Anidridos: propriedades, como se formam e aplicações

Os anidridos são compostos químicos originários a partir da união de duas moléculas de água por libertar. Assim, poderia ser visto como uma desidratação das substâncias iniciais; Embora não seja exatamente verdade.

Na química orgânica e inorgânica, é feita menção a eles, e em ambos os ramos seu entendimento difere em um grau apreciável. Por exemplo, na química inorgânica, os óxidos básicos e ácidos são considerados os anidridos de seus hidróxidos e ácidos, respectivamente, uma vez que os primeiros reagem com a água para formar os últimos.

Anidridos: propriedades, como se formam e aplicações 1

Estrutura geral de anidridos. Fonte: DrEmmettBrownie [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Aqui pode surgir uma confusão entre os termos “anidro” e “anidrido”. Geralmente, anidro refere-se a um composto para o qual foi desidratado sem alterações em sua natureza química (sem reação); enquanto que com um anidrido, há uma alteração química, refletida na estrutura molecular.

Se os hidróxidos e ácidos forem comparados com os óxidos (ou anidridos) correspondentes, será observado que houve uma reação. Em vez disso, alguns óxidos ou sais podem ser hidratados, perder água e continuar sendo os mesmos compostos; mas, sem água, isto é, anidro.

Em química orgânica, por outro lado, o que se quer dizer com anidrido é a definição inicial. Por exemplo, um dos anidridos mais conhecidos são os derivados de ácidos carboxílicos (imagem acima). Estes consistem na união de dois grupos acila (-RCO) por um átomo de oxigênio.

Na sua estrutura geral R é indicado um por um grupo acilo, e R 2 para o segundo grupo acilo. Uma vez que R 1 e R 2 são diferentes são de vários ácidos carboxílicos e, em seguida, é um anidrido ácido assimétrica. Quando ambos os substituintes R (aromáticos ou não) são os mesmos, fala-se neste caso de um anidrido de ácido simétrico.

No momento da ligação de dois ácidos carboxílicos para formar o anidrido, a água pode ou não se formar, assim como outros compostos. Tudo vai depender da estrutura desses ácidos.

Propriedades dos anidridos

As propriedades dos anidridos dependerão de qual você está se referindo. Quase todo mundo tem em comum que reagem com a água. No entanto, para os chamados anidridos básicos em inorgânicos, na verdade vários deles são até insolúveis em água (MgO), portanto, essa afirmação se concentrará nos anidridos do ácido carboxílico.

Os pontos de fusão e ebulição estão na estrutura molecular e nas interações intermoleculares para (RCO) 2 O, sendo esta a fórmula química geral desses compostos orgânicos.

Se a massa molecular de (RCO) 2 O for baixa, é provavelmente um líquido incolor à temperatura e pressão ambiente. Por exemplo, o anidrido acético (ou anidrido etanóico), (CH 3 CO) 2 O, é um líquido e o de maior importância industrial, sendo sua produção muito vasta.

A reação entre o anidrido acético e a água é representada pela seguinte equação química:

(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH

Observe que quando a molécula de água é adicionada, duas moléculas de ácido acético são liberadas. A reação reversa, no entanto, não pode ocorrer para o ácido acético:

2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (não ocorrer)

É necessário recorrer a outra rota sintética. Os ácidos dicarboxílicos, por outro lado, podem fazê-lo por aquecimento; mas será explicado na próxima seção.

Reacções químicas

Hidrólise

Uma das reações mais simples dos anidridos é a hidrólise, que acaba de ser demonstrada para o anidrido acético. Além deste exemplo, temos o anidrido do ácido sulfúrico:

H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4

Aqui você tem um anidrido de ácido inorgânico. Note-se que para H 2 S 2 O 7 (também chamado ácido dissulfúrico), a própria reacção é reversível, de modo que o aquecimento H 2 SO 4 resultados de concentrado na formação do anidrido. Se, sobre o outro lado, é uma solução diluída de H 2 SO 4 , que é libertado SO 3 , anidrido sulfúrico.

Esterificação

Os anidridos ácidos reagem com os álcoois, com a piridina no meio, dando origem a um éster e a um ácido carboxílico . Por exemplo, a reação entre anidrido acético e etanol é considerada:

(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH

Deste modo formando o éster etílico do etanoato, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 , e ácido etanóico (ácido acético).

Na prática, o que acontece é a substituição do hidrogênio do grupo hidroxila por um grupo acila:

R 1 -OH => R 1 -OCOR 2

No caso de (CH 3 CO) 2 O, o grupo acilo é -COCH 3 . Portanto, diz-se que o grupo OH está sofrendo de acilação. No entanto, acilação e esterificação não são conceitos intercambiáveis; A acilação pode ocorrer diretamente em um anel aromático, conhecido como acilação de Friedel-Crafts.

