De anhydriden Het zijn chemische verbindingen die ontstaan door 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 helemaal waar is.
In de organische en anorganische chemie wordt er melding van gemaakt, en in beide takken verschilt hun begrip aanzienlijk. In anorganische chemie worden de basische en zure oxiden bijvoorbeeld beschouwd als de anhydriden van respectievelijk hun hydroxiden en zuren, aangezien de eerste reageren met water om de laatste te vormen..
Hier kan verwarring ontstaan tussen de termen 'watervrij' en 'anhydride'. Over het algemeen verwijst watervrij naar een verbinding waaraan het is gedehydrateerd zonder veranderingen in de chemische aard ervan (er is geen reactie); terwijl er bij een anhydride een chemische verandering is, weerspiegeld in de moleculaire structuur.
Als de hydroxiden en zuren worden vergeleken met hun overeenkomstige oxiden (of anhydriden), zal blijken dat er een reactie heeft plaatsgevonden. Aan de andere kant kunnen sommige oxiden of zouten worden gehydrateerd, water verliezen en dezelfde verbindingen blijven; maar zonder water, dat wil zeggen watervrij.
In de organische chemie wordt met anhydride daarentegen de oorspronkelijke definitie bedoeld. Een van de bekendste anhydriden is bijvoorbeeld die afgeleid van carbonzuren (afbeelding bovenaan). Deze bestaan uit de vereniging van twee acylgroepen (-RCO) via een zuurstofatoom.
In zijn algemene structuur wordt R aangegeven1 voor een acylgroep, en Rtwee voor de tweede acylgroep. Omdat R1 en Rtwee ze zijn verschillend, ze komen uit verschillende carbonzuren en het is dan een asymmetrisch zuuranhydride. Als beide substituenten R (al dan niet aromatisch) hetzelfde zijn, spreken we van een symmetrisch zuuranhydride.
Wanneer twee carbonzuren binden om het anhydride te vormen, kan water zich wel of niet vormen, evenals andere verbindingen. Alles hangt af van de structuur van deze zuren.
Artikel index
De eigenschappen van anhydriden zijn afhankelijk van welke u bedoelt. Ze hebben bijna allemaal gemeen dat ze reageren met water. Voor de zogenaamde basische anhydriden in anorganisch zijn er echter verschillende zelfs onoplosbaar in water (MgO), dus deze verklaring zal zich richten op de anhydriden van carbonzuren..
Smelt- en kookpunten vallen op de moleculaire structuur en intermoleculaire interacties voor de (RCO)tweeOf, dit is de algemene chemische formule van deze organische verbindingen.
Als de molecuulmassa van (RCO)tweeOf het is laag, waarschijnlijk een kleurloze vloeistof bij kamertemperatuur en druk. Bijvoorbeeld azijnzuuranhydride (of ethaanzuuranhydride), (CH3CO)tweeOf het is een vloeistof en van het grootste industriële belang, omdat de productie ervan erg groot is..
De reactie tussen azijnzuuranhydride en water wordt weergegeven door de volgende chemische vergelijking:
(CH3CO)tweeO + HtweeO => 2CH3COOH
Merk op dat wanneer het watermolecuul wordt toegevoegd, er twee moleculen azijnzuur vrijkomen. De omgekeerde reactie kan echter niet plaatsvinden voor azijnzuur:
2CH3COOH => (CH3CO)tweeO + HtweeO (komt niet voor)
Het is noodzakelijk om zijn toevlucht te nemen tot een andere synthetische route. Dicarbonzuren daarentegen kunnen dit doen door verhitting; maar het zal in de volgende sectie worden uitgelegd.
Een van de eenvoudigste reacties van anhydriden is hun hydrolyse, wat zojuist is aangetoond voor azijnzuuranhydride. Naast dit voorbeeld is er dat van zwavelzuuranhydride:
H.tweeStweeOF7 + H.tweeOF <=> 2HtweeSW4
Hier heb je een anorganisch zuuranhydride. Merk op dat voor de HtweeStweeOF7 (ook wel zwavelzuur genoemd), de reactie is omkeerbaar, dus verwarming HtweeSW4 concentraat veroorzaakt de vorming van zijn anhydride. Als het daarentegen een verdunde oplossing van H istweeSW4, SO wordt vrijgegeven3, zwavelzuuranhydride.
Zuuranhydriden reageren met alcoholen, met pyridine ertussen, om een ester en een carbonzuur te geven. Beschouw bijvoorbeeld de reactie tussen azijnzuuranhydride en ethanol:
(CH3CO)tweeO + CH3CHtweeOH => CH3COtweeCHtweeCH3 + CH3COOH
Aldus wordt de ester ethylethanoaat gevormd, CH3COtweeCHtweeCH3, en ethaanzuur (azijnzuur).
