- Tính chất của anhydrit
- Phản ứng hoá học
- Thủy phân
- Esterification
- Amidation
- Anhydrit được hình thành như thế nào?
- Anhydrit mạch vòng
- Danh pháp
- Các ứng dụng
- Anhydrit hữu cơ
- Ví dụ
- Anhydrit succinic
- Anhydrit Glutaric
- Người giới thiệu
Các anhydrit là những hợp chất hóa học có nguồn gốc từ sự kết hợp của hai phân tử bằng cách giải phóng nước. Như vậy, có thể xem đây là sự mất nước của các chất ban đầu; mặc dù nó không hoàn toàn đúng.
Trong hóa học hữu cơ và vô cơ, chúng được đề cập đến, và trong cả hai ngành, sự hiểu biết của chúng khác nhau ở một mức độ đáng kể. Ví dụ, trong hóa học vô cơ, oxit bazơ và axit được coi là anhydrit của hiđroxit và axit tương ứng của chúng, vì chất trước phản ứng với nước để tạo thành chất sau.
Cấu trúc chung của anhydrit. Nguồn: DrEmmettBrownie, từ Wikimedia Commons
Ở đây, sự nhầm lẫn có thể phát sinh giữa các thuật ngữ 'khan' và 'anhydrit'. Nói chung, khan dùng để chỉ một hợp chất mà nó đã được khử nước mà không thay đổi bản chất hóa học của nó (không có phản ứng); trong khi với một anhydrit, có một sự thay đổi hóa học, thể hiện trong cấu trúc phân tử.
Nếu so sánh các hiđroxit và axit với oxit tương ứng (hoặc anhiđrit) của chúng, sẽ thấy rằng đã có 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 anhydrit là định nghĩa ban đầu. Ví dụ, một trong những anhydrit được biết đến nhiều nhất là những chất có nguồn gốc từ axit cacboxylic (hình trên). Chúng bao gồm sự kết hợp của hai nhóm acyl (-RCO) thông qua một nguyên tử oxy.
Trong cấu trúc chung của nó, R 1 được chỉ định cho một nhóm acyl, và R 2 cho nhóm acyl thứ hai. Bởi vì R 1 và R 2 khác nhau, chúng đến từ các axit cacboxylic khác nhau và sau đó nó là một anhiđrit axit không đối xứng. Khi cả hai nhóm thế R (cho dù chúng có mùi thơm hay không) giống nhau, trong trường hợp này chúng ta nói về một anhiđrit axit đối xứng.
Khi hai axit cacboxylic liên kết để tạo thành anhydrit, nước có thể hình thành hoặc không, cũng như các hợp chất khác. Mọi thứ sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của các axit này.
Tính chất của anhydrit
Các thuộc tính của anhydrit sẽ phụ thuộc vào loại mà bạn đang đề cập đến. Hầu hết chúng đều có điểm chung là phản ứng với nước. Tuy nhiên, đối với cái gọi là anhydrit cơ bản trong vô cơ, thực tế một số trong số chúng thậm chí không tan trong nước (MgO), vì vậy câu này sẽ tập trung vào anhydrit của axit cacboxylic.
Điểm nóng chảy và điểm sôi phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và tương tác giữa các phân tử đối với (RCO) 2 O, đây là công thức hóa học chung của các hợp chất hữu cơ này.
Nếu khối lượng phân tử của (RCO) 2 O thấp, nó có thể là chất lỏng không màu ở nhiệt độ và áp suất phòng. Ví dụ, anhydrit axetic (hoặc anhydrit ethanoic), (CH 3 CO) 2 O, là một chất lỏng và là một trong những chất quan trọng nhất trong công nghiệp, sản lượng của nó là rất lớn.
Phản ứng giữa anhiđrit axetic và nước được biểu diễn bằng phương trình hóa học sau:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Lưu ý rằng khi thêm phân tử nước vào thì giải phóng hai phân tử axit axetic. Tuy nhiên, phản ứng ngược lại không thể xảy ra đối với axit axetic:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (Không xảy ra)
Cần phải dùng đến một con đường tổng hợp khác. Mặt khác, axit dicacboxylic có thể làm như vậy bằng cách đun nóng; nhưng nó sẽ được giải thích trong phần tiếp theo.
