- Anhidrīdu īpašības
- Ķīmiskās reakcijas
- Hidrolīze
- Esterifikācija
- Amidācija
- Kā veidojas anhidrīdi?
- Cikliskie anhidrīdi
- Nomenklatūra
- Lietojumprogrammas
- Organiskie anhidrīdi
- Piemēri
- Sukcīnskābes anhidrīds
- Glutāra anhidrīds
- Atsauces
The anhidrīdi ir izcelsmes no savienošanās divu molekulu, atbrīvojot ūdeni ķīmiskie savienojumi. Tādējādi to var uzskatīt par sākotnējo vielu dehidratāciju; kaut arī tā nav īsti taisnība.
Organiskajā un neorganiskajā ķīmijā tie tiek minēti, un abās nozarēs to izpratne ievērojami atšķiras. Piemēram, neorganiskajā ķīmijā bāziskos un skābos oksīdus uzskata par attiecīgi to hidroksīdu un skābju anhidrīdiem, jo pirmie reaģē ar ūdeni, veidojot pēdējos.
Anhidrīdu vispārējā struktūra. Avots: DrEmmettBrownie, no Wikimedia Commons
Šeit var rasties neskaidrības starp terminiem “bezūdens” un “anhidrīds”. Parasti bezūdens attiecas uz savienojumu, no kura tas ir dehidrēts, nemainot tā ķīmisko raksturu (nav reakcijas); vienlaikus ar anhidrīdu notiek ķīmiskas izmaiņas, kas atspoguļojas molekulārajā struktūrā.
Ja hidroksīdus un skābes salīdzina ar tiem atbilstošajiem oksīdiem (vai anhidrīdiem), redzams, ka notika reakcija. Turpretī daži oksīdi vai sāļi var būt hidratēti, zaudēt ūdeni un palikt tie paši savienojumi; bet bez ūdens, tas ir, bezūdens.
Turpretī organiskajā ķīmijā sākotnējā definīcija ir tas, ko nozīmē anhidrīds. Piemēram, vieni no pazīstamākajiem anhidrīdiem ir tie, kas iegūti no karbonskābēm (augšējais attēls). Tie sastāv no divu acilgrupu (-RCO) savienības caur skābekļa atomu.
Tās vispārējo struktūru, R 1 ir indicēts vienu acilgrupas, un R 2 par otro acilgrupas. Jo R 1 un R 2 ir atšķirīgi, tie nāk no dažādām karbonskābēm un tas ir pēc tam asimetriska skābes anhidrīds. Ja abi R aizvietotāji (neatkarīgi no tā, vai tie ir aromātiski vai nav) ir vienādi, šajā gadījumā mēs runājam par simetriskas skābes anhidrīdu.
Kad savienojas divas karbonskābes, veidojot anhidrīdu, var veidoties ūdens, kā arī citi savienojumi. Viss būs atkarīgs no šo skābju struktūras.
Anhidrīdu īpašības
Anhidrīdu īpašības būs atkarīgas no tā, uz kurām jūs atsaucas. Lielākajai daļai no viņiem ir kopīgs, ka viņi reaģē ar ūdeni. Tomēr tā sauktajiem pamata anhidrīdiem neorganiskos daudzumos faktiski vairāki no tiem pat nešķīst ūdenī (MgO), tāpēc šis apgalvojums koncentrēsies uz karbonskābju anhidrīdiem.
Kušanas un viršanas temperatūras kritums ietekmē molekulāro struktūru un (RCO) 2 O starpmolekulāro mijiedarbību , tā ir šo organisko savienojumu vispārējā ķīmiskā formula.
Ja (RCO) 2 O molekulmasa ir maza, tas, iespējams, ir bezkrāsains šķidrums istabas temperatūrā un spiedienā. Piemēram, etiķskābes anhidrīds (vai etānskābes anhidrīds) (CH 3 CO) 2 O ir šķidrs un rūpnieciski vissvarīgākais, un tā ražošana ir ļoti liela.
