- Egenskaber ved anhydrider
- Kemiske reaktioner
- Hydrolyse
- esterificering
- amidering
- Hvordan dannes anhydrider?
- Cykliske anhydrider
- nomenklatur
- Applikationer
- Organiske anhydrider
- eksempler
- Succinsyreanhydrid
- Glutarsyreanhydrid
- Referencer
De anhydrider er kemiske forbindelser stammende fra foreningen af to molekyler ved at frigive vand. Således kunne det ses som en dehydrering af de oprindelige stoffer; skønt det ikke er rigtigt.
I organisk og uorganisk kemi nævnes de, og i begge grene adskiller deres forståelse sig i mærkbar grad. For eksempel betragtes basale og sure oxider i uorganisk kemi som anhydriderne i henholdsvis deres hydroxider og syrer, da førstnævnte reagerer med vand for at danne sidstnævnte.
Generel struktur af anhydrider. Kilde: DrEmmettBrownie, fra Wikimedia Commons
Her kan der opstå forvirring mellem udtrykkene 'vandfri' og 'anhydrid'. Generelt henviser vandfri til en forbindelse, hvortil den er blevet dehydreret uden ændringer i dens kemiske karakter (der er ingen reaktion); mens der med et anhydrid er der en kemisk ændring, som afspejles i molekylstrukturen.
Hvis hydroxider og syrer sammenlignes med deres tilsvarende oxider (eller anhydrider), vil det ses, at der var en reaktion. I modsætning hertil kan nogle oxider eller salte hydratiseres, miste vand og forblive de samme forbindelser; men uden vand, det vil sige vandfrit.
I organisk kemi er derimod den oprindelige definition, hvad der menes med anhydrid. For eksempel er en af de bedst kendte anhydrider dem, der er afledt af carboxylsyrer (øverste billede). Disse består af foreningen af to acylgrupper (-RCO) gennem et iltatom.
I sin generelle struktur er R 1 er indikeret for en acylgruppe, og R 2 for den anden acylgruppe. Fordi R 1 og R 2 er forskellige, de kommer fra forskellige carboxylsyrer, og det er derefter en asymmetrisk syreanhydrid. Når begge R-substituenter (uanset om de er aromatiske eller ej) er de samme, kaldes det i dette tilfælde et symmetrisk syreanhydrid.
Når to carboxylsyrer binder sig til dannelse af anhydridet, dannes der muligvis vand eller ikke, såvel som andre forbindelser. Alt afhænger af strukturen af disse syrer.
Egenskaber ved anhydrider
Egenskaber ved anhydrider afhænger af hvilke du refererer til. De fleste af dem har det til fælles, at de reagerer med vand. For de såkaldte basiske anhydrider i uorganiske er faktisk flere af dem endda uopløselige i vand (MgO), så denne erklæring vil fokusere på anhydriderne i carboxylsyrer.
Smelte- og kogepunkter ligger i den molekylære struktur og i de intermolekylære interaktioner for (RCO) 2 O, idet dette er den generelle kemiske formel af disse organiske forbindelser.
Hvis molekylvægten af (RCO) 2 O er lav, er det sandsynligvis en farveløs væske ved stuetemperatur og tryk. For eksempel eddikesyreanhydrid (eller ethansyre anhydrid), (CH 3 CO) 2 O, er en væske, og en af største tekniske betydning, dets fremstilling bliver meget store.
Reaktionen mellem eddikesyreanhydrid og vand er repræsenteret ved følgende kemiske ligning:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Bemærk, at når vandmolekylet tilsættes, frigives to molekyler eddikesyre. Den modsatte reaktion kan imidlertid ikke forekomme for eddikesyre:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (forekommer ikke)
Det er nødvendigt at ty til en anden syntetisk rute. Dicarboxylsyrer kan på den anden side gøre det ved opvarmning; men det vil blive forklaret i det næste afsnit.
Kemiske reaktioner
Hydrolyse
En af de enkleste reaktioner af anhydrider er deres hydrolyse, som netop er blevet vist for eddikesyreanhydrid. Ud over dette eksempel er der svovlsyreanhydrid:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Her har du et uorganisk syreanhydrid. Bemærk, at for H 2 S 2 O 7 (også kaldet disulfuric syre), er reaktionen reversibel, så opvarmning af koncentreret H 2 SO 4 resulterer i dannelsen af dens anhydrid. Hvis på den anden side er det en fortyndet opløsning af H 2 SO 4, SO 3, svovldioxid, frigives.
esterificering
Syreanhydrider reagerer med alkoholer med pyridin i mellem for at give en ester og en carboxylsyre. Overvej for eksempel reaktionen mellem eddikesyreanhydrid og ethanol:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Således danner den ethylethanoat ester, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3, og ethansyre (eddikesyre).