Assim, os álcoois na presença de anidridos ácidos são esterificados por acilação.

Por outro lado, apenas um dos dois grupos acila reage com o álcool, o outro permanece com o hidrogênio formando um ácido carboxílico; que para o caso de (CH 3 CO) 2 O, é o ácido etanóico.

Amidação

Os anidridos ácidos reagem com amônia ou com aminas (primárias e secundárias), dando origem a amidas. A reação é muito semelhante à esterificação descrita, mas o ROH é substituído por uma amina; por exemplo, uma amina secundária, R 2 NH.

Mais uma vez, considerando-se a reacção entre (CH 3 CO) 2 O e dietilamina, Et 2 NH:

(CH 3 CO) 2 O + 2ET 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO + NH 2 Et 2

E dietilacetamida, CH 3 CONEt 2 , e um sal de amônio carboxilado, CH 3 COO + NH 2 Et 2 são formados .

Embora a equação pode parecer um pouco difícil de compreender, simplesmente observar o grupo -COCH 3 substitui um H Et 2 NH para formar amida:

Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3

Mais do que uma amidação, a reação ainda é uma acilação. Tudo se resume nessa palavra; Desta vez, a amina sofre acilação e não álcool.

Como se formam os anidridos?

Os anidridos inorgânicos são formados reagindo o elemento com oxigênio. Assim, se o elemento for metálico, um óxido de metal ou anidrido básico é formado; e se não for metálico, um óxido não metálico ou anidrido ácido é formado.

Para anidridos orgânicos, a reação é outra. Dois ácidos carboxílicos não podem se ligar diretamente para liberar água e formar o anidrido ácido; é necessária a participação de um composto que ainda não foi mencionado: cloreto de acila, RCOCl.

O ácido carboxílico reage com o cloreto de acila, produzindo o respectivo anidrido e cloreto de hidrogênio:

R 1 COCl + R 2 COOH => (R 1 CO) O (CR 2 ) + HCl

CH 3 COCl + CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + HCl

Um CH 3 vem a partir do grupo acetilo CH 3 CO-, e a outra já está presente no ácido acético. A escolha de um cloreto de acila específico, bem como do ácido carboxílico, pode dar origem à síntese de um anidrido de ácido simétrico ou assimétrico.

Anidridos cíclicos

Ao contrário dos outros ácidos carboxílicos que requerem cloreto de acila, os ácidos dicarboxílicos podem condensar no anidrido correspondente. Para este efeito, aquecendo -los é necessário para promover a libertação de H 2 O. Por exemplo, a formação de anidrido ftálico mostrada a partir do ácido ftálico.

Anidridos: propriedades, como se formam e aplicações 2

Formação de anidrido ftálico. Fonte: Jü [domínio público], do Wikimedia Commons

Observe como o anel pentagonal é concluído, e o oxigênio que une os dois grupos C = O faz parte dele; Este é um anidrido cíclico. Também pode ser apreciado que o anidrido ftálico é um anidrido simétrico, como ambos R 1 e R 2 são idênticos: um anel aromático.

Nem todos os ácidos dicarboxílicos são capazes de formar seu anidrido, pois quando seus grupos COOH estão distantes, eles são forçados a concluir anéis cada vez maiores. O maior anel que pode ser formado é o hexagonal, maior que a reação não ocorre.

Nomenclatura

Como os anidridos são nomeados? Deixando de lado os temas de óxidos inorgânicos relevantes para os nomes dos anidridos orgânicos explicado até agora depender da identidade de R 1 e R 2 ; isto é, de seus grupos acila.

Se os dois Rs forem iguais, basta substituir a palavra ‘ácido’ por ‘anidrido’ no nome respectivo do ácido carboxílico. E se, pelo contrário, os dois R são diferentes, são nomeados em ordem alfabética. Portanto, para saber como chamá-lo, primeiro você deve ver se é um anidrido ácido simétrico ou assimétrico.

O (CH 3 CO) 2 O é simétrico, como R 1 = R 2 = CH 3 . É derivado do ácido acético ou etanóico, portanto, seu nome é, seguindo a explicação anterior: anidrido acético ou etanóico. O mesmo vale para o anidrido ftálico mencionado.

Suponha que você tenha o seguinte anidrido:

CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3

O grupo acetil à esquerda vem do ácido acético, e o grupo à direita, do ácido heptanóico. Para nomear esse anidrido, você deve nomear seus grupos R em ordem alfabética. Então, o nome dele é: anidrido acético heptanóico.

