- Anhydridien ominaisuudet
- Kemialliset reaktiot
- Hydrolyysi
- esteröimällä
- amidaatiota
- Kuinka anhydridit muodostuvat?
- Sykliset anhydridit
- nimistö
- Sovellukset
- Orgaaniset anhydridit
- esimerkit
- Sukkariinihappoanhydridi
- Glutaarihappoanhydridi
- Viitteet
Anhydridit ovat kemiallisia yhdisteitä, peräisin liitto kaksi molekyyliä vapauttamalla vesi. Siten sitä voidaan pitää lähtöaineiden kuivumisena; vaikka se ei olekaan totta.
Orgaanisessa ja epäorgaanisessa kemiassa ne mainitaan, ja molemmissa haaroissa niiden ymmärtäminen eroaa huomattavasti. Esimerkiksi epäorgaanisessa kemiassa emäksisiä ja happamia oksidia pidetään niiden hydroksidien ja vastaavien happojen anhydrideinä, koska ensimmäiset reagoivat veden kanssa jälkimmäisten muodostamiseksi.
Anhydridien yleinen rakenne. Lähde: DrEmmettBrownie, Wikimedia Commonsista
Tällöin termien 'vedetön' ja 'anhydridi' välillä voi esiintyä sekaannusta. Yleensä vedettömällä tarkoitetaan yhdistettä, johon se on dehydratoitu muuttamatta sen kemiallista luonnetta (reaktiota ei ole); kun taas anhydridin kanssa tapahtuu kemiallinen muutos, joka heijastuu molekyylirakenteeseen.
Jos verrataan hydroksideja ja happoja vastaaviin oksideihin (tai anhydrideihin), havaitaan reaktio. Sitä vastoin jotkut oksidit tai suolat voivat hydratoitua, menettää vettä ja pysyä samoina yhdisteinä; mutta ilman vettä, siis vedetöntä.
Orgaanisessa kemiassa sen sijaan anhydridi tarkoittaa alkuperäistä määritelmää. Esimerkiksi yksi tunnetuimmista anhydrideistä on niitä, jotka on johdettu karboksyylihapoista (ylempi kuva). Ne koostuvat kahden asyyliryhmän (-RCO) yhdistymisestä happiatomin läpi.
Sen yleisen rakenteen, R 1 on tarkoitettu yhdelle asyyliryhmä, ja R 2 toisen asyyliryhmä. Koska R 1 ja R 2 ovat erilaisia, ne ovat eri karboksyylihapoista ja se on sitten epäsymmetrinen anhydridi. Kun molemmat R-substituentit (ovatko ne aromaattisia vai eivät) ovat samoja, siihen viitataan tässä tapauksessa symmetrisenä happoanhydridinä.
Kun kaksi karboksyylihappoa sitoutuvat anhydridin muodostamiseksi, vesi voi muodostua tai olla muodostumatta, samoin kuin muut yhdisteet. Kaikki riippuu näiden happojen rakenteesta.
Anhydridien ominaisuudet
Anhydridien ominaisuudet riippuvat siitä, mihin viitat. Suurimmalla osalla heistä on yhteistä, että ne reagoivat veden kanssa. Epäorgaanisissa ns. Emäksisissä anhydrideissä tosiasiassa useat niistä ovat jopa liukenemattomia veteen (MgO), joten tämä lausunto keskittyy karboksyylihappojen anhydrideihin.
Sulamis- ja kiehumispisteet sijaitsevat molekyylirakenteen ja molekyylien välisten vuorovaikutusten (RCO) 2: ta, mikä on yleinen kemiallinen kaava tällaisen orgaanisen yhdisteen.
Jos (RCO) 20: n molekyylimassa on pieni, se on todennäköisesti väritön neste huoneenlämpötilassa ja paineessa. Esimerkiksi, etikkahappoanhydridiä (tai etikkahappoanhydridiin), (CH 3 CO) 2: ta, on neste ja yksi suurimmista teollista merkitystä, sen tuotanto on hyvin laaja.
