Άνυδρες ιδιότητες, πώς σχηματίζονται, ονοματολογία, εφαρμογές

Το ανυδρίτες είναι χημικές ενώσεις που προέρχονται από την ένωση δύο μορίων μέσω της απελευθέρωσης του νερού. Έτσι, θα μπορούσε να θεωρηθεί ως αφυδάτωση των αρχικών ουσιών. αν και δεν είναι ακριβώς αλήθεια.

Στη βιολογική και ανόργανη χημεία γίνεται μνεία αυτών και σε αμφότερους τους κλάδους η αντίληψή τους διαφέρει σε σημαντικό βαθμό. Για παράδειγμα, στην ανόργανη χημεία τα βασικά και όξινα οξείδια θεωρούνται ως οι ανυδρίτες των υδροξειδίων και των οξέων τους αντίστοιχα, αφού το πρώτο αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει το τελευταίο..

Εδώ μπορεί να προκύψει σύγχυση μεταξύ των όρων «άνυδρο» και «ανυδρίτης». Γενικά, άνυδρο αναφέρεται σε μια ένωση που έχει αφυδατωθεί χωρίς αλλαγές στη χημική της φύση (καμία αντίδραση). ενώ με έναν ανυδρίτη, υπάρχει μια χημική μεταβολή, που αντικατοπτρίζεται στη μοριακή δομή.

Αν τα υδροξείδια και τα οξέα συγκριθούν με τα αντίστοιχα οξείδια (ή τους ανυδρίτες τους), θα παρατηρηθεί ότι υπήρξε αντίδραση. Αντίθετα, μερικά οξείδια ή άλατα μπορεί να ενυδατωθούν, να χάσουν νερό και να παραμείνουν οι ίδιες ενώσεις. αλλά, χωρίς νερό, δηλαδή άνυδρο.

Στην οργανική χημεία, από την άλλη πλευρά, αυτό που εννοείται με τον ανυδρίτη είναι ο αρχικός ορισμός. Για παράδειγμα, ένας από τους πιο γνωστούς ανυδρίτες είναι τα παράγωγα καρβοξυλικών οξέων (κορυφαία εικόνα). Αυτά συνίστανται στην ένωση δύο ακυλικών ομάδων (-RCO) μέσω ενός ατόμου οξυγόνου.

Στη γενική του δομή υποδεικνύεται R₁ για μια ακυλομάδα και το R₂ για τη δεύτερη ομάδα ακυλίου. Επειδή η R₁ και R₂ είναι διαφορετικά, προέρχονται από διαφορετικά καρβοξυλικά οξέα και είναι τότε ανυδρίτης ασύμμετρου οξέος. Όταν και οι δύο υποκαταστάτες R (είτε είναι αρωματικοί είτε όχι) είναι οι ίδιοι, μιλάμε στην περίπτωση αυτή ενός συμμετρικού ανυδρίτη οξέος.

Κατά τον χρόνο της σύνδεσης δύο καρβοξυλικών οξέων προς σχηματισμό του ανυδρίτη, το νερό μπορεί ή όχι να σχηματιστεί, όπως επίσης και άλλες ενώσεις. Όλα θα εξαρτηθούν από τη δομή των εν λόγω οξέων.

Ευρετήριο

• 1 Ιδιότητες ανυδριτών
  • 1.1 Χημικές αντιδράσεις
• 2 Πώς σχηματίζονται οι ανυδρίτες?
  • 2.1 Κυκλικοί ανυδρίτες
• 3 Ονοματολογία
• 4 Εφαρμογές
  • 4.1 Οργανικοί ανυδρίτες
• 5 Παραδείγματα
  • 5.1 Ηλεκτρικό ανυδρίτη
  • 5.2 Γλουταρικός ανυδρίτης
• 6 Αναφορές

Ιδιότητες ανυδριτών

Οι ιδιότητες των ανυδριτών εξαρτώνται από αυτό που αναφέρεστε. Σχεδόν όλοι έχουν κοινό ότι αντιδρούν με το νερό. Ωστόσο, για τους λεγόμενους βασικούς ανυδρίτες σε ανόργανες, στην πραγματικότητα αρκετές από αυτές είναι ακόμη αδιάλυτες στο νερό (MgO), έτσι αυτή η δήλωση θα επικεντρωθεί στους ανυδρίτες των καρβοξυλικών οξέων.

Τα σημεία τήξης και βρασμού πέφτουν στη μοριακή δομή και τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις για το (RCO)₂Ή, αυτός είναι ο γενικός χημικός τύπος αυτών των οργανικών ενώσεων.

