خصائص أنهيدريد ، كيف يتم تشكيلها ، تسميات ، تطبيقات

ال انهيدريدات هي مركبات كيميائية تنشأ من اتحاد جزيئين من خلال إطلاق الماء. وبالتالي ، يمكن أن ينظر إليه باعتباره الجفاف من المواد الأولية. على الرغم من أنه ليس صحيحا بالضبط.

في الكيمياء العضوية وغير العضوية يتم ذكرها ، وفي كلا الفرعين يختلف فهمها إلى حد كبير. على سبيل المثال ، في الكيمياء غير العضوية ، تعتبر الأكاسيد الأساسية والحمضية بمثابة أنهيدريدات من هيدروكسيداتها وأحماضها على التوالي ، حيث تتفاعل الأولى مع الماء لتكوين الأخير..

هنا يمكن أن يحدث ارتباك بين المصطلحين "اللامائي" و "أنهيدريد". بشكل عام ، يشير اللامائي إلى مركب تم تجفيفه دون حدوث تغييرات في طبيعته الكيميائية (بدون تفاعل) ؛ بينما مع أنهيدريد ، هناك تغيير كيميائي ، ينعكس في التركيب الجزيئي.

إذا تمت مقارنة الهيدروكسيدات والأحماض مع أكاسيدها المقابلة (أو أنهيدريد) ، فسيتم ملاحظة وجود تفاعل. في المقابل ، قد يتم ترطيب بعض الأكاسيد أو الأملاح ، وفقدان الماء ، وتبقى المركبات نفسها ؛ ولكن ، بدون ماء ، هذا لا مائي.

في الكيمياء العضوية ، من ناحية أخرى ، فإن المقصود من أنهيدريد هو التعريف الأولي. على سبيل المثال ، أحد أكثر الأنهيدريدات المعروفة هي مشتقات الأحماض الكربوكسيلية (الصورة العليا). هذه تتكون من اتحاد مجموعتي أسيل (-CO) عن طريق ذرة الأكسجين.

يشار في هيكلها العام R₁ لمجموعة أسيل ، ور₂ لمجموعة الأسيل الثانية. لأن ر₁ و R₂ أنها مختلفة ، أنها تأتي من الأحماض الكربوكسيلية المختلفة ، ثم أنهيدريد الحمض غير المتماثل. عندما يكون كل من بدائل R (سواء كانت عطرية أم لا) متماثلان ، فإننا نتحدث في هذه الحالة عن أنهيدريد الحمض المتماثل.

في وقت ربط اثنين من الأحماض الكربوكسيلية لتشكيل الأنهيدريد ، قد يتشكل الماء أو لا يتشكل ، وكذلك المركبات الأخرى. كل شيء يعتمد على هيكل الأحماض المذكورة.

مؤشر

• 1 خصائص أنهيدريد
  • 1.1 التفاعلات الكيميائية
• 2 كيف تتشكل الأنهيدريدات?
  • 2.1 أنهيدريد دوري
• 3 تسميات
• 4 تطبيقات
  • 4.1 أنهيدريد عضوي
• 5 أمثلة
  • 5.1 انهيدريد السكسينيك
  • 5.2 أنهيدريد الجلوتاري
• 6 المراجع

خواص الانهيدريد

تعتمد خصائص أنهيدريد على ما تشير إليه. جميعها تقريبًا تشترك في تفاعلها مع الماء. ومع ذلك ، بالنسبة لما يسمى أنهيدريدات أساسية غير عضوية ، فإن العديد منها في الواقع غير قابل للذوبان في الماء (MgO) ، لذلك سوف يركز هذا البيان على أنهيدريدات الأحماض الكربوكسيلية.

تقع نقاط الانصهار والغليان على التركيب الجزيئي والتفاعلات بين الجزيئات لـ (RCO)₂أو ، هذه هي الصيغة الكيميائية العامة لهذه المركبات العضوية.

إذا كانت الكتلة الجزيئية لـ (RCO)₂أو أنها منخفضة ، فمن المحتمل أنها سائل عديم اللون في درجة حرارة الغرفة والضغط. على سبيل المثال ، أنهيدريد الخل (أو أنهيدريد الإيثانوي) ، (CH₃CO)₂أو أنها سائلة وذات أهمية صناعية أكبر ، كونها كبيرة للغاية في إنتاجها.