Etikkahappoanhydridin ja veden välistä reaktiota edustaa seuraava kemiallinen yhtälö:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Huomaa, että kun vesimolekyyli lisätään, kaksi etikkahappomolekyyliä vapautuu. Käänteistä reaktiota ei kuitenkaan voi tapahtua etikkahapolla:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (ei tapahdu)
On tarpeen turvautua toiseen synteettiselle reitille. Dikarboksyylihapot toisaalta voivat tehdä niin kuumentamalla; mutta se selitetään seuraavassa osassa.
Kemialliset reaktiot
Hydrolyysi
Yksi anhydridien yksinkertaisimmista reaktioista on niiden hydrolyysi, joka on juuri osoitettu etikkahappoanhydridille. Tämän esimerkin lisäksi on rikkihappoanhydridi:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Tässä on epäorgaaninen happoanhydridi. Huomaa, että H 2 S 2 O 7 (kutsutaan myös pyrorikkihappo), reaktio on reversiibeli, joten lämmitys väkevää H 2 SO 4 aiheuttaa muodostumista sen anhydridi. Jos toisaalta, se on laimealla H 2 SO 4, SO 3, rikkitrioksidi, vapautetaan.
esteröimällä
Happoanhydridit reagoivat alkoholien kanssa, välillä pyridiinin kanssa, jolloin saadaan esteri ja karboksyylihappo. Tarkastellaan esimerkiksi etikkahappoanhydridin ja etanolin välistä reaktiota:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Jolloin muodostuu etyyli etanoaattia esteri, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3, ja etaanihappo (etikkahappo).
Käytännössä tapahtuu hydroksyyliryhmän vedyn korvaaminen asyyliryhmällä:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
Tapauksessa (CH 3 CO) 2: ta, sen asyyliryhmä on -COCH 3. Siksi OH-ryhmän sanotaan asyloivan. Asylointi ja esteröinti eivät kuitenkaan ole keskenään vaihdettavia käsitteitä; asylaatio voi tapahtua suoraan aromaattisessa renkaassa, joka tunnetaan nimellä Friedel-Crafts-asylaatio.
Siten alkoholit happoanhydridien läsnä ollessa esteröidään asyloimalla.
Toisaalta vain toinen kahdesta asyyliryhmästä reagoi alkoholin kanssa, toinen pysyy vedyn kanssa muodostaen karboksyylihapon; että siinä tapauksessa, (CH 3 CO) 2: ta, se on etaanihappoa.
amidaatiota
Happoanhydridit reagoivat ammoniakin tai amiinien (primaaristen ja sekundaaristen) kanssa, jolloin muodostuu amideja. Reaktio on hyvin samanlainen kuin juuri kuvattu esteröinti, mutta ROH korvataan amiinilla; esimerkiksi sekundäärinen amiini, R 2 NH.
Jälleen, välinen reaktio (CH 3 CO) 2: lla ja dietyyliamiini, Et 2 NH pidetään:
(CH 3 CO) 2 O + 2et 2 NH => CH 3 CONET 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
Ja dietyyliasetamidia, CH 3 CONET 2, ja karboksyloitu ammoniumsuola, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 on muodostettu.
Vaikka yhtälö voi tuntua hieman vaikea ymmärtää, että on tarpeeksi tarkkailla kuinka ryhmä COCH 3 korvaa H, joka Et 2 NH amidin muodostamiseksi:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Amidoinnin sijaan reaktio on silti asylointi. Kaikki on tiivistetty tuo sana; tällä kertaa amiini asyloituu eikä alkoholi.
Kuinka anhydridit muodostuvat?
Epäorgaaniset anhydridit muodostuvat saattamalla elementti reagoimaan hapen kanssa. Siten, jos elementti on metallinen, muodostuu metallioksidi tai emäksinen anhydridi; ja jos se on ei-metallista, muodostuu ei-metallinen oksidi tai happoanhydridi.
Orgaanisilla anhydrideillä reaktio on erilainen. Kaksi karboksyylihappoa ei voi liittyä suoraan vapauttamaan vettä ja muodostamaan happoanhydridiä; yhdisteen, jota ei ole vielä mainittu, osallistuminen on välttämätöntä: asyylikloridi, RCOCl.
