- Proprietà delle anidridi
- Reazioni chimiche
- Idrolisi
- esterificazione
- ammidazione
- Come si formano le anidridi?
- Anidridi cicliche
- Nomenclatura
- applicazioni
- Anidridi organiche
- Esempi
- Anidride succinica
- Anidride glutarica
- Riferimenti
Le anidridi sono composti chimici originati dall'unione di due molecole mediante rilascio di acqua. Quindi, potrebbe essere visto come una disidratazione delle sostanze iniziali; anche se non è esattamente vero.
Nella chimica organica e inorganica sono menzionati e in entrambi i rami la loro comprensione differisce in misura apprezzabile. Ad esempio, in chimica inorganica gli ossidi basici e acidi sono considerati rispettivamente come le anidridi dei loro idrossidi e acidi, poiché i primi reagiscono con l'acqua per formare i secondi.
Struttura generale delle anidridi. Fonte: DrEmmettBrownie, da Wikimedia Commons
In questo caso, può sorgere confusione tra i termini "anidro" e "anidride". Generalmente, anidro si riferisce a un composto a cui è stato disidratato senza cambiamenti nella sua natura chimica (non c'è reazione); mentre con un'anidride, c'è un cambiamento chimico, riflesso nella struttura molecolare.
Se gli idrossidi e gli acidi vengono confrontati con i loro corrispondenti ossidi (o anidridi), si vedrà che c'è stata una reazione. Al contrario, alcuni ossidi o sali possono essere idratati, perdere acqua e rimanere gli stessi composti; ma, senza acqua, cioè anidro.
In chimica organica, invece, ciò che si intende per anidride è la definizione iniziale. Ad esempio, una delle anidridi più conosciute sono quelle derivate da acidi carbossilici (immagine in alto). Questi consistono nell'unione di due gruppi acilici (-RCO) attraverso un atomo di ossigeno.
Nella sua struttura generale, R 1 è indicato per un gruppo acile e R 2 per il secondo gruppo acile. Poiché R 1 e R 2 sono diversi, provengono da diversi acidi carbossilici ed è quindi un'anidride acida asimmetrica. Quando entrambi i sostituenti R (aromatici o meno) sono uguali, in questo caso si parla di un'anidride acida simmetrica.
Quando due acidi carbossilici si legano per formare l'anidride, l'acqua può o meno formarsi, così come altri composti. Tutto dipenderà dalla struttura di questi acidi.
Proprietà delle anidridi
Le proprietà delle anidridi dipenderanno da quelle a cui ti riferisci. La maggior parte di loro ha in comune che reagiscono con l'acqua. Tuttavia, per le cosiddette anidridi di base inorganiche, in realtà molte di esse sono persino insolubili in acqua (MgO), quindi questa affermazione si concentrerà sulle anidridi degli acidi carbossilici.
I punti di fusione e di ebollizione si trovano nella struttura molecolare e nelle interazioni intermolecolari per (RCO) 2 O, essendo questa la formula chimica generale di questi composti organici.
Se la massa molecolare di (RCO) 2 O è bassa, è probabilmente un liquido incolore a temperatura e pressione ambiente. Ad esempio, l'anidride acetica (o anidride etanoica), (CH 3 CO) 2 O, è un liquido e di maggiore importanza industriale, la sua produzione è molto vasta.
La reazione tra anidride acetica e acqua è rappresentata dalla seguente equazione chimica:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
Si noti che quando viene aggiunta la molecola d'acqua, vengono rilasciate due molecole di acido acetico. La reazione inversa, tuttavia, non può verificarsi per l'acido acetico:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (Non si verifica)
È necessario ricorrere a un altro percorso sintetico. Gli acidi dicarbossilici, d'altra parte, possono farlo riscaldando; ma verrà spiegato nella prossima sezione.
Reazioni chimiche
Idrolisi
Una delle reazioni più semplici delle anidridi è la loro idrolisi, che è stata appena dimostrata per l'anidride acetica. Oltre a questo esempio, c'è quello dell'anidride dell'acido solforico:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Qui hai un'anidride acida inorganica. Si noti che per H 2 S 2 O 7 (chiamato anche acido disolforico), la reazione è reversibile, quindi riscaldando H 2 SO 4 concentrato si ottiene la formazione della sua anidride. Se invece si tratta di una soluzione diluita di H 2 SO 4 , viene rilasciata SO 3 , anidride solforica.
esterificazione
Le anidridi acide reagiscono con gli alcoli, con la piridina in mezzo, per dare un estere e un acido carbossilico. Si consideri ad esempio la reazione tra anidride acetica ed etanolo:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Formando così l'estere etanoato di etile, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 e acido etanoico (acido acetico).