Εάν η μοριακή μάζα των (RCO)₂Ή είναι χαμηλή, είναι πιθανώς ένα άχρωμο υγρό σε θερμοκρασία δωματίου και πίεση. Για παράδειγμα, οξικός ανυδρίτης (ή αιθανοικός ανυδρίτης), (CH₃CO)₂Ή είναι ένα υγρό και αυτό με μεγαλύτερη βιομηχανική σημασία, είναι πολύ μεγάλη παραγωγή του.

Η αντίδραση μεταξύ οξικού ανυδρίτη και νερού αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη χημική εξίσωση:

(CH₃CO)₂O + Η₂Ο => 2CH₃COOH

Σημειώστε ότι όταν προστεθεί το μόριο νερού, απελευθερώνονται δύο μόρια οξικού οξέος. Η αντίστροφη αντίδραση, ωστόσο, δεν μπορεί να συμβεί για το οξικό οξύ:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + Η₂O (Δεν συμβαίνει)

Είναι απαραίτητο να καταφύγετε σε μια άλλη συνθετική διαδρομή. Τα δικαρβοξυλικά οξέα, από την άλλη πλευρά, μπορούν να το κάνουν με θέρμανση. αλλά θα εξηγηθεί στην επόμενη ενότητα.

Χημικές αντιδράσεις

Υδρόλυση

Μία από τις απλούστερες αντιδράσεις των ανυδριτών είναι η υδρόλυση αυτών, η οποία μόλις αποδείχθηκε για τον οξικό ανυδρίτη. Εκτός από αυτό το παράδειγμα, έχουμε τον ανυδρίτη του θειικού οξέος:

H₂S₂Ο₇ + H₂Ο <=> 2Η₂Έτσι₄

Εδώ έχετε ανυδρίτη ανόργανου οξέος. Σημειώστε ότι για το H₂S₂Ο₇ (ονομάζεται επίσης δισουλφινικό οξύ), η ίδια η αντίδραση είναι αναστρέψιμη, έτσι ώστε να θερμανθεί το Η₂Έτσι₄ Η συμπύκνωση οδηγεί στον σχηματισμό του ανυδρίτη. Εάν, από την άλλη πλευρά, είναι ένα αραιωμένο διάλυμα Η₂Έτσι₄, Το SO απελευθερώνεται₃, θειικού ανυδρίτη.

Εστεροποίηση

Οι ανυδρίτες οξέος αντιδρούν με τις αλκοόλες, με πυριδίνη στο μέσο, ​​για να δώσουν έναν εστέρα και ένα καρβοξυλικό οξύ. Για παράδειγμα, η αντίδραση μεταξύ οξικού ανυδρίτη και αιθανόλης λαμβάνεται υπόψη:

(CH₃CO)₂O + CH₃CH₂ΟΗ => CH₃CO₂CH₂CH₃            +   CH₃COOH

Έτσι σχηματίζοντας αιθανοϊκό αιθυλεστέρα, CH₃CO₂CH₂CH₃, και αιθανοϊκό οξύ (οξικό οξύ).

Πρακτικά, αυτό που συμβαίνει είναι η υποκατάσταση του υδρογόνου της υδροξυλομάδας με μια ακυλομάδα:

R₁-ΟΗ => R₁-OCOR₂

Στην περίπτωση της (CH₃CO)₂Ή, η ακυλομάδα σας είναι το -COCH₃. Επομένως, λέγεται ότι η ομάδα ΟΗ υφίσταται ακυλίωση. Ωστόσο, η ακυλίωση και η εστεροποίηση δεν είναι εναλλάξιμες έννοιες. Η ακυλίωση μπορεί να συμβεί απευθείας σε ένα αρωματικό δακτύλιο, γνωστό ως ακυλίωση Friedel-Crafts.

Έτσι, οι αλκοόλες παρουσία ανυδριτών οξέος εστεροποιούνται με ακυλίωση.

Από την άλλη πλευρά, μόνο μία από τις δύο ομάδες ακυλίου αντιδρά με την αλκοόλη, η άλλη παραμένει με το υδρογόνο σχηματίζοντας ένα καρβοξυλικό οξύ. ότι για την περίπτωση της (CH₃CO)₂Ή είναι το αιθανοϊκό οξύ.

Amidation

Οι ανυδρίτες οξέος αντιδρούν με αμμωνία ή με αμίνες (πρωτογενείς και δευτερογενείς) για να δώσουν αμίδια. Η αντίδραση είναι πολύ παρόμοια με την εστεροποίηση που μόλις περιγράφηκε, αλλά η ROH αντικαθίσταται από μία αμίνη. για παράδειγμα, μια δευτεροταγής αμίνη, R₂NH.