Det, der sker, er praktisk talt substitution af hydroxylgruppens brint med en acylgruppe:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
I tilfælde af (CH 3 CO) 2 O, dens acylgruppe er -COCH 3. Derfor siges OH-gruppen at være under acylering. Acylering og forestring er imidlertid ikke udskiftelige begreber; acylering kan forekomme direkte på en aromatisk ring, kendt som Friedel-Crafts acylering.
Alkoholer i nærvær af syreanhydrider esterificeres således ved acylering.
På den anden side reagerer kun den ene af de to acylgrupper med alkoholen, den anden bliver ved brint og danner en carboxylsyre; at i tilfælde af (CH 3 CO) 2 O, er ethansyre.
amidering
Syreanhydrider reagerer med ammoniak eller aminer (primær og sekundær) for at give anledning til amider. Reaktionen ligner meget den esterificering, der netop er beskrevet, men ROH erstattes af en amin; for eksempel en sekundær amin, R 2 NH.
Igen, reaktionen mellem (CH 3 CO) 2 O og diethylamin, Et 2 er NH betragtes:
(CH 3 CO) 2 O + 2ET 2 NH => CH 3 CONET 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
Og diethylacetamid, CH 3 CONET 2, og en carboxyleret ammoniumsalt, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 dannes.
Selvom ligningen kan virke lidt vanskelig at forstå, er det nok at observere, hvordan gruppen –COCH 3 erstatter H for en Et 2 NH for at danne amidet:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
I stedet for amidering er reaktionen stadig acylering. Alt sammenfattes i det ord; denne gang gennemgår aminen acylering og ikke alkoholen.
Hvordan dannes anhydrider?
Uorganiske anhydrider dannes ved at omsætte elementet med ilt. Hvis elementet således er metallisk, dannes et metallisk oxid eller basisk anhydrid; og hvis det er ikke-metallisk, dannes et ikke-metallisk oxid eller syreanhydrid.
For organiske anhydrider er reaktionen anderledes. To carboxylsyrer kan ikke forbindes direkte for at frigive vand og danne syreanhydrid; deltagelse af en forbindelse, der endnu ikke er nævnt, er nødvendig: acylchlorid, RCOCl.
Carboxylsyren reagerer med acylchloridet, hvilket producerer det respektive anhydrid og hydrogenchlorid:
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
En CH 3 kommer fra acetylgruppen, CH 3 CO-, og den anden er allerede til stede i eddikesyre. Valget af et specifikt acylchlorid såvel som carboxylsyre kan føre til syntese af et symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.
Cykliske anhydrider
I modsætning til de andre carboxylsyrer, der kræver et acylchlorid, kan dicarboxylsyrer kondensere til deres tilsvarende anhydrid. For at gøre dette, skal de opvarmes til fremme frigørelsen af H 2 O. For eksempel er dannelsen af phthalsyreanhydrid fra phthalsyre vist.
Dannelse af phthalsyreanhydrid. Kilde: Jü, fra Wikimedia Commons
Bemærk, hvordan den femkantede ring er afsluttet, og iltet, der forbinder begge C = O-grupper, er en del af den; dette er et cyklisk anhydrid. Ligeledes kan det forstås, at phthalsyreanhydrid er en symmetrisk anhydrid, da både R 1 og R 2 er ens: en aromatisk ring.
Ikke alle dicarboxylsyrer er i stand til at danne deres anhydrid, da når deres COOH-grupper er vidt adskilt, tvinges de til at fuldføre større og større ringe. Den største ring, der kan dannes, er en hexagonal ring, der er større end reaktionen ikke finder sted.
nomenklatur
Hvordan kaldes anhydrider? Ud over de uorganiske dem, relevant for oxid spørgsmål, navnene på de organiske anhydrider forklaret hidtil afhænge af identiteten af R 1 og R 2; det vil sige af dets acylgrupper.
Hvis de to R'er er ens, skal du blot udskifte ordet 'syre' med 'anhydrid' i det respektive navn på carboxylsyren. Og hvis de to R'er tværtimod er forskellige, kaldes de i alfabetisk rækkefølge. For at vide, hvad man skal kalde det, skal du først se, om det er et symmetrisk eller asymmetrisk syreanhydrid.
(CH 3 CO) 2 O er symmetrisk, da R 1 = R 2 = CH 3. Den stammer fra eddikesyre eller ethaninsyre, så dens navn er efter den foregående forklaring: eddikesyre eller ethaninsyreanhydrid. Det samme gælder det netop nævnte phthalsyreanhydrid.
