- خصائص الأنهيدريدات
- تفاعلات كيميائية
- التحلل المائي
- الأسترة
- وسط
- كيف تتشكل أنهيدريد؟
- أنهيدريدات دورية
- التسمية
- التطبيقات
- أنهيدريدات عضوية
- أمثلة
- أنهيدريد سكسينيك
- أنهيدريد الجلوتاريك
- المراجع
و المركبات الحمضية اثنين هي مركبات كيميائية تنشأ من اتحاد اثنين من جزيئات عن طريق الإفراج عن المياه. وبالتالي ، يمكن اعتباره تجفافًا للمواد الأولية ؛ على الرغم من أن هذا ليس صحيحًا تمامًا.
في الكيمياء العضوية وغير العضوية ، تم ذكرهم ، وفي كلا الفرعين يختلف فهمهم إلى درجة ملحوظة. على سبيل المثال ، في الكيمياء غير العضوية ، تعتبر الأكاسيد القاعدية والحمضية على أنها أنهيدريدات هيدروكسيداتها وأحماضها على التوالي ، حيث يتفاعل الأول مع الماء لتكوين الأخير.
الهيكل العام للأنهيدريدات. المصدر: DrEmmettBrownie ، من ويكيميديا كومنز
هنا ، يمكن أن ينشأ التباس بين المصطلحين "لا مائي" و "أنهيدريد". بشكل عام ، يشير اللامائي إلى مركب تم تجفيفه دون تغيير في طبيعته الكيميائية (لا يوجد تفاعل) ؛ بينما مع أنهيدريد ، هناك تغير كيميائي ينعكس في التركيب الجزيئي.
إذا قورنت الهيدروكسيدات والأحماض مع أكاسيدها المقابلة (أو أنهيدريد) ، سيتبين أن هناك تفاعل. في المقابل ، يمكن أن تكون بعض الأكاسيد أو الأملاح رطبة ، وتفقد الماء ، وتبقى كما هي ؛ ولكن بدون ماء ، أي لا مائي.
من ناحية أخرى ، في الكيمياء العضوية ، ما يعنيه أنهيدريد هو التعريف الأولي. على سبيل المثال ، من أشهر أنواع أنهيدريدات تلك المشتقة من الأحماض الكربوكسيلية (الصورة العلوية). تتكون هذه من اتحاد مجموعتين من الأسيل (-RCO) من خلال ذرة أكسجين.
في هيكلها العام ، يشار إلى R 1 لمجموعة أسيل واحدة ، و R 2 لمجموعة أسيل ثانية. نظرًا لاختلاف R 1 و R 2 ، فهما يأتيان من أحماض كربوكسيلية مختلفة ومن ثم فهو حمض غير متماثل أنهيدريد. عندما تكون بدائل R (سواء كانت عطرية أم لا) متماثلة ، يشار إليها في هذه الحالة باسم أنهيدريد حمض متماثل.
عندما يرتبط نوعان من الأحماض الكربوكسيلية لتكوين أنهيدريد ، قد يتشكل الماء أو لا يتشكل ، بالإضافة إلى المركبات الأخرى. كل شيء سيعتمد على بنية هذه الأحماض.
خصائص الأنهيدريدات
ستعتمد خصائص أنهيدريد على تلك التي تشير إليها. يشترك معظمهم في أنهم يتفاعلون مع الماء. ومع ذلك ، بالنسبة لما يسمى بالأنهيدريدات الأساسية في المواد غير العضوية ، 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) 2 O ، وهذه هي الصيغة الكيميائية العامة لهذه المركبات العضوية.
إذا كانت الكتلة الجزيئية لـ (RCO) 2 O منخفضة ، فمن المحتمل أنها سائل عديم اللون عند درجة حرارة الغرفة وضغطها. على سبيل المثال ، أنهيدريد الخل (أو أنهيدريد الإيثانويك) ، (CH 3 CO) 2 O ، هو سائل والأكثر أهمية في الصناعة ، حيث أن إنتاجه كبير جدًا.
يتم تمثيل التفاعل بين أنهيدريد الخل والماء بالمعادلة الكيميائية التالية:
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
لاحظ أنه عند إضافة جزيء الماء ، يتم إطلاق جزيئين من حمض الأسيتيك. ومع ذلك ، لا يمكن أن يحدث التفاعل العكسي لحمض الأسيتيك:
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (لا يحدث)
من الضروري اللجوء إلى طريق اصطناعي آخر. من ناحية أخرى ، يمكن للأحماض ثنائية الكربوكسيل القيام بذلك عن طريق التسخين ؛ ولكن سيتم شرح ذلك في القسم التالي.
