คุณสมบัติของแอนไฮดรัส, การเกิดขึ้น, การตั้งชื่อ, การใช้งาน

แอนไฮได เป็นสารประกอบทางเคมีที่เกิดจากการรวมตัวกันของโมเลกุลสองโมเลกุลผ่านการปล่อยน้ำ ดังนั้นมันอาจถูกมองว่าเป็นการขาดน้ำของสารเริ่มต้น แม้ว่ามันจะไม่เป็นความจริง.

ในการพูดถึงสารอินทรีย์และอนินทรีย์นั้นทำจากพวกเขาและในสาขาทั้งสองความเข้าใจของพวกเขาแตกต่างกันไปในระดับที่มองเห็นได้ ยกตัวอย่างเช่นเคมีอนินทรีย์ออกไซด์พื้นฐานและกรดจะถูกพิจารณาว่าเป็นแอนไฮไดรด์ของไฮดรอกไซด์และกรดตามลำดับเนื่องจากในอดีตทำปฏิกิริยากับน้ำในรูปแบบหลัง.

ความสับสนเกิดขึ้นที่นี่ระหว่างคำว่า 'anhydrous' และ 'anhydride' โดยทั่วไปแอนไฮไดรัสหมายถึงสารประกอบที่ขาดน้ำโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะทางเคมีของมัน (ไม่มีปฏิกิริยา); ในขณะที่แอนไฮไดรด์มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีสะท้อนอยู่ในโครงสร้างโมเลกุล.

หากเปรียบเทียบไฮดรอกไซด์และกรดกับออกไซด์ (หรือแอนไฮไดรด์) ที่เกี่ยวข้องจะพบว่ามีปฏิกิริยา ในทางตรงกันข้ามออกไซด์หรือเกลือบางชนิดอาจถูกทำให้เป็นน้ำสูญเสียน้ำและยังคงเป็นสารประกอบเดียวกันอยู่ แต่ไม่มีน้ำนั่นคือไม่มีน้ำ.

ในทางเคมีอินทรีย์ตรงกันข้ามแอนไฮไดรด์มีความหมายอย่างไร ตัวอย่างเช่นแอนไฮไดรด์ที่รู้จักมากที่สุดอย่างหนึ่งคืออนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิก (ภาพบนสุด) เหล่านี้ประกอบด้วยสหภาพสองกลุ่ม acyl (-RCO) โดยใช้อะตอมออกซิเจน.

ในโครงสร้างทั่วไปมันจะแสดง R₁ สำหรับกลุ่ม acyl และ R₂ สำหรับกลุ่ม acyl ที่สอง เพราะอาร์₁ และ R₂ พวกมันแตกต่างกันพวกมันมาจากกรดคาร์บอกซิลิกที่แตกต่างกันและจากนั้นก็จะเป็นแอนไฮไดรด์กรด เมื่อทั้งสององค์ประกอบย่อย R (หรือไม่ว่าพวกเขาจะหอม) เหมือนกันเรากำลังพูดถึงในกรณีของกรดสมมาตรแอนไฮไดรด์.

ในช่วงเวลาของการเชื่อมกรดคาร์บอกซิลิกสองตัวเพื่อสร้างแอนไฮไดรด์น้ำอาจเกิดขึ้นหรืออาจไม่เกิดขึ้น ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของกรดดังกล่าว.

ดัชนี

• 1 คุณสมบัติของแอนไฮไดรด์
  • 1.1 ปฏิกิริยาทางเคมี
• 2 แอนไฮไดรด์เกิดขึ้นได้อย่างไร?
  • 2.1 แอนไฮไซคลิกวน
• 3 ศัพท์
• 4 การใช้งาน
  • 4.1 แอนไฮไดด์อินทรีย์
• 5 ตัวอย่าง
  • 5.1 Succinic anhydride
  • 5.2 Glutaric anhydride
• 6 อ้างอิง

คุณสมบัติของแอนไฮไดรด์

คุณสมบัติของแอนไฮไดรด์จะขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณอ้างถึง เกือบทั้งหมดมีเหมือนกันว่าพวกเขาทำปฏิกิริยากับน้ำ อย่างไรก็ตามสำหรับสิ่งที่เรียกว่าแอนไฮไดพื้นฐานในอนินทรีย์จริง ๆ แล้วหลายคนยังไม่ละลายในน้ำ (MgO) ดังนั้นคำกล่าวนี้จะเน้นไปที่แอนไฮไดรด์ของกรดคาร์บอกซิลิก.

