- Proprietățile anhidridelor
- Reacții chimice
- Hidroliză
- Esterificarea
- amidarea
- Cum se formează anhidridele?
- Anhidride ciclice
- Nomenclatură
- Aplicații
- Anhidride organice
- Exemple
- Anhidridă succinică
- Anhidridă glutatică
- Referințe
De Anhidridele sunt compuși chimici care provin din unirea a două molecule prin eliberarea de apă. Astfel, poate fi privită ca o deshidratare a substanțelor inițiale; deși nu este tocmai adevărat.
În chimia organică și anorganică sunt menționate și în ambele ramuri înțelegerea lor diferă într-un grad apreciabil. De exemplu, în chimia anorganică, oxizii de bază și acizii sunt considerați ca anhidridele hidroxizilor și respectiv acizilor lor, deoarece primii reacționează cu apa pentru a forma al doilea.
Structura generală a anhidridelor. Sursa: DrEmmettBrownie, de la Wikimedia Commons
Aici poate apărea confuzie între termenii „anhidru” și „anhidridă”. În general, anhidru se referă la un compus la care a fost deshidratat fără modificări în natura sa chimică (nu există reacție); în timp ce cu o anhidridă, există o schimbare chimică, reflectată în structura moleculară.
Dacă hidroxizii și acizii sunt comparați cu oxizii (sau anhidridele) corespunzătoare, se va vedea că a existat o reacție. În schimb, unii oxizi sau săruri pot fi hidratate, pierd apă și rămân aceiași compuși; dar, fără apă, adică anhidru.
În chimia organică, pe de altă parte, ceea ce se înțelege prin anhidridă este definiția inițială. De exemplu, una dintre cele mai cunoscute anhidride sunt cele derivate din acizii carboxilici (imaginea superioară). Acestea constau în unirea a două grupări acil (-RCO) printr-un atom de oxigen.
În structura sa generală, R 1 este indicat pentru un grup acil, și R 2 pentru a doua grupă acil. Deoarece R 1 și R 2 sunt diferite, ele provin de la diferiți acizi carboxilici și este apoi o anhidridă acidă asimetrică. Când ambii substituenți R (sunt sau nu aromatici) sunt aceiași, în acest caz se face referire la o anhidridă de acid simetric.
Când doi acizi carboxilici se leagă pentru a forma anhidrida, apa poate sau nu să se formeze, precum și alți compuși. Totul va depinde de structura acestor acizi.
Proprietățile anhidridelor
Proprietățile anhidridelor vor depinde de cele la care faceți referire. Majoritatea dintre ei au în comun că reacționează cu apa. Cu toate acestea, pentru așa-numitele anhidride de bază din anorganice, de fapt, multe dintre ele sunt chiar insolubile în apă (MgO), astfel că această afirmație se va concentra pentru anhidridele acizilor carboxilici.
Punctele de topire și fierbere se află în structura moleculară și în interacțiunile intermoleculare pentru (RCO) 2 O, aceasta fiind formula chimică generală a acestor compuși organici.
Dacă masa moleculară a (RCO) 2 O este scăzută, este probabil un lichid incolor la temperatura camerei și la presiune. De exemplu, anhidrida acetică (sau anhidrida etanică), (CH 3 CO) 2 O, este un lichid și cel de cea mai mare importanță industrială, producția sa fiind foarte vastă.
Reacția dintre anhidridă acetică și apă este reprezentată de următoarea ecuație chimică:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Rețineți că, atunci când se adaugă molecula de apă, se eliberează două molecule de acid acetic. Reacția inversă, însă, nu poate apărea pentru acidul acetic:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (nu apare)
Este necesar să apelați la un alt traseu sintetic. Acizii dicarboxilici, pe de altă parte, pot face acest lucru prin încălzire; dar va fi explicat în secțiunea următoare.
Reacții chimice
Hidroliză
Una dintre cele mai simple reacții ale anhidridelor este hidroliza lor, care tocmai a fost arătată pentru anhidrida acetică. Pe lângă acest exemplu, există și anhidrida acidului sulfuric:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Aici aveți o anhidridă de acid anorganic. De notat că pentru H 2 S 2 O 7 (denumit și acid disulfuric), reacția este reversibilă, astfel încât încălzirea concentrată H 2 SO 4 dă naștere la formarea anhidridei sale. Dacă, pe de altă parte, este o soluție diluată de H 2 SO 4 , SO 3 , anhidridă sulfurică , este eliberată .
Esterificarea
Anhidridele acide reacționează cu alcoolii, cu piridina între ele, pentru a da un ester și un acid carboxilic. De exemplu, ia în considerare reacția dintre anhidrida acetică și etanol:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Astfel , formând etil esterul etanoatului, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 , și acid etanoic (acid acetic).
