무수물은 물을 방출하여 두 분자의 결합에서 발생하는 화학적 화합물이다. 따라서 초기 물질의 탈수로 볼 수 있습니다. 정확히 사실은 아니지만.
유기 및 무기 화학에서 그것들이 언급되고, 두 가지 모두에서 그들의 이해는 상당한 정도로 다릅니다. 예를 들어, 무기 화학에서 염기성 및 산 산화물은 각각 수산화물과 산의 무수물로 간주됩니다. 전자는 물과 반응하여 후자를 형성하기 때문입니다.
무수물의 일반적인 구조. 출처 : DrEmmettBrownie, Wikimedia Commons
여기서 '무수'와 '무수물'이라는 용어 사이에 혼동이 발생할 수 있습니다. 일반적으로 무수물이란 화학적 성질의 변화없이 탈수 된 화합물 (반응 없음)을 의미합니다. 무수물을 사용하면 분자 구조에 반영된 화학적 변화가 있습니다.
수산화물과 산을 해당 산화물 (또는 무수물)과 비교하면 반응이 있음을 알 수 있습니다. 대조적으로, 일부 산화물 또는 염은 수화되어 수분을 잃고 동일한 화합물로 남을 수 있습니다. 그러나 물이 없으면 무수합니다.
반면에 유기 화학에서 무수물이 의미하는 것은 초기 정의입니다. 예를 들어, 가장 잘 알려진 무수물 중 하나는 카르 복실 산에서 파생 된 것입니다 (위 이미지). 이들은 산소 원자를 통한 두 개의 아 실기 (-RCO)의 결합으로 구성됩니다.
일반적인 구조에서 R 1 은 하나의 아실 그룹을 나타내고 R 2 는 두 번째 아실 그룹을 나타냅니다 . R 1 과 R 2 는 다르기 때문에 서로 다른 카르 복실 산에서 나오며 비대칭 산 무수물입니다. 두 R 치환체 (방향족 여부에 관계없이)가 동일 할 때이 경우 대칭 산 무수물을 말합니다.
두 개의 카르복시산이 결합하여 무수물을 형성 할 때, 물뿐만 아니라 다른 화합물이 형성되거나 형성되지 않을 수 있습니다. 모든 것은이 산의 구조에 달려 있습니다.
무수물의 특성
무수물의 특성은 당신이 언급하는 것에 달려 있습니다. 그들 대부분은 물과 반응한다는 공통점이 있습니다. 그러나 소위 무기의 염기성 무수물은 실제로 일부는 물 (MgO)에도 불용성이므로이 진술은 카르 복실 산의 무수물에 초점을 맞출 것입니다.
녹는 점과 끓는점은 분자 구조와 (RCO) 2 O 의 분자간 상호 작용에 있으며 , 이것이 이러한 유기 화합물의 일반 화학 공식입니다.
(RCO) 2 O 의 분자량 이 낮 으면 실온과 압력에서 무색 액체 일 수 있습니다. 예를 들어, 아세트산 무수물 (또는 에탄올 산 무수물), (CH 3 CO) 2 O는 액체이며 산업적으로 가장 중요한 물질 중 하나이며 생산량이 매우 많습니다.
아세트산 무수물과 물의 반응은 다음 화학 방정식으로 표현됩니다.
(CH 3 CO) 2 O + H 2 O => 2CH 3 COOH
물 분자가 추가되면 두 분자의 아세트산이 방출됩니다. 그러나 아세트산에 대해서는 역반응이 일어나지 않습니다.
2CH 3 COOH => (CH 3 CO) 2 O + H 2 O (발생하지 않음)
다른 합성 경로에 의지 할 필요가 있습니다. 반면에 디카 르 복실 산은 가열에 의해 그렇게 할 수 있습니다. 그러나 다음 섹션에서 설명합니다.
화학 반응
가수 분해
무수물의 가장 간단한 반응 중 하나는 가수 분해로, 아세트산 무수물에 대해 방금 나타났습니다. 이 예 외에도 황산 무수물이 있습니다.
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
여기에 무기산 무수물이 있습니다. H 2 S 2 O 7 (이황 산이라고도 함)의 경우 반응이 가역적이므로 농축 된 H 2 SO 4를 가열 하면 무수물이 형성됩니다. 반면에 H 2 SO 4 , SO 3 의 묽은 용액 인 경우 무수 황산 이 방출 됩니다.
에스테르 화
산 무수물은 알코올과 반응하여 사이에 피리딘과 함께 에스테르와 카르 복실 산을 생성합니다. 예를 들어 아세트산 무수물과 에탄올 사이의 반응을 고려하십시오.
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
따라서 에틸 에타 노 에이트 에스테르, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 및 에탄올 산 (아세트산)을 형성한다.
실제로 일어나는 일은 수산기의 수소가 아실기로 치환되는 것입니다.