จุดหลอมเหลวและจุดเดือดตกลงบนโครงสร้างโมเลกุลและปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลสำหรับ (RCO)₂หรือนี่คือสูตรทางเคมีทั่วไปของสารประกอบอินทรีย์เหล่านี้.

ถ้ามวลโมเลกุลของ (RCO)₂หรือมันต่ำอาจเป็นของเหลวที่ไม่มีสีที่อุณหภูมิห้องและความดัน ตัวอย่างเช่น acetic anhydride (หรือ ethanoic anhydride), (CH₃CO)₂หรือเป็นของเหลวและเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่สำคัญยิ่งกว่าเนื่องจากมีการผลิตอย่างมากมาย.

ปฏิกิริยาระหว่างอะซิติกแอนไฮไดรด์และน้ำจะถูกแทนด้วยสมการทางเคมีต่อไปนี้:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

โปรดทราบว่าเมื่อเพิ่มโมเลกุลของน้ำโมเลกุลของกรดอะซิติกจะถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาย้อนกลับไม่สามารถเกิดขึ้นได้สำหรับกรดอะซิติก:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (ไม่เกิดขึ้น)

จำเป็นต้องหันไปใช้เส้นทางสังเคราะห์อื่น ในทางกลับกันกรดดิคาร์บอกซิลิกสามารถทำได้โดยการให้ความร้อน แต่จะอธิบายในหัวข้อถัดไป.

ปฏิกิริยาเคมี

การย่อยสลาย

หนึ่งในปฏิกิริยาที่ง่ายที่สุดของแอนไฮไดรด์คือการไฮโดรไลซิสของพวกมันซึ่งเพิ่งถูกแสดงให้เห็นสำหรับอะซิติกแอนไฮไดรด์ นอกเหนือจากตัวอย่างนี้เรามีกรดกำมะถัน:

H₂S₂O₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

ที่นี่คุณมีกรดอนินทรีย์แอนไฮไดรด์ โปรดทราบว่าสำหรับ H₂S₂O₇ (เรียกอีกอย่างว่ากรด disulphuric) ปฏิกิริยาของตัวเองนั้นสามารถย้อนกลับได้ดังนั้นให้ความร้อน H₂SW₄ ผลเข้มข้นในการก่อตัวของแอนไฮ หากในอีกทางหนึ่งมันเป็นวิธีการเจือจางของ H₂SW₄, ดังนั้นจึงได้รับการปล่อยตัว₃, สารประกอบกำมะถัน.

esterification

กรดแอนไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์โดยมีไพริดีนอยู่ตรงกลางเพื่อให้เอสเตอร์และกรดคาร์บอกซิลิก ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาระหว่างอะซิติกแอนไฮไดรด์กับเอทานอล:

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

ดังนั้นการสร้างเอทิลเอสเทอโนเอท, CH₃CO₂CH₂CH₃, และกรดเอทาโนอิค (กรดอะซิติก).

สิ่งที่เกิดขึ้นคือการแทนที่ไฮโดรเจนของกลุ่มไฮดรอกซิลโดยกลุ่มอะซิล:

R₁-OH => R₁-OCOR₂

ในกรณีของ (CH₃CO)₂หรือกลุ่ม acyl ของคุณคือ -COCH₃. ดังนั้นจึงมีการกล่าวกันว่ากลุ่ม OH กำลังทุกข์ทรมานจากความไม่เป็นระเบียบ อย่างไรก็ตาม acylation และ esterification ไม่ใช่แนวคิดที่ใช้แทนกันได้ ความเป็นกรดสามารถเกิดขึ้นได้โดยตรงในวงแหวนอะโรมาติกหรือที่รู้จักกันในชื่อ.

ดังนั้นแอลกอฮอล์ในที่ที่มีกรดแอนไฮไดด์จะถูกทำให้เป็นกรดโดยการทำให้เป็นกรด.

ในอีกด้านหนึ่งมีเพียงหนึ่งในสองกลุ่มที่ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์และอีกกลุ่มอยู่กับไฮโดรเจนในการสร้างกรดคาร์บอกซิลิก สำหรับกรณีของ (CH₃CO)₂หรือเป็นกรดเอทาโนอิค.

amidation

กรดแอนไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียหรือเอมีน (ประถมและมัธยม) เพื่อให้เอไมด์ ปฏิกิริยานี้คล้ายกับเอสเทอริฟิเคชั่นที่อธิบาย แต่ ROH จะถูกแทนที่ด้วยเอมีน ตัวอย่างเช่น amine สำรอง, R₂NH.