يمثل التفاعل بين أنهيدريد الخل والماء بالمعادلة الكيميائية التالية:

(CH₃CO)₂يا + ح₂يا => 2CH₃COOH

لاحظ أنه عند إضافة جزيء الماء ، يتم إطلاق جزيئين من حمض الأسيتيك. رد الفعل العكسي ، ومع ذلك ، لا يمكن أن يحدث لحمض الخليك:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂يا + ح₂يا (لا يحدث)

من الضروري اللجوء إلى طريق اصطناعي آخر. من ناحية أخرى ، يمكن للأحماض ثنائية الكربوكسيل القيام بذلك عن طريق التسخين ؛ ولكن سيتم شرحه في القسم التالي.

التفاعلات الكيميائية

تحليل بالماء

واحدة من أبسط تفاعلات أنهيدريد هو التحلل المائي ، الذي تم عرضه للتو بالنسبة لخليك أنهيدريد. بالإضافة إلى هذا المثال ، لدينا أنهيدريد حمض الكبريتيك:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

هنا لديك أنهيدريد حمض غير عضوي. لاحظ أن ل H₂S₂O₇ (ويسمى أيضًا حمض الكبريتيك) ، يكون رد الفعل نفسه قابلاً للانعكاس ، لذلك تسخين H₂SW₄ التركيز النتائج في تشكيل أنهيدريد لها. إذا كان ، من ناحية أخرى ، حل مخفف لـ H₂SW₄, يتم تحريرها SO₃, أنهيدريد الكبريتيك.

الأسترة

يتفاعل أنهيدريد الحمض مع الكحول ، مع بيريدين في الوسط ، لإعطاء إستر وحمض كربوكسيلي. على سبيل المثال ، يعتبر التفاعل بين أنهيدريد الخل والإيثانول:

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

وبالتالي تشكيل إيثيل استر إيثانوات ، CH₃CO₂CH₂CH₃, وحمض الإيثانويك (حمض الخليك).

عملياً ، ما يحدث هو استبدال هيدروجين مجموعة الهيدروكسيل بمجموعة أسيل:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

في حالة (CH₃CO)₂أو ، مجموعة أسيل الخاصة بك هي -COCH₃. لذلك ، يقال أن مجموعة OH تعاني من الأكياس. ومع ذلك ، فإن الاسييل والإستري ليسا مفاهيم قابلة للتبادل. يمكن أن يحدث Acylation مباشرة في حلقة عطرية ، والمعروفة باسم acylation Friedel-Crafts.

وبالتالي ، يتم استنباط الكحول في وجود أنهيدريد الحمض بواسطة الأسيل.

من ناحية أخرى ، تتفاعل مجموعة واحدة فقط من مجموعتي الأسيل مع الكحول ، وتبقى الأخرى مع الهيدروجين الذي يتكون من حمض الكربوكسيل ؛ هذا بالنسبة لحالة (CH₃CO)₂أو إنه حمض الإيثانويك.

amidation

تتفاعل أنهيدريد الحمض مع الأمونيا أو مع الأمينات (الأولية والثانوية) لإعطاء الأميدات. رد الفعل مشابه جدا للاسترة الموصوفة للتو ، ولكن يتم استبدال ROH بأمين. على سبيل المثال ، أمين ثانوي ، R₂NH.

مرة أخرى ، رد الفعل بين (CH₃CO)₂يا وديثيل أمين ، إلخ₂NH:

(CH₃CO)₂يا + 2Et₂NH => CH₃كونيت₂ + CH₃COO^-+NH₂وآخرون₂

و diethylacetamide ، تتشكل CH₃كونيت₂, وملح الأمونيوم كربوكسيلي ، CH₃COO^-+NH₂وآخرون₂.

على الرغم من أن المعادلة قد تبدو صعبة بعض الشيء لفهمها ، إلا أنه يكفي ملاحظة كيف قامت المجموعة -COCH₃ يستعاض عن حاء₂NH لتشكيل أميد:

وآخرون₂NH => Et₂NCOCH₃

أكثر من مجرد وسط ، رد الفعل لا يزال أسيل. يتم تلخيص كل شيء في تلك الكلمة. هذه المرة ، يعاني الأمين من الأكياس وليس الكحول.

كيف يتم تشكيل أنهيدريد?

تتشكل أنهيدريدات غير عضوية من خلال تفاعل العنصر مع الأكسجين. وبالتالي ، إذا كان العنصر معدنيًا ، يتم تشكيل أكسيد الفلز الأساسي أو أنهيدريد ؛ وإذا كان غير معدني ، يتم تكوين أكسيد غير معدني أو أنهيدريد حامض.

بالنسبة للأنهيدريدات العضوية ، يكون رد الفعل مختلفًا. لا يمكن ربط اثنين من الأحماض الكربوكسيلية مباشرة بتحرير الماء وتشكيل أنهيدريد الحمض ؛ مطلوب مشاركة مركب لم يتم ذكره بعد: كلوريد الأسيل ، RCOCl.