Practic, ceea ce se întâmplă este substituirea hidrogenului grupării hidroxil cu o grupare acil:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
În cazul (CH 3 CO) 2 O, grupa acil este -COCH 3 . Prin urmare, se spune că grupul OH suferă acilare. Cu toate acestea, acilarea și esterificarea nu sunt concepte schimbabile; acilarea poate apărea direct pe un inel aromatic, cunoscut sub denumirea de acilare Friedel-Crafts.
Astfel, alcoolii în prezența anhidridelor acide sunt esterificați prin acilare.
Pe de altă parte, doar una dintre cele două grupări acil reacționează cu alcoolul, cealaltă rămâne cu hidrogenul, formând un acid carboxilic; că în cazul (CH 3 CO) 2 O este acidul etanoic.
amidarea
Anhidridele acide reacționează cu amoniacul sau aminele (primare și secundare) pentru a da naștere la amide. Reacția este foarte similară cu esterificarea abia descrisă, dar ROH este înlocuită cu o amină; de exemplu, o amină secundară, R 2 NH.
Din nou, reacția dintre (CH 3 CO) 2 O și dietilamina, Et 2 NH este considerat:
(CH 3 CO) 2 O + 2ET 2 NH => CH 3 Conet 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
Și dietilacetamidă, CH 3 Conet 2 , și o sare de amoniu carboxilată, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 sunt formate .
Deși ecuația poate părea un pic mai greu de înțeles, este suficient pentru a observa modul în care grupa -COCH 3 înlocuiește H unui Et 2 NH pentru a forma amida:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
În loc de amidare, reacția este încă acilare. Totul este rezumat în acest cuvânt; de data aceasta, amina suferă de acilare și nu de alcool.
Cum se formează anhidridele?
Anhidridele anorganice se formează prin reacția elementului cu oxigenul. Astfel, dacă elementul este metalic, se formează un oxid metalic sau anhidridă bazică; și dacă este nemetalic, se formează un oxid nemetalic sau o anhidridă acidă.
Pentru anhidride organice, reacția este diferită. Doi acizi carboxilici nu se pot uni direct pentru a elibera apa și a forma anhidridă acidă; este necesară participarea unui compus care nu a fost menționat încă: clorură de acil, RCOCl.
Acidul carboxilic reacționează cu clorura de acil, producând anhidridă și clorură de hidrogen respective:
R 1 COCI + R 2 COOH => (R 1 CO) O (COR 2 ) + HCI
CH 3 COCI + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCI
One CH 3 provine din gruparea acetil, CH 3 CO-, iar celălalt este deja prezentă în acid acetic. Alegerea unei anumite cloruri de acil, precum și a acidului carboxilic, poate conduce la sinteza unei anhidride de acid simetrice sau asimetrice.
Anhidride ciclice
Spre deosebire de ceilalți acizi carboxilici care necesită o clorură de acil, acizii dicarboxilici se pot condensa în anhidrida corespunzătoare. Pentru a face acest lucru, ei trebuie să fie încălzite pentru a promova eliberarea de H 2 O. De exemplu, este prezentat formarea de anhidridă ftalică din acid ftalic.
Formarea anhidridei ftalice. Sursa: Jü, de la Wikimedia Commons
Rețineți cum inelul pentagonal este completat și oxigenul care unește ambele grupuri C = O face parte din acesta; aceasta este o anhidridă ciclică. De asemenea, se poate observa că anhidrida ftalică este o anhidridă simetrică, deoarece ambii R 1 și R 2 sunt identici: un inel aromatic.
Nu toți acizii dicarboxilici sunt capabili să-și formeze anhidridă, deoarece grupurile COOH sunt separate pe scară largă, sunt obligați să completeze inele mai mari și mai mari. Cel mai mare inel care poate fi format este unul hexagonal, mai mare decât acela că reacția nu are loc.
Nomenclatură
Cum se numesc anhidridele? Lăsând la o parte cele anorganice, pertinente pentru problemele de oxid, numele anhidridele organice explicate depind de până acum cu privire la identitatea R 1 și R 2 ; adică din grupările sale acil.
Dacă cele două R sunt aceleași, înlocuiți pur și simplu cuvântul „acid” cu „anhidridă” în numele respectiv al acidului carboxilic. Și dacă, dimpotrivă, cele două R-uri sunt diferite, ele sunt numite în ordine alfabetică. Prin urmare, pentru a ști cum să-l numim, trebuie să vedeți mai întâi dacă este o anhidridă de acid simetric sau asimetric.
(CH 3 CO) 2 O este simetrică, deoarece R 1 = R 2 = CH 3 . Procesează din acid acetic sau etanoic, deci numele acestuia este, urmând explicația anterioară: anhidridă acetică sau etanoică. Același lucru este valabil și pentru anhidrida ftalică menționată.
