Безводні властивості, як вони утворюються, номенклатура, застосування

The ангідриди вони є хімічними сполуками, які походять від об'єднання двох молекул через вивільнення води. Таким чином, це можна розглядати як зневоднення вихідних речовин; хоча це не зовсім так.

У органічній і неорганічній хімії згадується про них, і в обох галузях їх розуміння помітно відрізняється. Наприклад, в неорганічній хімії основні та кислотні оксиди розглядаються як ангідриди їх гідроксидів і кислот відповідно, оскільки перші реагують з водою з утворенням останнього..

Тут може виникнути плутанина між термінами «безводний» і «ангідрид». Як правило, безводний відноситься до з'єднання, яке було зневоднене без зміни його хімічної природи (відсутність реакції); тоді як з ангідридом відбувається хімічна зміна, що відображається в молекулярній структурі.

Якщо гідроксиди і кислоти порівнюються з відповідними оксидами (або ангідридами), то спостерігається реакція. Навпаки, деякі оксиди або солі можуть бути гідратовані, втрачають воду і залишаються тими ж сполуками; але без води, тобто безводного.

У органічній хімії, з іншого боку, те, що мається на увазі під ангідридом, є початковим визначенням. Наприклад, одним з найбільш відомих ангідридів є похідні карбонових кислот (верхнє зображення). Вони складаються з об'єднання двох ацильних груп (-RCO) за допомогою атома кисню.

У своїй загальній структурі він позначається R₁ для ацильной групи і R₂ для другої ацильной групи. Тому що R₁ і R₂ вони є різними, вони походять з різних карбонових кислот і потім є асиметричним ангідридом кислоти. Коли обидва R заступники (незалежно від того, чи є вони ароматичними) є однаковими, ми говоримо в цьому випадку про симетричний кислотний ангідрид.

Під час зв'язування двох карбонових кислот з утворенням ангідриду вода може або не може утворитися, а також інші сполуки. Все буде залежати від структури зазначених кислот.

Індекс

• 1 Властивості ангідридів
  • 1.1 Хімічні реакції
• 2 Як формуються ангідриди?
  • 2.1 Циклічні ангідриди
• 3 Номенклатура
• 4 Програми
  • 4.1 Органічні ангідриди
• 5 Приклади
  • 5.1 Янтарний ангідрид
  • 5.2 Глутаровий ангідрид
• 6 Посилання

Властивості ангідридів

Властивості ангідридів будуть залежати від того, на що ви звертаєтесь. Майже всі мають спільне, що вони реагують з водою. Однак для так званих основних ангідридів в неорганічних, насправді деякі з них навіть нерозчинні у воді (MgO), тому ця заява буде зосереджена на ангідридах карбонових кислот..

Точки плавлення і кипіння потрапляють на молекулярну структуру і міжмолекулярні взаємодії для (RCO)₂Або це загальна хімічна формула цих органічних сполук.

Якщо молекулярна маса (RCO)₂Або він низький, це, мабуть, безбарвна рідина при кімнатній температурі і тиску. Наприклад, оцтовий ангідрид (або етановий ангідрид), (СН₃CO)₂Або, це рідкий і той, що має велике промислове значення.

Реакція між оцтовим ангідридом і водою представлена ​​наступним хімічним рівнянням:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Зауважимо, що при додаванні молекули води виділяються дві молекули оцтової кислоти. Проте зворотна реакція не може відбуватися для оцтової кислоти:

2CH₃СООН => (СН₃CO)₂O + H₂O (це не відбувається)

Необхідно вдатися до іншого синтетичного маршруту. Дикарбонові кислоти, з іншого боку, можуть робити це шляхом нагрівання; але це буде пояснено у наступному розділі.

Хімічні реакції

Гідроліз

Однією з найпростіших реакцій ангідридів є їх гідроліз, що тільки що було показано для ангідриду оцтової кислоти. Крім цього прикладу, ми маємо ангідрид сірчаної кислоти:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SO₄

Тут є ангідрид неорганічної кислоти. Зауважте, що для H₂S₂O₇ (також називається дисульфоновой кислотою), сама реакція оборотна, тому нагрівання Н₂SO₄ Концентрат призводить до утворення його ангідриду. Якщо, з іншого боку, це розведений розчин Н₂SO₄, SO випущено₃, сірчаний ангідрид.

Естерифікація

Кислотні ангідриди реагують зі спиртами з піридином у середовищі, отримуючи складний ефір і карбонову кислоту. Наприклад, розглядається реакція між оцтовим ангідридом і етанолом:

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

При цьому утворюється етиловий ефір етаноата, СН₃CO₂CH₂CH₃, і етанової кислоти (оцтова кислота).

