Безводные свойства, как они образуются, номенклатура, применение

ангидриды они представляют собой химические соединения, которые образуются в результате объединения двух молекул в результате выделения воды. Таким образом, это можно рассматривать как обезвоживание исходных веществ; хотя это не совсем так.

В органической и неорганической химии упоминается о них, и в обеих отраслях их понимание существенно различается. Например, в неорганической химии основные и кислые оксиды рассматриваются как ангидриды их гидроксидов и кислот соответственно, поскольку первые реагируют с водой с образованием последних..

Здесь может возникнуть путаница между терминами «безводный» и «ангидрид». Как правило, безводный относится к соединению, которое было обезвожено без изменения его химической природы (без реакции); тогда как с ангидридом, есть химическое изменение, отраженное в молекулярной структуре.

Если сравнить гидроксиды и кислоты с их соответствующими оксидами (или ангидридами), будет отмечено, что произошла реакция. Напротив, некоторые оксиды или соли могут гидратироваться, терять воду и оставаться теми же соединениями; но без воды, то есть безводный.

С другой стороны, в органической химии под ангидридом подразумевается первоначальное определение. Например, одним из самых известных ангидридов являются производные карбоновых кислот (верхнее изображение). Они состоят из объединения двух ацильных групп (-RCO) посредством атома кислорода.

В его общей структуре указано R₁ для ацильной группы и R₂ для второй ацильной группы. Потому что R₁ и R₂ они разные, они происходят из разных карбоновых кислот, и тогда это ангидрид асимметричной кислоты. Когда оба заместителя R (независимо от того, являются ли они ароматическими) одинаковы, мы говорим в этом случае о симметричном ангидриде кислоты.

Во время связывания двух карбоновых кислот с образованием ангидрида может образовываться или не образовываться вода, а также другие соединения. Все будет зависеть от структуры указанных кислот.

индекс

• 1 Свойства ангидридов
  • 1.1 Химические реакции
• 2 Как образуются ангидриды?
  • 2.1 Циклические ангидриды
• 3 Номенклатура
• 4 Приложения
  • 4.1 Органические ангидриды
• 5 примеров
  • 5.1 янтарный ангидрид
  • 5.2 Глутаровый ангидрид
• 6 Ссылки

Свойства ангидридов

Свойства ангидридов будут зависеть от того, на что вы ссылаетесь. Почти все имеют общее, что они реагируют с водой. Однако для так называемых основных ангидридов в неорганических, фактически некоторые из них даже нерастворимы в воде (MgO), поэтому это утверждение будет сосредоточено на ангидридах карбоновых кислот.

Точки плавления и кипения падают на молекулярную структуру и межмолекулярные взаимодействия для (RCO)₂Или это общая химическая формула этих органических соединений.

Если молекулярная масса (RCO)₂Или это низкий уровень, это, вероятно, бесцветная жидкость при комнатной температуре и давлении. Например, уксусный ангидрид (или этановый ангидрид), (СН₃СО)₂Или это жидкость, имеющая большое промышленное значение, так как ее производство очень велико..

Реакция между уксусным ангидридом и водой представлена ​​следующим химическим уравнением:

(СН₃СО)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Обратите внимание, что при добавлении молекулы воды выделяются две молекулы уксусной кислоты. Обратная реакция, однако, не может происходить для уксусной кислоты:

2CH₃COOH => (CH₃СО)₂O + H₂O (не бывает)

Надо прибегнуть к другому синтетическому маршруту. С другой стороны, дикарбоновые кислоты могут нагреваться; но это будет объяснено в следующем разделе.

Химические реакции

гидролиз

Одной из самых простых реакций ангидридов является их гидролиз, который только что был показан для уксусного ангидрида. В дополнение к этому примеру, у нас есть ангидрид серной кислоты:

H₂S₂О₇ + H₂О <=> 2H₂SW₄

Здесь у вас есть ангидрид неорганической кислоты. Обратите внимание, что для H₂S₂О₇ (также называется дисульфуровой кислотой), сама реакция обратима, поэтому нагревание Н₂SW₄ Концентрат приводит к образованию его ангидрида. Если, с другой стороны, это разбавленный раствор H₂SW₄, ТАК выпущен₃, серный ангидрид.

эстерификация

Кислотные ангидриды реагируют со спиртами с пиридином в среде с образованием сложного эфира и карбоновой кислоты. Например, реакция между уксусным ангидридом и этанолом считается:

(СН₃СО)₂O + CH₃СН₂ОН => СН₃Колорадо₂СН₂СН₃            +   СН₃COOH

Таким образом образуется этиловый эфир этаноата, СН₃Колорадо₂СН₂СН₃, и этановая кислота (уксусная кислота).