تفاعلات كيميائية
التحلل المائي
واحدة من أبسط تفاعلات أنهيدريد هو تحللها المائي ، والذي تم عرضه للتو مع أنهيدريد الخل. بالإضافة إلى هذا المثال ، هناك مثال أنهيدريد حامض الكبريتيك:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
هنا لديك أنهيدريد حمض غير عضوي. لاحظ أنه بالنسبة لـ H 2 S 2 O 7 (يسمى أيضًا حمض الكبريتيك) ، يكون التفاعل قابلاً للانعكاس ، لذلك يؤدي تسخين H 2 SO 4 المركز إلى تكوين أنهيدريده. من ناحية أخرى ، إذا كان محلول مخفف من H 2 SO 4 ، SO 3 ، أنهيدريد الكبريتيك ، يتم إطلاقه.
الأسترة
يتفاعل حمض أنهيدريد مع الكحوليات ، مع البيريدين بينهما ، لإعطاء إستر وحمض كربوكسيل. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك التفاعل بين أنهيدريد الخل والإيثانول:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
وبالتالي تكوين إيثيل إيثانوات إستر ، CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 ، وحمض إيثانويك (حمض أسيتيك).
عمليًا ، ما يحدث هو استبدال الهيدروجين لمجموعة الهيدروكسيل بمجموعة أسيل:
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
في حالة (CH 3 CO) 2 O ، فإن مجموعة الأسيل الخاصة بها هي -COCH 3. لذلك ، يُقال أن مجموعة OH تخضع للأسيل. ومع ذلك ، فإن الأسيلة والأسترة ليست مفاهيم قابلة للتبديل ؛ يمكن أن يحدث الأسيل مباشرة على حلقة عطرية ، تعرف باسم أسيلة فريدل كرافتس.
وهكذا ، فإن الكحوليات في وجود أنهيدريد حمض أسترة بواسطة أسيل.
من ناحية أخرى ، تتفاعل واحدة فقط من مجموعتي الأسيل مع الكحول ، والأخرى تبقى مع الهيدروجين ، وتشكل حمض الكربوكسيل ؛ في حالة (CH 3 CO) 2 O ، فهو حمض ethanoic.
وسط
تتفاعل أنهيدريدات الحمض مع الأمونيا أو الأمينات (الأولية والثانوية) لتكوين الأميدات. التفاعل مشابه جدًا للأسترة التي تم وصفها للتو ، ولكن يتم استبدال ROH بأمين ؛ على سبيل المثال ، أمين ثانوي ، R 2 NH.
مرة أخرى ، يعتبر التفاعل بين (CH 3 CO) 2 O و diethylamine ، Et 2 NH:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
ويتم تشكيل ثنائي إيثيل أسيتاميد ، CH 3 CONEt 2 ، وملح أمونيوم كربوكسيل ، CH 3 COO - + NH 2 Et 2.
على الرغم من أن المعادلة قد تبدو صعبة الفهم بعض الشيء ، إلا أنها كافية لملاحظة كيفية قيام المجموعة –COCH 3 باستبدال H من Et 2 NH لتكوين الأميد:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
بدلاً من التوسط ، لا يزال التفاعل عبارة عن أسيلة. كل شيء يتلخص في تلك الكلمة. هذه المرة ، يخضع الأمين للأسيلة وليس الكحول.
كيف تتشكل أنهيدريد؟
تتشكل أنهيدريدات غير عضوية عن طريق تفاعل العنصر مع الأكسجين. وهكذا ، إذا كان العنصر فلزيًا ، يتشكل أكسيد معدني أو أنهيدريد قاعدي ؛ وإذا كان غير معدني ، يتشكل أكسيد غير فلزي أو أنهيدريد حمض.
بالنسبة إلى أنهيدريد عضوي ، يكون التفاعل مختلفًا. لا يمكن أن يتحد اثنان من الأحماض الكربوكسيلية مباشرة لإطلاق الماء وتشكيل أنهيدريد حامض ؛ من الضروري مشاركة مركب لم يتم ذكره بعد: أسيل كلوريد ، RCOCl.
يتفاعل حمض الكربوكسيل مع كلوريد الأسيل ، وينتج عنه أنهيدريد وكلوريد الهيدروجين:
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
يأتي أحد CH 3 من مجموعة الأسيتيل ، CH 3 CO- والآخر موجود بالفعل في حمض الأسيتيك. يمكن أن يؤدي اختيار كلوريد أسيل معين ، بالإضافة إلى حمض الكربوكسيل ، إلى تخليق أنهيدريد حمض متماثل أو غير متماثل.