R 1 -OH => R 1 -OCOR 2
(CH 3 CO) 2 O의 경우 아실 기는 -COCH 3 이다. 따라서 OH 그룹은 아 실화를 겪고 있다고합니다. 그러나 아 실화와 에스테르 화는 상호 교환 가능한 개념이 아닙니다. 아 실화는 Friedel-Crafts 아실 화로 알려진 방향족 고리에서 직접 발생할 수 있습니다.
따라서, 산 무수물의 존재하에 알코올은 아 실화에 의해 에스테르 화된다.
반면에, 두 아 실기 중 하나만 알코올과 반응하고 다른 하나는 수소와 함께 남아 카르 복실 산을 형성합니다. (CH 3 CO) 2 O의 경우 에탄올 산입니다.
아미드 화
산 무수물은 암모니아 또는 아민 (1 차 및 2 차)과 반응하여 아미드를 생성합니다. 반응은 방금 설명한 에스테르 화와 매우 유사하지만 ROH는 아민으로 대체됩니다. 예를 들어, 2 차 아민, R 2 NH.
다시, (CH 3 CO) 2 O와 디 에틸 아민, Et 2 NH 사이의 반응 이 고려됩니다.
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONET 2 + CH 3 COO - + NH 2 잇 2
그리고 디 에틸, CH 3 CONET 2 및 카복실 암모늄염, CH 3 COO - + NH 2 잇 2 형성된다 .
방정식을 이해하기가 조금 어려울 수 있지만 –COCH 3 그룹 이 Et 2 NH 의 H를 대체 하여 아미드를 형성하는 방법을 관찰하는 것으로 충분합니다 .
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
아미드 화가 아니라 반응은 여전히 아 실화입니다. 모든 것이 그 단어로 요약됩니다. 이번에는 아민이 알코올이 아닌 아 실화를 겪습니다.
무수물은 어떻게 형성됩니까?
무기 무수물은 원소를 산소와 반응시켜 형성됩니다. 따라서 원소가 금속이면 금속 산화물 또는 염기성 무수물이 형성됩니다. 비금속 인 경우 비금속 산화물 또는 산 무수물이 형성됩니다.
유기 무수물의 경우 반응이 다릅니다. 두 개의 카르 복실 산은 직접 결합하여 물을 방출하고 산 무수물을 형성 할 수 없습니다. 아직 언급되지 않은 화합물의 참여가 필요합니다 : 아실 클로라이드, RCOCl.
카르 복실 산은 아실 클로라이드와 반응하여 각각의 무수물과 염화수소를 생성합니다.
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
하나의 CH 3 은 아세틸 그룹 인 CH 3 CO– 에서 나오고 다른 하나는 이미 아세트산에 존재합니다. 특정 아실 클로라이드와 카르 복실 산의 선택은 대칭 또는 비대칭 산 무수물의 합성으로 이어질 수 있습니다.
환상 무수물
아실 클로라이드가 필요한 다른 카르 복실 산과 달리, 디카 르 복실 산은 상응하는 무수물로 응축 될 수 있습니다. 이를 위해서는 H 2 O 의 방출을 촉진하기 위해 가열되어야합니다 . 예를 들어 프탈산으로부터 프탈산 무수물의 형성이 표시됩니다.
프탈산 무수물의 형성. 출처 : Wikimedia Commons의 Jü
오각형 고리가 어떻게 완성되는지, 그리고 두 C = O 그룹을 연결하는 산소가 그 일부입니다. 이것은 환상 무수물입니다. 또한, R 모두 이후 무수 프탈산이 무수물 대칭임을 알 수있는 1 및 R 2가 방향족 환 : 동일하다.
모든 디카 르 복실 산이 무수물을 형성 할 수있는 것은 아닙니다. COOH 그룹이 넓게 분리되면 더 크고 더 큰 고리를 완성해야하기 때문입니다. 형성 될 수있는 가장 큰 고리는 반응이 일어나지 않는 것보다 큰 육각형 고리입니다.
명명법
무수물은 어떻게 명명됩니까? 이외에도 무기 것들두고 산화물 관련된 문제는, 유기 무수물의 이름 원경 R의 신원에 의존 설명 1 및 R 2 ; 즉, 아실 그룹의.
두 개의 R이 동일하면 카르 복실 산의 각 이름에서 '산'이라는 단어를 '무수물'로 바꾸면됩니다. 반대로 두 R이 다르면 알파벳 순서로 이름이 지정됩니다. 따라서 그것을 무엇이라고 부르는지 알기 위해서는 먼저 그것이 대칭 또는 비대칭 산 무수물인지 확인해야합니다.
(CH 3 CO) 2 O는 R 1 = R 2 = CH 3 이므로 대칭 입니다. 그것은 아세트산 또는 에탄올 산에서 파생되므로 그 이름은 이전 설명에 따라 아세트산 또는 에탄올 무수물입니다. 방금 언급 한 무수 프탈산도 마찬가지입니다.
