- Свойства на анхидридите
- Химична реакция
- хидролиза
- Естерификационна
- Амидиране
- Как се образуват анхидриди?
- Циклични анхидриди
- номенклатура
- Приложения
- Органични анхидриди
- Примери
- Сочен анхидрид
- Глутарен анхидрид
- Препратки
На анхидриди са химични съединения с произход от обединението на две молекули чрез освобождаване на вода. По този начин може да се разглежда като дехидратация на първоначалните вещества; въпреки че не е съвсем вярно.
В органичната и неорганичната химия те се споменават и в двата клона разбирането им се различава значително. Например в неорганичната химия основните и киселинни оксиди се считат съответно за анхидриди на техните хидроксиди и киселини, тъй като първите реагират с вода, за да образуват втората.
Обща структура на анхидридите. Източник: DrEmmettBrownie, от Wikimedia Commons
Тук може да възникне объркване между термините „безводен“ и „анхидрид“. Като цяло, безводното се отнася до съединение, до което е било дехидратирано без промени в неговата химическа природа (няма реакция); докато с анхидрид има химическа промяна, отразена в молекулната структура.
Ако хидроксидите и киселините се сравнят със съответните им оксиди (или анхидриди), ще се види, че е имало реакция. За разлика от това, някои оксиди или соли могат да бъдат хидратирани, да губят вода и да останат същите съединения; но без вода, тоест безводна.
От друга страна, в органичната химия това, което се разбира под анхидрид, е първоначалното определение. Например, един от най-известните анхидриди са тези, получени от карбоксилни киселини (горно изображение). Те се състоят от обединението на две ацилни групи (-RCO) през кислороден атом.
В обща структура, R 1 е показана една ацилна група, и R 2 за втората ацилна група. Тъй като R 1 и R 2 са различни, те идват от различни карбоксилни киселини и след това киселинен анхидрид асиметрична. Когато и двата заместителя на R (независимо дали са ароматни или не) са еднакви, в този случай се говори за анхидрид на симетрична киселина.
Когато две карбоксилни киселини се свързват за образуване на анхидрид, водата може или не може да се образува, както и други съединения. Всичко ще зависи от структурата на тези киселини.
Свойства на анхидридите
Свойствата на анхидридите ще зависят от кои от тях се отнасяте. Повечето от тях имат общо, че реагират с вода. За така наречените основни анхидриди в неорганични, всъщност няколко от тях са дори неразтворими във вода (MgO), така че това твърдение ще се съсредоточи върху анхидридите на карбоксилните киселини.
Точките на топене и кипене попадат върху молекулната структура и междумолекулните взаимодействия за (RCO) 20, като това е общата химическа формула на тези органични съединения.
Ако молекулната маса на (RCO) 20 е ниска, вероятно е безцветна течност при стайна температура и налягане. Например, оцетен анхидрид (или етанолова анхидрид), (СН 3 CO) 2 О, е течност и един от най-промишлено значение, неговото производство е много широк.
Реакцията между оцетен анхидрид и вода е представена със следното химично уравнение:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Обърнете внимание, че когато се добави молекулата на водата, се отделят две молекули оцетна киселина. Обратната реакция обаче не може да възникне за оцетна киселина:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (не се появява)
Необходимо е да се прибегне до друг синтетичен път. Дикарбоксиловите киселини, от друга страна, могат да направят това чрез нагряване; но това ще бъде обяснено в следващия раздел.
Химична реакция
хидролиза
Една от най-простите реакции на анхидридите е тяхната хидролиза, която току-що е показана за оцетен анхидрид. В допълнение към този пример има анхидрид на сярна киселина:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Тук имате анхидрид на неорганична киселина. Обърнете внимание, че при H 2 S 2 O 7 (наричана още сярна киселина), реакцията е обратима, така че нагряването на концентриран H 2 SO 4 води до образуването на неговия анхидрид. Ако, от друга страна, това е разреден разтвор на H 2 SO 4, SO 3, серен анхидрид, се отделя.
Естерификационна
Киселинните анхидриди реагират с алкохоли, с пиридин между тях, за да се получи естер и карбоксилна киселина. Например, помислете за реакцията между оцетен анхидрид и етанол:
(CH 3 CO) 2 О + CH 3 CH 2 OH => СН 3 CO 2 СН 2 СН 3 + CH 3 COOH
По този начин формирането на етил естер етаноат, СН 3 CO 2 СН 2 СН 3, и етанолова киселина (оцетна киселина).
