Bezwodniki kwasowe
Bezwodniki kwasowe – grupa związków chemicznych, które w wyniku praktycznej lub teoretycznej reakcji z wodą tworzą kwasy zarówno organiczne jak i nieorganiczne. Formalnie bezwodnikiem kwasowym jest cząsteczka powstająca po usunięciu dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu z cząsteczki kwasu[1].
Bezwodniki kwasowe w chemii nieorganicznej
edytujSą to tlenki kwasowe, które podczas reakcji z wodą tworzą określone kwasy.
Przykłady bezwodników:
- SO
3 + H
2O → H
2SO
4
- CO
2 + H
2O → H
2CO
3
- B
2O
3 + 3H
2O → 2H
3BO
3
Bezwodnikami kwasowymi są na ogół tlenki, w których centralny atom znajduje się na tym samym stopniu utlenienia co w tworzonym kwasie. Czasami do bezwodników kwasowych zalicza się też związki tworzące z wodą kwasy beztlenowe, np. chlorowodór:
- HCl + H
2O → H
3O+
+ Cl−
Bezwodniki kwasowe w chemii organicznej
edytuj
Bezwodniki kwasów karboksylowych zawierają dwie reszty kwasu połączone mostkiem tlenowym. Znane są zarówno bezwodniki symetryczne zbudowane z dwóch reszt tego samego kwasu, np. bezwodnik octowy (analogiczne struktury dla kwasów nieorganicznych nazywane są zwyczajowo kwasami piro, np. kwas pirofosforowy, popr. kwas difisforowy, H4P2O7), jak i bezwodniki mieszane, zbudowane z dwóch różnych kwasów (mogą to być dwa kwasy karboksylowe, np. bezwodnik mrówkowo-octowy CH3C(O)−O−CHO, lub kwas karboksylowy i nieorganiczny).
Kwasy monokarboksylowe nie tworzą bezwodników w wyniku dehydratacji podczas ogrzewania. Otrzymuje się je innymi sposobami, np. przez dehydratację kwasu czynnikami kondensującymi (np. DCC) lub odwadniającymi (np. tlenek fosforu(V)) lub w reakcjach kwasów lub ich soli z halogenkami kwasowymi[2]:
- CH
3COCl + HCOONa → CH
3C(O)−O−CHO + NaCl↓
Bezwodniki zawierające grupę acetylową można otrzymać w reakcji kwasu z ketenem:
- R−COOH + CH
2=C=O → R−C(O)−O−C(O)CH
3
Bezwodniki niektórych kwasów dikarboksylowych mogą powstawać w wyniku odszczepienia cząsteczki wody od cząsteczki kwasu (najczęściej pod wpływem temperatury) np. bezwodnik ftalowy z kwasu benzenodikarboksylowego czy bezwodnik bursztynowy z kwas 1,2-etanodikarboksylowego. Synteza tą metodą bezwodników kwasów dikarboksylowych prowadzi do otrzymania cyklicznych bezwodników o pierścieniach pięcio- lub sześcioczłonowych. Cykliczne bezwodniki kwasowe o większych pierścieniach nie powstają np.: bezwodnik kwasu adypinowego powinien być siedmioczłonowy jednak w wyniku ogrzewania tego kwasu w obecności Ba(OH)2 powstaje pięcioczłonowy keton - cyklopentanon oraz dwutlenek węgla i woda[3].
Bezwodnik kwasu mrówkowego
edytujNajprostszym bezwodnikiem organicznym jest bezwodnik kwasu mrówkowego. Odwodnienie kwasu mrówkowego w zależności od warunków reakcji może prowadzić do dwóch związków:
- HCOOH → CO + H
2O - 2HCOOH → O=CH−O−CH=O + H
2O
W wyniku dehydratacji kwasu mrówkowego prowadzonej wobec mocnych kwasów lub w wysokiej temperaturze powstaje tlenek węgla, CO. Związek ten nie odtwarza kwasu mrówkowego w reakcji z wodą, jednak reaguje na gorąco z NaOH z wytworzeniem mrówczanem sodu (metoda przemysłowa produkcji kwasu mrówkowego), a z alkoholanami daje mrówczany – estry kwasu mrówkowego[4].
Dehydratacja kwasu mrówkowego w łagodnych warunkach, np. wobec DCC prowadzi do powstania bezwodnika mrówkowego o wzorze O=CH−O−CH=O[5]:
- 2HCOOH + N,N'-dicykloheksylokarbodiimid → O=CH−O−CH=O + N,N'-dicykloheksylomocznik
Związek ten powstaje także w reakcji fluorku formylu z mrówczanem sodu[6] i ma właściwości oczekiwane dla bezwodników kwasów karboksylowych (reakcja z aminami do amidów[7] lub z alkoholami do estrów[8]).
Przypisy
edytuj- ↑ Loretta Jones, Peter Atkins: Chemia Ogólna - Cząsteczki, Materia, Reakcje. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006, s. 892. ISBN 83-01-13810-6.
- ↑ Lewis I. Krimen, Acetic formic anhydride, „Organic Syntheses”, 50, 1970, s. 1–2, DOI: 10.15227/orgsyn.050.0001 [dostęp 2024-06-26].
- ↑ Robert T. Morrison, Robert N. Boyd: Chemia Organiczna. T. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997, s. 760-764. ISBN 83-01-04166-8.
- ↑ A. E. Cziczibabin: Podstawy chemii organicznej. T. 1. Warszawa: PWN, 1957, s. 269.
- ↑ G. Wu i inni, Formic Anhydride in the Gas Phase, Studied by Electron Diffraction and Microwave and Infrared Spectroscopy, Supplemented with ab-Initio Calculations of Geometries and Force Fields, „The Journal of Physical Chemistry”, 99 (21), 1995, s. 8589–8598, DOI: 10.1021/j100021a022 [dostęp 2024-06-26] (ang.).
- ↑ George A. Olah i inni, Formic Anhydride, „Angewandte Chemie International Edition in English”, 18 (8), 1979, s. 614–614, DOI: 10.1002/anie.197906141 [dostęp 2024-06-26] (ang.).
- ↑ Yong-Huang Chen, J. William Lown, A New DNA Minor Groove Binding Motif: Cross-Linked Lexitropsins, „Journal of the American Chemical Society”, 116 (16), 1994, s. 6995–7005, DOI: 10.1021/ja00095a001 [dostęp 2024-06-26] (ang.).
- ↑ Andre Hallot i inni, Synthesis and activity of 6-aryl-3-(hydroxypolymethyleneamino)pyridazines in animal models of epilepsy, „Journal of Medicinal Chemistry”, 29 (3), 1986, s. 369–375, DOI: 10.1021/jm00153a011 [dostęp 2024-06-26] (ang.).