يتفاعل حمض الكربوكسيل مع كلوريد الأسيل ، وينتج كل من أنهيدريد وكلوريد الهيدروجين:

R₁COCl + R₂COOH => (R₁CO) يا (كور₂) + حمض الهيدروكلوريك

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂يا + حمض الهيدروكلوريك

و CH₃ يأتي من مجموعة الأسيتيل ، CH₃ثاني أكسيد الكربون ، والآخر موجود بالفعل في حمض الخليك. يمكن أن يؤدي اختيار كلوريد أسيل معين ، وكذلك حمض الكربوكسيل ، إلى تخليق أنهيدريد الحمض المتماثل أو غير المتماثل.

أنهيدريد دوري

على عكس الأحماض الكربوكسيلية الأخرى التي تتطلب كلوريد الأسيل ، يمكن تكثيف الأحماض الكربوكسيلية في أنهيدريد المقابل. لهذا ، من الضروري تسخينها لتعزيز إطلاق H₂على سبيل المثال ، يظهر تشكيل أنهيدريد الفثاليك من حمض الفثاليك.

لاحظ كيفية اكتمال الحلقة الخماسية ، والأكسجين الذي يربط كلا المجموعتين C = O هو جزء منه ؛ هذا هو أنهيدريد دوري. أيضا ، يمكن ملاحظة أن أنهيدريد الفثاليك هو أنهيدريد متماثل ، لأن كلا R₁ كما R₂ إنها متطابقة: حلقة عطرية.

ليست كل الأحماض ثنائية الكربوكسيل قادرة على تشكيل أنهيدريد ، لأنه عندما يتم فصل مجموعات COOH الخاصة بها على نطاق واسع ، فإنها تضطر إلى إكمال حلقات أكبر وأكبر. أكبر حلقة يمكن تشكيلها هي حلقة سداسية ، أكبر من أن رد الفعل لا يحدث.

تسمية

كيف يتم تسمية الانهيدريد؟ وإذا تركنا جانبا المواد غير العضوية المرتبطة بالأكسيدات ، فإن أسماء الأنهيدريدات العضوية الموضحة حتى الآن تعتمد على هوية R₁ و R₂. وهذا هو ، من مجموعات أسيل لها.

إذا كانت R's هي نفسها ، يكفي استبدال كلمة "acid" بكلمة "anhydride" في الاسم الخاص بحمض carboxylic. وإذا كان الأمر مختلفًا ، على النقيض من ذلك ، فإن Rs مختلفان ، يتم تسميتهما بترتيب أبجدي. لذلك ، لمعرفة ما يمكن تسميته ، من الضروري أولاً معرفة ما إذا كان أنهيدريد الحمض المتماثل أو غير المتماثل.

و (CH₃CO)₂أو أنه متماثل ، منذ R₁= ص₂ = CH₃. مشتق من حمض الخليك أو الإيثانويك ، لذلك اسمه ، يتبع التفسير السابق: أنهيدريد الخل أو الإيثانويك. الشيء نفسه ينطبق على أنهيدريد الفثاليك المذكورة للتو.

افترض أن لديك الانهيدريد التالي:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

تأتي مجموعة الأسيتيل الموجودة على اليسار من حمض الأسيتيك ، بينما تأتي المجموعة الموجودة على اليمين من حامض الهيبتانويك. لتسمية هذا الأنهيدريد ، يجب عليك تسمية مجموعات البحث بالترتيب الأبجدي. لذلك ، اسمها: أنهيدريد الخل الخلوي.

تطبيقات

تحتوي الأنهيدريدات غير العضوية على عدد لا نهائي من التطبيقات ، بدءًا من تخليق وصياغة المواد ، والسيراميك ، والعوامل الحفازة ، والإسمنت ، والأقطاب الكهربائية ، والأسمدة ، وما إلى ذلك ، إلى طلاء قشرة الأرض بآلافها من معادن الحديد والألومنيوم وثاني أكسيدها. من الزفير من الكائنات الحية.

إنها تمثل مصدر الانطلاق ، وهي النقطة التي تستمد منها العديد من المركبات المستخدمة في التخليق غير العضوي. واحدة من أهم أنهيدريد هو ثاني أكسيد الكربون ، أول أكسيد الكربون₂. إنه ، مع الماء ، ضروري لعملية التمثيل الضوئي. وعلى المستوى الصناعي ، SO₃ إنه أمر بالغ الأهمية لأن المدعى عليه يحصل على حامض الكبريتيك منه.

ربما يكون الأنهيدريد الذي يحتوي على مزيد من التطبيقات وله (ما دامت الحياة) واحدًا من حمض الفوسفوريك: أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، المعروف باسم ATP ، الموجود في الحمض النووي و "العملة النشطة" لعملية التمثيل الغذائي.