Phản ứng hoá học
Thủy phân
Một trong những phản ứng đơn giản nhất của anhydrit là sự thủy phân của chúng, phản ứng này vừa cho anhydrit axetic. Ngoài ví dụ này, còn có anhydrit axit sunfuric:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Ở đây bạn có một anhiđrit axit vô cơ. Lưu ý rằng đối với H 2 S 2 O 7 (còn được gọi là axit disulfuric), phản ứng là thuận nghịch, do đó, đun nóng H 2 SO 4 đặc sẽ dẫn đến sự tạo thành anhiđrit của nó. Mặt khác, nếu nó là một dung dịch loãng của H 2 SO 4 , SO 3 , anhydrit sunfuaric , được giải phóng .
Esterification
Anhydrit axit phản ứng với rượu, có pyridin ở giữa, tạo ra một este và một axit cacboxylic. Ví dụ, hãy xem xét phản ứng giữa anhydrit axetic và etanol:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Do đó tạo thành este etyl ethanoat, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 và axit ethanoic (axit axetic).
Thực tế, điều xảy ra là sự thay thế hydro của nhóm hydroxyl bằng một nhóm acyl:
R 1 -OH => R 1- KHOẢN 2
Trong trường hợp (CH 3 CO) 2 O, nhóm acyl của nó là -COCH 3 . Do đó, nhóm OH được cho là đang trải qua quá trình acyl hóa. Tuy nhiên, acyl hóa và este hóa không phải là những khái niệm có thể thay thế cho nhau; quá trình acyl hóa có thể xảy ra trực tiếp trên một vòng thơm, được gọi là quá trình acyl hóa Friedel-Crafts.
Do đó, rượu khi có mặt của anhydrit axit được este hóa bằng phản ứng acyl hóa.
Mặt khác, chỉ một trong hai nhóm acyl phản ứng với rượu, nhóm còn lại phản ứng với hiđro, tạo thành axit cacboxylic; đối với trường hợp của (CH 3 CO) 2 O, nó là axit ethanoic.
Amidation
Anhydrit axit phản ứng với amoniac hoặc amin (chính và phụ) để tạo ra amit. Phản ứng này rất giống với phản ứng este hóa vừa mô tả, nhưng ROH được thay thế bằng một amin; ví dụ, một amin bậc hai, R 2 NH.
Một lần nữa, phản ứng giữa (CH 3 CO) 2 O và đietylamin, Et 2 NH được coi là:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
Và đietylaxetamit , CH 3 CONEt 2 , và một muối amoni cacboxyl hóa, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 được tạo thành .
Mặc dù phương trình có vẻ hơi khó hiểu nhưng cũng đủ để quan sát cách nhóm –COCH 3 thay thế H của Et 2 NH để tạo thành amit:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Thay vì amid hóa, phản ứng vẫn là acyl hóa. Mọi thứ được tóm gọn trong từ đó; lần này, amin trải qua quá trình acyl hóa chứ không phải rượu.
Anhydrit được hình thành như thế nào?
Anhydrit vô cơ được hình thành bằng cách cho nguyên tố phản ứng với oxy. Do đó, nếu nguyên tố là kim loại, một oxit kim loại hoặc anhydrit bazơ được tạo thành; và nếu nó là phi kim loại, một oxit phi kim loại hoặc anhydrit axit được tạo thành.
Đối với anhiđrit hữu cơ, phản ứng là khác nhau. Hai axit cacboxylic không thể tham gia trực tiếp giải phóng nước và tạo thành anhiđrit axit; sự tham gia của một hợp chất chưa được đề cập là cần thiết: acyl clorua, RCOCl.