Karboksyylihappo reagoi asyylikloridin kanssa tuottaen vastaavan anhydridin ja vetykloridin:
R 1 COCl + R 2 COOH => (R 1 CO) O (COR 2) + HCI
CH 3 COCI + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCI:
Yksi CH 3 tulee asetyyliryhmä, CH 3 -CO-, ja toinen on jo läsnä etikkahappoa. Spesifisen asyylikloridin, kuten myös karboksyylihapon, valinta voi johtaa symmetrisen tai asymmetrisen happoanhydridin synteesiin.
Sykliset anhydridit
Toisin kuin muut karboksyylihapot, jotka vaativat asyylikloridin, dikarboksyylihapot voivat tiivistyä vastaavaan anhydridiinsä. Tehdä tämän, ne tarvitse lämmittää edistää vapautumista H 2: lla esimerkiksi, muodostumista ftaalihappoanhydridin ftaalihaposta on esitetty.
Ftaalihappoanhydridin muodostuminen. Lähde: Jü, Wikimedia Commonsista
Huomaa, kuinka viisikulmainen rengas valmistuu ja molemmat C = O-ryhmät yhdistävä happi on osa sitä; tämä on syklinen anhydridi. Myös, se voidaan ymmärtää, että ftaalihapon anhydridi on symmetrinen anhydridi, sillä sekä R 1 ja R 2 ovat samoja: aromaattinen rengas.
Kaikki dikarboksyylihapot eivät kykene muodostamaan niiden anhydridiä, koska kun niiden COOH-ryhmät ovat erottuneet laajasti, ne pakotetaan suorittamaan suurempia renkaita. Suurin rengas, joka voidaan muodostaa, on kuusikulmainen, suurempi kuin reaktio ei tapahdu.
nimistö
Kuinka anhydridit nimetään? Ottamatta epäorgaanisilla, olennaisia oksidi kysymyksiä, nimet orgaanisten anhydridien selitetty tähän mennessä riippuu identiteetin R 1 ja R 2; eli sen asyyliryhmistä.
Jos kaksi R: tä ovat samat, korvaa sana "happo" sanalla "anhydridi" vastaavassa karboksyylihapon nimessä. Ja jos kaksi R: tä päinvastoin ovat erilaisia, ne nimetään aakkosjärjestyksessä. Siksi tietääksesi mitä sitä kutsutaan, sinun on ensin tarkistettava, onko se symmetrinen vai asymmetrinen happoanhydridi.
(CH 3 CO) 2 O on symmetrinen, koska R 1 = R 2 = CH 3. Se on peräisin etikkahaposta tai etaanihaposta, joten sen nimi on edellisen selityksen jälkeen: etikkahappo tai etaanihappoanhydridi. Sama pätee äskettäin mainittuun ftaalihappoanhydridiin.
Oletetaan, että meillä on seuraava anhydridi:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Vasemmalla oleva asetyyliryhmä on peräisin etikkahaposta, ja oikealla oleva ryhmä tulee heptaanihaposta. Anhydridin nimeämiseksi sinun on nimettävä sen R-ryhmät aakkosjärjestyksessä. Joten sen nimi on: heptaanihappoetikkahappoanhydridi.
Sovellukset
Epäorgaanisilla anhydridillä on lukemattomia sovelluksia materiaalien, keramiikan, katalyyttien, sementtien, elektrodien, lannoitteiden jne. Synteesistä ja formuloinnista maankuoren pinnoitteeksi tuhansilla rauta- ja alumiinimineraaleilla ja dioksidilla elävien organismien hengittämä hiili.
Ne edustavat lähtöä, pistettä, josta johdetaan monia epäorgaanisissa synteeseissä käytettyjä yhdisteitä. Yksi tärkeimmistä anhydrideistä on hiilidioksidi, CO 2. Se on veden ohella välttämätöntä fotosynteesille. Ja teollisella tasolla SO 3 on välttämätön, koska siitä saadaan vaadittua rikkihappoa.
Ehkä anhydridi, jolla on eniten sovelluksia ja jolla on (vaikka elämää on), on fosforihaposta peräisin olevaa anhydridiä: adenosiinitrifosfaatti, tunnetaan paremmin nimellä ATP, läsnä DNA: ssa ja aineenvaihdunnan "energiavaluuttana".
Orgaaniset anhydridit
Happoanhydridit reagoivat asyloinnin kautta joko alkoholiksi, muodostaen esterin, amiinin, jolloin muodostuu amidi tai aromaattinen rengas.