Wat er praktisch gebeurt, is de vervanging van de waterstof van de hydroxylgroep door een acylgroep:
R1-OH => R1-OCORtwee
In het geval van (CH3CO)tweeOf zijn acylgroep is -COCH3. Daarom wordt gezegd dat de OH-groep acylering ondergaat. Acylering en verestering zijn echter geen uitwisselbare concepten; acylering kan direct plaatsvinden op een aromatische ring, bekend als de Friedel-Crafts-acylering.
Alcoholen in aanwezigheid van zuuranhydriden worden dus veresterd door acylering.
Aan de andere kant reageert slechts één van de twee acylgroepen met de alcohol, de andere blijft bij de waterstof en vormt een carbonzuur; dat voor het geval van (CH3CO)tweeOf, is ethaanzuur.
Zuuranhydriden reageren met ammoniak of aminen (primair en secundair) om amiden te vormen. De reactie lijkt sterk op de zojuist beschreven verestering, maar de ROH is vervangen door een amine; bijvoorbeeld een secundair amine, RtweeNH.
Nogmaals, de reactie tussen (CH3CO)tweeO en diethylamine, EttweeNH:
(CH3CO)tweeO + 2EttweeNH => CH3CONEttwee + CH3COO- +NHtweeEttwee
En diethylaceetamide, CH3CONEttwee, en een gecarboxyleerd zout van ammonium, CH3COO- +NHtweeEttwee.
Hoewel de vergelijking misschien wat moeilijk te begrijpen lijkt, kijk maar eens naar hoe de -COCH-groep3 vervang de H van een EttweeNH om het amide te vormen:
EttweeNH => EttweeNCOCH3
In plaats van amidering is de reactie nog steeds acylering. Alles wordt samengevat in dat woord; deze keer ondergaat het amine een acylering en niet de alcohol.
Anorganische anhydriden worden gevormd door het element te laten reageren met zuurstof. Dus als het element metallisch is, wordt een metallisch oxide of basisch anhydride gevormd; en als het niet-metallisch is, wordt een niet-metallisch oxide of zuuranhydride gevormd.
Voor organische anhydriden is de reactie anders. Twee carbonzuren kunnen niet rechtstreeks samenkomen om water af te geven en zuuranhydride te vormen; de deelname van een nog niet genoemde verbinding is noodzakelijk: acylchloride, RCOCl.
Het carbonzuur reageert met het acylchloride en produceert het respectievelijke anhydride en waterstofchloride:
R1COCl + RtweeCOOH => (R1CO) OF (CORtwee) + HCl
CH3COCl + CH3COOH => (CH3CO)tweeO + HCl
EEN CH3 komt uit de acetylgroep, CH3CO-, en de andere is al aanwezig in azijnzuur. De keuze van een specifiek acylchloride, evenals het carbonzuur, kan leiden tot de synthese van een symmetrisch of asymmetrisch zuuranhydride.
In tegenstelling tot de andere carbonzuren die een acylchloride nodig hebben, kunnen dicarbonzuren condenseren tot hun overeenkomstige anhydride. Hiervoor is het nodig om ze te verwarmen om de afgifte van H te bevorderentweeO. Zo wordt de vorming van ftaalzuuranhydride uit ftaalzuur aangetoond.
Merk op hoe de vijfhoekige ring is voltooid, en de zuurstof die beide C = O-groepen verbindt, maakt er deel van uit; dit is een cyclisch anhydride. Evenzo kan worden ingezien dat ftaalzuuranhydride een symmetrisch anhydride is, aangezien zowel R1 als Rtwee zijn identiek: een aromatische ring.
Niet alle dicarbonzuren zijn in staat om hun anhydride te vormen, aangezien wanneer hun COOH-groepen ver van elkaar zijn gescheiden, ze gedwongen worden om steeds grotere ringen te maken. De grootste ring die kan worden gevormd is een hexagonale, groter dan dat de reactie niet plaatsvindt.
Hoe worden anhydriden genoemd? Afgezien van de anorganische, die relevant zijn voor oxideproblemen, zijn de namen van de tot dusver verklaarde organische anhydriden afhankelijk van de identiteit van R1 en Rtweedat wil zeggen, van zijn acylgroepen.
Als de twee R's hetzelfde zijn, vervang dan gewoon het woord 'zuur' door 'anhydride' in de respectievelijke naam van het carbonzuur. En als de twee R's daarentegen verschillend zijn, worden ze in alfabetische volgorde genoemd. Om te weten hoe je het moet noemen, moet je daarom eerst kijken of het een symmetrisch of asymmetrisch zuuranhydride is.
De CH3CO)tweeO is symmetrisch, aangezien R1= Rtwee = CH3. Het is afgeleid van azijnzuur of ethaanzuur, dus de naam is, volgens de vorige uitleg: azijnzuur of ethaanzuuranhydride. Hetzelfde gebeurt met het zojuist genoemde ftaalzuuranhydride.
