Tính chất khan, cách chúng được hình thành, danh pháp, ứng dụng

các anhydrid chúng là những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ sự kết hợp của hai phân tử thông qua việc giải phóng nước. Vì vậy, nó có thể được coi là mất nước của các chất ban đầu; mặc dù nó không chính xác.

Trong hóa học hữu cơ và vô cơ đề cập đến được làm từ chúng, và trong cả hai ngành, sự hiểu biết của họ khác nhau đến một mức độ đáng kể. Ví dụ, trong hóa học vô cơ, các oxit bazơ và axit được coi là các anhydrid của hydroxit và axit tương ứng, vì trước đây phản ứng với nước tạo thành chất sau..

Ở đây sự nhầm lẫn có thể nảy sinh giữa các thuật ngữ 'khan' và 'anhydride'. Nói chung, khan đề cập đến một hợp chất đã bị mất nước mà không thay đổi bản chất hóa học của nó (không có phản ứng); trong khi với anhydride, có sự thay đổi hóa học, được phản ánh trong cấu trúc phân tử.

Nếu các hydroxit và axit được so sánh với các oxit tương ứng của chúng (hoặc anhydrid), nó sẽ được quan sát thấy rằng có một phản ứng. Ngược lại, một số oxit hoặc muối có thể bị ngậm nước, mất nước và giữ nguyên các hợp chất; nhưng, không có nước, nghĩa là khan.

Mặt khác, trong hóa học hữu cơ, ý nghĩa của anhydride là định nghĩa ban đầu. Ví dụ, một trong những anhydrid được biết đến nhiều nhất là dẫn xuất của axit cacboxylic (hình trên cùng). Chúng bao gồm sự kết hợp của hai nhóm acyl (-RCO) bằng nguyên tử oxy.

Trong cấu trúc chung của nó, nó được chỉ định R₁ cho một nhóm acyl và R₂ cho nhóm acyl thứ hai. Bởi vì R₁ và R₂ chúng khác nhau, chúng đến từ các axit cacboxylic khác nhau và sau đó nó là một anhydrid axit không đối xứng. Khi cả hai nhóm thế R (dù chúng có thơm hay không) đều giống nhau, chúng ta đang nói đến trong trường hợp này là một anhydrid axit đối xứng.

Tại thời điểm liên kết hai axit cacboxylic để tạo thành anhydride, nước có thể hoặc không thể được tạo thành, cũng như các hợp chất khác. Mọi thứ sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của axit nói.

Chỉ số

• 1 Tính chất của anhydrid
  • 1.1 Phản ứng hóa học
• 2 Anhydrides được hình thành như thế nào?
  • 2.1 Anhydrid tuần hoàn
• 3 danh pháp
• 4 ứng dụng
  • 4.1 Anhydrid hữu cơ
• 5 ví dụ
  • 5.1 Anhydride Succinic
  • 5.2 Anhydrid glutaric
• 6 tài liệu tham khảo

Tính chất của anhydrid

Các thuộc tính của anhydrides sẽ phụ thuộc vào những gì bạn đang đề cập đến. Hầu như tất cả đều có điểm chung là họ phản ứng với nước. Tuy nhiên, đối với cái gọi là anhydrid cơ bản trong vô cơ, thực tế một số trong số chúng thậm chí không tan trong nước (MgO), vì vậy tuyên bố này sẽ tập trung vào các anhydrid của axit cacboxylic.

Các điểm nóng chảy và sôi rơi vào cấu trúc phân tử và tương tác giữa các phân tử cho (RCO)₂Hoặc, đây là công thức hóa học chung của các hợp chất hữu cơ này.

Nếu khối lượng phân tử của (RCO)₂Hoặc nó thấp, nó có lẽ là một chất lỏng không màu ở nhiệt độ và áp suất phòng. Ví dụ: anhydrid acetic (hoặc ethanoic anhydride), (CH₃CO)₂Hoặc, nó là một chất lỏng và một trong những tầm quan trọng công nghiệp lớn hơn, được sản xuất rất rộng lớn.

