Veevabad omadused, nende moodustamine, nomenklatuur, rakendused

The anhüdriidid need on keemilised ühendid, mis pärinevad kahe molekuli liitumisest vee vabanemise kaudu. Seega võib seda vaadelda kui algsete ainete dehüdratatsiooni; kuigi see ei ole tõsi.

Orgaanilises ja anorgaanilises keemias mainitakse neid ja mõlemas harus erineb nende arusaam märgatavalt. Näiteks anorgaanilise keemia puhul loetakse aluselised ja happelised oksiidid nende hüdroksiidide ja hapete anhüdriidideks, kuna esimene reageerib veega, et moodustada viimane..

Siin võib tekkida segadus mõistete „veevaba” ja „anhüdriid” vahel. Üldjuhul viitab veevaba ühend ühendile, mis on veetustatud ilma keemilise olemuse muutusteta (reaktsioon puudub); arvestades, et anhüdriidiga esineb keemiline muutus, mis peegeldub molekulaarses struktuuris.

Kui hüdroksiide ja happeid võrreldakse nende vastavate oksiididega (või anhüdriididega), siis täheldatakse reaktsiooni esinemist. Seevastu võivad mõned oksiidid või soolad olla hüdreeritud, kaotada vett ja jäävad samaks ühendiks; kuid ilma veeta, see tähendab veevaba.

Orgaanilise keemia puhul on aga anhüdriidi all mõeldav algne määratlus. Näiteks üks tuntumaid anhüdriide on karboksüülhapete derivaadid (ülemine pilt). Need koosnevad kahe atsüülrühma (-RCO) liitmisest hapnikuaatomi abil.

Selle üldstruktuuris on näidatud R₁ atsüülrühma jaoks ja R₂ teise atsüülrühma jaoks. Sest R₁ ja R₂ need on erinevad, nad on pärit erinevatest karboksüülhapetest ja on siis asümmeetriline happeanhüdriid. Kui mõlemad R-asendajad (olenemata sellest, kas need on aromaatsed) on samad, siis räägime siin sümmeetrilisest happeanhüdriidist..

Kahe karboksüülhappe anhüdriidi moodustamise ajal ühendamisel võib vesi moodustada või mitte, samuti teisi ühendeid. Kõik sõltub nimetatud hapete struktuurist.

Indeks

• 1 Anhüdriidide omadused
  • 1.1 Keemilised reaktsioonid
• 2 Kuidas moodustuvad anhüdriidid?
  • 2.1 Tsüklilised anhüdriidid
• 3 Nomenklatuur
• 4 Rakendused
  • 4.1 Orgaanilised anhüdriidid
• 5 Näited
  • 5.1 Suktsiinanhüdriid
  • 5.2 Glutaarhappe anhüdriid
• 6 Viited

Anhüdriidide omadused

Anhüdriidide omadused sõltuvad sellest, mida te viitate. Peaaegu kõigil on ühine, et nad reageerivad veega. Niinimetatud anorgaanilistes nn aluseliste anhüdriidide puhul on paljud neist isegi vees lahustumatud (MgO), nii et see väide keskendub karboksüülhapete anhüdriididele.

Sulamis- ja keemispunktid langevad (RCO) molekulistruktuurile ja molekulidevahelisele interaktsioonile.₂Või see on nende orgaaniliste ühendite üldine keemiline valem.

Kui (RCO) molekulmass₂Või on see madal, see on ilmselt toatemperatuuril ja rõhul värvitu vedelik. Näiteks äädikhappe anhüdriid (või etaanhappe anhüdriid), (CH₃CO)₂Või on tegemist vedeliku ja tööstusliku tähtsusega vedelikuga, mis on väga suur oma toodang.

Reaktsiooni äädikhappe anhüdriidi ja vee vahel esindab järgmine keemiline võrrand:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Pange tähele, et veemolekuli lisamisel vabastatakse kaks äädikhappe molekuli. Vastupidine reaktsioon ei saa siiski toimuda äädikhappe puhul:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (see ei juhtu)

On vaja kasutada teist sünteetilist teed. Dikarboksüülhapped võivad seevastu seda teha kuumutamisega; kuid seda selgitatakse järgmises osas.

Keemilised reaktsioonid

Hüdrolüüs

Üks anhüdriidide kõige lihtsamaid reaktsioone on nende hüdrolüüs, mis on äsja näidatud äädikhappe anhüdriidi puhul. Lisaks sellele näitele on meil väävelhappe anhüdriid:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SO₄

Siin on anorgaanilise happe anhüdriid. Pange tähele, et H puhul₂S₂O₇ (nimetatakse ka disulfurhappeks), reaktsioon ise on pöörduv, nii et kuumutamine H₂SO₄ Kontsentraat annab selle anhüdriidi moodustumise. Kui aga see on lahjendatud H lahus₂SO₄, SO vabastatakse₃, väävelhappe anhüdriid.

Esteriseerimine

Happeanhüdriidid reageerivad alkoholidega, söötmes püridiiniga, saades estri ja karboksüülhappe. Näiteks vaadeldakse äädikhappe anhüdriidi ja etanooli vahelist reaktsiooni:

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

Nii moodustub etüülester etanoaat, CH₃CO₂CH₂CH₃, ja etaanhape (äädikhape).