Stel dat we het volgende anhydride hebben:
CH3CO (O) COCHtweeCHtweeCHtweeCHtweeCHtweeCH3
De acetylgroep aan de linkerkant is afkomstig van azijnzuur en die aan de rechterkant is afkomstig van heptaanzuur. Om dit anhydride een naam te geven, moet u de R-groepen in alfabetische volgorde noemen. De naam is dus: heptaanazijnzuuranhydride.
Anorganische anhydriden hebben eindeloze toepassingen, van de synthese en formulering van materialen, keramiek, katalysatoren, cement, elektroden, meststoffen, enz., Tot als een coating van de aardkorst met zijn duizenden ijzer- en aluminiummineralen, en koolstofdioxide dat wordt uitgeademd door levende organismen.
Ze vertegenwoordigen de uitgangsbron, het punt waar veel verbindingen die in anorganische syntheses worden gebruikt, worden afgeleid. Een van de belangrijkste anhydriden is kooldioxide, COtwee. Het is, samen met water, essentieel voor fotosynthese. En op industrieel niveau, de SO3 Het is essentieel omdat daaruit het verdachte zwavelzuur wordt verkregen.
Misschien is het anhydride met de meeste toepassingen en voor het hebben (zolang er leven is) er een van fosforzuur: adenosinetrifosfaat, beter bekend als ATP, aanwezig in DNA en de "energiemunt" van het metabolisme..
Zuuranhydriden reageren door acylering, hetzij met een alcohol, waarbij een ester, een amine wordt gevormd, waardoor een amide of een aromatische ring ontstaat.
Er zijn miljoenen van elk van deze verbindingen en honderdduizenden carbonzuuropties om een anhydride te maken; daarom groeien de synthetische mogelijkheden dramatisch.
Een van de belangrijkste toepassingen is dus om een acylgroep in een verbinding op te nemen en een van de atomen of groepen van zijn structuur te vervangen..
Elk anhydride afzonderlijk heeft zijn eigen toepassingen, maar in het algemeen reageren ze allemaal op dezelfde manier. Om deze reden worden dit soort verbindingen gebruikt om polymere structuren te modificeren, waardoor nieuwe polymeren ontstaan; d.w.z. copolymeren, harsen, coatings, etc..
Zo wordt azijnzuuranhydride gebruikt om alle OH-groepen in cellulose te acetyleren (onderste afbeelding). Hiermee wordt elke H van de OH vervangen door een acetylgroep, COCH3.
Op deze manier wordt het celluloseacetaatpolymeer verkregen. Dezelfde reactie kan worden geschetst met andere polymere structuren met NH-groepentwee, ook vatbaar voor acylering.
Deze acyleringsreacties zijn ook nuttig voor de synthese van geneesmiddelen, zoals aspirine (zuur acetylsalicylzuur).
Enkele andere voorbeelden van organische anhydriden blijken te eindigen. Hoewel er geen melding van zal worden gemaakt, kunnen zuurstofatomen worden vervangen door zwavel, wat zwavel of zelfs fosforanhydriden oplevert..
-C6H.5CO (O) COC6H.5: benzoëzuuranhydride. Groep C6H.5 vertegenwoordigt een benzeenring. Zijn hydrolyse produceert twee benzoëzuren.
-HCO (O) COH: mierenzuuranhydride. Zijn hydrolyse produceert twee mierenzuren.
- C6H.5CO (O) COCHtweeCH3: benzoëzuur propaanzuuranhydride. Zijn hydrolyse produceert benzoëzuur en propaanzuur.
-C6H.elfCO (O) COC6H.elf: cyclohexaancarbonzuuranhydride. In tegenstelling tot aromatische ringen zijn deze verzadigd, zonder dubbele bindingen.
-CH3CHtweeCHtweeCO (O) COCHtweeCH3: propaanzuur-butaanzuuranhydride.
Hier heb je nog een cyclisch, afgeleid van barnsteenzuur, een dicarbonzuur. Merk op hoe de drie zuurstofatomen de chemische aard van dit type verbinding onthullen.
Maleïnezuuranhydride lijkt sterk op barnsteenzuuranhydride, met het verschil dat er een dubbele binding is tussen de koolstofatomen die de basis vormen van de vijfhoek..
En tot slot wordt glutaarzuuranhydride getoond. Deze onderscheidt zich structureel van alle andere door te bestaan uit een zeshoekige ring. Nogmaals, de drie zuurstofatomen vallen op in de structuur.
Andere anhydriden, meer complex, kunnen altijd worden aangetoond door de drie zuurstofatomen die zeer dicht bij elkaar liggen.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.