- Az anhidrid tulajdonságai
- Kémiai reakciók
- hidrolízis
- észterezést
- Amidképző
- Hogyan képződnek anhidridek?
- Ciklikus anhidridek
- Elnevezéstan
- Alkalmazások
- Szerves anhidridek
- Példák
- Szukcinsavanhidrid
- Glutársav-anhidrid
- Irodalom
Az anhidridek kémiai vegyületek, amelyek két molekula egységéből származnak a víz felszabadításával. Így úgy tekinthetjük, mint a kiindulási anyagok kiszáradását; bár nem egészen igaz.
A szerves és szervetlen kémiában említik őket, és mindkét ágazatban megértésük jelentősen eltér. Például a szervetlen kémiában a bázikus és a savas oxidokat hidroxidjaik és savjaik anhidridjeinek tekintik, mivel az előbbiek vízzel reagálnak, és így képződnek.
Az anhidridek általános szerkezete. Forrás: DrEmmettBrownie, a Wikimedia Commonsból
Ebben az esetben összetéveszthetik az „vízmentes” és az „anhidrid” fogalmakat. Általában a vízmentes olyan vegyület, amelyre dehidráltak kémiai természetének megváltozása nélkül (nincs reakció); míg anhidriddel kémiai változás következik be, tükröződve a molekuláris szerkezetben.
Ha összehasonlítjuk a hidroxidokat és savakat a megfelelő oxidjaikkal (vagy anhidridjeikkel), akkor látható, hogy reakció történt. Ezzel szemben néhány oxid vagy só hidratálódhat, elveszítheti a vizet, és ugyanazok a vegyületek maradhat; de víz nélkül, vagyis vízmentes.
A szerves kémiában viszont az anhidridet jelenti a kezdeti meghatározás. Például az egyik legismertebb anhidrid az, amely karbonsavakból származik (felső kép). Ezek két acilcsoport (-RCO) egységéből állnak egy oxigénatomon keresztül.
Az általános szerkezete, R 1 jelzi az egyik acil-csoport, és R 2 a második acilcsoport. Mivel az R 1 és R 2 jelentése eltérő, akkor jönnek a különböző karbonsavak, és azt azután egy aszimmetrikus anhidrid. Ha mindkét R szubsztituens (függetlenül attól, hogy aromás-e vagy sem) azonos, akkor erre szimmetrikus sav-anhidridnek nevezzük.
Ha két karbonsav kötődik az anhidrid képződéséhez, víz képződhet vagy nem, valamint más vegyületek is. Minden ezeknek a savaknak a szerkezetétől függ.
Az anhidrid tulajdonságai
Az anhidrid tulajdonságai attól függnek, hogy melyiket említi. Legtöbbjük közös, hogy vízzel reagál. Szervetlen úgynevezett bázisos anhidridek esetében azonban ezek közül sok vízben is oldhatatlan (MgO), tehát ez a megállapítás a karbonsavak anhidridjeire összpontosít.
A olvadás- és forráspontja fekszenek a molekuláris szerkezete és az intermolekuláris kölcsönhatások (RCO) 2 O, mivel ez általános kémiai képletű ezeknek a szerves vegyületek.
Ha az (RCO) 2 O molekulatömege alacsony, akkor ez valószínűleg színtelen folyadék szobahőmérsékleten és nyomáson. Például, ecetsavanhidrid (vagy ecetsavanhidrid), (CH 3 CO) 2 O, egy folyadék, és a legfontosabb ipari egy, a termelési, hogy nagyon nagy.
Az ecetsavanhidrid és a víz reakcióját a következő kémiai egyenlet ábrázolja:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Vegye figyelembe, hogy a vízmolekula hozzáadásakor két ecetsav-molekula szabadul fel. A fordított reakció ecetsav esetében azonban nem fordulhat elő:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (nem fordul elő)
Másik szintetikus útvonalat kell igénybe venni. A dikarbonsavak viszont melegítéssel képesek megtenni; de ezt a következő szakaszban ismertetjük.
Kémiai reakciók
hidrolízis
Az anhidridek egyik legegyszerûbb reakciója a hidrolízis, amelyet az ecetsav-anhidridnél csak most mutattak be. E példán kívül kénsav-anhidride van:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Itt van egy szervetlen sav-anhidrid. Megjegyzendő, hogy a H 2 S 2 O 7 (más néven diszulfátot), a reakció reverzibilis, így fűtés koncentrált H 2 SO 4 képződését eredményezi annak anhidrid. Ha, másrészt, ez egy híg H 2 SO 4, SO 3, kénsav-anhidrid, felszabadul.
észterezést
A savas anhidridek alkoholokkal, köztük piridinnel reagálnak, így észtert és karbonsavat kapnak. Például vegye figyelembe az ecetsavanhidrid és az etanol közötti reakciót:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Így képezve az etil-etanoát-észter, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3, és etánsav (ecetsav).
