- Egenskaper hos anhydrider
- Kemiska reaktioner
- Hydrolys
- Förestring
- amidering
- Hur bildas anhydrider?
- Cykliska anhydrider
- Nomenklatur
- tillämpningar
- Organiska anhydrider
- exempel
- Bärnstenssyraanhydrid
- Glutarsyraanhydrid
- referenser
De anhydrider är kemiska föreningar som härrör från föreningen av två molekyler genom att frigöra vatten. Således kan det ses som en uttorkning av de initiala substanserna; även om det inte är exakt sant.
I organisk och oorganisk kemi nämns de, och i båda grenarna skiljer sig deras förståelse till en märkbar grad. Till exempel betraktas i oorganisk kemi basiska och sura oxider som anhydriderna för deras hydroxider respektive syror, eftersom de förstnämnda reagerar med vatten för att bilda den senare.
Anhydrids allmänna struktur. Källa: DrEmmettBrownie, från Wikimedia Commons
Här kan förvirring uppstå mellan termerna "vattenfri" och "anhydrid". I allmänhet avser vattenfri en förening till vilken den har dehydratiserats utan förändringar i dess kemiska natur (det finns ingen reaktion); medan det med en anhydrid sker en kemisk förändring, vilket återspeglas i molekylstrukturen.
Om hydroxiderna och syrorna jämförs med deras motsvarande oxider (eller anhydrider), kommer det att ses att det var en reaktion. Däremot kan vissa oxider eller salter hydratiseras, förlora vatten och förbli samma föreningar; men utan vatten, det vill säga vattenfri.
I organisk kemi, å andra sidan, vad som menas med anhydrid är den ursprungliga definitionen. Till exempel är en av de mest kända anhydriderna härledda från karboxylsyror (övre bild). Dessa består av sammanslagningen av två acylgrupper (-RCO) genom en syreatom.
I sin allmänna struktur, R 1 är indicerat för en acylgrupp, och R 2 för den andra acylgruppen. Eftersom R 1 och R 2 är olika, de kommer från olika karboxylsyror och det är då en asymmetrisk syraanhydrid. När båda R-substituenterna (vare sig de är aromatiska eller inte) är desamma, talar vi i detta fall om en symmetrisk syraanhydrid.
När två karboxylsyror binder till bildning av anhydriden, kan vatten bildas eller inte, liksom andra föreningar. Allt beror på strukturen hos dessa syror.
Egenskaper hos anhydrider
Egenskaperna hos anhydrider beror på vilka du refererar till. De flesta har gemensamt att de reagerar med vatten. Men för de så kallade basiska anhydriderna i oorganiska är faktiskt flera av dem till och med olösliga i vatten (MgO), så detta uttalande kommer att fokusera på anhydriderna i karboxylsyror.
Smältnings- och kokpunkter ligger i molekylstrukturen och i de intermolekylära interaktioner för (RCO) 2 O, varvid detta är den allmänna kemiska formeln av dessa organiska föreningar.
Om molekylmassa (RCO) 2 O är låg, är det förmodligen en färglös vätska vid rumstemperatur och tryck. Till exempel, ättiksyraanhydrid (eller etansyra anhydrid), (CH 3 CO) 2 O, är en vätska och en av största industriella betydelse, dess produktion är mycket stor.
Reaktionen mellan ättiksyraanhydrid och vatten representeras av följande kemiska ekvation:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Observera att när vattenmolekylen tillsätts frigörs två molekyler ättiksyra. Den omvända reaktionen kan dock inte förekomma för ättiksyra:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (inträffar inte)
Det är nödvändigt att ta till en annan syntetisk väg. Dikarboxylsyror kan å andra sidan göra det genom uppvärmning; men det kommer att förklaras i nästa avsnitt.
Kemiska reaktioner
Hydrolys
En av de enklaste reaktionerna av anhydrider är deras hydrolys, som just har visats för ättiksyraanhydrid. Utöver detta exempel finns det svavelsyraanhydrid:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Här har du en oorganisk syraanhydrid. Notera att för H 2 S 2 O 7 (även kallad pyrosvavelsyra), är reaktionen reversibel, så upphettning koncentrerad H 2 SO 4 ger upphov till bildandet av dess anhydrid. Om, å andra sidan, det är en utspädd lösning av H 2 SO 4 , SO 3 , svaveltrioxid , frigörs .
Förestring
Syraanhydrider reagerar med alkoholer, med pyridin emellan, för att ge en ester och en karboxylsyra. Tänk till exempel på reaktionen mellan ättiksyraanhydrid och etanol:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Sålunda bildar den etyletanoat ester, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 , och etansyra (ättiksyra).
