- תכונות של חומצות אנהידריד
- תגובה כימית
- הִידרוֹלִיזָה
- עידון
- אמידציה
- כיצד נוצרים אנאידרידים?
- אנהידרידים מחזוריים
- מִנוּחַ
- יישומים
- אנhydrידדים אורגניים
- דוגמאות
- חומצה חמצן
- חומצה גלוטרית
- הפניות
ואלמימות הן תרכובות כימיות שמקורם האיחוד של שתי מולקולות ידי שחרור מים. לפיכך, ניתן לראות בכך התייבשות של החומרים הראשוניים; למרות שזה לא בדיוק נכון.
בכימיה אורגנית ואורגנית הם מוזכרים, ובשני הענפים הבנתם שונה במידה ניכרת. לדוגמה, בכימיה לא אורגנית תחמוצות הבסיס והחומצה נחשבות כאנשי-הידרידים של ההידרוקסידים והחומצות שלהם בהתאמה, מכיוון שהראשונים מגיבים עם מים ליצירת האחרונים.
המבנה הכללי של האנהידרידים. מקור: DrEmmettBrownie, מ- Wikimedia Commons
כאן, עלול להתעורר בלבול בין המונחים 'מים נטולי מים' ו'אנהידריד '. באופן כללי, מים נטולי מים מתייחסים לתרכובת שאליה התייבשה ללא שינויים באופיה הכימי (אין תגובה); ואילו באנhydrיד יש שינוי כימי, המשתקף במבנה המולקולרי.
אם משווים את ההידרוקסידיים והחומצות עם תחמוצות (או אנהידרידים) המתאימים להם, נראה כי הייתה תגובה. לעומת זאת, ניתן לחות תחמוצות או מלחים מסוימים, לאבד מים ולהישאר אותם תרכובות; אבל, בלי מים, כלומר נטול מים.
בכימיה אורגנית, לעומת זאת, הכוונה באנהידריד היא ההגדרה הראשונית. לדוגמה, אחד האהידרידים הידועים ביותר הם אלו שמקורם בחומצות קרבוקסיליות (תמונה עליונה). אלה מורכבים מאיחוד של שתי קבוצות acyl (-RCO) דרך אטום חמצן.
במבנה הכללי שלה, R 1 מצוין לקבוצת acyl אחת, ו- R 2 לקבוצת acyl השנייה. מכיוון ש- R 1 ו- R 2 שונים זה מזה, הם מגיעים מחומצות קרבוקסיליות שונות ואז מדובר בחומצה א-א-סימטרית. כאשר שני התחליפים R (בין אם הם ארומטיים ובין אם לא) הם זהים, במקרה זה אנו מדברים על חומצה סימטרית אנהידריד.
כאשר שתי חומצות קרבוקסיליות נקשרות ליצירת האנהידריד, מים עלולים להיווצר או לא להיווצר, כמו גם תרכובות אחרות. הכל יהיה תלוי במבנה של חומצות אלה.
תכונות של חומצות אנהידריד
תכונות האנהידרידים יהיו תלויות באילו תכונות אתם מתכוונים. לרובם יש המשותף שהם מגיבים במים. עם זאת, עבור מה שמכונה אנהידרידים בסיסיים באורגניים, למעשה כמה מהם אפילו אינם מסיסים במים (MgO), כך שאמירה זו תתמקד באנדרהידדים של חומצות קרבוקסיליות.
נקודות התכה והרתחה נופלות על המבנה המולקולרי והאינטראקציות הבין-מולקולריות עבור (RCO) 2 O, וזו הנוסחה הכימית הכללית של תרכובות אורגניות אלה.
אם המסה המולקולרית של (RCO) 2 O נמוכה, ככל הנראה מדובר בנוזל חסר צבע בטמפרטורת החדר ולחץ. לדוגמא, אנהידריד אצטדי (או אנהידריד אתנו), (CH 3 CO) 2 O, הוא נוזל והינו בעל החשיבות התעשייתית הגדולה ביותר, וייצורו עצום מאוד.