أنهيدريد عضوي

يتفاعل أنهيدريد الحمض بواسطة أسيل ، إما إلى كحول ، أو تشكيل إستر ، إلى أمين ، مما يؤدي إلى أميد ، أو حلقة عطرية.

هناك الملايين من كل من هذه المركبات ، ومئات الآلاف من خيارات حمض الكربوكسيل لتحضير أنهيدريد ؛ لذلك ، فإن الاحتمالات الاصطناعية تنمو بشكل كبير.

وبالتالي ، فإن أحد التطبيقات الرئيسية هو دمج مجموعة الأسيل في مركب ، والاستعاضة عن إحدى الذرات أو مجموعات بنيتها.

لكل أنهيدريد على حدة تطبيقاته الخاصة ، ولكن بشكل عام ، كلها تتفاعل بطريقة مماثلة. لهذا السبب ، يتم استخدام هذه الأنواع من المركبات لتعديل هياكل البوليمر ، وإنشاء بوليمرات جديدة ؛ وهذا هو ، البوليمرات المشتركة ، والراتنجات ، والطلاء ، الخ.

على سبيل المثال ، يستخدم أنهيدريد الخل في أسيتيل جميع مجموعات OH من السليلوز (الصورة السفلية). مع هذا ، يتم استبدال كل H من OH بمجموعة الأسيتيل ، COCH₃.

بهذه الطريقة يتم الحصول على بوليمر خلات السليلوز. يمكن رسم نفس التفاعل مع هياكل بوليمر أخرى مع مجموعات NH₂, عرضة أيضا للاسيل.

تفاعلات الألكيل مفيدة أيضًا لتخليق العقاقير ، مثل الأسبرين (الحمض) الاسيتيلالصفصاف).

أمثلة

وتظهر بعض الأمثلة الأخرى من أنهيدريد العضوية في النهاية. على الرغم من عدم ذكر أي ذكر لها ، يمكن استبدال ذرات الأكسجين بالكبريت ، أو إعطاء الكبريت ، أو حتى أنهيدريد الفسفور.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: أنهيدريد البنزويك. المجموعة ج₆H₅ يمثل حلقة البنزين. تنتج عملية التحلل المائي اثنين من الأحماض البنزويك.

-HCO (O) COH: أنهيدريد الفورميك. تنتج عملية التحلل المائي اثنين من الأحماض الفورمية.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: البنزويك أنهيدريد البروبانويك. تنتج عملية التحلل المائي أحماض البنزويك والبروبانويك.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: أنهيدريد سيكلوهكساني كربوكسيل على عكس الحلقات العطرية ، هذه مشبعة ، دون روابط مزدوجة.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: أنهيدريد البروتانويك.

أنهيدريد السكسينيك

هنا لدينا دوري آخر ، مشتق من حمض السكسينيك ، وحامض الكربوكسيل. لاحظ كيف تخون ذرات الأكسجين الثلاثة الطبيعة الكيميائية لهذا النوع من المركبات.

يشبه أنهيدريد المالئيك أنهيدريد السكسينيك ، مع وجود فرق مزدوج بين الكربونات التي تشكل أساس البنتاغون..

أنهيدريد الجلوتاري

وأخيرًا يظهر أنهيدريد حمض الجلوتاريك. يتميز هذا هيكليا عن جميع الآخرين من خلال تتكون من حلقة سداسية. مرة أخرى ، تبرز ذرات الأكسجين الثلاثة في الهيكل.

يمكن دائمًا إثبات أنهيدريدات أخرى ، أكثر تعقيدًا ، بواسطة ذرات الأكسجين الثلاثة القريبة جدًا من بعضها البعض.

مراجع

1. محرري الموسوعة البريطانية. (2019). أنهيدريد. Encryclopaedia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
2. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (8 يناير 2019). تعريف أنهيدريد الحمض في الكيمياء. تم الاسترجاع من: thinkco.com
3. كيمياء LibreTexts. (بدون تاريخ). المركبات الحمضية اثنين. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
4. غراهام سولومونز تي. دبليو ، كريج بي فرايل. (2011). الكيمياء العضوية. الأمينات. (10^عشر طبعة). وايلي بلس.
5. كاري ف. (2008). الكيمياء العضوية (الطبعة السادسة). مولودية جراو هيل.
6. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE التعلم.
7. موريسون و بويد. (1987). الكيمياء العضوية (الطبعة الخامسة). أديسون ويسلي Iberoamericana.
8. ويكيبيديا. (2019). أنهيدريد حمض عضوي. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org