Anidridos: propriedades, como são formados e aplicações - Ciência - 2023

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o anidridos São compostos químicos que se originam da união de duas moléculas por meio da liberação de água.Assim, poderia ser visto como uma desidratação das substâncias iniciais; embora não seja exatamente verdade.

Na química orgânica e inorgânica, eles são mencionados, e em ambos os ramos seu entendimento difere em um grau apreciável. Por exemplo, em 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.

Aqui, a confusão pode ser gerada entre os termos 'anidro' e 'anidrido'. Geralmente, anidro refere-se a um composto ao qual foi desidratado sem alterações em sua natureza química (não há reação); enquanto com um anidrido, há uma mudança química, refletida na estrutura molecular.

Se os hidróxidos e ácidos forem comparados com seus respectivos óxidos (ou anidridos), verá que houve uma reação. Por outro lado, alguns óxidos ou sais podem ser hidratados, perdem água e permanecem os mesmos compostos; mas, sem água, isto é, anidro.

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

Em sua estrutura geral é indicado R₁ para um grupo acil, e R₂ para o segundo grupo acil. Porque R₁ e R₂ eles são diferentes, eles vêm de diferentes ácidos carboxílicos e, portanto, é um anidrido de ácido assimétrico. Quando ambos os substituintes R (sejam aromáticos ou não) são iguais, é referido neste caso como um anidrido de ácido simétrico.

Quando dois ácidos carboxílicos se ligam para formar o anidrido, a água pode ou não se formar, assim como outros compostos. Tudo dependerá da estrutura desses ácidos.

Propriedades dos anidridos

As propriedades dos anidridos dependerão de quais você está se referindo. A maioria deles tem em comum a reação com a água. No entanto, para os chamados anidridos básicos em inorgânicos, na verdade vários deles são até insolúveis em água (MgO), então esta afirmação será centralizada para os anidridos de ácidos carboxílicos.

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

Se a massa molecular de (RCO)₂Ou é baixo, provavelmente um líquido incolor à temperatura e pressão ambiente. Por exemplo, anidrido acético (ou anidrido etanóico), (CH₃CO)₂Ou seja, 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:

(CH₃CO)₂O + H₂O => 2CH₃COOH

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:

2CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + H₂O (não ocorre)

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

Reações químicas

Hidrólise

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

H₂S₂OU₇ + H₂O <=> 2H₂SW₄

Aqui você tem um anidrido de ácido inorgânico. Observe que para o H₂S₂OU₇ (também chamado de ácido dissulfúrico), a reação é reversível, portanto, o aquecimento H₂SW₄ concentrado dá origem à formação de seu anidrido. Se, por outro lado, for uma solução diluída de H₂SW₄, SO é lançado₃, anidrido sulfúrico.

Esterificação

Anidridos ácidos reagem com álcoois, com piridina entre eles, para dar um éster e um ácido carboxílico. Por exemplo, considere a reação entre o anidrido acético e o etanol:

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

Formando assim o etanoato de éster etílico, CH₃CO₂CH₂CH₃e ácido etanóico (ácido acético).

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

R₁-OH => R₁-OCOR₂

No caso de (CH₃CO)₂Ou, seu grupo acil é –COCH₃. Portanto, diz-se que o grupo OH está sofrendo acilação. No entanto, acilação e esterificação não são conceitos intercambiáveis; a acilação pode ocorrer diretamente em um anel aromático, conhecida como acilação de Friedel-Crafts.

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

Por outro lado, apenas um dos dois grupos acila reage com o álcool, o outro fica com o hidrogênio, formando um ácido carboxílico; isso para o caso de (CH₃CO)₂Ou é ácido etanóico.

Amidação

Os anidridos ácidos reagem com a amônia ou aminas (primárias e secundárias), para dar origem às amidas. A reação é muito semelhante à esterificação acabada de descrever, mas a ROH é substituída por uma amina; por exemplo, uma amina secundária, R₂NH.

Novamente, a reação entre (CH₃CO)₂O e dietilamina, Et₂NH:

(CH₃CO)₂O + 2Et₂NH => CH₃CONEt₂ + CH₃COO^–⁺NH₂Et₂

E dietilacetamida, CH₃CONEt₂, e um sal carboxilado de amônio, CH₃COO^–⁺NH₂Et₂.

Embora a equação possa parecer um pouco difícil de entender, apenas observe como o grupo –COCH₃ substitua o H de um Et₂NH para formar a amida:

Et₂NH => Et₂NCOCH₃

Em vez de amidação, a reação ainda é acilação. Tudo se resume nessa palavra; desta vez, a amina sofre acilação e não o álcool.