התגובה בין האצטדיון האצטדי למים מיוצגת על ידי המשוואה הכימית הבאה:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
שימו לב שכאשר מוסיפים מולקולת המים, משוחררות שתי מולקולות של חומצה אצטית. עם זאת, התגובה ההפוכה אינה יכולה להתרחש עבור חומצה אצטית:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (לא מתרחש)
יש צורך לפנות למסלול סינטטי אחר. לעומת זאת, חומצות דיקרבוקסיליות יכולות לעשות זאת על ידי חימום; אך זה יוסבר בסעיף הבא.
תגובה כימית
הִידרוֹלִיזָה
אחת התגובות הפשוטות ביותר של האנהידרידים היא ההידרוליזה שלהן, אשר הוכחה זה עתה כאל אנהידריד אצילי. בנוסף לדוגמה זו, קיימת זו של חומצה גופרתית אנהידריד:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
כאן יש לך חומצה אנאורגנית אורגנית. שימו לב שעבור H 2 S 2 O 7 (המכונה גם חומצה דיספורפורית) התגובה הפיכה, ולכן חימום H 2 SO 4 מרוכז מביא להיווצרות האנהידריד שלו. אם, לעומת זאת, מדובר בתמיסה מדוללת של H 2 SO 4 , SO 3 , חמצן חמצן , משתחרר .
עידון
חומצות אנהידרידים מגיבות עם אלכוהולים, עם פירידין בין לבין, כדי לתת אסטר וחומצה קרבוקסילית. לדוגמה, שקלו את התגובה בין האנהידריד האצטדי לאתנול:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
ובכך יוצרים את האסטר אתיל אתילט, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 , וחומצה אתנואית (חומצה אצטית).
מעשית, מה שקורה הוא החלפת המימן של קבוצת ההידרוקסיל על ידי קבוצת acyl:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
במקרה של (CH 3 CO) 2 O, קבוצת האציל שלה היא -COCH 3 . לכן, אומרים שקבוצת OH עוברת אצילציה. עם זאת, acylation ו esterification הם לא מושגים להחלפה; acylation יכול להתרחש ישירות על טבעת ארומטית, המכונה acylation Friedel-Crafts.
לפיכך, אלכוהולים בנוכחות חומצות אנהידרידים מועשרים על ידי אצילציה.
מצד שני, רק אחת משתי קבוצות האציל מגיבה עם האלכוהול, השנייה נשארת עם המימן ויוצרת חומצה קרבוקסילית; שבמקרה של (CH 3 CO) 2 O, זו חומצה אתנואית.
אמידציה
אנהידרידים חומציים מגיבים עם אמוניה או אמינים (ראשוניים ומשניים) ומולידים אמידים. התגובה דומה מאוד להיסטריה שתוארה זה עתה, אך ה- ROH מוחלף על ידי אמין; לדוגמא, אמין משני, R 2 NH.
שוב, התגובה בין (CH 3 CO) 2 O ו diethylamine, Et 2 NH נחשב:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
ונוצרים דיאטהילצטמט , CH 3 CONEt 2 , ומלח אמוניום קרבוקסילטי, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 .
למרות שהמשוואה עשויה להיראות קצת קשה להבנה, זה מספיק כדי לראות כיצד הקבוצה –COCH 3 מחליפה את ה- H של Et 2 NH ליצירת האמיד:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
במקום שעשוע, התגובה היא עדיין acylation. הכל מסכם במילה ההיא; הפעם האמין עובר אצילציה ולא האלכוהול.
כיצד נוצרים אנאידרידים?
אנתרדידים אורגניים נוצרים על ידי תגובת היסוד עם חמצן. לפיכך, אם היסוד הוא מתכתי, נוצר תחמוצת מתכתי או אנהידריד בסיסי; ואם זה לא מתכתי, נוצר תחמוצת לא מתכית או חומצה חמצן.
לגבי חומצות אנהידרידים אורגניות התגובה שונה. שתי חומצות קרבוקסיליות אינן יכולות להצטרף ישירות לשחרור מים וליצור חומצה חמצן; ההשתתפות של תרכובת שטרם הוזכרה הכרחית: acyl chloride, RCOCl.
החומצה הקרבוקסילית מגיבה עם האציל כלוריד, ומייצרת את האנהידריד והמימן כלוריד בהתאמה:
R 1 COCl + R 2 COOH => (R 1 CO) O (COR 2 ) + HCl
CH 3 COCl + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCl
CH אחת 3 מגיע מקבוצת אצטיל, CH 3 יַחַד, והשני הוא כבר נוכח חומצה אצטית. הבחירה באצטיל כלוריד ספציפי, כמו גם בחומצה קרבוקסילית, יכולה להוביל לסינתזה של חומצה סימטרית או א-א-סימטרית.