Kutakin näistä yhdisteistä on miljoonia ja satoja tuhansia karboksyylihappovaihtoehtoja anhydridin valmistamiseksi; siksi synteettiset mahdollisuudet kasvavat dramaattisesti.
Siten yksi pääsovelluksista on asyyliryhmän sisällyttäminen yhdisteeseen korvaamalla yksi sen rakenteen atomista tai ryhmästä.
Jokaisella erillisellä anhydridillä on omat sovellutuksensa, mutta yleisesti ottaen ne kaikki reagoivat samalla tavalla. Tästä syystä tämäntyyppisiä yhdisteitä käytetään modifioimaan polymeerisiä rakenteita luomalla uusia polymeerejä; ts. kopolymeerit, hartsit, pinnoitteet jne.
Esimerkiksi etikkahappoanhydridiä käytetään asetyloimaan kaikki selluloosan OH-ryhmät (alempi kuva). Tämän kukin H OH on korvattu asetyyliryhmä, COCH 3.
Selluloosa. Lähde: NEUROtiker, Wikimedia Commonsista
Tällä tavalla saadaan selluloosa-asetaattipolymeeri. Sama reaktio voidaan pääpiirteissään yhdessä muiden polymeerimateriaalien kanssa rakenteita NH 2 ryhmää, myös alttiita asylointi.
Nämä asylointireaktiot ovat hyödyllisiä myös lääkkeiden, kuten aspiriinin (asetyylisalisyylihappo), synteesissä.
esimerkit
Joidenkin muiden esimerkkien orgaanisista anhydrideistä on osoitettu loppuvan. Vaikka niitä ei mainita, happiatomit voidaan korvata rikkilla, jolloin saadaan rikkiä tai jopa fosforihappoanhydridejä.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5: bentsoehappoanhydridi. Ryhmä C 6 H 5 on bentseenirengas. Sen hydrolyysi tuottaa kaksi bentsoehappoa.
-HCO (O) COH: muurahaishappoanhydridi. Sen hydrolyysi tuottaa kaksi muurahaishappoa.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3: bentsoehapon propaanihapon anhydridin. Sen hydrolyysi tuottaa bentsoe- ja propaanihappoja.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11: sykloheksaanikarboksyylihappoanhydridi. Toisin kuin aromaattiset renkaat, nämä ovat tyydyttyneitä, ilman kaksoissidoksia.
CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3: propaanihappo butaanihapon anhydridiä.
Sukkariinihappoanhydridi
Sukkariinihappoanhydridi. Lähde: Ninjatacoshell, Wikimedia Commonsista
Täällä on toinen syklinen, johdettu meripihkahaposta, dikarboksyylihappo. Huomaa, kuinka kolme happiatomia paljastavat tämän tyyppisten yhdisteiden kemiallisen luonteen.
Maleiinihappoanhydridi on hyvin samanlainen kuin meripihkahappoanhydridi, sillä erolla, että viisikulmion perustan muodostavien hiilien välillä on kaksoissidos.
Glutaarihappoanhydridi
Glutaarihappoanhydridi. Lähde: Choij, Wikimedia Commonsista
Ja lopuksi esitetään glutaarihappoanhydridi. Tämä eroaa rakenteellisesti kaikista muista koostuen kuusikulmaisesta renkaasta. Jälleen kolme happiatomia erottuu rakenteessa.
Muut monimutkaisemmat anhydridit voidaan aina osoittaa kolmella happea sisältävällä atomilla, jotka ovat hyvin lähellä toisiaan.
Viitteet
- Encyclopaedia Britannican toimittajat. (2019). Anhydridi. Enclyclopaedia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
- Helmenstine, tohtori Anne Marie (8. tammikuuta 2019). Happoanhydridi-määritelmä kemiassa. Palautettu osoitteesta: gondo.com
- Kemia LibreTexts. (SF). Anhydridit. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaninen kemia. Amiineja. (10 th painos.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Orgaaninen kemia. (Kuudes painos). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
- Morrison ja Boyd. (1987). Orgaaninen kemia. (Viides painos). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Orgaaninen happoanhydridi. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org