In pratica, ciò che accade è la sostituzione dell'idrogeno del gruppo idrossile, con un gruppo acile:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
Nel caso di (CH 3 CO) 2 O, il suo gruppo acile è -COCH 3 . Pertanto, si dice che il gruppo OH sia sottoposto ad acilazione. Tuttavia, acilazione ed esterificazione non sono concetti intercambiabili; l'acilazione può avvenire direttamente su un anello aromatico, noto come acilazione di Friedel-Crafts.
Pertanto, gli alcoli in presenza di anidridi acide vengono esterificati mediante acilazione.
D'altra parte solo uno dei due gruppi acilici reagisce con l'alcol, l'altro rimane con l'idrogeno, formando un acido carbossilico; che per il caso di (CH 3 CO) 2 O, è acido etanoico.
ammidazione
Le anidridi acide reagiscono con l'ammoniaca o le ammine (primarie e secondarie) per dare origine alle ammidi. La reazione è molto simile all'esterificazione appena descritta, ma il ROH è sostituito da un'ammina; per esempio, un'ammina secondaria, R 2 NH.
Anche in questo caso, la reazione tra (CH 3 CO) 2 O e dietilammina, Et 2 NH è considerata:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
E si formano dietilacetammide , CH 3 CONEt 2 e un sale di ammonio carbossilato, CH 3 COO - + NH 2 Et 2 .
Sebbene l'equazione possa sembrare un po 'difficile da capire, è sufficiente osservare come il gruppo -COCH 3 sostituisce l'H di un Et 2 NH per formare l'ammide:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
Piuttosto che amidazione, la reazione è ancora acilazione. Tutto si riassume in quella parola; questa volta, l'ammina subisce l'acilazione e non l'alcol.
Come si formano le anidridi?
Le anidridi inorganiche si formano facendo reagire l'elemento con l'ossigeno. Pertanto, se l'elemento è metallico, si forma un ossido metallico o un'anidride basica; e se non è metallico, si forma un ossido non metallico o un'anidride acida.
Per le anidridi organiche, la reazione è diversa. Due acidi carbossilici non possono unirsi direttamente per rilasciare acqua e formare anidride acida; è necessaria la partecipazione di un composto non ancora menzionato: cloruro di acile, RCOCl.
L'acido carbossilico reagisce con il cloruro acilico, producendo la rispettiva anidride e acido cloridrico:
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
Un CH 3 proviene dal gruppo acetile, CH 3 CO–, e l'altro è già presente nell'acido acetico. La scelta di uno specifico cloruro acilico, così come dell'acido carbossilico, può portare alla sintesi di un'anidride acida simmetrica o asimmetrica.
Anidridi cicliche
A differenza degli altri acidi carbossilici che richiedono un cloruro acilico, gli acidi bicarbossilici possono condensare nella loro corrispondente anidride. Per fare ciò, devono essere riscaldati per promuovere il rilascio di H 2 O. Ad esempio, viene mostrata la formazione di anidride ftalica dall'acido ftalico.
Formazione di anidride ftalica. Fonte: Jü, da Wikimedia Commons
Nota come l'anello pentagonale è completato e l'ossigeno che unisce entrambi i gruppi C = O ne fa parte; questa è un'anidride ciclica. Inoltre, si può apprezzare che l'anidride ftalica è un'anidride simmetrica, poiché sia R 1 che R 2 sono identici: un anello aromatico.
Non tutti gli acidi bicarbossilici sono in grado di formare la loro anidride, poiché quando i loro gruppi COOH sono ampiamente separati, sono costretti a completare anelli sempre più grandi. L'anello più grande che si può formare è esagonale, più grande di quello in cui non avviene la reazione.
Nomenclatura
Come si chiamano le anidridi? Tralasciando quelli inorganici, attinenti alle problematiche di ossido, i nomi delle anidridi organiche fin qui spiegate dipendono dall'identità di R 1 e R 2 ; cioè dei suoi gruppi acilici.
Se le due R sono uguali, sostituire semplicemente la parola "acido" con "anidride" nel rispettivo nome dell'acido carbossilico. E se, al contrario, le due R sono diverse, vengono nominate in ordine alfabetico. Pertanto, per sapere come chiamarlo, devi prima vedere se è un'anidride acida simmetrica o asimmetrica.
(CH 3 CO) 2 O è simmetrico, poiché R 1 = R 2 = CH 3 . Deriva dall'acido acetico o etanoico, quindi il suo nome è, seguendo la spiegazione precedente: anidride acetica o etanoica. Lo stesso vale per l'anidride ftalica appena citata.