אנהידרידים מחזוריים
בניגוד לחומצות הקרבוקסיליות האחרות הזקוקות לאקיל כלוריד, חומצות די-קרבוקסיליות יכולות להתעבות לאנהידריד המתאים להן. לשם כך, יש לחמם אותם כדי לקדם את שחרורו של H 2 O. לדוגמא מוצג היווצרות של anhydride phthalic מחומצה phthalic.
היווצרות של anhydride phthalic. מקור: Jü, מ- Wikimedia Commons
שימו לב כיצד מסתיימת טבעת המחומש, והחמצן המצטרף לשתי קבוצות C = O הוא חלק ממנו; זהו אנידריד מחזורי. כמו כן, ניתן להעריך כי האנהידריד הפתאלי הוא אנהידריד סימטרי, שכן גם R 1 וגם R 2 זהים: טבעת ארומטית.
לא כל חומצות הדיקרבוקסיליות מסוגלות ליצור את האנהידריד שלהן, מכיוון שכאשר קבוצות ה- COOH שלהן מופרדות באופן נרחב, הן נאלצות להשלים טבעות גדולות וגדולות יותר. הטבעת הגדולה ביותר שיכולה להיווצר היא טבעת משושה, גדולה מזאת שהתגובה אינה מתרחשת.
מִנוּחַ
איך קוראים לאנאידרידים? אם השאירו בצד את אלה האורגניים, הרלוונטיים לנושאי תחמוצות, שמותיהם של האנהידרידים האורגניים שהוסברו עד כה תלויים בזהותם של R 1 ו- R 2 ; כלומר מקבוצות האציל שלה.
אם שני ה- R זהים, פשוט החלף את המילה 'חומצה' ב- 'אנהידריד' בשם המתאים לחומצה הקרבוקסילית. ואם להפך, שני Rs שונים זה מזה, הם נקראים בסדר אלפביתי. לכן, בכדי לדעת איך לקרוא לזה, תחילה עליך לבדוק אם מדובר באננהידריד חומצה סימטרי או אסימטרי.
(CH 3 CO) 2 O הוא סימטרי, שכן R 1 = R 2 = CH 3 . היא נובעת מחומצה אצטית או אתנואית, כך ששמה הוא, בעקבות ההסבר הקודם: אנהידריד אצטי או אתנואי. כך גם לגבי האנהידריד הפתאלי שהוזכר זה עתה.
נניח שיש לנו את האנהידריד הבא:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
קבוצת האצטיל משמאל מגיעה מחומצה אצטית, ומאלה מימין מגיעה מחומצה הפטנואית. על מנת לקרוא לאנהידריד זה עליכם לקרוא לקבוצות R שלו בסדר אלפביתי. אם כן, שמו הוא: anhydride Acetic anhydride.
יישומים
לאנהידרידים אורגניים יש מספר רב של יישומים, החל מסינתזה וניסוח של חומרים, קרמיקה, זרזים, מלטים, אלקטרודות, דשנים וכו ', וכלה בציפוי קרום האדמה על אלפי מינרלי הברזל והאלומיניום שלו, והדו-חמצני. של פחמן שנשאף על ידי אורגניזמים חיים.
הם מייצגים את המקור המוצא, הנקודה בה נגזרים תרכובות רבות המשמשות בסינתזות אורגניות. אחד האנhydrידים החשובים ביותר הוא פחמן דו חמצני, CO 2 . זה, יחד עם מים, חיוני לפוטוסינתזה. וברמה תעשייתית, SO 3 חיוני מאחר שמתקבלת ממנו חומצה גופרתית.
אולי האנהידריד שיש לו הכי הרבה יישומים שיש (בעוד שיש חיים) הוא כזה שמקורו בחומצה זרחתית: אדנוזין טריפוספט, הידוע יותר בשם ATP, שנמצא ב- DNA ו"מטבע האנרגיה "של חילוף החומרים.