Практически, то, что происходит, является замещением водорода гидроксильной группы ацильной группой:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

В случае (СН₃СО)₂Или ваша ацильная группа -COCH₃. Поэтому говорят, что группа ОН страдает ацилированием. Однако ацилирование и этерификация не являются взаимозаменяемыми понятиями; Ацилирование может происходить непосредственно в ароматическом кольце, известном как ацилирование Фриделя-Крафтса..

Таким образом, спирты в присутствии ангидридов кислот этерифицируются путем ацилирования..

С другой стороны, только одна из двух ацильных групп реагирует со спиртом, другая остается с водородом, образуя карбоновую кислоту; что за случай (СН₃СО)₂Или это этановая кислота.

амидирование

Кислотные ангидриды реагируют с аммиаком или с аминами (первичными и вторичными) с образованием амидов. Реакция очень похожа на только что описанную этерификацию, но ROH заменяется амином; например, вторичный амин, R₂Нью-Гемпшир.

Опять реакция между (СН₃СО)₂О и диэтиламин, Et₂NH:

(СН₃СО)₂O + 2Et₂NH => CH₃CoNet₂ + СН₃COO^-+Нью-Гемпшир₂и др₂

И диэтилацетамид, CH образуются₃CoNet₂, и карбоновая аммониевая соль, СН₃COO^-+Нью-Гемпшир₂и др₂.

Хотя уравнение может показаться немного сложным для понимания, достаточно посмотреть, как группа -COCH₃ заменить H эт₂NH для образования амида:

и др₂NH => Et₂NCOCH₃

Реакция - это больше, чем амидирование. Все суммировано в этом слове; на этот раз амин страдает ацилированием, а не алкоголем.

Как образуются ангидриды?

Неорганические ангидриды образуются путем взаимодействия элемента с кислородом. Таким образом, если элемент является металлическим, образуется основной оксид металла или ангидрид; и если он неметаллический, образуется неметаллический оксид или ангидрид кислоты.

Для органических ангидридов реакция другая. Две карбоновые кислоты не могут связываться напрямую, чтобы высвободить воду и образовать ангидрид кислоты; требуется участие соединения, которое еще не было упомянуто: ацилхлорид, RCOCl.

Карбоновая кислота вступает в реакцию с ацилхлоридом с образованием соответствующего ангидрида и хлористого водорода:

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

СН₃COCl + CH₃COOH => (CH₃СО)₂O + HCl

A CH₃ происходит от ацетильной группы, СН₃CO-, а другой уже присутствует в уксусной кислоте. Выбор конкретного ацилхлорида, а также карбоновой кислоты может привести к синтезу ангидрида симметричной или асимметричной кислоты.

Циклические ангидриды

В отличие от других карбоновых кислот, которые требуют ацилхлорида, дикарбоновые кислоты могут конденсироваться в их соответствующем ангидриде. Для этого необходимо нагреть их, чтобы способствовать высвобождению H₂О. Например, показано образование фталевого ангидрида из фталевой кислоты.

Обратите внимание, как пятиугольное кольцо завершено, и кислород, который связывает обе группы C = O, является его частью; Это циклический ангидрид. Кроме того, можно видеть, что фталевый ангидрид является симметричным ангидридом, так как оба R₁ как R₂ Они идентичны: ароматическое кольцо.

Не все дикарбоновые кислоты способны образовывать их ангидриды, потому что, когда их группы COOH широко разделены, они вынуждены заканчивать большие и большие кольца. Самое большое кольцо, которое может быть образовано, является гексагональным, большее, чем реакция.

номенклатура

Как называются ангидриды? Оставляя в стороне неорганические вещества, относящиеся к оксидам, названия органических ангидридов, которые до сих пор объяснялись, зависят от идентичности R₁ и R₂; то есть его ацильных групп.

Если два R одинаковы, достаточно заменить слово «кислота» на «ангидрид» в соответствующем названии карбоновой кислоты. И если, наоборот, два Rs разные, они названы в алфавитном порядке. Поэтому, чтобы узнать, как это назвать, необходимо сначала посмотреть, является ли это симметричным или асимметричным ангидридом кислоты..

(CH₃СО)₂Или это симметрично, так как R₁= R₂ = CH₃. Производное уксусной или этановой кислоты, поэтому ее название, следуя предыдущему объяснению: ангидрид уксусной или этановой. То же самое касается только что упомянутого фталевого ангидрида.

Предположим, у вас есть следующий ангидрид:

СН₃CO (O) COCH₂СН₂СН₂СН₂СН₂СН₃

Ацетильная группа слева происходит от уксусной кислоты, а справа - от гептановой кислоты. Чтобы назвать этот ангидрид, вы должны назвать свои группы R в алфавитном порядке. Итак, его зовут: гептановый уксусный ангидрид.