Phản ứng giữa anhydrid acetic và nước được biểu diễn bằng phương trình hóa học sau:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

Lưu ý rằng khi phân tử nước được thêm vào, hai phân tử axit axetic được giải phóng. Tuy nhiên, phản ứng ngược không thể xảy ra đối với axit axetic:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (Nó không xảy ra)

Nó là cần thiết để sử dụng một tuyến đường tổng hợp khác. Mặt khác, axit dicarboxylic có thể làm như vậy bằng cách đun nóng; nhưng nó sẽ được giải thích trong phần tiếp theo.

Phản ứng hóa học

Thủy phân

Một trong những phản ứng đơn giản nhất của anhydrid là sự thủy phân của chúng, vừa được chứng minh cho anhydrid acetic. Ngoài ví dụ này, chúng ta có anhydrid axit sulfuric:

H₂S₂Ôi₇ + H₂Ôi <=> 2 giờ₂VẬY₄

Ở đây bạn có một anhydride axit vô cơ. Lưu ý rằng đối với H₂S₂Ôi₇ (còn gọi là axit disulphuric), phản ứng tự nó có thể đảo ngược, do đó làm nóng H₂VẬY₄ Tập trung kết quả trong sự hình thành anhydride của nó. Mặt khác, nếu là dung dịch H pha loãng₂VẬY₄, SO được phát hành₃, anhydrid sunfuric.

Quá trình este hóa

Các anhydrid axit phản ứng với các rượu, với pyridin trong môi trường, để tạo ra một este và một axit cacboxylic. Ví dụ, phản ứng giữa anhydrid acetic và ethanol được xem xét:

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

Do đó hình thành ethyl ester ethanoate, CH₃CO₂CH₂CH₃, và axit ethanoic (axit axetic).

Thực tế, những gì xảy ra là sự thay thế hydro của nhóm hydroxyl, bởi một nhóm acyl:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

Trong trường hợp (CH₃CO)₂Hoặc, nhóm acyl của bạn là -COCH₃. Do đó, người ta nói rằng nhóm OH đang bị acyl hóa. Tuy nhiên, acyl hóa và ester hóa không phải là khái niệm có thể hoán đổi cho nhau; Acyl hóa có thể xảy ra trực tiếp trong một vòng thơm, được gọi là acylation Friedel-Crafts.

Do đó, rượu với sự hiện diện của anhydrid axit được este hóa bằng cách acyl hóa.

Mặt khác, chỉ có một trong hai nhóm acyl phản ứng với rượu, nhóm còn lại ở lại với hydro tạo thành axit cacboxylic; đối với trường hợp (CH₃CO)₂Hoặc, đó là axit ethanoic.

Amidation

Các anhydrid axit phản ứng với amoniac hoặc với các amin (chính và phụ) để cho amit. Phản ứng rất giống với phản ứng este hóa vừa mô tả, nhưng ROH được thay thế bằng một amin; ví dụ, một amin thứ cấp, R₂NH.

Một lần nữa, phản ứng giữa (CH₃CO)₂O và diethylamine, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONEt₂ + CH₃COO^-+NH₂Vv₂

Và diethylacetamide, CH được hình thành₃CONEt₂, và một loại muối amoni carboxylic, CH₃COO^-+NH₂Vv₂.

Mặc dù phương trình có vẻ hơi khó hiểu, nhưng nó đủ để quan sát cách nhóm -COCH₃ thay thế H của một Et₂NH để hình thành amide:

Vv₂NH => Et₂NCOCH₃

Hơn cả một sự giải thích, phản ứng vẫn là một sự acyl hóa. Tất cả mọi thứ được tóm tắt trong từ đó; lần này, amin bị acyl hóa chứ không phải do rượu.

Anhydrides được hình thành như thế nào?

Các anhydrid vô cơ được hình thành bằng cách phản ứng nguyên tố với oxy. Do đó, nếu nguyên tố là kim loại, một oxit kim loại cơ bản hoặc anhydride được hình thành; và nếu nó không phải là kim loại, một oxit phi kim loại hoặc anhydrid axit được hình thành.

Đối với anhydrid hữu cơ, phản ứng là khác nhau. Hai axit cacboxylic không thể liên kết trực tiếp để giải phóng nước và tạo thành axit anhydrid; sự tham gia của một hợp chất chưa được đề cập là bắt buộc: acyl clorua, RCOCl.