Praktiskt taget, vad som händer är substitutionen av väte i hydroxylgruppen, med en acylgrupp:
R 1 -OH => R en -OCOR 2
I fallet med (CH 3 CO) 2 O, är dess acylgrupp -COCH 3 . Därför sägs OH-gruppen genomgå acylering. Acylering och förestring är emellertid inte utbytbara begrepp; acylering kan ske direkt på en aromatisk ring, känd som acylering av Friedel-Crafts.
Således förestras alkoholer i närvaro av syraanhydrider genom acylering.
Å andra sidan reagerar endast en av de två acylgrupperna med alkoholen, den andra stannar kvar med väte och bildar en karboxylsyra; att för fallet med (CH 3 CO) 2 O, är det etansyra.
amidering
Syraanhydrider reagerar med ammoniak eller aminer (primär och sekundär) för att ge upphov till amider. Reaktionen är mycket lik den förestring som just beskrivits, men ROH ersätts av en amin; till exempel, en sekundär amin, R 2 NH.
Igen, reaktionen mellan (CH 3 CO) 2 O och dietylamin, Et 2 är NH beaktas:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONET 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
Och dietylacetamid, CH 3 CONET 2 , och en karboxylerad ammoniumsalt, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 bildas .
Även om ekvationen kan verka lite svår att förstå, räcker det för att observera hur gruppen –COCH 3 ersätter H för en Et 2 NH för att bilda amiden:
Et 2 NH => et 2 NCOCH 3
I stället för amidering är reaktionen fortfarande acylering. Allt sammanfattas i det ordet; den här gången genomgår aminen acylering och inte alkoholen.
Hur bildas anhydrider?
Oorganiska anhydrider bildas genom att reagera elementet med syre. Således, om elementet är metalliskt, bildas en metalloxid eller basisk anhydrid; och om den är icke-metallisk bildas en icke-metallisk oxid eller syraanhydrid.
För organiska anhydrider är reaktionen annorlunda. Två karboxylsyror kan inte sammanfogas direkt för att frisätta vatten och bilda syraanhydrid; deltagande av en förening som ännu inte nämnts är nödvändig: acylklorid, RCOCl.
Karboxylsyran reagerar med acylkloriden och producerar respektive anhydrid och väteklorid:
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
En CH 3 kommer från acetylgrupp, CH 3 CO-, och den andra är redan närvarande i ättiksyra. Valet av en specifik acylklorid såväl som karboxylsyra kan leda till syntesen av en symmetrisk eller asymmetrisk syraanhydrid.
Cykliska anhydrider
Till skillnad från de andra karboxylsyrorna som kräver en acylklorid, kan dikarboxylsyror kondensera till deras motsvarande anhydrid. För att göra detta, måste de värmas för att främja frisättningen av H 2 O. Till exempel är bildningen av ftalsyraanhydrid från ftalsyra visas.
Bildning av ftalsyraanhydrid. Källa: Jü, från Wikimedia Commons
Lägg märke till hur den femkantiga ringen är klar och syre som sammanfogar båda C = O-grupperna är en del av den; detta är en cyklisk anhydrid. Dessutom kan det inses att ftalsyraanhydrid är en symmetrisk anhydrid, eftersom både R 1 och R 2 är identiska: en aromatisk ring.
Inte alla dikarboxylsyror kan bilda sin anhydrid, eftersom när deras COOH-grupper är åtskilda, tvingas de att komplettera större och större ringar. Den största ringen som kan bildas är en hexagonal ring, större än att reaktionen inte äger rum.
Nomenklatur
Hur heter anhydrider? Om man bortser från de oorganiska sådana, relevant att oxidfrågor, namnen på de organiska anhydrider förklaras så långt att bero på identiteten av R 1 och R 2 ; det vill säga av dess acylgrupper.
Om de två R-värdena är desamma, ersätt helt enkelt ordet "syra" med "anhydrid" i respektive namn på karboxylsyran. Och om tvärtom de två R: erna är olika, namnges de i alfabetisk ordning. För att veta vad man ska kalla det måste du först se om det är en symmetrisk eller asymmetrisk syraanhydrid.
(CH 3 CO) 2 O är symmetrisk, eftersom R 1 = R 2 = CH 3 . Den härstammar från ättiksyra eller etansyra, så dess namn är enligt föregående förklaring: ättiksyra eller etanoinsyraanhydrid. Detsamma gäller för ftalanhydriden som just nämnts.