Reakciju starp etiķskābes anhidrīdu un ūdeni attēlo šāds ķīmiskais vienādojums:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Ņemiet vērā, ka, pievienojot ūdens molekulu, izdalās divas etiķskābes molekulas. Apgrieztā reakcija tomēr nevar notikt etiķskābei:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (nenotiek)
Ir nepieciešams ķerties pie cita sintētiska ceļa. No otras puses, dikarbonskābes to var izdarīt karsējot; bet tas tiks izskaidrots nākamajā sadaļā.
Ķīmiskās reakcijas
Hidrolīze
Viena no vienkāršākajām anhidrīdu reakcijām ir to hidrolīze, kas tikko parādīta etiķskābes anhidrīdam. Papildus šim piemēram ir arī sērskābes anhidrīds:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Šeit jums ir neorganiskās skābes anhidrīds. Jāņem vērā, ka par H 2 S 2 O 7 (ko sauc arī disulfuric acid), reakcija ir atgriezeniska, tā sildīšana koncentrēto H 2 SO 4 rada veidošanos tās anhidrīdu. Ja, no otras puses, tas ir atšķaidītu šķīdumu no H 2 SO 4 , SO 3 , sēra anhidrīds , tiek atbrīvota .
Esterifikācija
Skābie anhidrīdi reaģē ar spirtiem, vidū ar piridīnu, iegūstot esteri un karbonskābi. Piemēram, apsveriet reakciju starp etiķskābes anhidrīdu un etanolu:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Tādējādi veidojas etil-etanoāta esteris, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 un etānskābe (etiķskābe).
Praktiski notiek tas, ka hidroksilgrupas ūdeņradis tiek aizstāts ar acilgrupu:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
Gadījumā, (CH 3 CO) 2 O, tā acilgrupa ir -COCH 3 . Tāpēc tiek uzskatīts, ka OH grupa acilējas. Tomēr acilēšana un esterifikācija nav savstarpēji aizvietojami jēdzieni; acilēšana var notikt tieši uz aromātiskā gredzena, kas pazīstams kā Friedel-Crafts acilācija.
Tādējādi spirti skābju anhidrīdu klātbūtnē tiek esterificēti acilējot.
No otras puses, tikai viena no divām acilgrupām reaģē ar spirtu, otra paliek pie ūdeņraža, veidojot karbonskābi; ka (CH 3 CO) 2 O gadījumā tā ir etānskābe.
Amidācija
Skābie anhidrīdi reaģē ar amonjaku vai amīniem (primārajiem un sekundārajiem), veidojot amīdus. Reakcija ir ļoti līdzīga tikko aprakstītajai esterifikācijai, bet ROH aizstāj ar amīnu; piemēram, otrējo amīnu, R 2 NH.
Atkal, reakcija starp (CH 3 CO) 2 , Et O un dietilamīns 2 NH tiek uzskatīta:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONET 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
Un dietilacetamīds, CH 3 CONET 2 , un karboksilītu amonija sāls, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 veidojas .
Kaut vienādojums var šķist mazliet grūti saprast, tas ir pietiekami, lai novērotu, kā grupai -COCH 3 aizvieto H no Et 2 NH veidojot amīda:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Reakcija joprojām ir nevis amidācija, bet acilēšana. Viss tiek summēts ar šo vārdu; šoreiz amīns tiek pakļauts acilēšanai, nevis spirtam.
Kā veidojas anhidrīdi?
Neorganiskie anhidrīdi veidojas, reaģējot elementam ar skābekli. Tādējādi, ja elements ir metālisks, veidojas metālisks oksīds vai bāzes anhidrīds; un, ja tas ir nemetālisks, veidojas nemetāla oksīds vai skābes anhidrīds.
Organisko anhidrīdu gadījumā reakcija ir atšķirīga. Divas karbonskābes nevar tieši savienoties, lai atbrīvotu ūdeni un veidotu skābes anhidrīdu; nepieciešama vēl neminēta savienojuma piedalīšanās: acilhlorīds, RCOCl.
Karbonskābe reaģē ar acilhlorīdu, iegūstot attiecīgo anhidrīdu un ūdeņraža hlorīdu:
R 1 COCI + R 2 COOH => (R 1 CO) O (COR 2 ) + HCl
CH 3 COCI + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCl
Viens CH 3 nāk no acetilgrupas, CH 3 CO–, bet otrs jau atrodas etiķskābē. Konkrēta acilhlorīda, kā arī karbonskābes izvēle var izraisīt simetriskas vai asimetriskas skābes anhidrīda sintēzi.
Cikliskie anhidrīdi
Atšķirībā no citām karbonskābēm, kurām nepieciešams acilhlorīds, dikarboksilskābes var kondensēties attiecīgajos anhidrīdos. Lai to izdarītu, tie jāuzsilda, lai veicinātu H 2 O. izdalīšanos. Piemēram, parādīta ftālskābes anhidrīda veidošanās no ftālskābes.
Ftālskābes anhidrīda veidošanās. Avots: Jü, no Wikimedia Commons
Ņemiet vērā, kā tiek pabeigts piecstūra gredzens, un skābeklis, kas savieno abas C = O grupas, ir tā sastāvdaļa; tas ir ciklisks anhidrīds. Tāpat, tā var secināt, ka ftalskābes anhidrīda ir simetriska anhidrīds, jo abi R 1 un R 2 ir identiski: aromātisks gredzens.
Ne visas dikarbonskābes spēj veidot to anhidrīdu, jo, kad to COOH grupas ir plaši atdalītas, tās ir spiestas izveidot lielākus un lielākus gredzenus. Lielākais gredzens, ko var izveidot, ir sešstūrveida, lielāks, nekā tas, ka reakcija nenotiek.
Nomenklatūra
Kā tiek nosaukti anhidrīdi? Nepievēršoties neorganiskus tiem, saistītām oksīda problēmām, nosaukumus organisko anhidrīdu paskaidrots tik tālu ir atkarīgi no identitātes R 1 un R 2 ; tas ir, no tās acilgrupām.
Ja abi R ir vienādi, attiecīgajā karbonskābes nosaukumā vienkārši aizstājiet vārdu “skābe” ar “anhidrīds”. Un, ja gluži pretēji, abi R ir atšķirīgi, tie tiek nosaukti alfabēta secībā. Tāpēc, lai zinātu, kā to saukt, vispirms jānoskaidro, vai tas ir simetrisks vai asimetrisks skābes anhidrīds.
(CH 3 CO) 2 O ir simetriska, jo R 1 = R 2 = CH 3 . Tas ir iegūts no etiķskābes vai etānskābes, tāpēc tā nosaukums, sekojot iepriekšējam skaidrojumam, ir etiķskābes vai etānskābes anhidrīds. Tas pats attiecas uz nupat pieminēto ftalilskābes anhidrīdu.
Pieņemsim, ka mums ir šāds anhidrīds:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Acetilgrupa kreisajā pusē nāk no etiķskābes, bet labajā pusē esošā grupa nāk no heptānskābes. Lai nosauktu šo anhidrīdu, jums jānosauc tā R grupas alfabēta secībā. Tātad, tā nosaukums ir: heptanoic etiķskābes anhidrīds.
Lietojumprogrammas
Neorganiskajiem anhidrīdiem ir bezgalīgs pielietojums, sākot no materiālu, keramikas, katalizatoru, cementu, elektrodu, mēslošanas līdzekļu utt. Sintēzes un sagatavošanas līdz zemes garozas pārklājumam ar tūkstošiem dzelzs un alumīnija minerālu un dioksīda. oglekļa, ko izelpo dzīvi organismi.
Tie attēlo izejas avotu, no kura iegūst daudzus savienojumus, ko izmanto neorganiskās sintēzēs. Viens no vissvarīgākajiem anhidrīdiem ir oglekļa dioksīds, CO 2 . Kopā ar ūdeni tas ir būtisks fotosintēzes procesam. Un rūpnieciskā līmenī SO 3 ir būtisks, jo no tā tiek iegūta vajadzīgā sērskābe.
Iespējams, ka anhidrīds ar vislielāko pielietojumu un tam (kamēr tas pastāv) ir no fosforskābes: adenozīna trifosfāts, labāk pazīstams kā ATP, atrodas DNS un metabolisma “enerģijas valūtā”.
Organiskie anhidrīdi
Skābie anhidrīdi acilējot reaģē vai nu uz spirtu, veidojot esteri, amīnu, veidojot amīdu, vai aromātisku gredzenu.
Katru no šiem savienojumiem ir miljoniem, un simtiem tūkstošu karbonskābes iespēju padarīt anhidrīdu; tāpēc sintētiskās iespējas dramatiski pieaug.
Tādējādi viens no galvenajiem pielietojumiem ir acilgrupas iekļaušana savienojumā, aizstājot vienu no tā struktūras atomiem vai grupām.
Katram atsevišķam anhidrīdam ir savs pielietojums, taču kopumā tie visi reaģē līdzīgi. Šī iemesla dēļ šāda veida savienojumi tiek izmantoti polimēru struktūru modificēšanai, veidojot jaunus polimērus; t.i., kopolimēri, sveķi, pārklājumi utt.
Piemēram, etiķskābes anhidrīdu izmanto visu celulozes OH grupu acetilēšanai (apakšējais attēls). Ar šo, katrs H no OH ir aizvietots ar acetilgrupa, COCH 3 .
Celuloze. Avots: NEUROtiker, no Wikimedia Commons
Šādā veidā iegūst celulozes acetāta polimēru. To pašu reakcija var norādīts ar citiem polimēru struktūras ar NH 2 grupām , arī ir uzņēmīga pret ievadìøanai.
Šīs acilēšanas reakcijas ir noderīgas arī tādu zāļu sintēzē kā aspirīns ( acetilsalicilskābe ).
Piemēri
Parādīti daži citi organisko anhidrīdu piemēri. Lai gan tie netiks minēti, skābekļa atomus var aizstāt ar sēru, iegūstot sēru vai pat fosfora anhidrīdus.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : benzoskābes anhidrīds. Grupa C 6 H 5 attēlo benzola gredzenu. Tās hidrolīze rada divas benzoskābes.
-HCO (O) COH: skudrskābes anhidrīds. Tās hidrolīze rada divas skudrskābes.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : benzoskābes propānskābes anhidrīds. Tās hidrolīze rada benzoskābes un propānskābes.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : cikloheksāna karboksilskābes anhidrīds. Atšķirībā no aromātiskajiem gredzeniem, tie ir piesātināti, bez divkāršām saitēm.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : propānskābes butānskābes anhidrīds.
Sukcīnskābes anhidrīds
Sukcīnskābes anhidrīds. Avots: Ninjatacoshell, no Wikimedia Commons
Šeit jums ir vēl viens ciklisks, kas iegūts no dzintarskābes, dikarboksilskābes. Ņemiet vērā, kā trīs skābekļa atomi atklāj šāda veida savienojumu ķīmisko raksturu.
Maleīnskābes anhidrīds ir ļoti līdzīgs dzintarskābes anhidrīdam, ar atšķirību, ka starp oglekļiem, kas veido piecstūra pamatni, ir divkārša saite.
Glutāra anhidrīds
Glutāra anhidrīds. Avots: Choij, no Wikimedia Commons
Un visbeidzot tiek parādīts glutārskābes anhidrīds. Tas strukturāli atšķiras no visiem pārējiem, jo sastāv no sešstūra gredzena. Atkal struktūrā izceļas trīs skābekļa atomi.
Par citiem anhidrīdiem, kas ir sarežģītāki, vienmēr var liecināt par trim skābekļa atomiem, kas atrodas ļoti tuvu viens otram.
Atsauces
- Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2019. gads). Anhidrīds. Enclyclopaedia Britannica. Atgūts no: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. gada 8. janvāris). Skābes anhidrīda definīcija ķīmijā. Atgūts no: domaco.com
- Ķīmija LibreTexts. (sf). Anhidrīdi. Atgūts no: chem.libretexts.org
- Grehems Solomons TW, Kreigs B. Frīls. (2011). Organiskā ķīmija. Amīni. (10 th izdevums.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
- Morisons un Boids. (1987). Organiskā ķīmija. (Piektais izdevums). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019. gads). Organisko skābju anhidrīds. Atgūts no: en.wikipedia.org