Практично, відбувається заміна водню гідроксильної групи на ацильную групу:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

У випадку (СН₃CO)₂Або ваша ацильная група являє собою -COCH₃. Отже, сказано, що група OH страждає ацилуванням. Однак ацилювання і етерифікація не є взаємозамінними поняттями; Ацилювання може відбуватися безпосередньо в ароматичному кільці, відомому як ацилування Фріделя-Крафтса.

Таким чином, спирти в присутності ангідридів кислот естерифікують ацилированием.

З іншого боку, тільки одна з двох ацильних груп реагує зі спиртом, інша - з воднем, утворюючи карбонову кислоту; що для випадку (CH₃CO)₂Або це етанолова кислота.

Амідація

Кислотні ангідриди реагують з аміаком або з амінами (первинними та вторинними) з отриманням амідів. Реакція дуже схожа на описану етерифікацію, але ROH замінюється аміном; наприклад, вторинний амін, R₂NH.

Знову реакція між (СН₃CO)₂Про і діетиламін, Et₂NH:

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

Причому утворюються діетилацетамиди, СН₃CONEt₂, і карбонову сіль амонію, СН₃COO^-+NH₂Et₂.

Хоча рівняння може здатися трохи важко зрозумілим, досить спостерігати, як група -COCH₃ замінити H на Et₂NH для утворення аміду:

Et₂NH => Et₂NCOCH₃

Більше, ніж амідування, реакція все ще є ацилуванням. Все це узагальнено у цьому слові; на цей раз амін страждає ацилуванням, а не алкоголем.

Як утворюються ангідриди?

Неорганічні ангідриди утворюються шляхом взаємодії елемента з киснем. Таким чином, якщо елемент є металевим, утворюється основний оксид металу або ангідрид; і якщо він є неметалевим, утворюється неметалевий оксид або ангідрид кислоти.

Для органічних ангідридів реакція різна. Дві карбонові кислоти не можуть безпосередньо зв'язуватися з виділенням води і утворювати ангідрид кислоти; необхідна участь сполуки, яка ще не була згадана: ацилхлорид, RCOCl.

Карбонова кислота реагує з ацилхлоридом, утворюючи відповідний ангідрид і хлористий водень:

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

CH₃COCl + CH₃СООН => (СН₃CO)₂O + HCl

CH₃ походить з ацетильной групи, СН₃CO-, а інший вже присутній в оцтовій кислоті. Вибір специфічного ацилхлориду, як і карбонової кислоти, може призвести до синтезу симетричного або асиметричного ангідриду кислоти \ t.

Циклічні ангідриди

На відміну від інших карбонових кислот, які потребують ацилхлориду, дикарбонові кислоти можуть конденсуватися у відповідному ангідриді. Для цього необхідно нагрівати їх для сприяння вивільненню Н₂Наприклад, показано утворення фталевого ангідриду з фталевої кислоти.

Зверніть увагу, як завершено п'ятикутне кільце, і кисень, який зв'язує обидві групи C = O, є його частиною; Це циклічний ангідрид. Також можна бачити, що фталевий ангідрид є симетричним ангідридом, оскільки обидва R₁ як R₂ Вони ідентичні: ароматичне кільце.

Не всі дикарбонові кислоти здатні утворювати свій ангідрид, тому що коли їх групи СООН широко відокремлені, вони змушені завершувати великі і більші кільця. Найбільше кільце, яке може бути сформоване, є гексагональним, більшим, ніж реакція не відбувається.

Номенклатура

Як називають ангідриди? Залишаючи осторонь неорганічні речовини, що відносяться до оксидів, назви описаних органічних ангідридів залежать від ідентичності R₁ і R₂; тобто її ацильних груп.

Якщо два R є однаковими, то достатньо замінити слово "кислота" на "ангідрид" у відповідній назві карбонової кислоти. І якщо, навпаки, два Rs є різними, вони називаються в алфавітному порядку. Тому, щоб знати, як його назвати, необхідно спочатку побачити, чи є це симетричний або асиметричний ангідрид кислоти.

(CH₃CO)₂Або він симетричний, оскільки R₁= R₂ = CH₃. Похідне оцтової або етанової кислоти, тому її назва належить до попереднього пояснення: оцтовий ангідрид або етанол. Те ж саме стосується тільки згаданого фталевого ангідриду.

Припустимо, у вас є наступний ангідрид:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Ацетильная група зліва виходить з оцтової кислоти, а праворуч - гептанова кислота. Щоб назвати цей ангідрид, необхідно назвати R-групи в алфавітному порядку. Отже, його назва: гептановий оцтовий ангідрид.