Anta att vi har följande anhydrid:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Acetylgruppen till vänster kommer från ättiksyra och den till höger kommer från heptansyra. För att namnge denna anhydrid måste du namnge R-grupperna i alfabetisk ordning. Så namnet är: heptanoic ättiksyraanhydrid.
tillämpningar
Oorganiska anhydrider har oändliga tillämpningar, från syntes och formulering av material, keramik, katalysatorer, cement, elektroder, gödselmedel etc., till som en beläggning av jordskorpan med dess tusentals järn- och aluminiummineraler och dioxid av kol som andas ut av levande organismer.
De representerar utgångskällan, den punkt där många föreningar som används i oorganiska synteser härleds. En av de viktigaste anhydriderna är koldioxid, CO 2 . Det är, tillsammans med vatten, viktigt för fotosyntes. Och på industriell nivå är SO 3 väsentlig eftersom den efterfrågade svavelsyran erhålls från den.
Kanske är anhydriden med de flesta tillämpningar och att ha (medan det finns liv) en från fosforsyra: adenosintrifosfat, bättre känd som ATP, närvarande i DNA och metabolismens "energivaluta".
Organiska anhydrider
Syraanhydrider reagerar genom acylering, antingen till en alkohol, bildar en ester, en amin, vilket ger upphov till en amid eller en aromatisk ring.
Det finns miljoner av var och en av dessa föreningar, och hundratusentals karboxylsyraalternativ för att göra en anhydrid; därför växer de syntetiska möjligheterna dramatiskt.
Således är en av de huvudsakliga tillämpningarna att införliva en acylgrupp i en förening genom att ersätta en av atomerna eller grupperna i dess struktur.
Varje separat anhydrid har sina egna applikationer, men generellt sett reagerar de alla på liknande sätt. Av denna anledning används dessa typer av föreningar för att modifiera polymera strukturer, vilket skapar nya polymerer; dvs sampolymerer, hartser, beläggningar etc.
Exempelvis används ättiksyraanhydrid för att acetylera alla OH-grupper av cellulosa (lägre bild). Med detta är varje H i OH ersättas med en acetylgrupp, COCH 3 .
Cellulosa. Källa: NEUROtiker, från Wikimedia Commons
På detta sätt erhålles cellulosaacetatpolymer. Samma reaktion kan skisseras med andra polymera strukturer med NH 2 -grupper , också mottagliga för acylering.
Dessa acyleringsreaktioner är också användbara för syntes av läkemedel, såsom aspirin ( acetylsalicylsyra ).
exempel
Några andra exempel på organiska anhydrider visar sig vara slut. Även om det inte kommer att nämnas några av dem, kan syreatomerna ersätta svavel, vilket ger svavel eller till och med fosforanhydrider.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : bensoesyraanhydrid. Gruppen C 6 H 5 representerar en bensenring. Dess hydrolys ger två bensoesyror.
-HCO (O) COH: myranhydrid. Dess hydrolys ger två myrsyra.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : bensoesyra propan anhydrid. Dess hydrolys producerar bensoesyra och propansyror.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : cyklohexankarboxylsyra anhydrid. Till skillnad från aromatiska ringar är dessa mättade utan dubbelbindningar.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : propan butansyra anhydrid.
Bärnstenssyraanhydrid
Bärnstenssyraanhydrid. Källa: Ninjatacoshell, från Wikimedia Commons
Här har du en annan cyklisk, härrörande från bärnstenssyra, en dikarboxylsyra. Notera hur de tre syreatomerna avslöjar den kemiska naturen hos denna typ av förening.
Maleinsyraanhydrid liknar mycket bärnstenssyraanhydrid, med skillnaden att det finns en dubbelbindning mellan kolerna som utgör basen i femkant.
Glutarsyraanhydrid
Glutarsyraanhydrid. Källa: Choij, från Wikimedia Commons
Och slutligen visas glutarsyraanhydrid. Detta skiljer sig strukturellt från alla andra genom att bestå av en sexkantig ring. Återigen sticker de tre syreatomerna ut i strukturen.
Andra anhydrider, mer komplexa, kan alltid bevisas av de tre syreatomerna mycket nära varandra.
referenser
- Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydriden. Enclyclopaedia Britannica. Återställd från: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 januari 2019). Syraanhydriddefinition i kemi. Återställd från: thoughtco.com
- Kemi LibreTexts. (Sf). Anhydrider. Återställd från: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10: e upplagan.) Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
- Morrison och Boyd. (1987). Organisk kemi. (Femte upplagan). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Organisk syraanhydrid. Återställd från: en.wikipedia.org