Praktiliselt juhtub hüdroksüülrühma vesiniku asendamine atsüülrühmaga:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

(CH₃CO)₂Või on teie atsüülrühmaks -COCH₃. Seetõttu öeldakse, et OH-rühm kannab atsüülimist. Kuid atsüülimine ja esterdamine ei ole vahetatavad mõisted; Atsüülimine võib toimuda otse aromaatses tsüklis, tuntud kui Friedel-Crafts'i atsüülimine.

Seega estrid happe anhüdriidide juuresolekul esterdatakse atsüülimise teel.

Teisest küljest reageerib ainult üks kahest atsüülrühmast alkoholiga, teised jäävad vesinikuga, moodustades karboksüülhappe; et (CH₃CO)₂Või see on etaanhape.

Amidatsioon

Happe anhüdriidid reageerivad ammoniaagiga või amiinidega (primaar- ja sekundaarsed), et saada amiide. Reaktsioon on väga sarnane äsja kirjeldatud esterdamisega, kuid ROH on asendatud amiiniga; näiteks sekundaarne amiin, R₂NH.

Jällegi, reaktsioon (CH₃CO)₂O ja dietüülamiin, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONEt₂ + CH₃COO^-+NH₂Et₂

Moodustatakse dietüülatseetamiid, CH₃CONEt₂, ja karboksüülammooniumisool, CH₃COO^-+NH₂Et₂.

Kuigi võrrandit võib tunduda mõnevõrra raske mõista, piisab, kui jälgida, kuidas rühm -COCH₃ asendada Et₂NH moodustab amiidi:

Et₂NH => Et₂NCOCH₃

Enam kui amidatsioon on reaktsioon veel atsüülimine. Kõik sõnad on kokku võetud; seekord kannab amiin atsüülimist, mitte alkoholi.

Kuidas moodustuvad anhüdriidid?

Anorgaanilised anhüdriidid moodustatakse elemendi reageerimisel hapnikuga. Seega, kui element on metalliline, moodustub aluseline metallioksiid või anhüdriid; ja kui see on mittemetallist, moodustub mittemetalliline oksiid või happeanhüdriid.

Orgaaniliste anhüdriidide puhul on reaktsioon erinev. Kaks karboksüülhapet ei saa seostuda otseselt vee vabanemisega ja moodustada happe anhüdriidi; vaja on veel ühendit, mida pole veel mainitud: atsüülkloriid, RCOCl.

Karboksüülhape reageerib atsüülkloriidiga, saades vastava anhüdriidi ja vesinikkloriidi:

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

A CH₃ pärineb atsetüülrühmast, CH₃CO- ja teine ​​on juba äädikhappes. Spetsiifilise atsüülkloriidi ja karboksüülhappe valik võib põhjustada sümmeetrilise või asümmeetrilise happeanhüdriidi sünteesi..

Tsüklilised anhüdriidid

Erinevalt teistest karboksüülhapetest, mis vajavad atsüülkloriidi, võib dikarboksüülhappeid kondenseerida vastavas anhüdriidis. Selleks on vaja neid soojendada, et soodustada H vabanemist₂Näiteks on näidatud ftaalanhüdriidi moodustumine ftaalhappest.

Pange tähele, kuidas viisnurkne ring on lõppenud ja hapnik, mis seob mõlemad rühmad C = O, on selle osa; See on tsükliline anhüdriid. Samuti võib näha, et ftaalanhüdriid on sümmeetriline anhüdriid, kuna mõlemad R₁ nagu R₂ Need on identsed: aromaatne ring.

Mitte kõik dikarboksüülhapped ei ole võimelised moodustama oma anhüdriidi, sest kui nende COOH rühmad on laialdaselt eraldatud, on nad sunnitud lõpetama suuremad ja suuremad rõngad. Suurim moodustatav rõngas on kuusnurkne, suurem kui reaktsioon ei toimu.

Nomenklatuur

Kuidas anhüdriide nimetatakse? Jättes kõrvale oksiididega seotud anorgaanilised ained, sõltuvad siiani selgitatud orgaaniliste anhüdriidide nimed R-i identsusest.₁ ja R₂; see tähendab selle atsüülrühmi.

Kui kaks R-d on samad, on piisav, kui asendada sõna „happe” karboksüülhappe nimetuses “anhüdriidiks”. Ja kui vastupidi, need kaks R-d on erinevad, nimetatakse need tähestikulises järjekorras. Seega, et teada saada, mida seda nimetada, tuleb kõigepealt näha, kas tegemist on sümmeetrilise või asümmeetrilise happeanhüdriidiga.

(CH₃CO)₂Või on see sümmeetriline, kuna R₁= R₂ = CH₃. Äädikhappe või etaanhappe derivaat, nii et selle nimi on eelmise selgituse kohaselt äädikhappe anhüdriid või etaanhape. Sama kehtib just mainitud ftaalanhüdriidi kohta.