Και πάλι, η αντίδραση μεταξύ (CH₃CO)₂Ο και διαιθυλαμίνη, Et₂ΝΗ:

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

Και σχηματίζεται διαιθυλακεταμίδιο, CH₃CONEt₂, και ένα άλας καρβοξυλικού αμμωνίου, CH₃COO^-+NH₂Et₂.

Αν και η εξίσωση μπορεί να φαίνεται λίγο δύσκολο να κατανοηθεί, αρκεί να παρατηρήσουμε πώς η ομάδα -COCH₃ αντικαταστήστε το Η ενός Et₂ΝΗ προς σχηματισμό του αμιδίου:

Et₂ΝΗ => Et₂NCOCH₃

Περισσότερο από μία αμίδωση, η αντίδραση εξακολουθεί να είναι μία ακυλίωση. Όλα συνοψίζονται σε αυτή τη λέξη. αυτή τη φορά, η αμίνη υφίσταται την ακυλίωση και όχι το αλκοόλ.

Πώς σχηματίζονται οι ανυδρίτες?

Οι ανόργανοι ανυδρίτες σχηματίζονται με αντίδραση του στοιχείου με οξυγόνο. Έτσι, αν το στοιχείο είναι μεταλλικό, σχηματίζεται ένα βασικό μεταλλικό οξείδιο ή ανυδρίτης. και αν είναι μη μεταλλικό, σχηματίζεται ένα μη μεταλλικό οξείδιο ή όξινο ανυδρίτη.

Για οργανικούς ανυδρίτες, η αντίδραση είναι διαφορετική. Δύο καρβοξυλικά οξέα δεν μπορούν να συνδεθούν άμεσα για να απελευθερώσουν νερό και να σχηματίσουν τον ανυδρίτη οξέος. η συμμετοχή μιας ένωσης που δεν έχει αναφερθεί ακόμα απαιτείται: ακυλοχλωρίδιο, RCOCl.

Το καρβοξυλικό οξύ αντιδρά με το ακυλοχλωρίδιο, παράγοντας τον αντίστοιχο ανυδρίτη και υδροχλώριο:

R₁COCI + R₂COOH => (R₁CO) O (COR₂) + ΗΟΙ

CH₃COCI + CH₃COOH => (CH₃CO)₂Ο + ΗΟΙ

Ένα CH₃ προέρχεται από την ομάδα ακετυλίου, CH₃CO- και το άλλο είναι ήδη παρόν σε οξικό οξύ. Η επιλογή ενός συγκεκριμένου ακυλοχλωριδίου, καθώς και του καρβοξυλικού οξέος, μπορεί να προκαλέσει τη σύνθεση ενός συμμετρικού ή ασύμμετρου ανυδρίτη οξέος.

Κυκλικοί ανυδρίτες

Σε αντίθεση με τα άλλα καρβοξυλικά οξέα που απαιτούν ένα ακυλοχλωρίδιο, τα δικαρβοξυλικά οξέα μπορούν να συμπυκνωθούν στον αντίστοιχο ανυδρίτη τους. Γι 'αυτό, είναι απαραίτητο να θερμανθούν για να προωθηθεί η απελευθέρωση του Η₂Ο. Για παράδειγμα, φαίνεται ο σχηματισμός φθαλικού ανυδρίτη από φθαλικό οξύ.

Παρατηρήστε πώς ολοκληρώνεται ο πενταγωνικός δακτύλιος και ότι το οξυγόνο που δεσμεύει και τις δύο ομάδες C = O είναι μέρος αυτού. Αυτός είναι ένας κυκλικός ανυδρίτης. Επίσης, μπορεί να φανεί ότι ο φθαλικός ανυδρίτης είναι ένας συμμετρικός ανυδρίτης, καθώς και οι δύο R₁ ως R₂ Είναι πανομοιότυπα: ένας αρωματικός δακτύλιος.

Δεν είναι όλα τα δικαρβοξυλικά οξέα ικανά να σχηματίζουν τον ανυδρίτη τους, επειδή όταν οι ομάδες COOH τους διαχωρίζονται ευρέως, αναγκάζονται να συμπληρώσουν μεγαλύτερους και μεγαλύτερους δακτυλίους. Ο μεγαλύτερος δακτύλιος που μπορεί να σχηματιστεί είναι εξαγωνικός, μεγαλύτερος από ότι δεν λαμβάνει χώρα η αντίδραση.