Axit cacboxylic phản ứng với acyl clorua, tạo ra anhydrid và hydro clorua tương ứng:

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

Một CH₃ đến từ nhóm acetyl, CH₃CO-, và cái khác đã có trong axit axetic. Việc lựa chọn một acyl clorua cụ thể, cũng như axit cacboxylic, có thể làm phát sinh sự tổng hợp của một anhydrid axit đối xứng hoặc không đối xứng.

Anhydrid tuần hoàn

Không giống như các axit cacboxylic khác cần acyl clorua, axit dicarboxylic có thể được ngưng tụ trong anhydride tương ứng của chúng. Đối với điều này, cần phải làm nóng chúng để thúc đẩy việc phát hành H₂O. Ví dụ, sự hình thành anhydrid phthalic từ axit phthalic được hiển thị.

Lưu ý cách vòng ngũ giác được hoàn thành và oxy liên kết cả hai nhóm C = O là một phần của nó; Đây là một anhydride tuần hoàn. Ngoài ra, có thể thấy rằng anhydride phthalic là một anhydride đối xứng, vì cả R₁ như R₂ Chúng giống hệt nhau: một vòng thơm.

Không phải tất cả các axit dicarboxylic đều có khả năng tạo thành anhydride của chúng, bởi vì khi các nhóm COOH của chúng được phân tách rộng rãi, chúng buộc phải hoàn thành các vòng lớn hơn và lớn hơn. Vòng lớn nhất có thể được hình thành là một hình lục giác, lớn hơn vòng phản ứng không xảy ra.

Danh pháp

Anhydrides được đặt tên như thế nào? Bỏ các chất hữu cơ, thích hợp với các oxit, tên của các anhydrid hữu cơ được giải thích cho đến nay phụ thuộc vào danh tính của R₁ và R₂; đó là, của các nhóm acyl của nó.

Nếu hai chữ R giống nhau, thì đủ để thay thế từ 'axit' thành 'anhydride' trong tên tương ứng của axit cacboxylic. Và nếu ngược lại, hai chữ R khác nhau, chúng được đặt tên theo thứ tự bảng chữ cái. Do đó, để biết nên gọi nó là gì, trước tiên cần phải xem nó là một anhydride axit đối xứng hoặc không đối xứng.

(CH₃CO)₂Hoặc nó là đối xứng, vì R₁= R₂ = CH₃. Dẫn xuất của axit axetic hoặc ethanoic, vì vậy tên của nó là, theo cách giải thích trước đây: anhydrid acetic hoặc ethanoic. Điều tương tự cũng xảy ra với anhydride phthalic vừa đề cập.

Giả sử bạn có anhydride sau:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

Nhóm acetyl bên trái đến từ axit axetic, và nhóm bên phải đến từ axit heptanoic. Để đặt tên cho anhydride này, bạn phải đặt tên cho các nhóm R của mình theo thứ tự bảng chữ cái. Vì vậy, tên của nó là: heptanoic acetic anhydride.

Ứng dụng

Các anhydrid vô cơ có vô số ứng dụng, từ tổng hợp và xây dựng vật liệu, gốm sứ, chất xúc tác, xi măng, điện cực, phân bón, v.v., cho đến lớp phủ của vỏ trái đất với hàng ngàn khoáng chất sắt và nhôm và điôxít. carbon thải ra bởi các sinh vật sống.

Chúng đại diện cho nguồn khởi hành, điểm mà nhiều hợp chất được sử dụng trong dẫn xuất tổng hợp vô cơ. Một trong những anhydrid quan trọng nhất là carbon dioxide, CO₂. Đó là, cùng với nước, cần thiết cho quang hợp. Và ở cấp độ công nghiệp, SO₃ đó là điều tối quan trọng vì bị cáo lấy axit sunfuric từ nó.

Có lẽ, anhydride với nhiều ứng dụng hơn và có (miễn là có sự sống) là một từ axit photphoric: adenosine triphosphate, được biết đến như ATP, hiện diện trong DNA và "tiền tệ năng lượng" của quá trình trao đổi chất.