Gyakorlatilag az történik, ha a hidroxilcsoport hidrogénjét acilcsoport helyettesíti:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
Abban az esetben, (CH 3 CO) 2 O, az acilcsoport COCH 3. Ezért az OH csoportról azt állítják, hogy acilezés alatt áll. Az acilezés és az észterezés azonban nem cserélhető fogalmak; az acilezés közvetlenül egy aromás gyűrűn történhet, az úgynevezett Friedel-Crafts acilezés.
Így az alkoholokat savhidridek jelenlétében acilezéssel észterezik.
Másrészt a két acilcsoport közül csak az egyik reagál az alkohollal, a másik a hidrogénnel marad, karbonsavat képezve; hogy arra az esetre, (CH 3 CO) 2 O, ez etánsav.
Amidképző
A savhidridek ammóniával vagy aminokkal (primer és szekunder) reakcióba lépve amidokká alakulnak. A reakció nagyon hasonló az előzőekben ismertetett észterezéshez, de az ROH-t egy amin helyettesíti; például, egy szekunder amin, R 2 NH.
A reakciókeveréket ismét közötti (CH 3 CO) 2 O és dietil-amin, Et 2 NH tekinthető:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
És dietil- acetamid, CH 3 CONEt 2 és karboxilezett ammóniumsó, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 képződnek.
Bár az egyenlet tűnhet egy kicsit nehéz megérteni, elég megfigyelni, hogy a csoport COCH 3 helyettesíti a H egy Et 2 NH az amid kialakítása céljából:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Az amidáció helyett a reakció még mindig acilezés. Mindent abban a szóban foglalunk össze; ezúttal az amin acilezésen megy keresztül, és nem az alkohol.
Hogyan képződnek anhidridek?
Szervetlen anhidrideket képeznek az elem oxigénnel történő reagáltatásával. Így, ha az elem fém, fém-oxid vagy bázikus anhidrid képződik; és ha nem fém, akkor nemfémes oxid vagy sav-anhidrid képződik.
Szerves anhidridek esetén a reakció eltérő. Két karbonsav nem kapcsolódhat közvetlenül a víz felszabadításához és sav-anhidrid képződéséhez; egy még nem említett vegyület részvétele szükséges: acil-klorid, RCOCl.
A karbonsav reagál az acil-kloriddal, előállítva a megfelelő anhidridet és hidrogén-kloridot:
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
Az egyik CH 3 az acetilcsoportból származik, a CH 3 CO–, a másik már jelen van az ecetsavban. Egy adott acil-klorid, valamint a karbonsav kiválasztása szimmetrikus vagy aszimmetrikus sav-anhidrid szintéziséhez vezethet.
Ciklikus anhidridek
Más acil-kloridot igénylő karbonsavakkal ellentétben a dikarbonsavak kondenzálódhatnak megfelelő anhidridjévé. Ehhez az szükséges azokat melegíteni felszabadulását elősegítő H 2 O. Például, a formáció a ftálsavanhidrid a ftálsav látható.
Ftálsavanhidrid képződése. Forrás: Jü, a Wikimedia Commonsból
Vegye figyelembe, hogyan fejeződik be az ötszög gyűrű, és az oxigén, amely mindkét C = O csoporthoz kapcsolódik, annak része; ez egy ciklusos anhidrid. Továbbá, látható, hogy a ftálsavanhidridet egy szimmetrikus anhidrid, mivel mind az R 1 és R 2 jelentése azonos: egy aromás gyűrű.
Nem minden dikarbonsav képes anhidrid képzésére, mivel amikor a COOH-csoportok széles körben elkülönülnek, nagyobb és nagyobb gyűrűket kényszerítenek egymásra. A legnagyobb kialakítható gyűrű hatszögletű, nagyobb, mint a reakció nem zajlik le.
Elnevezéstan
Hogyan nevezik az anhidrideket? Ha eltekintünk a szervetlen is, lényegesnek oxid kérdések, a nevét, a szerves anhidridek magyarázható eddig függ azonosságát R 1 és R 2; azaz acilcsoportjai.
Ha a két R jelentése azonos, egyszerűen cserélje ki a "sav" szót "anhidridre" a megfelelő karbonsav nevében. És ha éppen ellenkezőleg, a két R különbözik egymástól, akkor ábécé sorrendben nevezik őket. Ezért annak tudásához, hogy mit kell nevezni, először meg kell vizsgálnia, hogy szimmetrikus vagy aszimmetrikus sav-anhidrid-e.
(CH 3 CO) 2 O szimmetrikus, hiszen R 1 = R 2 = CH 3. Ecetsavból vagy etánsavból származik, így a neve az előző magyarázatot követően ecetsav vagy etánsav-anhidrid. Ugyanez vonatkozik a fent említett ftálsavanhidridre.