Ονοματολογία

Πώς ονομάζονται οι ανυδρίτες; Αφήνοντας κατά μέρος τα ανόργανα, σχετικά με τα οξείδια, τα ονόματα των οργανικών ανυδριτών μέχρι τώρα εξηγούνται εξαρτώνται από την ταυτότητα του R₁ και R₂? δηλαδή των ακυλ ομάδων της.

Εάν τα δύο R είναι τα ίδια, αρκεί η υποκατάσταση της λέξης «οξύ» για τον «ανυδρίτη» στην αντίστοιχη ονομασία του καρβοξυλικού οξέος. Και αν, αντίθετα, τα δύο Rs είναι διαφορετικά, ονομάζονται με αλφαβητική σειρά. Επομένως, για να γνωρίζουμε τι να το ονομάσουμε, είναι απαραίτητο να δούμε πρώτα αν είναι ένας συμμετρικός ή ασύμμετρος ανυδρίτης οξέος.

Η (CH₃CO)₂Ή είναι συμμετρική, καθώς η R₁= R₂ = CH₃. Παράγωγο του οξικού ή αιθανοϊκού οξέος, επομένως το όνομά του είναι, ακολουθώντας την προηγούμενη εξήγηση: οξικός ανυδρίτης ή αιθανοϊκός. Το ίδιο ισχύει και για τον φθαλικό ανυδρίτη που μόλις αναφέρθηκε.

Ας υποθέσουμε ότι έχετε τον ακόλουθο ανυδρίτη:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Η ακετυλομάδα στα αριστερά προέρχεται από το οξικό οξύ και το ένα στα δεξιά προέρχεται από το επτανοϊκό οξύ. Για να ονομάσετε αυτόν τον ανυδρίτη πρέπει να ονομάσετε τις ομάδες R σας με αλφαβητική σειρά. Έτσι, το όνομά του είναι: επτανοϊκός οξικός ανυδρίτης.

Εφαρμογές

Ανόργανα ανυδρίτες έχουν πολυάριθμες εφαρμογές, δεδομένου ότι η σύνθεση και διατύπωση των υλικών, κεραμικών, καταλύτες, τσιμέντα, ηλεκτρόδια, λιπάσματα, κλπ, μέχρις ότου επικαλυμμένο φλοιού με τις χιλιάδες των ορυκτών σιδήρου και αργιλίου, και το διοξείδιο του άνθρακα που εκπέμπεται από ζωντανούς οργανισμούς.

Αντιπροσωπεύουν την πηγή αναχώρησης, το σημείο όπου προέρχονται πολλές ενώσεις που χρησιμοποιούνται στην ανόργανη σύνθεση. Ένας από τους σημαντικότερους ανυδρίτες είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το CO₂. Είναι, μαζί με το νερό, απαραίτητο για τη φωτοσύνθεση. Και σε βιομηχανικό επίπεδο, η ΑΑ₃ είναι υψίστης σημασίας δεδομένου ότι ο εναγόμενος παίρνει θειικό οξύ από αυτό.

Ίσως ο ανυδρίτης με περισσότερες εφαρμογές και για το γεγονός ότι (ενώ η ζωή) είναι ένα από φωσφορικό οξύ από: τριφωσφορική αδενοσίνη, περισσότερο γνωστή ως ΑΤΡ, και DNA που υπάρχουν στο Metabolism «ενέργεια νόμισμα».

Οργανικοί ανυδρίτες

Οι ανυδρίτες οξέος αντιδρούν με ακυλίωση είτε σε αλκοόλη, σχηματίζοντας έναν εστέρα, σε μία αμίνη, δημιουργώντας ένα αμίδιο ή έναν αρωματικό δακτύλιο.

Υπάρχουν εκατομμύρια καθεμιάς από αυτές τις ενώσεις και εκατοντάδες χιλιάδες επιλογές καρβοξυλικού οξέος για την παρασκευή ενός ανυδρίτη. ως εκ τούτου, οι συνθετικές δυνατότητες αυξάνονται δραστικά.

Έτσι, μία από τις κύριες εφαρμογές είναι η ενσωμάτωση μιας ακυλομάδας σε μια ένωση, υποκαθιστώντας ένα από τα άτομα ή τις ομάδες της δομής της.