Supponiamo di avere la seguente anidride:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
Il gruppo acetile a sinistra proviene dall'acido acetico e quello a destra dall'acido eptanoico. Per denominare questa anidride è necessario nominare i suoi gruppi R in ordine alfabetico. Quindi, il suo nome è: anidride acetica eptanoica.
applicazioni
Le anidridi inorganiche hanno una miriade di applicazioni, dalla sintesi e formulazione di materiali, ceramiche, catalizzatori, cementi, elettrodi, fertilizzanti, ecc., Fino a rivestire la crosta terrestre con le sue migliaia di minerali di ferro e alluminio e diossido di carbonio espirato dagli organismi viventi.
Rappresentano la fonte di partenza, il punto da cui derivano molti composti utilizzati nelle sintesi inorganiche. Una delle anidridi più importanti è l'anidride carbonica, CO 2 . È, insieme all'acqua, essenziale per la fotosintesi. E a livello industriale, SO 3 è essenziale poiché da esso si ottiene l'acido solforico richiesto.
Forse l'anidride con più applicazioni e da avere (finché c'è vita) è quella dell'acido fosforico: l'adenosina trifosfato, meglio conosciuta come ATP, presente nel DNA e la "moneta energetica" del metabolismo.
Anidridi organiche
Le anidridi acide reagiscono per acilazione, ad un alcol, formando un estere, un'ammina, dando origine ad un'ammide o un anello aromatico.
Esistono milioni di ciascuno di questi composti e centinaia di migliaia di opzioni di acido carbossilico per produrre un'anidride; pertanto, le possibilità sintetiche crescono notevolmente.
Pertanto, una delle applicazioni principali è incorporare un gruppo acile in un composto, sostituendo uno degli atomi o gruppi della sua struttura.
Ogni anidride separata ha le sue applicazioni, ma in generale reagiscono tutte in modo simile. Per questo motivo, questi tipi di composti vengono utilizzati per modificare le strutture polimeriche, creando nuovi polimeri; cioè copolimeri, resine, rivestimenti, ecc.
Ad esempio, l'anidride acetica viene utilizzata per acetilare tutti i gruppi OH della cellulosa (immagine in basso). Con questo, ogni H dell'OH viene sostituito da un gruppo acetile, COCH 3 .
Cellulosa. Fonte: NEUROtiker, da Wikimedia Commons
In questo modo si ottiene il polimero acetato di cellulosa. La stessa reazione può essere delineata con altre strutture polimeriche con gruppi NH 2 , anch'esse suscettibili di acilazione.
Queste reazioni di acilazione sono utili anche per la sintesi di farmaci, come l'aspirina ( acido acetilsalicilico ).
Esempi
Alcuni altri esempi di anidridi organiche sono mostrati per finire. Sebbene non venga fatta alcuna menzione di loro, gli atomi di ossigeno possono essere sostituiti allo zolfo, dando zolfo, o anche anidridi fosforose.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : anidride benzoica. Il gruppo C 6 H 5 rappresenta un anello benzenico. La sua idrolisi produce due acidi benzoici.
-HCO (O) COH: anidride formica. La sua idrolisi produce due acidi formici.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : anidride propanoica benzoica. La sua idrolisi produce acidi benzoico e propanoico.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : anidride cicloesancarbossilica. A differenza degli anelli aromatici, questi sono saturi, senza doppi legami.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : anidride butanoica propanoica.
Anidride succinica
Anidride succinica. Fonte: Ninjatacoshell, da Wikimedia Commons
Ecco un altro ciclico, derivato dall'acido succinico, un acido bicarbossilico. Nota come i tre atomi di ossigeno rivelano la natura chimica di questo tipo di composto.
L'anidride maleica è molto simile all'anidride succinica, con la differenza che c'è un doppio legame tra i carboni che formano la base del pentagono.
Anidride glutarica
Anidride glutarica. Fonte: Choij, da Wikimedia Commons
E infine, viene mostrata l'anidride dell'acido glutarico. Questo si differenzia strutturalmente da tutti gli altri per essere costituito da un anello esagonale. Ancora una volta, i tre atomi di ossigeno risaltano nella struttura.
Altre anidridi, più complesse, possono sempre essere evidenziate dai tre atomi di ossigeno molto vicini tra loro.
Riferimenti
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (2019). Anidride. Enclyclopaedia Britannica. Estratto da: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 gennaio 2019). Definizione di anidride acida in chimica. Estratto da: thoughtco.com
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- Wikipedia. (2019). Anidride acida organica. Estratto da: en.wikipedia.org