אנhydrידדים אורגניים
חומצות אנהידרידים מגיבות דרך acylation, או אלכוהול, יוצרים אסטר, אמין, ומולידים אמיד, או טבעת ארומטית.
ישנם מיליונים מכל אחד מהתרכובות הללו, ומאות אלפי אפשרויות חומצה קרבוקסילית לייצור anhydride; לפיכך, האפשרויות הסינתטיות גדלות באופן דרמטי.
לפיכך, אחת היישומים העיקריים היא לשלב קבוצת acyl בתרכובת, תחליף אחד האטומים או הקבוצות של המבנה שלה.
לכל אנהידריד נפרד יש יישומים משלו, אך באופן כללי כולם מגיבים בצורה דומה. מסיבה זו משתמשים בסוגים אלו של תרכובות לשינוי מבנים פולימריים, ויוצרים פולימרים חדשים; כלומר קופולימרים, שרפים, ציפויים וכו '.
לדוגמא, אנהידריד אצטתי משמש לאצטילציה של כל קבוצות ה- OH של התאית (תמונה נמוכה). עם זה, כל H של OH מוחלף על ידי קבוצת אצטיל, COCH 3 .
תָאִית. מקור: NEUROtiker, מ- Wikimedia Commons
בדרך זו מתקבל פולימר אצטט תאית. ניתן לתאר את אותה התגובה עם מבנים פולימריים אחרים עם קבוצות NH 2 , הרגישים גם ל acylation.
תגובות acylation אלה מועילות גם לסינתזה של תרופות, כגון אספירין ( חומצה אצטילסליצילית ).
דוגמאות
כמה דוגמאות נוספות לאנhydrידדים אורגניים מסתיימות. למרות שלא ייזכר בהם שום דבר, ניתן להחליף את אטומי החמצן בגופרית, תוך מתן גופרית או אפילו חומצות אצטדינות זרחן.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : בנזואיד אנהידריד. הקבוצה C 6 H 5 מייצגת טבעת בנזן. ההידרוליזה שלו מייצרת שתי חומצות בנזואיות.
-HCO (O) COH: אנהידריד פורמי. ההידרוליזה שלו מייצרת שתי חומצות פורמיות.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : אנתרואיד פרנואית בנזואית. ההידרוליזה שלו מייצרת חומצות בנזואיות ופרופנואיות.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : anhydride cyclohexanecarboxylic. שלא כמו טבעות ארומטיות, אלה רוויים, ללא קשרים כפולים.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : אנהידריד בוטנואתי פרופנואי.
חומצה חמצן
חומצה חמצן. מקור: Ninjatacoshell, מ- Wikimedia Commons
כאן יש לך מחזור נוסף, שמקורו בחומצה סוקסינית, חומצה דיקרבוקסילית. שימו לב כיצד שלושת אטומי החמצן חושפים את הטבע הכימי של סוג זה של תרכובת.
אנהידריד מליני דומה מאוד לאנהידריד סוכני, עם ההבדל שיש קשר כפול בין הפחמנים המהווים את בסיס הפנטגון.
חומצה גלוטרית
חומצה גלוטרית. מקור: Choij, מתוך ויקימדיה Commons
ולבסוף, מוצגת חומצה גלוטרית-אנהידרידית. זה שונה מבחינה מבנית מכל האחרים בכך שהוא מורכב מטבעת משושה. שוב, שלושת אטומי החמצן בולטים במבנה.
תמיד ניתן להוכיח שלושת אטומי החמצן הקרובים מאוד זה לזה על אנתרדידים אחרים, מורכבים יותר.
הפניות
- עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2019). אנהידריד. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (8 בינואר, 2019). הגדרת חומצה חומצתית בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
- כימיה LibreTexts. (sf). אנהידרידים. התאושש מ: chem.libretexts.org
- גרהם סולומונס TW, קרייג ב. פרלה. (2011). כימיה אורגנית. אמינים. (10 th Edition.). וויילי פלוס.
- קארי פ '(2008). כימיה אורגנית. (המהדורה השישית). מק גריי היל.
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- מוריסון ובויד. (1987). כימיה אורגנית. (מהדורה חמישית). אדיסון ווסלי איברואמריקנה.
- ויקיפדיה. (2019). חומצה אורגנית. התאושש מ: en.wikipedia.org