Como os anidridos são formados?

Os anidridos inorgânicos são formados pela reação do elemento com o oxigênio. Assim, se o elemento for metálico, forma-se um óxido metálico ou anidrido básico; e se não for metálico, forma-se um óxido não metálico ou anidrido ácido.

Para anidridos orgânicos, a reação é diferente. Dois ácidos carboxílicos não podem se juntar diretamente para liberar água e formar anidrido de ácido; é necessária a participação de um composto ainda não citado: cloreto de acila, RCOCl.

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

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

CH₃COCl + CH₃COOH => (CH₃CO)₂O + HCl

A CH₃ vem do grupo acetil, CH₃CO–, e o outro já está presente no ácido acético. A escolha de um cloreto de acila específico, assim como do ácido carboxílico, pode levar à síntese de um anidrido de ácido simétrico ou assimétrico.

Anidridos cíclicos

Ao contrário dos outros ácidos carboxílicos que requerem um cloreto de acila, os ácidos dicarboxílicos podem ser condensados em seu anidrido correspondente. Para isso, é necessário aquecê-los para promover a liberação de H₂O. Por exemplo, é mostrada a formação de anidrido ftálico a partir do ácido ftálico.

Observe como o anel pentagonal é completado, e o oxigênio que une os dois grupos C = O faz parte dele; este é um anidrido cíclico. Da mesma forma, pode-se observar que o anidrido ftálico é um anidrido simétrico, uma vez que ambos R₁ como R₂ eles são idênticos: um anel aromático.

Nem todos os ácidos dicarboxílicos são capazes de formar seu anidrido, pois quando seus grupos COOH são amplamente separados, eles são forçados a completar anéis cada vez maiores. O maior anel que pode ser formado é um hexagonal, maior do que aquele em que a reação não ocorre.

Nomenclatura

Como são chamados os anidridos? Deixando de lado os inorgânicos, pertinentes aos tópicos dos óxidos, os nomes dos anidridos orgânicos explicados até agora dependem da identidade de R₁ e R₂; isto é, de seus grupos acila.

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

O CH₃CO)₂O é simétrico, pois R₁= R₂= CH₃. É derivado do ácido acético ou etanóico, daí seu nome, seguindo a explicação anterior: anidrido acético ou etanóico. O mesmo é verdade para o anidrido ftálico que acabamos de mencionar.

Suponha que temos o seguinte anidrido:

CH₃CO (O) CAR₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃

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

Formulários

Os anidridos inorgânicos têm uma miríade de aplicações, desde a síntese e formulação de materiais, cerâmicas, catalisadores, cimentos, eletrodos, fertilizantes, etc., até como revestimento da crosta terrestre com seus milhares de minerais de ferro e alumínio e dióxido de carbono exalado por organismos vivos.

Eles representam a fonte inicial, o ponto onde muitos compostos usados em sínteses inorgânicas são derivados. Um dos anidridos mais importantes é o dióxido de carbono, CO₂. É, junto com a água, essencial para a fotossíntese. E no nível industrial, o SO₃ É essencial, visto que o ácido sulfúrico exigido é obtido a partir dele.

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

Anidridos orgânicos

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

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

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

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

Por exemplo, o anidrido acético é usado para acetilar todos os grupos OH na celulose (imagem inferior). Com isso, cada H do OH é substituído por um grupo acetil, COCH₃.

Desta forma, o polímero de acetato de celulose é obtido. A mesma reação pode ser delineada com outras estruturas poliméricas com grupos NH₂, também suscetível à acilação.

Essas reações de acilação também são úteis para a síntese de drogas, 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, dando enxofre, ou mesmo anidridos de fósforo.

-C₆H₅CO (O) COC₆H₅: anidrido benzóico. Grupo C₆H₅representa um anel de benzeno. Sua hidrólise produz dois ácidos benzóicos.

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

- C₆H₅CO (O) CAR₂CH₃: anidrido propanóico benzóico. Sua hidrólise produz ácidos benzóico e propanóico.

-C₆H₁₁CO (O) COC₆H₁₁: anidrido ciclohexanocarboxílico. Ao contrário dos anéis aromáticos, estes são saturados, sem ligações duplas.

-CH₃CH₂CH₂CO (O) CAR₂CH₃: anidrido butanóico propanóico.

Anidrido succínico

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

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

Anidrido glutárico

E, finalmente, o anidrido do ácido glutárico é mostrado. Este difere estruturalmente de todos os outros por consistir 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 uns dos outros.

Referências

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