Oletame, et teil on järgmine anhüdriid:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Vasakul asuv atsetüülrühm pärineb äädikhappest ja paremal olev heptaanhape. Selle anhüdriidi nimetamiseks peate oma R-rühmad tähestikulises järjekorras nimetama. Niisiis, selle nimi on: heptanäädikhappe anhüdriid.

Rakendused

Anorgaanilistel anhüdriididel on lõputu hulk rakendusi, alates materjalide, keraamika, katalüsaatorite, tsementide, elektroodide, väetiste jms sünteesimisest ja valmistamisest kuni maakoore katmiseni tuhandete raua- ja alumiiniummineraalide ning dioksiidiga. elusorganismide väljahingatav süsinik.

Nad esindavad lähtepunkti - punkti, kus tulenevad paljud anorgaanilises sünteesis kasutatavad ühendid. Üks tähtsamaid anhüdriide on süsinikdioksiid, CO₂. See on fotosünteesi jaoks oluline koos veega. Ja tööstuslikul tasandil on vastuväide₃ see on ülimalt tähtis, sest kostja saab sellest väävelhappe.

Võib-olla on anhüdriid, millel on rohkem rakendusi ja millel on (nii kaua kui elu on) fosforhappest: adenosiintrifosfaadist, mida tuntakse paremini kui ATP-d, esineb DNA-s ja metabolismi "energiline valuuta"..

Orgaanilised anhüdriidid

Happeanhüdriidid reageerivad atsüülimisega kas alkoholile, mis moodustab estri, amiiniks, mis põhjustab amiidi või aromaatse tsükli..

Neid ühendeid on miljoneid ja anhüdriidi valmistamiseks on sadu tuhandeid karboksüülhappe valikuid; seetõttu kasvavad sünteetilised võimalused järsult.

Seega on üks põhirakendustest kaasata atsüülrühm ühendisse, asendades selle struktuuri ühe aatomi või rühma..

Igal anhüdriidil on eraldi rakendused, kuid üldiselt reageerivad nad kõik sarnaselt. Seetõttu kasutatakse neid tüüpi ühendeid polümeerstruktuuride modifitseerimiseks, luues uusi polümeere; see tähendab kopolümeere, vaiku, katteid jne..

Näiteks kasutatakse äädikhappe anhüdriidi kõikide tselluloosi OH rühmade atsetüülimiseks (alumine pilt). Sellega asendatakse iga OH-d atsetüülrühmaga COCH₃.

Sel viisil saadakse tselluloosatsetaatpolümeer. Sama reaktsiooni võib visandada teiste polümeerstruktuuridega NH-rühmadega₂, ka atsüülimiseks vastuvõtlikud.

Need atsüülimisreaktsioonid on kasulikud ka ravimite, näiteks aspiriini (happe) sünteesimiseks atsetüülsalitsüül).

Näited

Mõned teised orgaaniliste anhüdriidide näited on lõppenud. Kuigi neid ei mainita, võib hapniku aatomid asendada väävliga, andes väävlit või isegi fosforanhüdriide..

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: bensoehappe anhüdriid. Rühm C₆H₅ tähistab benseenitsüklit. Selle hüdrolüüs annab kaks bensoehapet.

-HCO (O) COH: sipelghappe anhüdriid. Selle hüdrolüüs annab kaks sipelghapet.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: bensoehappe ananhüdriid. Selle hüdrolüüs tekitab bensoehappeid ja propaanhappeid.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: tsükloheksaankarboksüülhappe anhüdriid. Erinevalt aromaatsetest tsüklitest on need küllastatud, ilma kaksiksidemeta.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: butaanpropaanhappe anhüdriid.

Suktsiinanhüdriid

Siin on veel üks tsükkel, mis on saadud merevaikhappest, dikarboksüülhappest. Pange tähele, kuidas kolm hapniku aatomit reetavad seda tüüpi ühendi keemilist olemust.

Maleiinanhüdriid on väga sarnane merevaikhappeanhüdriidiga, erinevusega, et süsinikuaatomite vahel, mis moodustavad viiekümnendiku aluse, on kaksikside.

Glutaarhappe anhüdriid

Lõpuks on näidatud glutaarhappe anhüdriid. See struktuur erineb kõigist teistest, moodustades kuusnurkse rõnga. Jällegi eristuvad struktuuris kolm hapniku aatomit.

Teisi anhüdriide, keerulisemaid, saab alati tõendada üksteisele väga lähedaste kolme hapniku aatomiga.

Viited

1. Encyclopaedia Britannica toimetajad. (2019). Anhüdriid. Encryclopaedia Britannica. Välja otsitud: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8. jaanuar 2019). Happeanhüdriidi määratlus keemias. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
3. Keemia LibreTexts. (s.f.). Anhüdriidid. Välja otsitud andmebaasist: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Orgaaniline keemia. Amiinid (10)^th väljaanne.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Orgaaniline keemia (Kuues väljaanne). Mc Grawi mägi.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Keemia (8. väljaanne). KESKMINE Õppimine.
7. Morrison ja Boyd. (1987). Orgaaniline keemia (Viies väljaanne). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Orgaanilise happe anhüdriid. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org