Antag, at vi har følgende anhydrid:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Acetylgruppen til venstre kommer fra eddikesyre, og den til højre kommer fra heptansyre. For at navngive dette anhydrid skal du navngive R-grupperne i alfabetisk rækkefølge. Så dets navn er: heptanoic eddikesyreanhydrid.
Applikationer
Uorganiske anhydrider har uendelige anvendelser, fra syntese og formulering af materialer, keramik, katalysatorer, cement, elektroder, gødning osv. Til som en belægning af jordskorpen med dens tusinder af jern- og aluminiummineraler og dioxid af kulstof, der udåndes af levende organismer.
De repræsenterer startkilden, det punkt, hvor mange forbindelser anvendt i uorganiske synteser er afledt. En af de vigtigste anhydrider er kuldioxid, CO 2. Det er sammen med vand vigtigt for fotosyntesen. Og på industrielt niveau er SO 3 væsentlig, da den efterspurgte svovlsyre opnås herfra.
Måske er anhydridet med flest anvendelser og at have (mens der er liv) et af fosforsyre: adenosintriphosphat, bedre kendt som ATP, til stede i DNA og metabolismens "energivaluta".
Organiske anhydrider
Sure anhydrider reagerer gennem acylering, enten til en alkohol, danner en ester, en amin, hvilket giver anledning til et amid eller en aromatisk ring.
Der er millioner af hver af disse forbindelser, og hundreder af tusinder af carboxylsyreindstillinger til at fremstille et anhydrid; derfor vokser de syntetiske muligheder dramatisk.
En af de vigtigste anvendelser er således at inkorporere en acylgruppe i en forbindelse, idet en erstatter et af atomer eller grupper med dens struktur.
Hvert separat anhydrid har sine egne anvendelser, men generelt set reagerer de alle på en lignende måde. Af denne grund bruges disse typer af forbindelser til at modificere polymere strukturer ved at skabe nye polymerer; dvs. copolymerer, harpikser, belægninger osv.
F.eks. Anvendes eddikesyreanhydrid til at acetylere alle OH-grupper af cellulose (lavere billede). Med dette er hver H i OH erstattet med en acetylgruppe, COCH 3.
Cellulose. Kilde: NEUROtiker, fra Wikimedia Commons
På denne måde opnås celluloseacetatpolymeren. Den samme reaktion kan skitseres med andre polymere strukturer med NH 2 -grupper, også er modtagelige for acylering.
Disse acyleringsreaktioner er også nyttige til syntese af medikamenter, såsom aspirin (acetylsalicylsyre).
eksempler
Nogle andre eksempler på organiske anhydrider viser sig at være færdige. Selvom der ikke nævnes nogen omtale af dem, kan oxygenatomerne erstattes med svovl, hvilket giver svovl eller endda fosforanhydrider.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5: benzoesyreanhydrid. Gruppen C 6 H 5 repræsenterer en benzenring. Dets hydrolyse producerer to benzoesyrer.
-HCO (O) COH: myrsyreanhydrid. Dets hydrolyse producerer to myresyrer.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3: benzoesyre propansyreanhydrid. Dets hydrolyse producerer benzoesyre og propansyre.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11: cyclohexancarboxylsyre anhydrid. I modsætning til aromatiske ringe er disse mættede uden dobbeltbindinger.
CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3: propansyre butansyre anhydrid.
Succinsyreanhydrid
Succinsyreanhydrid. Kilde: Ninjatacoshell, fra Wikimedia Commons
Her har du en anden cyklisk, afledt af ravsyre, en dicarboxylsyre. Bemærk, hvordan de tre oxygenatomer afslører den kemiske karakter af denne type forbindelse.
Maleinsyreanhydrid ligner meget ravsyreanhydrid med den forskel, at der er en dobbeltbinding mellem kulhydraterne, der danner basen på femkantens.
Glutarsyreanhydrid
Glutarsyreanhydrid. Kilde: Choij, fra Wikimedia Commons
Og endelig vises glutarsyreanhydrid. Dette adskiller sig strukturelt fra alle de andre ved at bestå af en sekskantet ring. Igen skiller de tre oxygenatomer sig ud i strukturen.
Andre anhydrider, mere komplekse, kan altid bevises af de tre oxygenatomer meget tæt på hinanden.
Referencer
- Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydrid. Enclyclopaedia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (8. januar 2019). Definition af syreanhydrid i kemi. Gendannes fra: thoughtco.com
- Kemi LibreTexts. (Sf). Anhydrider. Gendannes fra: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organisk kemi. Aminer. (10 th edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjette udgave). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
- Morrison og Boyd. (1987). Organisk kemi. (Femte udgave). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Organisk syreanhydrid. Gendannet fra: en.wikipedia.org