Програми

Неорганічні ангідриди мають нескінченну кількість застосувань, від синтезу та формулювання матеріалів, кераміки, каталізаторів, цементів, електродів, добрив тощо, до покриття земної кори з тисячами мінералів заліза і алюмінію і діоксиду. вуглецю, видиханого живими організмами.

Вони являють собою джерело відправлення, точку, де багато сполук, що використовуються в неорганічному синтезі, походять. Одним з найбільш важливих ангідридів є діоксид вуглецю, CO₂. Це, разом з водою, необхідне для фотосинтезу. І на промисловому рівні, SO₃ це має першорядне значення, оскільки відповідач отримує від нього сірчану кислоту.

Можливо, ангідрид з більшою кількістю додатків і має (поки є життя) один з фосфорної кислоти: аденозинтрифосфат, більш відомий як АТФ, присутній в ДНК і "енергетична валюта" метаболізму.

Органічні ангідриди

Ангідриди кислот реагують шляхом ацилювання, або до спирту, утворюючи складний ефір, до аміну, який дає початок аміду, або ароматичне кільце..

Існують мільйони кожного з цих сполук і сотні тисяч варіантів карбонової кислоти для приготування ангідриду; отже, синтетичні можливості різко зростають.

Таким чином, одним з основних застосувань є включення ацильной групи до з'єднання, замінюючи один з атомів або груп його структури.

Кожен ангідрид окремо має свої власні застосування, але в загальних рисах всі вони реагують подібним чином. З цієї причини ці типи сполук використовують для модифікації полімерних структур, створюючи нові полімери; кополімери, смоли, покриття тощо.

Наприклад, оцтовий ангідрид використовується для ацетилювання всіх OH-груп целюлози (нижнє зображення). При цьому кожен H OH заміщений ацетильною групою COCH₃.

Таким чином отримують полімер ацетату целюлози. Таку ж реакцію можна зробити з іншими полімерними структурами з групами NH₂, також чутливі до ацилування.

Ці реакції ацилування також корисні для синтезу лікарських засобів, таких як аспірин (кислота ацетилсаліцилова).

Приклади

Показано, що деякі інші приклади органічних ангідридів закінчуються. Хоча їх не буде згадано, атоми кисню можуть бути замінені сіркою, даючи сірку або навіть ангідриди фосфору.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: бензойний ангідрид. Група С₆H₅ являє бензольное кільце. Його гідроліз виробляє дві бензойні кислоти.

-HCO (O) COH: мурашиний ангідрид. Її гідроліз виробляє дві мурашині кислоти.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: бензойний пропановий ангідрид. Її гідроліз виробляє бензойну і пропанову кислоти.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: циклогексанкарбоновий ангідрид. На відміну від ароматичних кілець, вони насичені, без подвійних зв'язків.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: бутановий пропановий ангідрид.

Бурштиновий ангідрид

Тут ми маємо ще один циклічний, отриманий з бурштинової кислоти дикарбоновой кислоти. Зверніть увагу, як три атоми кисню видають хімічну природу цього типу сполуки.

Малеїновий ангідрид дуже схожий на бурштиновий ангідрид, з тією відмінністю, що існує подвійний зв'язок між вугіллями, які утворюють основу п'ятикутника.

Глутаровий ангідрид

Нарешті показаний ангідрид глутарової кислоти. Це структурно відрізняється від всіх інших, складаючись з гексагонального кільця. Знову ж таки, три атоми кисню виділяються в структурі.

Інші ангідриди, більш складні, завжди можуть бути підтверджені трьома атомами кисню, дуже близькими один до одного.

Список літератури

1. Редактори Британської енциклопедії. (2019). Ангідрид. Encryclopaedia Britannica. Отримано з: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 січня 2019). Визначення кислотного ангідриду в хімії. Отримано з: thoughtco.com
3. Хімія LibreTexts. (s.f.). Ангідриди. Отримано з: chem.libretexts.org
4. Грем Соломонс Т.В., Крейг Б. Фріле. (2011). Органічна хімія. Аміни (10^й видання.). Wiley Plus.
5. Кері Ф. (2008). Органічна хімія (Шосте видання). Mc Graw Hill.
6. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія (8-е изд.). CENGAGE Навчання.
7. Моррісон і Бойд. (1987). Органічна хімія (П'яте видання). Аддісон-Уеслі Ібероамерикана.
8. Вікіпедія. (2019). Ангідрид органічної кислоти. Отримано з: en.wikipedia.org