أنهيدريدات دورية
على عكس الأحماض الكربوكسيلية الأخرى التي تتطلب أسيل كلوريد ، يمكن أن تتكثف الأحماض ثنائية الكربوكسيل في أنهيدريدها المقابل. للقيام بذلك ، يجب تسخينها لتعزيز إطلاق H 2 O. على سبيل المثال ، يظهر تكوين أنهيدريد الفثاليك من حمض الفثاليك.
تشكيل أنهيدريد فثاليك. المصدر: جو ، من ويكيميديا كومنز
لاحظ كيف اكتملت الحلقة الخماسية ، والأكسجين الذي ينضم إلى مجموعتي C = O جزء منها ؛ هذا هو أنهيدريد دوري. أيضًا ، يمكن إدراك أن أنهيدريد الفثاليك هو أنهيدريد متماثل ، نظرًا لأن كلا من R 1 و R 2 متطابقان: حلقة عطرية.
ليست كل الأحماض ثنائية الكربوكسيل قادرة على تكوين أنهيدريدها ، لأنه عندما يتم فصل مجموعات COOH الخاصة بهم على نطاق واسع ، فإنها تضطر إلى إكمال حلقات أكبر وأكبر. أكبر حلقة يمكن تشكيلها هي حلقة سداسية ، أكبر من أن التفاعل لا يحدث.
التسمية
كيف يتم تسمية أنهيدريد؟ وبغض النظر عن العناصر غير العضوية المتعلقة بقضايا الأكسيد ، فإن أسماء الأنهيدريدات العضوية التي تم شرحها حتى الآن تعتمد على هوية R 1 و R 2 ؛ وهذا هو ، من مجموعات أسيل.
إذا كان الحرفان R متماثلان ، فما عليك سوى استبدال كلمة "حمض" بكلمة "أنهيدريد" في الاسم المقابل لحمض الكربوكسيل. وإذا كان ، على العكس من ذلك ، مختلفان ، فسيتم تسميتهما بترتيب أبجدي. لذلك ، لمعرفة ما نسميه ، يجب عليك أولاً معرفة ما إذا كان أنهيدريد حمض متماثل أو غير متماثل.
(CH 3 CO) 2 O متماثل ، حيث أن R 1 = R 2 = CH 3. مشتق من حمض الأسيتيك أو الإيثانويك ، لذا فإن اسمه يتبع التفسير السابق: أنهيدريد الخل أو الإيثانويك. وينطبق الشيء نفسه على أنهيدريد الفثاليك المذكور للتو.
افترض أن لدينا أنهيدريد التالي:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
تأتي مجموعة الأسيتيل الموجودة على اليسار من حمض الأسيتيك ، والمجموعة الموجودة على اليمين تأتي من حمض هيبتانويك. لتسمية هذا الأنهيدريد ، يجب عليك تسمية مجموعات R الخاصة به بترتيب أبجدي. لذلك ، اسمها هو: أنهيدريد الخل heptanoic.
التطبيقات
تستخدم أنهيدريدات غير عضوية عددًا لا يحصى من التطبيقات ، بدءًا من تركيب وصياغة المواد ، والسيراميك ، والمحفزات ، والأسمنت ، والأقطاب الكهربائية ، والأسمدة ، وما إلى ذلك ، إلى طلاء قشرة الأرض بما تحتويه من آلاف المعادن من الحديد والألمنيوم ، وثاني أكسيد من الكربون الزفير بواسطة الكائنات الحية.
إنها تمثل مصدر البداية ، النقطة التي يتم فيها اشتقاق العديد من المركبات المستخدمة في التوليفات غير العضوية. واحدة من أكثر المركبات الحمضية اثنين من أهمية هو ثاني أكسيد الكربون، CO 2. إنه ، إلى جانب الماء ، ضروري لعملية التمثيل الضوئي. وعلى المستوى الصناعي ، يعتبر SO 3 ضروريًا لأنه يتم الحصول على حمض الكبريتيك المطلوب منه.
ربما يكون الأنهيدريد الذي يحتوي على معظم التطبيقات (مع وجود الحياة) هو واحد من حمض الفوسفوريك: أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، المعروف باسم ATP ، الموجود في الحمض النووي و "عملة الطاقة" لعملية التمثيل الغذائي.
أنهيدريدات عضوية
تتفاعل أنهيدريدات الحمض من خلال أسيلة ، إما إلى كحول ، مكونًا إستر ، أو أمينًا ، مما يؤدي إلى ظهور أميد ، أو حلقة عطرية.
