belegg av jordskorpen med sine tusenvis av jern- og aluminiummineraler, og dioksid. av karbon utåndet av levende organismer.
De representerer startkilden, punktet der mange forbindelser brukt i uorganiske synteser er avledet. En av de viktigste anhydridene er karbondioksid, CO 2 . Det er, sammen med vann, avgjørende for fotosyntesen. Og på et industrielt nivå er SO 3 viktig siden den etterspurte svovelsyren er oppnådd fra den.
Kanskje er anhydridet med flest bruksområder og for å ha (mens det er liv) et av fosforsyre: adenosintrifosfat, bedre kjent som ATP, til stede i DNA og "energivalutaen" i metabolismen.
Organiske anhydrider
Syreanhydrider reagerer gjennom acylering, enten til en alkohol, danner en ester, en amin, noe som gir opphav til et amid eller en aromatisk ring.
Det er millioner av hver av disse forbindelsene, og hundretusener av karboksylsyre-alternativer for å lage et anhydrid; derfor vokser de syntetiske mulighetene dramatisk.
En av de viktigste bruksområdene er således å inkorporere en acylgruppe i en forbindelse og erstatte et av atomene eller gruppene med dens struktur.
Hvert separat anhydrid har sine egne bruksområder, men generelt sett reagerer de alle på lignende måte. Av denne grunn blir disse typer forbindelser brukt til å modifisere polymere strukturer, og skape nye polymerer; dvs. kopolymerer, harpikser, belegg, etc.
For eksempel brukes eddiksyreanhydrid til å acetylere alle OH-gruppene av cellulose (lavere bilde). Med dette er hver H i OH erstattet med en acetylgruppe, COCH 3 .
Cellulose. Kilde: NEUROtiker, fra Wikimedia Commons
På denne måten oppnås celluloseacetatpolymer. Den samme reaksjon kan skisseres med andre polymere strukturer med NH 2 -grupper , også utsatt for acylering.
Disse acyleringsreaksjonene er også nyttige for syntese av medikamenter, slik som aspirin ( acetylsalisylsyre ).
eksempler
Noen andre eksempler på organiske anhydrider er vist å være ferdige. Selv om det ikke vil bli nevnt noen av dem, kan oksygenatomene erstattes med svovel, noe som gir svovel eller til og med fosforsyreanhydrider.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : benzosyreanhydrid. Gruppen C 6 H 5 er en benzenring. Hydrolysen produserer to benzosyrer.
-HCO (O) COH: maursyreanhydrid. Dens hydrolyse produserer to maursyrer.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : benzoic propanoic anhydride. Dens hydrolyse produserer benzosyre og propansyrer.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : cykloheksankarboksylsyre anhydrid. I motsetning til aromatiske ringer er disse mettede, uten dobbeltbindinger.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : propansk butansyreanhydrid.
Suksinanhydrid
Suksinanhydrid. Kilde: Ninjatacoshell, fra Wikimedia Commons
Her har du en annen syklisk, avledet fra ravsyre, en dikarboksylsyre. Legg merke til hvordan de tre oksygenatomene avslører den kjemiske naturen til denne typen forbindelser.
Maleinsyreanhydrid ligner veldig på ravsyreanhydrid, med forskjellen at det er en dobbeltbinding mellom karbonatene som danner basen til femkant.
Glutarsyreanhydrid
Glutarsyreanhydrid. Kilde: Choij, fra Wikimedia Commons
Og til slutt vises glutarsyreanhydrid. Dette skiller seg strukturelt fra alle de andre ved å bestå av en sekskantet ring. Igjen skiller de tre oksygenatomer seg ut i strukturen.
Andre anhydrider, mer komplekse, kan alltid bevises av de tre oksygenatomer som ligger veldig nær hverandre.
referanser
- Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydride. Enclyclopaedia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. januar 2019). Definisjon av syreanhydrid i kjemi. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
- Kjemi LibreTexts. (SF). Anhydrider. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kjemi. Aminer. (10 th edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organisk kjemi. (Sjette utgave). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
- Morrison og Boyd. (1987). Organisk kjemi. (Femte utgave). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Organisk syreanhydrid. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org