Anhydrid hữu cơ

Các anhydrid axit phản ứng bằng cách acyl hóa, hoặc với rượu, tạo thành este, với amin, tạo ra amit hoặc vòng thơm.

Có hàng triệu hợp chất trong số này, và hàng trăm ngàn lựa chọn axit cacboxylic để điều chế anhydrid; do đó, khả năng tổng hợp tăng trưởng mạnh mẽ.

Do đó, một trong những ứng dụng chính là kết hợp một nhóm acyl vào một hợp chất, thay thế một trong các nguyên tử hoặc nhóm cấu trúc của nó.

Mỗi anhydride riêng biệt có các ứng dụng riêng, nhưng nói chung, tất cả chúng đều phản ứng theo cách tương tự. Vì lý do này, các loại hợp chất này được sử dụng để sửa đổi cấu trúc polymer, tạo ra các polymer mới; đó là copolyme, nhựa, chất phủ, v.v..

Ví dụ, anhydrid acetic được sử dụng để acetylate tất cả các nhóm cellulose OH (ảnh dưới). Với điều này, mỗi H của OH được thay thế bằng một nhóm acetyl, COCH₃.

Bằng cách này, polymer cellulose acetate thu được. Phản ứng tương tự có thể được phác họa với các cấu trúc polymer khác với các nhóm NH₂, cũng dễ bị acyl hóa.

Những phản ứng acyl hóa này cũng hữu ích cho việc tổng hợp thuốc, chẳng hạn như aspirin (axit acetylsalicylic).

Ví dụ

Một số ví dụ khác về anhydrid hữu cơ được hiển thị để kết thúc. Mặc dù không đề cập đến chúng, nhưng các nguyên tử oxy có thể được thay thế bằng lưu huỳnh, tạo ra lưu huỳnh, hoặc thậm chí là phốt pho anhydrid.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: anhydrid benzoic. Nhóm C₆H₅ đại diện cho một vòng benzen. Sự thủy phân của nó tạo ra hai axit benzoic.

-HCO (O) COH: anhydrid dạng. Sự thủy phân của nó tạo ra hai axit formic.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzoic propanoic anhydrid. Nó thủy phân tạo ra axit benzoic và propanoic.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: cyclohexanecarboxylic anhydride. Không giống như các vòng thơm, chúng được bão hòa, không có liên kết đôi.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: butanoic propanoic anhydride.

Anhydride Succinic

Ở đây chúng tôi có một chu kỳ khác, có nguồn gốc từ axit succinic, một axit dicarboxylic. Lưu ý cách ba nguyên tử oxy phản bội bản chất hóa học của loại hợp chất này.

Maleic anhydride rất giống với anhydride succinic, với sự khác biệt là có một liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon tạo thành cơ sở của hình ngũ giác.

Glutaric anhydride

Và cuối cùng là anhydride của axit glutaric được hiển thị. Cấu trúc này được phân biệt với tất cả những người khác bằng cách bao gồm một vòng lục giác. Một lần nữa, ba nguyên tử oxy nổi bật trong cấu trúc.

Các anhydrid khác, phức tạp hơn, luôn có thể được chứng minh bằng ba nguyên tử oxy rất gần nhau.

Tài liệu tham khảo

1. Các biên tập viên của bách khoa toàn thư Britannica. (2019). Anhydrid. Bách khoa toàn thư Britannica. Lấy từ: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 8 tháng 1 năm 2019). Định nghĩa axit anhydrid trong hóa học. Lấy từ: thinkco.com
3. Hóa học LibreTexts. (s.f.). Anhydrid. Lấy từ: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Hóa hữu cơ. Amin (10^thứ phiên bản.). Wiley Plus.
5. Carey F. (2008). Hóa hữu cơ (Ấn bản thứ sáu). Đồi Mc Graw.
6. Whites, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập.
7. Morrison và Boyd. (1987). Hóa hữu cơ (Ấn bản thứ năm). Addison-Wesley Iberoamericana.
8. Wikipedia. (2019). Axit hữu cơ anhydrid. Lấy từ: en.wikipedia.org