Să presupunem că avem următoarea anhidridă:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Grupul acetil din stânga provine din acidul acetic, iar cel din dreapta provine din acidul heptanoic. Pentru a denumi această anhidridă, trebuie să numiți grupurile R în ordine alfabetică. Deci, numele său este: anhidridă acetică heptanoică.
Aplicații
Anhidridele anorganice au o mulțime de aplicații, de la sinteza și formularea de materiale, ceramică, catalizatori, cimenturi, electrozi, îngrășăminte etc., până la o acoperire a scoarței terestre cu mii de minerale de fier și aluminiu și dioxid. de carbon expirat de organismele vii.
Ele reprezintă sursa de pornire, punctul în care sunt derivați mulți compuși utilizați în sinteze anorganice. Una dintre cele mai importante anhidride este dioxidul de carbon, CO 2 . Este, alături de apă, esențială pentru fotosinteză. Și la nivel industrial, SO 3 este esențial, deoarece acidul sulfuric solicitat este obținut din acesta.
Poate, anhidrida cu cele mai multe aplicații și pentru a avea (cât mai există viață) este una din acidul fosforic: adenozina trifosfat, mai cunoscut sub numele de ATP, prezentă în ADN și „moneda energetică” a metabolismului.
Anhidride organice
Anhidridele acide reacționează prin acilare, fie la un alcool, formând un ester, o amină, dând naștere la o amidă sau la un inel aromatic.
Există milioane dintre acești compuși și sute de mii de opțiuni de acid carboxilic pentru a face o anhidridă; prin urmare, posibilitățile sintetice cresc dramatic.
Astfel, una dintre principalele aplicații este încorporarea unei grupe acil într-un compus, înlocuind unul dintre atomii sau grupurile structurii sale.
Fiecare anhidridă separată are propriile aplicații, dar, în general, toate reacționează într-un mod similar. Din acest motiv, aceste tipuri de compuși sunt folosiți pentru modificarea structurilor polimerice, creând noi polimeri; adică copolimeri, rășini, acoperiri etc.
De exemplu, anhidrida acetică este utilizată pentru a acetila toate grupele OH ale celulozei (imaginea inferioară). Cu aceasta, fiecare H din OH este înlocuită cu o grupă acetil, COCH 3 .
Celuloză. Sursa: NEUROtiker, de la Wikimedia Commons
În acest fel, se obține polimer de acetat de celuloză. Aceeași reacție poate fi descrisă cu alte structuri polimerice cu NH 2 grupe , de asemenea , susceptibile la acilare.
Aceste reacții de acilare sunt utile și pentru sinteza medicamentelor, cum ar fi aspirina ( acidul acetilsalicilic ).
Exemple
Câteva alte exemple de anhidride organice se arată că au terminat. Deși nu se va face mențiune despre aceștia, atomii de oxigen pot fi substituiți cu sulf, dând sulf, sau chiar anhidride fosforice.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : anhidrida benzoică. Gruparea C 6 H 5 reprezintă un inel benzenic. Hidroliza sa produce doi acizi benzoici.
-HCO (O) COH: anhidridă formică. Hidroliza sa produce doi acizi formici.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : anhidridă propanoic benzoic. Hidroliza sa produce acizi benzoici și propanoici.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : anhidridă ciclohexancarboxilic. Spre deosebire de inelele aromatice, acestea sunt saturate, fără legături duble.
CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : propanoic anhidrida butanoic.
Anhidridă succinică
Anhidridă succinică. Sursa: Ninjatacoshell, de la Wikimedia Commons
Aici aveți un alt ciclic, derivat din acid succinic, un acid dicarboxilic. Rețineți cum cei trei atomi de oxigen dezvăluie natura chimică a acestui tip de compus.
Anhidrida maleică este foarte asemănătoare cu anhidrida succinică, cu diferența că există o legătură dublă între carbonii care formează baza pentagonului.
Anhidridă glutatică
Anhidridă glutatică. Sursa: Choij, de la Wikimedia Commons
Și în final, este prezentată anhidrida acidului glutaric. Acest lucru diferă structural de toate celelalte, constând dintr-un inel hexagonal. Din nou, cei trei atomi de oxigen ies în evidență în structură.
Alte anhidride, mai complexe, pot fi întotdeauna evidențiate de cei trei atomi de oxigen foarte apropiați unul de celălalt.
Referințe
- Redactorii Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhidridă. Enclyclopaedia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (8 ianuarie 2019). Definiția acidului anhidrid în chimie. Recuperat de la: thinkco.com
- Chimie LibreTexturi. (Sf). Anhidride. Recuperat din: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organica. Aminele. ( Ediția a 10- a .) Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Chimie organica. (Ediția a șasea). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
- Morrison și Boyd. (1987). Chimie organica. (Ediția a cincea). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Anhidrida acidului organic. Recuperat de la: en.wikipedia.org