Aplicações

Os anidridos inorgânicos têm inúmeras aplicações, desde a síntese e formulação de materiais, cerâmicas, catalisadores, cimentos, eletrodos, fertilizantes etc., além de cobrir a crosta terrestre com seus milhares de minérios de ferro e alumínio e dióxido de carbono exalado por organismos vivos.

Eles representam a fonte de partida, o ponto em que muitos compostos utilizados nas sínteses inorgânicas são derivados. Um dos anidridos mais importantes é o dióxido de carbono, CO 2 . É, junto com a água, essencial para a fotossíntese . E no nível industrial, o SO 3 é primordial, uma vez que é obtido o ácido sulfúrico demandado.

Talvez o anidrido com mais aplicações e por ter (enquanto houver vida) seja um do ácido fosfórico: trifosfato de adenosina, mais conhecido como ATP , presente no DNA e na “moeda energética” do metabolismo.

Anidridos orgânicos

Os anidridos ácidos reagem por acilação, ou a um álcool, formando um éster, a uma amina, resultando em uma amida ou em um anel aromático.

Existem milhões de cada um desses compostos e centenas de milhares de opções de ácido carboxílico para preparar um anidrido; portanto, as possibilidades sintéticas crescem dramaticamente.

Assim, uma das principais aplicações é incorporar um grupo acil em um composto, substituindo um dos átomos ou grupos de sua estrutura.

Cada anidrido separadamente tem suas próprias aplicações, mas, em termos gerais, todos reagem de maneira semelhante. Por esse motivo, esses tipos de compostos são usados ​​para modificar estruturas poliméricas, criando novos polímeros; isto é, copolímeros, resinas, revestimentos, etc.

Por exemplo, o anidrido acético é usado para acetilar todos os grupos OH de celulose (imagem inferior). Com isso, cada H do OH é substituído por um grupo acetil, COCH 3 .

Anidridos: propriedades, como se formam e aplicações 3

Celulose Fonte: NEUROtiker [domínio público], do Wikimedia Commons

Desta forma, o polímero de acetato de celulose é obtido. A mesma reacção pode ser delineado com outras estruturas poliméricas com grupos NH 2 , também susceptível contra acilação.

Essas reações de acilação também são úteis para a síntese de medicamentos, como a aspirina ( ácido acetilsalicílico ).

Exemplos

Alguns outros exemplos de anidridos orgânicos são mostrados para terminar. Embora nenhuma menção seja feita a eles, os átomos de oxigênio podem ser substituídos por enxofre, fornecendo anidridos de enxofre ou mesmo fósforo.

-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : anidrido benzóico. O grupo C 6 H 5 representa um anel de benzeno. Sua hidrólise produz dois ácidos benzóicos.

-HCO (O) COH: anidrido fórmico. Sua hidrólise produz dois ácidos fórmicos.

– C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : anidrido benzóico ácido propanóico. Sua hidrólise produz ácidos benzóico e propanóico.

-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : anidrido hexanocarboxico. Ao contrário dos anéis aromáticos, estes são saturados, sem ligações duplas.

-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : anidrido butírico ácido propanóico.

Anidrido succínico

Anidridos: propriedades, como se formam e aplicações 4

Anidrido succínico. Fonte: Ninjatacoshell [domínio público], do Wikimedia Commons

Aqui você tem outro cíclico, derivado do ácido succínico, um ácido dicarboxílico. Observe como os três átomos de oxigênio traem a natureza química desse tipo de composto.

O anidrido maleico é muito semelhante ao succínico, com a diferença de que existe uma ligação dupla entre os carbonos que formam a base do pentágono.

Anidrido glutárico

Anidridos: propriedades, como se formam e aplicações 5

Anidrido Glutárico Fonte: Choij [domínio público], do Wikimedia Commons

E finalmente o anidrido do ácido glutárico é mostrado. Isso se diferencia estruturalmente de todos os outros porque consiste em um anel hexagonal. Novamente, os três átomos de oxigênio se destacam na estrutura.

Outros anidridos, mais complexos, sempre podem ser evidenciados pelos três átomos de oxigênio muito próximos um do outro.

Referências

  1. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2019). Anidrido Enclyclopaedia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 de janeiro de 2019). Definição de Anidrido Ácido em Química. Recuperado de: thoughtco.com
  3. Química LibreTexts. (sf). Anidridos Recuperado de: chem.libretexts.org
  4. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Química Orgânica Aminas (10 ª edição). Wiley Plus
  5. Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill
  6. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  7. Morrison e Boyd. (1987). Quimica Organica. (Quinta edição). Addison-Wesley Iberoamericana.
  8. Wikipedia (2019). Anidrido de ácido orgânico. Recuperado de: en.wikipedia.org

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies