Watervrije eigenschappen, hoe ze worden gevormd, nomenclatuur, toepassingen

de anhydriden het zijn chemische verbindingen die voortkomen uit de vereniging van twee moleculen door het vrijkomen van water. Het kan dus worden gezien als een uitdroging van de oorspronkelijke stoffen; hoewel het niet precies waar is.

In de organische en anorganische chemie wordt daarvan melding gemaakt, en in beide takken verschilt hun begrip aanzienlijk. In anorganische chemie worden bijvoorbeeld de basische en zure oxiden beschouwd als de anhydriden van respectievelijk hun hydroxiden en zuren, omdat de eerste reageren met het water om de laatste te vormen..

Hier kan verwarring ontstaan ​​tussen de termen 'watervrij' en 'anhydride'. Over het algemeen verwijst watervrij naar een verbinding die is gedehydrateerd zonder veranderingen in de chemische aard ervan (geen reactie); terwijl met een anhydride er een chemische verandering is, weerspiegeld in de moleculaire structuur.

Als de hydroxiden en zuren worden vergeleken met hun overeenkomstige oxiden (of anhydriden), zal worden opgemerkt dat er een reactie was. Daarentegen kunnen sommige oxiden of zouten worden gehydrateerd, water verliezen en dezelfde verbindingen blijven; maar zonder water, dat wil zeggen watervrij.

In de organische chemie daarentegen, is wat wordt bedoeld met anhydride de initiële definitie. Een van de meest bekende anhydriden zijn bijvoorbeeld de derivaten van carbonzuren (bovenste afbeelding). Deze bestaan ​​uit de vereniging van twee acylgroepen (-RCO) door middel van een zuurstofatoom.

In zijn algemene structuur is aangegeven R₁ voor een acylgroep en R₂ voor de tweede acylgroep. Omdat R₁ en R₂ ze zijn verschillend, ze komen uit verschillende carbonzuren en het is dan een asymmetrisch zuuranhydride. Wanneer beide R-substituenten (ongeacht of ze aromatisch zijn) hetzelfde zijn, hebben we het hier over een symmetrisch zuuranhydride.

Op het moment dat twee carbonzuren worden gekoppeld om het anhydride te vormen, kan al dan niet water worden gevormd, evenals andere verbindingen. Alles zal afhangen van de structuur van de genoemde zuren.

index

• 1 Eigenschappen van anhydriden
  • 1.1 Chemische reacties
• 2 Hoe worden anhydriden gevormd?
  • 2.1 Cyclische anhydriden
• 3 Nomenclatuur
• 4 toepassingen
  • 4.1 Organische anhydriden
• 5 voorbeelden
  • 5.1 Barnsteenzuuranhydride
  • 5.2 Glutaarzuuranhydride
• 6 Referenties

Eigenschappen van anhydriden

De eigenschappen van anhydriden hangen af ​​van waar je naar verwijst. Bijna hebben ze allemaal gemeen dat ze reageren met water. Voor zogenaamde basic anhydriden anorganische, eigenlijk een aantal van hen zijn ook in water oplosbare (MgO), zodat deze verklaring richt de anhydriden van carbonzuren.

De smelt- en kookpunten vallen op de moleculaire structuur en intermoleculaire interacties voor de (RCO)₂Of, omdat dit de algemene chemische formule is van deze organische verbindingen.

Als de molecuulmassa van (RCO)₂Of het is laag, het is waarschijnlijk een kleurloze vloeistof bij kamertemperatuur en druk. Bijvoorbeeld azijnzuuranhydride (of ethaanzuuranhydride), (CH₃CO)₂Of, het is een vloeistof en die van groter industrieel belang, omdat de productie ervan enorm is.

De reactie tussen azijnzuuranhydride en water wordt weergegeven door de volgende chemische vergelijking:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Merk op dat wanneer het watermolecuul wordt toegevoegd, twee moleculen azijnzuur vrijkomen. De omgekeerde reactie kan echter niet optreden voor azijnzuur:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (het gebeurt niet)

Het is noodzakelijk om toevlucht te nemen tot een andere synthetische route. Dicarbonzuren, aan de andere kant, kunnen dit doen door middel van verwarming; maar het zal in de volgende sectie worden uitgelegd.

Chemische reacties

hydrolyse

Een van de eenvoudigste reacties van anhydriden is hun hydrolyse, die net is aangetoond voor azijnzuuranhydride. Naast dit voorbeeld hebben we het zwavelzuuranhydride:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

Hier heb je een anorganisch zuur anhydride. Merk op dat voor H₂S₂O₇ (ook wel disulfiumzuur genoemd), de reactie zelf is reversibel, dus verwarming H₂SW₄ Concentreren resulteert in de vorming van het anhydride ervan. Als, aan de andere kant, het een verdunde oplossing van H is₂SW₄, SO wordt vrijgegeven₃, zwavelzuuranhydride.

verestering

De zuuranhydriden reageren met de alcoholen, met pyridine in het medium, om een ​​ester en een carbonzuur te geven. De reactie tussen azijnzuuranhydride en ethanol wordt bijvoorbeeld beschouwd als:

(CH₃CO)₂O + CH₃CH₂OH => CH₃CO₂CH₂CH₃            +   CH₃COOH

Aldus vormend ethylester ethanoaat, CH₃CO₂CH₂CH₃, en ethaanzuur (azijnzuur).

Wat er praktisch gebeurt, is de substitutie van de waterstof van de hydroxylgroep door een acylgroep:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

In het geval van (CH₃CO)₂Of uw acylgroep is de -COCH₃. Daarom wordt er gezegd dat de OH-groep acylatie lijdt. Acylering en verestering zijn echter geen onderling uitwisselbare concepten; Acylering kan direct in een aromatische ring plaatsvinden, bekend als de Friedel-Crafts-acylering.

Zo worden alcoholen in aanwezigheid van zuuranhydriden veresterd door een acylering.

Aan de andere kant reageert slechts één van de twee acylgroepen met de alcohol, de andere blijft met de waterstof die een carbonzuur vormt; dat voor het geval van (CH₃CO)₂Of, het is het ethaanzuur.

amidering

Zuuranhydriden reageren met ammoniak of met aminen (primair en secundair) om amiden te geven. De reactie lijkt sterk op de zojuist beschreven verestering, maar de ROH wordt vervangen door een amine; bijvoorbeeld een secundair amine, R₂NH.

Nogmaals, de reactie tussen (CH₃CO)₂O en diethylamine, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONET₂ + CH₃COO^-+NH₂et₂

En diethylaceetamide, CH worden gevormd₃CONET₂, en een carbonzuurammoniumzout, CH₃COO^-+NH₂et₂.

Hoewel de vergelijking enigszins moeilijk te begrijpen lijkt, is het voldoende om te zien hoe de groep -COCH₃ vervang de H van een Et₂NH om de amide te vormen:

et₂NH => Et₂NCOCH₃

Meer dan een amidatie is de reactie nog steeds een acylering. Alles is in dat woord samengevat; deze keer lijdt het amine aan de acylatie en niet aan de alcohol.

Hoe worden anhydriden gevormd?

De anorganische anhydriden worden gevormd door het element te laten reageren met zuurstof. Dus, als het element metallisch is, wordt een basisch metaaloxide of anhydride gevormd; en als het niet-metaalachtig is, wordt een niet-metaaloxide of zuuranhydride gevormd.

Voor organische anhydriden is de reactie anders. Twee carbonzuren kunnen niet rechtstreeks binden om water af te geven en het zuuranhydride te vormen; de deelname van een verbinding die nog niet is genoemd, is vereist: acylchloride, RCOCl.

Het carbonzuur reageert met het acylchloride, waarbij het respectieve anhydride en waterstofchloride worden geproduceerd:

R₁COCl + R₂COOH => (R₁CO) O (COR₂) + HCl

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

A CH₃ komt van de acetylgroep, CH₃CO- en de andere is al aanwezig in azijnzuur. De keuze van een specifiek acylchloride, evenals het carbonzuur, kan aanleiding geven tot de synthese van een symmetrisch of asymmetrisch zuuranhydride.

Cyclische anhydriden

In tegenstelling tot de andere carbonzuren die een acylchloride vereisen, kunnen de dicarbonzuren in het overeenkomstige anhydride worden gecondenseerd. Hiervoor is het noodzakelijk om ze te verwarmen om de afgifte van H te bevorderen₂O. Bijvoorbeeld, de vorming van ftaalzuuranhydride uit ftaalzuur wordt getoond.

Merk op hoe de vijfhoekige ring is voltooid en de zuurstof die beide groepen C = O bindt, daar deel van uitmaakt; Dit is een cyclisch anhydride. Ook kan worden gezien dat ftaalzuuranhydride een symmetrisch anhydride is, aangezien beide R₁ als R₂ Ze zijn identiek: een aromatische ring.

Niet alle dicarbonzuren zijn in staat om hun anhydride te vormen, omdat wanneer hun COOH-groepen ver uit elkaar liggen, ze gedwongen worden om grotere en grotere ringen te voltooien. De grootste ring die kan worden gevormd is een zeshoekige, groter dan dat de reactie niet plaatsvindt.

nomenclatuur

Hoe worden anhydriden genoemd? Afgezien van de anorganische stoffen, die relevant zijn voor oxiden, zijn de namen van de organische anhydriden die tot nu toe zijn uitgelegd afhankelijk van de identiteit van R₁ en R₂; dat wil zeggen, van zijn acylgroepen.

Als de twee R's hetzelfde zijn, volstaat het om het woord "zuur" te vervangen door "anhydride" in de respectieve naam van het carbonzuur. En als, integendeel, de twee R's verschillend zijn, worden ze in alfabetische volgorde genoemd. Daarom is het, om te weten hoe het te noemen is, eerst te kijken of het een symmetrische of asymmetrische zuuranhydride is.

De (CH₃CO)₂Of het is symmetrisch, omdat R₁= R₂ = CH₃. Derivaat van azijnzuur of ethaanzuur, dus de naam is, volgens de vorige verklaring: azijnzuuranhydride of ethaan. Hetzelfde geldt voor het zojuist genoemde ftaalzuuranhydride.

Stel dat je de volgende anhydride hebt:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

De acetylgroep links is afkomstig van azijnzuur en de rechter rechts komt van heptaanzuur. Om dit anhydride te noemen, moet u uw R-groepen een naam geven in alfabetische volgorde. Dus, de naam is: heptaanzuurazijnanhydride.

toepassingen

Anorganische anhydriden hebben talrijke toepassingen, aangezien de synthese en formulering van materialen, keramische materialen, katalysatoren, cement, elektroden, meststoffen, enz., Totdat beklede aardkorst met zijn duizenden mineralen ijzer en aluminium, en kooldioxide van koolstof uitgeademd door levende organismen.

Ze vormen de bron van vertrek, het punt waar veel verbindingen die in de anorganische synthese worden gebruikt, ontstaan. Een van de belangrijkste anhydriden is koolstofdioxide, CO₂. Het is, samen met water, essentieel voor fotosynthese. En op industrieel niveau, de SO₃ het is van het grootste belang aangezien verdachte er zwavelzuur uit krijgt.

Misschien het anhydride met meer toepassingen en voor het hebben (terwijl life) is een van fosforzuur uit: adenosinetrifosfaat, beter bekend als ATP en DNA aanwezig in de "energie-eenheid" Metabolism.

Organische anhydriden

De zuuranhydriden reageren door een acylering, hetzij aan een alcohol, het vormen van een ester, aan een amine, waardoor een amide ontstaat, of een aromatische ring.

Er zijn miljoenen van elk van deze verbindingen, en honderdduizenden carbonzuuropties om een ​​anhydride te bereiden; daarom groeien de synthetische mogelijkheden drastisch.

Aldus is één van de hoofdtoepassingen het opnemen van een acylgroep in een verbinding, waarbij één van de atomen of groepen van de structuur daarvan wordt vervangen.

Elke anhydride heeft zijn eigen toepassingen, maar in het algemeen reageren ze allemaal op dezelfde manier. Om deze reden worden deze typen verbindingen gebruikt om de polymeerstructuren te modificeren, waardoor nieuwe polymeren worden gevormd; dat wil zeggen, copolymeren, harsen, coatings, enz..

Zo wordt bijvoorbeeld azijnzuuranhydride gebruikt om alle OH-groepen van cellulose te acetyleren (afbeelding onderaan). Hiermee wordt elke H van de OH vervangen door een acetylgroep, COCH₃.

Op deze wijze wordt het celluloseacetaatpolymeer verkregen. Dezelfde reactie kan worden geschetst met andere polymeerstructuren met NH-groepen₂, ook gevoelig voor acylatie.

Deze acyleringsreacties zijn ook bruikbaar voor de synthese van geneesmiddelen, zoals aspirine (zuur acetylsalicylzuur).

Voorbeelden

Enkele andere voorbeelden van organische anhydriden blijken te zijn voltooid. Hoewel er geen melding van zal worden gemaakt, kunnen zuurstofatomen worden vervangen door zwavel, waardoor zwavel of zelfs fosforanhydriden worden verkregen.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: benzoëzuuranhydride. De groep C₆H₅ staat voor een benzeenring. De hydrolyse produceert twee benzoëzuren.

-HCO (O) COH: mierenzuuranhydride. De hydrolyse produceert twee mierenzuren.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzoëzuur propaanzuuranhydride. De hydrolyse produceert benzoëzuur en propaanzuren.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: cyclohexaancarbonzuuranhydride. In tegenstelling tot aromatische ringen zijn deze verzadigd, zonder dubbele bindingen.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: butaanachtig propaanzuuranhydride.

Barnsteenzuuranhydride

Hier hebben we nog een andere cyclische, afgeleid van barnsteenzuur, een dicarbonzuur. Merk op hoe de drie zuurstofatomen de chemische aard van dit type verbinding verraden.

Maleïnezuuranhydride lijkt sterk op barnsteenzuuranhydride, met dit verschil dat er een dubbele binding is tussen de koolstoffen die de basis vormen van de vijfhoek.

Glutaarzuuranhydride

En tot slot wordt het anhydride van glutaarzuur weergegeven. Dit onderscheidt zich structureel van alle andere door een zeshoekige ring te vormen. Nogmaals, de drie zuurstofatomen springen eruit in de structuur.

Andere anhydriden, complexer, kunnen altijd worden aangetoond door de drie zuurstofatomen zeer dicht bij elkaar.

referenties

1. De redacteuren van Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydride. Encryclopaedia Britannica. Teruggeplaatst van: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 januari 2019). Acid Anhydride Definition in Chemistry. Teruggeplaatst van: thoughtco.com
3. Chemie LibreTexts. (N.D.). Anhydriden. Teruggeplaatst van: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organische chemie. Aminen. (10^th editie.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Organische chemie (Zesde editie). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e druk). CENGAGE Leren.
7. Morrison en Boyd. (1987). Organische chemie (Vijfde editie). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Organisch zuuranhydride. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org