Tegyük fel, hogy a következő anhidrid van:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
A bal oldali acetilcsoport ecetsavból származik, a jobb oldalon pedig heptánsav. Anhidrid elnevezéséhez meg kell neveznie az R csoportokat ábécé sorrendben. Tehát a neve: heptanoecetsavanhidrid.
Alkalmazások
A szervetlen anhidrideknek végtelen felhasználása van, az anyagok, kerámiák, katalizátorok, cementek, elektródák, műtrágyák stb. Szintézisétől és készítésétől kezdve a földkéreg bevonatává ezer vas- és alumínium-ásványi anyaggal és dioxiddal az élő szervezetek által kilépett szén mennyisége.
Ezek képviselik a kiindulási forrást, ahol sok szervetlen szintézisben használt vegyület származik. Az egyik legfontosabb anhidrid a szén-dioxid, a CO 2. A víz mellett elengedhetetlen a fotoszintézishez. Ipari szinten az SO 3 elengedhetetlen, mivel a kénsavat előállítják belőle.
Lehet, hogy a legtöbb felhasználású anhidridet (amíg van élet) foszforsavból nyerik: adenozin-trifoszfát, más néven ATP, a DNS-ben és az anyagcsere "energia pénznemében".
Szerves anhidridek
A savas anhidridek acilezés útján egy alkohollal reagálnak, amikor észtert, amint képeznek, amid képződik, vagy aromás gyűrűt képeznek.
Ezeknek a vegyületeknek több milliója van, és százezrek karbonsav-lehetőségek anhidrid előállításához; ezért a szintetikus lehetőségek drámai módon növekednek.
Tehát az egyik fő alkalmazás acilcsoport beépítése egy vegyületbe, helyettesítve annak egyik atomját vagy csoportját.
Mindegyik különálló anhidridnek megvan a maga felhasználása, de általában véve mindegyik hasonló módon reagál. Ezért az ilyen típusú vegyületeket a polimer szerkezetek módosítására használják, új polimerek létrehozásával; azaz kopolimerek, gyanták, bevonatok stb.
Például az ecetsavanhidridet a cellulóz összes OH csoportjának acetilezésére használják (alsó kép). Ezzel, minden egyes H a OH helyett acetil-csoport, COCH 3.
Cellulóz. Forrás: NEUROtiker, a Wikimedia Commonsból
Ily módon kapjuk a cellulóz-acetát polimert. Ugyanezt a reakciót vázolható más polimer szerkezetek NH 2 csoport, szintén érzékenyek acilezés.
Ezek az acilezési reakciók gyógyszerek, például aszpirin (acetil- szalicilsav) szintézisében szintén hasznosak.
Példák
A szerves anhidridek néhány további példája befejeződik. Noha nem említjük őket, az oxigénatomok helyettesíthetik a ként, így ként vagy akár foszfor-anhidrideket eredményezve.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5: benzoesav-anhidrid. A csoport C 6 H 5 jelentése benzolgyűrű. Hidrolízise során két benzoesavat kapunk.
-HCO (O) COH: hangyanhidrid. Hidrolízise során két hangyasavat kap.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3: benzoesav propánsavanhidrid. Hidrolízise során benzoesav és propánsavat állítanak elő.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11: ciklohexán-karbonsavanhidrid. Az aromás gyűrűkkel ellentétben ezek telített, kettős kötések nélkül.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3: propánsav butánsav-anhidrid.
Szukcinsavanhidrid
Szukcinsavanhidrid. Forrás: Ninjatacoshell, a Wikimedia Commonsból
Itt van még egy ciklusos, borostyánkősavból származó dikarbonsav. Vegye figyelembe, hogy a három oxigénatom hogyan mutatja ki az ilyen típusú vegyületek kémiai természetét.
A maleinsavanhidrid nagyon hasonló a borostyánkősavanhidridhez, azzal a különbséggel, hogy kettős kötés van a szénatomok között, amelyek az ötszög alapját képezik.
Glutársav-anhidrid
Glutársav-anhidrid. Forrás: Choij, a Wikimedia Commonsból
És végül bemutatjuk a glutársav-anhidridet. Ez szerkezetileg különbözik a többitől azáltal, hogy hatszögletű gyűrűből áll. A három oxigénatom ismét kiemelkedik a szerkezetben.
Más, összetettebb anhidrideket mindig a egymáshoz nagyon közel álló három oxigénatom igazolhat.
Irodalom
- Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2019). Anhidrid. Enclyclopaedia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. január 8.). Savanhidrid meghatározása a kémiában. Helyreállítva: gondolat.com
- Kémia LibreTexts. (Sf). Anhidridjei. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Szerves kémia. Aminok. (10 th kiadás.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Szerves kémia. (Hatodik kiadás). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Morrison és Boyd. (1987). Szerves kémia. (Ötödik kiadás). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Szerves sav-anhidrid. Helyreállítva: en.wikipedia.org