приложений

Неорганические ангидриды имеют бесконечное количество применений, от синтеза и составления материалов, керамики, катализаторов, цементов, электродов, удобрений и т. Д. До покрытия земной коры тысячами минералов железа и алюминия и диоксида. углерода, выдыхаемого живыми организмами.

Они представляют собой источник отправления, точку, откуда происходит множество соединений, используемых в неорганическом синтезе. Одним из наиболее важных ангидридов является углекислый газ, СО₂. Вместе с водой он необходим для фотосинтеза. И на промышленном уровне, SO₃ это имеет первостепенное значение, так как ответчик получает из него серную кислоту.

Возможно, ангидрид с большим количеством применений и имеющий (пока есть жизнь) является одним из фосфорной кислоты: трифосфат аденозина, более известный как АТФ, присутствующий в ДНК и «энергетическая валюта» метаболизма.

Органические ангидриды

Кислотные ангидриды реагируют путем ацилирования либо со спиртом, образуя сложный эфир, с амином, образуя амид или ароматическое кольцо.

Существуют миллионы каждого из этих соединений и сотни тысяч вариантов карбоновых кислот для приготовления ангидрида; следовательно, синтетические возможности резко возрастают.

Таким образом, одним из основных применений является включение ацильной группы в соединение, замещающее один из атомов или групп его структуры..

Каждый ангидрид в отдельности имеет свои приложения, но в общих чертах они все реагируют одинаково. По этой причине эти типы соединений используются для модификации полимерных структур, создания новых полимеров; то есть сополимеры, смолы, покрытия и т. д..

Например, уксусный ангидрид используется для ацетилирования всех ОН групп целлюлозы (нижнее изображение). При этом каждый Н ОН заменяется ацетильной группой COCH₃.

Таким способом получают полимер ацетата целлюлозы. Та же самая реакция может быть нарисована с другими полимерными структурами с группами NH₂, также подвержен ацилированию.

Эти реакции ацилирования также полезны для синтеза лекарств, таких как аспирин (кислота ацетилсалициловая).

примеров

Некоторые другие примеры органических ангидридов приведены к концу. Хотя о них не будет упоминаться, атомы кислорода могут быть заменены серой, давая серу или даже ангидриды фосфора.

-С₆H₅CO (O) COC₆H₅: бензойный ангидрид. Группа С₆H₅ представляет бензольное кольцо. Его гидролиз производит две бензойные кислоты.

-HCO (O) COH: муравьиный ангидрид. Его гидролиз производит две муравьиной кислоты.

- С₆H₅CO (O) COCH₂СН₃: бензойный пропановый ангидрид. Его гидролиз производит бензойную и пропановую кислоты.

-С₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: циклогексанкарбоновый ангидрид. В отличие от ароматических колец, они насыщенные, без двойных связей.

-СН₃СН₂СН₂CO (O) COCH₂СН₃: бутановый пропановый ангидрид.

Янтарный ангидрид

Здесь у нас есть другая циклическая, полученная из янтарной кислоты, дикарбоновая кислота. Обратите внимание, как три атома кислорода выдают химическую природу этого типа соединения.

Малеиновый ангидрид очень похож на янтарный ангидрид, с той разницей, что между атомами углерода, образующими основание пятиугольника, существует двойная связь..

Глутаровый ангидрид

И, наконец, показан ангидрид глутаровой кислоты. Это конструктивно отличается от всех остальных тем, что состоит из гексагонального кольца. Опять же, три атома кислорода выделяются в структуре.

Другие ангидриды, более сложные, всегда могут быть подтверждены тремя атомами кислорода, находящимися очень близко друг к другу..

ссылки

1. Редакция Британской энциклопедии. (2019). Ангидрид. Encryclopaedia Britannica. Получено с: britannica.com
2. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (8 января 2019 г.) Определение кислотного ангидрида в химии. Получено с: мысли
3. Химия LibreTexts. (Н.Д.). Ангидриды. Получено от: chem.libretexts.org
4. Грэм Соломонс Т.В., Крейг Б. Фрайл. (2011). Органическая химия. Амины. (10^го издание.). Wiley Plus.
5. Кэри Ф. (2008). Органическая химия (Шестое издание). Mc Graw Hill.
6. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning.
7. Моррисон и Бойд. (1987). Органическая химия (Пятое издание). Аддисон-Уэсли Ибероамерикана.
8. Wikipedia. (2019). Органический ангидрид кислоты. Получено с: en.wikipedia.org