อีกครั้งปฏิกิริยาระหว่าง (CH₃CO)₂O และ diethylamine, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONET₂ + CH₃ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายปฏิบัติการ^-+NH₂et₂

และ diethylacetamide, CH จะเกิดขึ้น₃CONET₂, และเกลือแอมโมเนียมคาร์บอกซิล CH₃ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายปฏิบัติการ^-+NH₂et₂.

แม้ว่าสมการอาจดูเหมือนยากที่จะเข้าใจเพียงเล็กน้อย แต่ก็เพียงพอที่จะสังเกตว่ากลุ่ม -COCH₃ แทนที่ H ของ Et₂NH เพื่อก่อ amide:

et₂NH => Et₂NCOCH₃

ยิ่งกว่าเรื่องของปฏิกริยาปฏิกิริยายังคงเป็น acylation สรุปทุกอย่างในคำนั้น คราวนี้เอมีนทนทุกข์ทรมานจากความตื่นตระหนกไม่ใช่แอลกอฮอล์.

แอนไฮไดรด์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

อนินทรีย์แอนไฮไดรด์เกิดขึ้นจากการทำปฏิกิริยาองค์ประกอบกับออกซิเจน ดังนั้นหากองค์ประกอบนั้นเป็นโลหะออกไซด์โลหะพื้นฐานหรือแอนไฮไดรด์จะเกิดขึ้น และถ้าไม่ใช่อโลหะจะเกิดออกไซด์อโลหะหรือกรดแอนไฮไดรด์ขึ้น.

สำหรับแอนไฮไดด์อินทรีย์ปฏิกิริยาจะแตกต่างกัน กรดคาร์บอกซิลิกสองชนิดไม่สามารถจับกับน้ำโดยตรงและก่อให้เกิดกรดแอนไฮไดรด์ การมีส่วนร่วมของสารประกอบที่ยังไม่ได้กล่าวถึง: อะซิลคลอไรด์, RCOCl.

กรดคาร์บอกซิลิกทำปฏิกิริยากับอะซิลคลอไรด์ทำให้เกิดแอนไฮไดรด์และไฮโดรเจนคลอไรด์ตามลำดับ:

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

CH₃ มาจากกลุ่ม acetyl, CH₃CO- และอื่น ๆ มีอยู่แล้วในกรดอะซิติก ทางเลือกของ acyl คลอไรด์ที่เฉพาะเจาะจงเช่นเดียวกับกรดคาร์บอกซิลิกสามารถทำให้เกิดการสังเคราะห์ของสมมาตรหรือไม่สมมาตรแอนไฮไดด์.

ไซคลิกแอนไฮไดรด์

ซึ่งแตกต่างจากกรดคาร์บอกซิลิกอื่น ๆ ที่ต้องการกรดอะซิลคลอไรด์กรดไดคาร์บอกซิลิกสามารถควบแน่นในแอนไฮไดรด์ที่เกี่ยวข้องได้ สำหรับสิ่งนี้มีความจำเป็นที่จะต้องให้ความร้อนพวกมันเพื่อส่งเสริมการปลดปล่อย H₂ตัวอย่างเช่นการก่อตัวของพาทาลิกแอนไฮไดรด์จากกรดพาทาลิกแสดงขึ้น.

สังเกตว่าวงแหวนรูปห้าเหลี่ยมนั้นเสร็จสมบูรณ์และออกซิเจนที่ผูกทั้งสองกลุ่ม C = O เป็นส่วนหนึ่งของมัน นี่คือไซคลิกแอนไฮไดรด์ นอกจากนี้จะเห็นได้ว่า phthalic anhydride นั้นเป็น symmetric anhydride เนื่องจากทั้ง R₁ ในฐานะ R₂ พวกมันเหมือนกัน: วงแหวนที่มีกลิ่นหอม.

กรดดิคาร์บอกซิลิกบางชนิดไม่สามารถสร้างแอนไฮไดรด์ของพวกเขาได้เพราะเมื่อกลุ่ม COOH ของพวกเขาถูกแยกออกจากกันอย่างกว้างขวางพวกเขาถูกบังคับให้ทำวงแหวนขนาดใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้น แหวนที่ใหญ่ที่สุดที่สามารถเกิดขึ้นได้นั้นเป็นแหวนหกเหลี่ยมซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าที่ไม่เกิดปฏิกิริยา.