Axit cacboxylic phản ứng với acyl clorua, tạo ra anhydrit và hiđro clorua tương ứng:
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
Một CH 3 đến từ nhóm axetyl, CH 3 CO–, và CH 3 khác đã có trong axit axetic. Việc lựa chọn một acyl clorua cụ thể, cũng như axit cacboxylic, có thể dẫn đến việc tổng hợp anhydrit axit đối xứng hoặc bất đối xứng.
Anhydrit mạch vòng
Không giống như các axit cacboxylic khác cần acyl clorua, axit dicacboxylic có thể ngưng tụ thành anhydrit tương ứng của chúng. Để làm được điều này, chúng cần được đun nóng để thúc đẩy quá trình giải phóng H 2 O. Ví dụ, sự tạo thành anhydrit phthalic từ axit phthalic được hiển thị.
Sự hình thành anhydrit phthalic. Nguồn: Jü, từ Wikimedia Commons
Lưu ý rằng vòng ngũ giác được hoàn thành như thế nào và oxy tham gia cả hai nhóm C = O là một phần của nó; đây là một anhiđrit mạch vòng. Ngoài ra, có thể đánh giá cao rằng anhydrit phthalic là một anhydrit đối xứng, vì cả R 1 và R 2 đều giống hệt nhau: một vòng thơm.
Không phải tất cả các axit dicacboxylic đều có khả năng tạo thành anhydrit của chúng, vì khi các nhóm COOH của chúng bị phân tách rộng rãi, chúng buộc phải hoàn thành các vòng lớn hơn và lớn hơn. Vòng lớn nhất có thể hình thành là một vòng lục giác, lớn hơn vòng đó không xảy ra phản ứng.
Danh pháp
Anhydrit được đặt tên như thế nào? Bỏ qua những chất vô cơ, liên quan đến vấn đề oxit, tên của các anhydrit hữu cơ được giải thích cho đến nay phụ thuộc vào danh tính của R 1 và R 2 ; nghĩa là, các nhóm acyl của nó.
Nếu hai R giống nhau, chỉ cần thay từ 'axit' bằng 'anhiđrit' 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. Vì vậy, để biết nó được gọi là gì, trước tiên bạn phải xem nó là một anhiđrit axit đối xứng hay bất đối xứng.
(CH 3 CO) 2 O là đối xứng vì R 1 = R 2 = CH 3 . Nó bắt nguồn từ axit axetic hoặc axit ethanoic, vì vậy tên của nó là, theo giải thích trước đây: anhydrit axetic hoặc ethanoic. Điều này cũng đúng với anhydrit phthalic vừa đề cập.
Giả sử chúng ta có anhydrit sau:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Nhóm acetyl ở bên trái đến từ axit axetic, và nhóm ở bên phải đến từ axit heptanoic. Để đặt tên cho anhydrit này, bạn phải đặt tên các nhóm R của nó theo thứ tự bảng chữ cái. Vì vậy, tên của nó là: anhydrit axetic heptanoic.
Các ứng dụng
Anhydrit vô cơ có vô số ứng dụng, từ tổng hợp và chế tạo vật liệu, gốm sứ, chất xúc tác, xi măng, điện cực, phân bón, v.v., đến như một lớp phủ của vỏ trái đất với hàng ngàn khoáng chất sắt và nhôm, và điôxít. carbon do sinh vật sống thở ra.
Chúng đại diện cho nguồn khởi đầu, điểm mà nhiều hợp chất được sử dụng trong tổng hợp vô cơ được tạo ra. Một trong những anhydrit quan trọng nhất là cacbon đioxit, CO 2 . Cùng với nước, nó rất cần thiết cho quá trình quang hợp. Và ở cấp độ công nghiệp, SO 3 rất cần thiết vì thu được axit sunfuric cần thiết từ nó.
Có lẽ anhydrit có nhiều ứng dụng nhất và cần có (khi có sự sống) là một từ axit photphoric: adenosine triphosphat, hay được gọi là ATP, hiện diện trong DNA và là "tiền tệ năng lượng" của quá trình trao đổi chất.