На практика това, което се случва, е заместване на водорода от хидроксилната група с ацилова група:
R 1 -ОН => R 1 -OCOR 2
В случая на (СН 3 CO) 2 О, неговата ацилна група е -СОСНз 3. Следователно се казва, че ОН групата е подложена на ацилиране. Ацилирането и естерификацията обаче не са взаимозаменяеми понятия; ацилирането може да възникне директно върху ароматен пръстен, известен като ацилирането на Friedel-Crafts.
По този начин алкохолите в присъствието на киселинни анхидриди се естерифицират чрез ацилиране.
От друга страна, само една от двете ацилови групи реагира с алкохола, другата остава с водорода, образувайки карбоксилна киселина; че за производството на (СН 3 CO) 2 О, е етанолова киселина.
Амидиране
Киселинните анхидриди реагират с амоняк или амини (първични и вторични), за да се получат амиди. Реакцията е много подобна на току-що описаната естерификация, но ROH се заменя с амин; например, вторичен амин, R 2 NH.
Отново, реакцията между (CH 3 CO) 2 О и диетиламин, Et 2 NH се счита:
(CH 3 CO) 2 О + 2Et 2 NH => СН 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
И диетилацетамид, СН 3 CONEt 2 и карбоксилиран амониева сол, СН 3 COO - + NH 2 Et 2 са оформени.
Въпреки че уравнение може да изглежда малко трудно да се разбере, че е достатъчно да се наблюдава как -СОСНз група 3 замества Н на Et 2 NH за образуване на амид:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Вместо амидиране, реакцията все още е ацилация. Всичко е обобщено в тази дума; този път аминът претърпява ацилиране, а не алкохола.
Как се образуват анхидриди?
Неорганичните анхидриди се образуват при взаимодействие на елемента с кислород. По този начин, ако елементът е метален, се образува метален оксид или основен анхидрид; и ако е неметален, се образува неметален оксид или киселинен анхидрид.
При органичните анхидриди реакцията е различна. Две карбоксилни киселини не могат да се присъединят директно, за да отделят вода и да образуват киселинен анхидрид; участието на съединение, което все още не е споменато, е необходимо: ацил хлорид, RCOCl.
Карбоксилната киселина реагира с ацил хлорида, като произвежда съответния анхидрид и хлороводород:
R 1 СоСЬ + R 2 СООН => (R 1 СО) О (COR 2) + HCl
CH 3 СоСЬ + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 О + HCl
Един СН 3 идва от ацетилната група, СН 3 СО-, а другият е вече присъства в оцетна киселина. Изборът на специфичен ацил хлорид, както и на карбоксилната киселина, може да доведе до синтеза на симетричен или асиметричен анхидрид на киселина.
Циклични анхидриди
За разлика от другите карбоксилни киселини, които изискват ацил хлорид, дикарбоксилните киселини могат да се кондензират в съответния им анхидрид. За тази цел, те трябва да се нагрява за насърчаване на освобождаването на Н 2 О. например е показано образуването на фталов анхидрид от фталова киселина.
Образуване на фталов анхидрид. Източник: Jü, от Wikimedia Commons
Забележете как е завършен петоъгълният пръстен и кислородът, който се свързва в двете C = O групи, е част от него; това е цикличен анхидрид. Също така, той може да бъде оценено, че фталов анхидрид е симетричен анхидрид, тъй като и двата R 1 и R 2 са еднакви: ароматен пръстен.
Не всички дикарбоксилни киселини са способни да образуват своя анхидрид, тъй като когато техните COOH групи се разделят широко, те са принудени да завършват по-големи и по-големи пръстени. Най-големият пръстен, който може да се образува, е шестоъгълен, по-голям от това, че реакцията не протича.
номенклатура
Как се наричат анхидридите? Като оставим настрана неорганични тези, отнасящи се до проблеми оксид, имената на органични анхидриди обяснени доколкото зависи от идентичността на R 1 и R 2; тоест на неговите ацилни групи.
Ако двата R са еднакви, просто заменете думата "киселина" с "анхидрид" в съответното наименование на карбоксилната киселина. И ако, напротив, двата R са различни, те се назовават по азбучен ред. Следователно, за да знаете как да го наречете, първо трябва да видите дали това е симетричен или асиметричен анхидрид на киселина.
(CH 3 CO) 2 О е симетричен, тъй като R 1 = R 2 = СН 3. Той произлиза от оцетна или етанова киселина, така че името му е, следвайки предишното обяснение: оцетен или етаноев анхидрид. Същото се отнася и за току-що споменатия фталов анхидрид.
Да предположим, че имаме следния анхидрид:
CH 3 CO (О) COCH 2 СН 2 СН 2 СН 2 СН 2 СН 3
Ацетиловата група вляво идва от оцетна киселина, а тази отдясно идва от хептановата киселина. За да назовете този анхидрид, трябва да наречете неговите R групи по азбучен ред. И така, името му е: хептанов оцетен анхидрид.