ศัพท์เฉพาะ

แอนไฮไดรด์มีชื่ออย่างไร? ออกจากอนินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับออกไซด์ชื่อของแอนไฮไดด์อินทรีย์ที่ได้อธิบายไว้นั้นขึ้นอยู่กับตัวตนของ R₁ และ R₂; นั่นคือจากกลุ่มอะซิล.

หาก R สองตัวเหมือนกันก็เพียงพอที่จะแทนที่คำว่า 'กรด' แทน 'แอนไฮไดรด์' ในชื่อของกรดคาร์บอกซิลิกตามลำดับ และถ้าในทางกลับกันอาร์เอสทั้งสองนั้นต่างกันพวกมันจะถูกเรียงตามลำดับตัวอักษร ดังนั้นเพื่อที่จะทราบว่าจะเรียกมันว่าอะไรจำเป็นต้องดูก่อนว่ามันเป็นแอนไฮไดรด์แบบสมมาตรหรือไม่สมมาตร.

(CH₃CO)₂หรือมันสมมาตรตั้งแต่ R₁= R₂ = CH₃. อนุพันธ์ของกรดอะซิติกหรือกรดเอทาโนนิคดังนั้นชื่อจึงเป็นไปตามคำอธิบายก่อนหน้านี้: อะซิติกแอนไฮไดรด์หรือเอททาโนอิค เช่นเดียวกับ phthalic anhydride ที่กล่าวถึง.

สมมติว่าคุณมีแอนไฮไดรด์ต่อไปนี้:

CH₃CO (O) COCH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

กลุ่ม acetyl ทางด้านซ้ายมาจากกรดอะซิติกและกลุ่มทางด้านขวามาจากกรด heptanoic ในการตั้งชื่อแอนไฮไดรด์นี้คุณจะต้องตั้งชื่อกลุ่ม R ตามลำดับตัวอักษร ดังนั้นชื่อของมันคือ: heptanoic acetic anhydride.

การใช้งาน

อนินทรีย์แอนไฮไดรด์มีแอปพลิเคชั่นมากมายนับตั้งแต่การสังเคราะห์และการกำหนดวัสดุเซรามิกตัวเร่งปฏิกิริยาซีเมนต์ซีเมนต์ขั้วไฟฟ้าปุ๋ย ฯลฯ จนถึงการเคลือบผิวเปลือกโลกด้วยแร่เหล็กและอะลูมิเนียมนับพัน ของคาร์บอนที่หายใจออกโดยสิ่งมีชีวิต.

พวกมันเป็นตัวแทนของแหล่งกำเนิดสินค้าซึ่งเป็นจุดที่สารประกอบหลายชนิดใช้ในการสังเคราะห์อนินทรีย์ แอนไฮไดรด์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคือคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂. มันพร้อมกับน้ำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง และในระดับอุตสาหกรรม SO₃ มันเป็นสิ่งสำคัญยิ่งเนื่องจากจำเลยได้รับกรดกำมะถันจากมัน.

บางทีแอนไฮไดรด์ที่มีการใช้งานมากขึ้นและมี (ตราบเท่าที่มีชีวิต) นั้นเป็นหนึ่งในกรดฟอสฟอริก: อะดีโนซีนไตรฟอสเฟตหรือที่รู้จักกันดีในชื่อเอทีพีใน DNA และ.

แอนไฮไดด์อินทรีย์

กรดแอนไฮไดรด์ทำปฏิกิริยาโดย acylation ไม่ว่าจะเป็นแอลกอฮอล์กลายเป็นเอสเตอร์ไปเป็นเอมีนทำให้เกิดเอไมด์หรือแหวนอะโรมาติก.

มีสารประกอบเหล่านี้นับล้านแต่ละตัวและตัวเลือกกรดคาร์บอกซิลิกนับแสนเพื่อเตรียมแอนไฮไดรด์ ดังนั้นความเป็นไปได้ในการสังเคราะห์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก.

ดังนั้นหนึ่งในแอปพลิเคชันหลักคือการรวมกลุ่ม acyl เข้ากับสารประกอบโดยแทนที่หนึ่งในอะตอมหรือกลุ่มของโครงสร้าง.

แอนไฮไดรด์แต่ละตัวจะมีแอปพลิเคชั่นของตัวเองแยกกัน แต่โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะมีปฏิกิริยาคล้ายกัน ด้วยเหตุนี้สารประกอบประเภทนี้จึงถูกนำมาใช้เพื่อปรับเปลี่ยนโครงสร้างพอลิเมอร์เพื่อสร้างพอลิเมอร์ใหม่ นั่นคือโคพอลิเมอร์เรซินการเคลือบ ฯลฯ.