다음과 같은 무수물이 있다고 가정합니다.
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
왼쪽의 아세틸 그룹은 아세트산에서 나오고 오른쪽의 그룹은 헵탄 산에서 나옵니다. 이 무수물의 이름을 지정하려면 R 그룹의 이름을 알파벳 순서로 지정해야합니다. 그래서 그 이름은 헵탄 산 아세트산 무수물입니다.
응용
무기 무수물은 재료, 세라믹, 촉매, 시멘트, 전극, 비료 등의 합성 및 조성에서 수천 개의 철과 알루미늄 광물 및 이산화물로 지각을 코팅하는 데 이르기까지 무수히 많은 용도로 사용됩니다. 살아있는 유기체에서 내뿜는 탄소의.
그것들은 무기 합성에 사용되는 많은 화합물이 파생되는 지점 인 시작 소스를 나타냅니다. 가장 중요한 무수물 중 하나는 이산화탄소, CO 2 입니다. 물과 함께 광합성에 필수적입니다. 및 산업용 수준, SO 3 요구 된 황산 그것으로부터 얻어지는 때문에 필수적이다.
아마도 가장 많이 적용되고 가지는 무수물은 인산에서 나온 것일 것입니다. ATP로 더 잘 알려진 아데노신 삼인산은 DNA에 존재하며 대사의 "에너지 통화"입니다.
유기 무수물
산 무수물은 아 실화를 통해 알코올과 반응하여 에스테르, 아민을 형성하여 아미드 또는 방향족 고리를 생성합니다.
무수물을 만들기위한 수백만 개의 이러한 화합물과 수십만 개의 카르 복실 산 옵션이 있습니다. 따라서 합성 가능성이 극적으로 커집니다.
따라서 주요 응용 프로그램 중 하나는 구조의 원자 또는 그룹 중 하나를 대체하여 화합물에 아실 그룹을 통합하는 것입니다.
각각의 별도의 무수물에는 고유 한 용도가 있지만 일반적으로 모두 비슷한 방식으로 반응합니다. 이러한 이유로 이러한 유형의 화합물은 고분자 구조를 수정하여 새로운 고분자를 만드는 데 사용됩니다. 즉, 공중 합체, 수지, 코팅 등
예를 들어, 아세트산 무수물은 셀룰로오스의 모든 OH 그룹을 아세틸 화하는 데 사용됩니다 (아래 이미지). 이를 통해 OH의 각 H는 아세틸 그룹 인 COCH 3 로 대체됩니다 .
셀룰로오스. 출처 : NEUROtiker, Wikimedia Commons
이러한 방식으로 셀룰로오스 아세테이트 중합체가 얻어진다. 같은 반응은 아 실화에 민감한 NH 2 그룹을 가진 다른 고분자 구조로 설명 될 수 있습니다 .
이러한 아 실화 반응은 아스피린 ( 아세틸 살리실산 ) 과 같은 약물 합성에도 유용합니다 .
예
유기 무수물의 몇 가지 다른 예가 마무리되는 것으로 표시됩니다. 이들에 대한 언급은 없지만 산소 원자는 황을 대체하여 황 또는 무수 인을 제공 할 수 있습니다.
-C 6 H 5 CO (O) COC 6 H 5 : 벤조산 무수물. 그룹 C 6 H 5 는 벤젠 고리를 나타낸다. 가수 분해는 두 개의 벤조산을 생성합니다.
-HCO (O) COH : 포름산 무수물. 그것의 가수 분해는 두 개의 포름산을 생성합니다.
-C 6 H 5 CO (O) COCH 2 CH 3 : 벤조산 프로판 산 무수물. 가수 분해는 벤조산과 프로피온산을 생성합니다.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11 : 시클로 헥산 카르 복실 산 무수물. 방향족 고리와는 달리 이중 결합없이 포화 상태입니다.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3 : 프로 파노 산 부 탄산 무수물.
숙신산 무수물
숙신산 무수물. 출처 : Ninjatacoshell, Wikimedia Commons
여기에 숙신산에서 파생 된 또 다른 사이 클릭 디카 르 복실 산이 있습니다. 3 개의 산소 원자가 이러한 유형의 화합물의 화학적 성질을 어떻게 드러내는 지 주목하십시오.
말레 산 무수물은 숙신산 무수물과 매우 유사하지만 오각형의 염기를 형성하는 탄소 사이에 이중 결합이 있다는 차이점이 있습니다.
글루 타르 산 무수물
글루 타르 산 무수물. 출처 : Choij, 위키 미디어 커먼즈
마지막으로 글루 타르 산 무수물이 표시됩니다. 이것은 육각형 링으로 구성되어 다른 모든 것과 구조적으로 다릅니다. 다시, 3 개의 산소 원자가 구조에서 두드러집니다.
더 복잡한 다른 무수물은 항상 서로 매우 가까운 세 개의 산소 원자에 의해 입증 될 수 있습니다.
참고 문헌
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