Anhydrit hữu cơ
Anhydrit axit phản ứng thông qua quá trình acyl hóa, với một rượu, tạo thành một este, một amin, tạo ra một amit hoặc một vòng thơm.
Có hàng triệu mỗi hợp chất này, và hàng trăm nghìn lựa chọn axit cacboxylic để tạo ra anhydrit; do đó, các khả năng tổng hợp phát triển đáng kể.
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 trong cấu trúc của nó.
Mỗi anhydrit riêng biệt có các ứng dụng riêng của nó, nhưng nói chung chúng đều phản ứng theo một cách tương tự. Vì lý do này, các loại hợp chất này được sử dụng để sửa đổi cấu trúc cao phân tử, tạo ra các polyme mới; tức là chất đồng trùng hợp, nhựa, chất phủ, v.v.
Ví dụ, anhydrit axetic được sử dụng để axetyl hóa tất cả các nhóm OH của xenlulozơ (hình dưới). Với điều này, mỗi H của OH được thay thế bằng một nhóm axetyl, COCH 3 .
Xenlulozơ. Nguồn: NEUROtiker, từ Wikimedia Commons
Bằng cách này, người ta thu được polyme xenlulozơ axetat. Phản ứng tương tự có thể được phác thảo với các cấu trúc cao phân tử khác có nhóm NH 2 , cũng dễ bị acyl hóa.
Các phản ứng acyl hóa này cũng rất hữu ích cho việc tổng hợp thuốc, chẳng hạn như aspirin ( axit acetylsalicylic ).
Ví dụ
Một số ví dụ khác về anhydrit hữu cơ được hiển thị để kết thúc. Mặc dù không đề cập đến chúng, các nguyên tử oxy có thể được thay thế cho lưu huỳnh, tạo ra lưu huỳnh hoặc thậm chí anhydrit phốt pho.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : anhiđrit benzoic. Nhóm C 6 H 5 đại diện cho một vòng benzen. Sự thủy phân của nó tạo ra hai axit benzoic.
-HCO (O) COH: anhiđrit fomic. Sự thủy phân của nó tạo ra hai axit fomic.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : anhiđrit propanoic benzoic. Sự thủy phân của nó tạo ra axit benzoic và propanoic.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : anhiđrit xiclohexancacboxylic. Không giống như các vòng thơm, chúng bão hòa, không có liên kết đôi.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : anhiđrit butanoic propanoic.
Anhydrit succinic
Anhydrit succinic. Nguồn: Ninjatacoshell, từ Wikimedia Commons
Ở đây bạn có một chu kỳ khác, có nguồn gốc từ axit succinic, một axit dicarboxylic. Lưu ý cách ba nguyên tử oxy tiết lộ bản chất hóa học của loại hợp chất này.
Anhydrit maleic rất giống với anhydrit succinic, với sự khác biệt là có một liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon tạo thành cơ sở của hình ngũ giác.
Anhydrit Glutaric
Anhiđrit gluxit. Nguồn: Choij, từ Wikimedia Commons
Và cuối cùng, anhydrit axit glutaric được hiển thị. Cấu trúc này khác với tất cả các loại khác bởi bao gồm một vòng hình lục giác. Một lần nữa, ba nguyên tử oxy nổi bật trong cấu trúc.
Các anhydrit khác, phức tạp hơn, luôn có thể được chứng minh bằng ba nguyên tử oxy rất gần nhau.
Người giới thiệu
- Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (2019). Anhydrit. Enclyclopaedia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 8 tháng 1 năm 2019). Axit Anhydrit Định nghĩa trong Hóa học. Phục hồi từ: thinkco.com
- Hóa học LibreTexts. (sf). Anhydrit. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Hóa học hữu cơ. Các amin. ( Tái bản lần thứ 10. ). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Hóa học hữu cơ. (Tái bản lần thứ sáu). Đồi Mc Graw.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
- Morrison và Boyd. (Năm 1987). Hóa học hữu cơ. (Phiên bản thứ năm). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Anhiđrit axit hữu cơ. Khôi phục từ: en.wikipedia.org