ยกตัวอย่างเช่นอะซิติกแอนไฮไดรด์จะใช้ในการสังเคราะห์กลุ่มเซลลูโลส OH ทั้งหมด (ภาพด้านล่าง) ด้วยวิธีนี้แต่ละ H ของ OH จะถูกแทนที่ด้วยกลุ่ม acetyl, COCH₃.

ด้วยวิธีนี้ได้รับเซลลูโลสอะซิเตทโพลีเมอร์ ปฏิกิริยาเดียวกันนี้สามารถถูกร่างด้วยโครงสร้างพอลิเมอร์อื่น ๆ กับกลุ่ม NH₂, ยังไวต่อการเกิด acylation.

ปฏิกิริยา acylation เหล่านี้ยังมีประโยชน์สำหรับการสังเคราะห์ยาเช่นแอสไพริน (กรด acetylซาลิไซลิ).

ตัวอย่าง

ตัวอย่างอื่น ๆ ของสารประกอบอินทรีย์จะแสดงให้เสร็จ แม้ว่าจะไม่มีการกล่าวถึงพวกมัน แต่อะตอมออกซิเจนสามารถถูกแทนที่ด้วยกำมะถันทำให้กำมะถันหรือแม้แต่ฟอสฟอรัสแอนไฮไดรด์.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: แอนไฮไดเบนโซอิก กลุ่มค₆H₅ แสดงให้เห็นถึงแหวนเบนซิน การย่อยสลายของมันผลิตกรดเบนโซอิกสองชนิด.

-HCO (O) COH: ฟอร์มิกแอนไฮไดรด์ การย่อยสลายของมันผลิตกรดฟอร์มิคสองชนิด.

- C₆H₅CO (O) COCH₂CH₃: benzoic propanoic anhydride การย่อยสลายของมันผลิตกรดเบนโซอิกและโพรทาโนอิค.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: cyclohexanecarboxylic แอนไฮไดรด์ ต่างจากวงแหวนอะโรมาติกซึ่งมีความอิ่มตัวโดยไม่มีพันธะคู่.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) COCH₂CH₃: บิวทาโนอิคโพรทาโนอิคแอนไฮไดรด์.

Succinic anhydride

ที่นี่เรามีไซคลิกอื่นมาจากกรดซัคซินิกกรดดิคาร์บอกซิลิก ขอให้สังเกตว่าอะตอมของออกซิเจนทั้งสามนั้นหักหลังลักษณะทางเคมีของสารประกอบชนิดนี้อย่างไร.

มาลิกแอนไฮไดรด์คล้ายกับซัคซินิคแอนไฮไดรด์โดยมีความแตกต่างว่ามีพันธะคู่ระหว่างคาร์บอนที่ก่อตัวเป็นฐานของเพนตากอน.

แอนไฮไดรด์กลูตาริค

และในที่สุดก็แสดงแอนไฮไดรด์ของกรดกลูตาริค โครงสร้างนี้มีความแตกต่างจากคนอื่น ๆ ทั้งหมดโดยประกอบด้วยแหวนหกเหลี่ยม อีกครั้งอะตอมออกซิเจนทั้งสามโดดเด่นในโครงสร้าง.

แอนไฮไดรด์อื่น ๆ ที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถเป็นหลักฐานได้โดยอะตอมออกซิเจนสามอะตอมที่อยู่ใกล้กันมาก.

การอ้างอิง

1. บรรณาธิการสารานุกรมบริแทนนิกา (2019) วัตถุแอฮิไดรด์ Encryclopaedia Britannica ดึงมาจาก: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 มกราคม 2019) นิยามกรดแอนไฮไดรด์ในวิชาเคมี ดึงมาจาก: thoughtco.com
3. เคมีเคมี ( N.d. ) anhydrides ดึงมาจาก: chem.libretexts.org
4. Graham Solomons T.W. , Craig B. Fryhle (2011) เคมีอินทรีย์ เอมีน (10^TH ฉบับที่.) ไวลีย์พลัส.
5. Carey F. (2008) เคมีอินทรีย์ (ฉบับที่หก) Mc Graw Hill.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้.
7. มอร์ริสันและบอยด์ (1987) เคมีอินทรีย์ (ฉบับที่ห้า) Addison-Wesley Iberoamericana.
8. วิกิพีเดีย (2019) กรดอินทรีย์แอนไฮไดรด์ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org