Приложения
Неорганичните анхидриди имат безкрайно приложение - от синтеза и формулирането на материали, керамика, катализатори, цименти, електроди, торове и др., До покритие на земната кора с нейните хиляди минерали от желязо и алуминий и диоксид въглерод, издишан от живите организми.
Те представляват начален източник, точката, в която се получават много съединения, използвани в неорганични синтези. Един от най-важните анхидриди е въглеродният двуокис, CO 2. Той, заедно с водата, е от съществено значение за фотосинтезата. А на индустриално ниво SO 3 е от съществено значение, тъй като търсената сярна киселина се получава от нея.
Може би анхидридът с най-много приложения и за това, че има (докато има живот) е този от фосфорната киселина: аденозин трифосфат, по-известен като АТФ, присъстващ в ДНК и „енергийната валута“ на метаболизма.
Органични анхидриди
Киселинните анхидриди реагират чрез ацилиране или на алкохол, образувайки естер, амин, предизвиквайки амид или ароматен пръстен.
Има милиони от всяко от тези съединения и стотици хиляди варианти на карбоксилна киселина, за да се направи анхидрид; следователно синтетичните възможности растат драстично.
По този начин едно от основните приложения е да се включи ацилова група в съединение, заместващо един от атомите или групите от неговата структура.
Всеки отделен анхидрид има свои приложения, но най-общо казано всички те реагират по подобен начин. Поради тази причина тези видове съединения се използват за модифициране на полимерни структури, създавайки нови полимери; т.е. съполимери, смоли, покрития и др.
Например, оцетният анхидрид се използва за ацетилиране на всички ОН групи от целулоза (долно изображение). С това, всеки Н на ОН се заменя с ацетилна група, COCH 3.
Целулоза. Източник: NEUROtiker, от Wikimedia Commons
По този начин се получава целулозен ацетат полимер. Същата реакция може да бъде описан с други полимерни структури с NH 2 групи, също така податливи на ацилиране.
Тези реакции на ацилиране също са полезни за синтеза на лекарства, като аспирин (ацетилсалицилова киселина).
Примери
Показани са някои други примери на органични анхидриди. Въпреки че няма да се споменава за тях, кислородните атоми могат да бъдат заместени със сяра, давайки сяра или дори фосфорни анхидриди.
-С 6 Н 5 СО (О) СОС 6 Н 5: бензоев анхидрид. Групата С 6 Н 5 представлява бензенов пръстен. Неговата хидролиза произвежда две бензоени киселини.
-HCO (O) COH: мравчен анхидрид. Неговата хидролиза произвежда две мравчени киселини.
- С 6 Н 5 CO (О) COCH 2 СН 3: бензоена пропанова анхидрид. Неговата хидролиза произвежда бензоена и пропанова киселина.
-С 6 H 11 CO (О) COC 6 H 11: циклохексан анхидрид. За разлика от ароматните пръстени, тези са наситени, без двойни връзки.
-СН 3 СН 2 СН 2 CO (О) COCH 2 СН 3: пропанова бутанова анхидрид.
Сочен анхидрид
Сочен анхидрид. Източник: Ninjatacoshell, от Wikimedia Commons
Тук имате още един цикличен, извлечен от янтарна киселина, дикарбоксилна киселина. Обърнете внимание как трите кислородни атома разкриват химическата природа на този тип съединение.
Малеиновият анхидрид е много подобен на янтарен анхидрид, с разликата, че има двойна връзка между въглеродите, които образуват основата на петоъгълника.
Глутарен анхидрид
Глутарен анхидрид. Източник: Choij, от Wikimedia Commons
И накрая е показан анхидрид на глутарова киселина. Това структурно се различава от всички останали по това, че се състои от шестоъгълен пръстен. Отново в структурата се открояват трите кислородни атома.
Други анхидриди, по-сложни, винаги могат да бъдат доказани от трите кислородни атома, много близо един до друг.
Препратки
- Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (2019). Анхидрид. Enclyclopeedia Britannica. Възстановено от: britannica.com
- Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (8 януари 2019 г.). Определение на киселинния анхидрид в химията. Възстановено от: thinkco.com
- Химия LibreTexts. (SF). Анхидриди. Възстановено от: chem.libretexts.org
- Греъм Соломон TW, Craig B. Fryhle. (2011 г.). Органична химия. Амини. (10 -то издание.) Wiley Plus.
- Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
- Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
- Морисън и Бойд. (1987). Органична химия. (Пето издание). Адисон-Уесли Ибероамерикана.
- Wikipedia. (2019). Анхидрид на органична киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org