Κάθε ανυδρίτης έχει ξεχωριστά τις δικές του εφαρμογές, αλλά γενικά αντιδρούν όλοι με παρόμοιο τρόπο. Για το λόγο αυτό, αυτοί οι τύποι ενώσεων χρησιμοποιούνται για να τροποποιήσουν τις πολυμερείς δομές δημιουργώντας νέα πολυμερή. δηλαδή συμπολυμερή, ρητίνες, επικαλύψεις κ.λπ..

Για παράδειγμα, ο οξικός ανυδρίτης χρησιμοποιείται για να ακετυλιώσει όλες τις ομάδες ΟΗ της κυτταρίνης (κάτω εικόνα). Με αυτό, κάθε Η του ΟΗ αντικαθίσταται από μια ομάδα ακετυλίου, COCH₃.

Με τον τρόπο αυτό λαμβάνεται το πολυμερές οξικής κυτταρίνης. Η ίδια αντίδραση μπορεί να σκιαγραφηθεί με άλλες πολυμερείς δομές με ομάδες ΝΗ₂, επίσης ευαίσθητα στην ακυλίωση.

Αυτές οι αντιδράσεις ακυλίωσης είναι επίσης χρήσιμες για τη σύνθεση φαρμάκων, όπως η ασπιρίνη (οξύ ακετυλοσαλικυλικό).

Παραδείγματα

Ορισμένα άλλα παραδείγματα οργανικών ανυδριτών φαίνονται να τελειώνουν. Αν και δεν γίνεται λόγος για αυτά, τα άτομα οξυγόνου μπορούν να αντικατασταθούν από θείο, δίνοντας θείο ή ακόμη και ανυδρίτες φωσφόρου.

-Γ₆H₅CO (O) COC₆H₅: βενζοϊκός ανυδρίτης. Η ομάδα Γ₆H₅ αντιπροσωπεύει ένα δακτύλιο βενζολίου. Η υδρόλυση του παράγει δύο βενζοϊκά οξέα.

-HCO (O) COH: μυρμηκικός ανυδρίτης. Η υδρόλυση παράγει δύο μυρμηκικά οξέα.

- Γ₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: βενζοϊκός προπανοϊκός ανυδρίτης. Η υδρόλυση του παράγει βενζοϊκά και προπανοϊκά οξέα.

-Γ₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: κυκλοεξανοκαρβοξυλικός ανυδρίτης. Σε αντίθεση με τους αρωματικούς δακτυλίους, αυτές είναι κορεσμένες, χωρίς διπλούς δεσμούς.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: βουτανοϊκός προπανοϊκός ανυδρίτης.

Ηλεκτρικό ανυδρίτη

Εδώ έχουμε ένα άλλο κυκλικό, προερχόμενο από ηλεκτρικό οξύ, ένα δικαρβοξυλικό οξύ. Παρατηρήστε πώς τα τρία άτομα οξυγόνου προδίδουν τη χημική φύση αυτού του τύπου ένωσης.

Ο μηλεϊνικός ανυδρίτης είναι πολύ παρόμοιος με τον ηλεκτρικό ανυδρίτη, με τη διαφορά ότι υπάρχει διπλός δεσμός μεταξύ των ανθράκων που σχηματίζουν τη βάση του πενταγώνου.

Γλουταρικός ανυδρίτης

Και τελικά εμφανίζεται ο ανυδρίτης του γλουταρικού οξέος. Αυτό διαρθρωτικά διακρίνεται από όλα τα άλλα από ένα εξαγωνικό δαχτυλίδι. Και πάλι, τα τρία άτομα οξυγόνου ξεχωρίζουν στη δομή.

Άλλοι ανυδρίτες, πιο πολύπλοκοι, μπορούν πάντοτε να αποδειχθούν από τα τρία άτομα οξυγόνου πολύ κοντά το ένα στο άλλο.

Αναφορές

1. Οι συντάκτες της Εγκυκλοπαίδειας Britannica. (2019). Ανυδρίτης. Encryclopaedia Britannica. Ανακτήθηκε από: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 Ιανουαρίου 2019). Ορισμός ανυδρίτη οξέος στην χημεία. Ανακτήθηκε από: thoughtco.com
3. Χημεία LibreTexts. (s.f.). Ανυδρίτες. Ανακτήθηκε από: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig Β. Fryhle. (2011). Οργανική Χημεία. Αμίνες (10^th έκδοση.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Οργανική Χημεία (Έκτη έκδοση). Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Μάθηση.
7. Morrison και Boyd. (1987). Οργανική χημεία (Πέμπτη έκδοση). Άντισον-Γουέσλι Ιμπρεοαμερικανα.
8. Wikipedia. (2019). Ανυδρίτης οργανικού οξέος. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org