هناك الملايين من كل من هذه المركبات ، ومئات الآلاف من خيارات حمض الكربوكسيل لصنع أنهيدريد. لذلك ، فإن الاحتمالات التركيبية تنمو بشكل كبير.
وبالتالي ، فإن أحد التطبيقات الرئيسية هو دمج مجموعة أسيل في مركب ، واستبدال إحدى ذرات أو مجموعات هيكلها.
كل أنهيدريد منفصل له تطبيقاته الخاصة ، ولكن بشكل عام تتفاعل جميعها بطريقة مماثلة. لهذا السبب ، يتم استخدام هذه الأنواع من المركبات لتعديل الهياكل البوليمرية ، وإنشاء بوليمرات جديدة ؛ مثل البوليمرات والراتنجات والطلاءات وما إلى ذلك.
على سبيل المثال ، يستخدم أنهيدريد الخل لأسيتيل جميع مجموعات OH من السليلوز (الصورة السفلية). مع هذا ، يتم استبدال كل H من OH بمجموعة أسيتيل ، COCH 3.
السليلوز. المصدر: NEUROtiker ، من ويكيميديا كومنز
بهذه الطريقة ، يتم الحصول على بوليمر أسيتات السليلوز. يمكن أوجز رد الفعل نفسه مع الهياكل البوليمرية أخرى مع NH 2 الجماعات ، عرضة للأسيلة أيضا.
تفاعلات الأسيلة هذه مفيدة أيضًا في تخليق الأدوية ، مثل الأسبرين (حمض أسيتيل الساليسيليك).
أمثلة
تم عرض بعض الأمثلة الأخرى على أنهيدريدات عضوية منتهية. على الرغم من عدم ذكرها ، يمكن استبدال ذرات الأكسجين بالكبريت ، وإعطاء الكبريت ، أو حتى أنهيدريدات الفوسفور.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5: أنهيدريد البنزويك. تمثل المجموعة C 6 H 5 حلقة بنزين. ينتج تحللها المائي اثنين من حمض البنزويك.
-HCO (O) COH: أنهيدريد الفورميك. ينتج تحللها المائي اثنين من حمض الفورميك.
- C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3: أنهيدريد بروبانويك بنزويك. ينتج تحللها المائي أحماض البنزويك والبروبانويك.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11: أنهيدريد سيكلوهكسانيكاربوكسيل. على عكس الحلقات العطرية ، فهذه الحلقات مشبعة بدون روابط مزدوجة.
- CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3: أنهيدريد بروبانويك بوتانويك.
أنهيدريد سكسينيك
أنهيدريد سكسينيك. المصدر: Ninjatacoshell، from Wikimedia Commons
هنا لديك حلقة أخرى مشتقة من حمض السكسينيك ، حمض ثنائي الكربوكسيل. لاحظ كيف تكشف ذرات الأكسجين الثلاث الطبيعة الكيميائية لهذا النوع من المركبات.
يشبه أنهيدريد الماليك إلى حد كبير أنهيدريد السكسين ، مع اختلاف وجود رابطة مزدوجة بين الكربونات التي تشكل قاعدة البنتاغون.
أنهيدريد الجلوتاريك
أنهيدريد الجلوتاريك. المصدر: Choij، from Wikimedia Commons
وأخيرًا ، تم عرض أنهيدريد حمض الجلوتاريك. يختلف هذا هيكليًا عن الآخرين من خلال تكوين حلقة سداسية. مرة أخرى ، تبرز ذرات الأكسجين الثلاث في الهيكل.
يمكن دائمًا إثبات أنهيدريدات أخرى ، أكثر تعقيدًا ، من خلال ذرات الأكسجين الثلاث القريبة جدًا من بعضها البعض.
المراجع
- محررو Encyclopaedia Britannica. (2019). أنهيدريد. Enclyclopaedia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (8 يناير 2019). تعريف حمض أنهيدريد في الكيمياء. تم الاسترجاع من: thinkco.com
- الكيمياء LibreTexts. (سادس). أنهيدريد. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- غراهام سولومونز تي دبليو ، كريج ب. فريهل. (2011). الكيمياء العضوية. الأمينات. (الطبعة العاشرة). وايلي بلس.
- كاري ف. (2008). الكيمياء العضوية. (الطبعة السادسة). ماك جراو هيل.
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- موريسون وبويد. (1987). الكيمياء العضوية. (الطبعه الخامسة). أديسون ويسلي إيبيروأمريكانا.
- ويكيبيديا. (2019). أنهيدريد حمض عضوي. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org