- Propriedades dos anidridos
- Reações químicas
- Hidrólise
- Esterificação
- Amidação
- Como os anidridos são formados?
- Anidridos cíclicos
- Nomenclatura
- Formulários
- Anidridos orgânicos
- Exemplos
- Anidrido succínico
- Anidrido glutárico
- Referências
Os anidridos são compostos químicos originados da união de duas moléculas pela 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.
Estrutura geral dos anidridos. Fonte: DrEmmettBrownie, do Wikimedia Commons
Aqui, pode surgir confusão 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 óxidos (ou anidridos) correspondentes, verá que houve uma reação. Em contraste, 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.
Na sua estrutura geral, R 1 é indicado para um grupo acilo e R 2 para o segundo grupo acilo. Como R 1 e R 2 são diferentes, eles vêm de diferentes ácidos carboxílicos e, portanto, é um anidrido de ácido assimétrico. Quando ambos os substituintes R (sejam ou não aromáticos) 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 deles 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), portanto, esta declaração se concentrará nos anidridos dos ácidos carboxílicos.
Os pontos de fusão e ebulição recaem sobre a estrutura molecular e as 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, provavelmente é um líquido incolor à temperatura e pressão ambientes. Por exemplo, o anidrido acético (ou anidrido etanóico), (CH 3 CO) 2 O, é um líquido e 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 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 sua hidrólise, que acabou de ser demonstrada para o anidrido acético. Além deste exemplo, existe o do anidrido de ácido sulfúrico:
H 2 S 2 O 7 + H 2 O <=> 2H 2 SO 4
Aqui você tem um anidrido de ácido inorgânico. Observe que para o H 2 S 2 O 7 (também chamado de ácido dissulfúrico), a reação é reversível, portanto, o aquecimento do H 2 SO 4 concentrado dá origem à formação de seu anidrido. Se, por outro lado, for uma solução diluída de H 2 SO 4, SO 3, anidrido sulfúrico, é liberada.
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:
(CH 3 CO) 2 O + CH 3 CH 2 OH => CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 + CH 3 COOH
Formando assim o éster de etanoato de etila, CH 3 CO 2 CH 2 CH 3 e ácido etanóico (ácido acético).
Na prática, o que ocorre 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, seu grupo acila é -COCH 3. 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; que para o caso de (CH 3 CO) 2 O, 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 que acabamos de descrever, mas a ROH é substituída por uma amina; por exemplo, uma amina secundária, R 2 NH.
Novamente, a reação entre (CH 3 CO) 2 O e dietilamina, Et 2 NH é considerada:
(CH 3 CO) 2 O + 2Et 2 NH => CH 3 CONEt 2 + CH 3 COO - + NH 2 Et 2
E são formados dietilacetamida, CH 3 CONEt 2 e um sal de amônio carboxilado, CH 3 COO - + NH 2 Et 2.
Embora a equação possa parecer um pouco difícil de entender, é suficiente observar como o grupo –COCH 3 substitui o H de um Et 2 NH para formar a amida:
Et 2 NH => Et 2 NCOCH 3
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 for não 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:
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
Um CH 3 vem do grupo acetil, CH 3 CO–, 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 de outros ácidos carboxílicos que requerem um cloreto de acila, os ácidos dicarboxílicos podem se condensar em seu anidrido correspondente. Para fazer isso, eles precisam ser aquecidos para promover a liberação de H 2 O. Por exemplo, a formação de anidrido ftálico a partir do ácido ftálico é mostrada.
Formação de anidrido ftálico. Fonte: Jü, do Wikimedia Commons
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. Além disso, pode ser apreciado que o anidrido ftálico é um anidrido simétrico, uma vez que 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 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 às questões de óxidos, os nomes dos anidridos orgânicos explicados até agora dependem da identidade de R 1 e R 2; isto é, de seus grupos acila.
Se os dois Rs forem iguais, simplesmente substitua 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 ver se é um anidrido de ácido simétrico ou assimétrico.
(CH 3 CO) 2 O é simétrico, uma vez que R 1 = R 2 = CH 3. 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:
CH 3 CO (O) COCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3
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, CO 2. É, junto com a água, essencial para a fotossíntese. E em nível industrial, o SO 3 é essencial, já que dele se obtém o ácido sulfúrico exigido.
Talvez o anidrido com mais aplicações e por possuir (enquanto houver vida) seja o do ácido fosfórico: o trifosfato de adenosina, mais conhecido como ATP, presente no DNA e "moeda de energia" 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, de modo geral, 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 da celulose (imagem inferior). Com isso, cada H do OH é substituído por um grupo acetil, COCH 3.
Celulose. Fonte: NEUROtiker, do Wikimedia Commons
Desta forma, o polímero de acetato de celulose é obtido. A mesma reação pode ser delineada com outras estruturas poliméricas com grupos NH 2, também suscetíveis à 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, dando enxofre, ou mesmo anidridos de 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 propanóico benzóico. Sua hidrólise produz ácidos benzóico e propanóico.
-C 6 H 11 CO (O) COC 6 H 11: anidrido ciclohexanocarboxílico. Ao contrário dos anéis aromáticos, estes são saturados, sem ligações duplas.
-CH 3 CH 2 CH 2 CO (O) COCH 2 CH 3: anidrido butanóico propanóico.
Anidrido succínico
Anidrido succínico. Fonte: Ninjatacoshell, do Wikimedia Commons
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
Anidrido glutárico. Fonte: Choij, do Wikimedia Commons
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
- Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2019). Anidrido. Enclyclopaedia Britannica. Recuperado de: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (8 de janeiro de 2019). Definição de anidrido ácido em química. Recuperado de: Thoughtco.com
- Chemistry LibreTexts. (sf). Anidridos. Recuperado de: chem.libretexts.org
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Química orgânica. Aminas. (10 th Edition.). Wiley Plus.
- Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
- Morrison e Boyd. (1987). Quimica Organica. (Quinta edição). Addison-Wesley Iberoamericana.
- Wikipedia. (2019). Anidrido de ácido orgânico. Recuperado de: en.wikipedia.org