If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Příprava anhydridů kyselin

Jak lze z karboxylových kyselin připravit anhydridy. Tvůrce: Jay.

Transkript

Zde vidíme další derivát karboxylových kyselin, konkrétně anhydrid kyseliny. Anhydridy můžeme získat z karboxylových kyselin. Začneme karboxylovou kyselinou, ke které nejprve přidáme bázi, například hydroxid sodný, a ve druhém kroku přidáme chlorid kyseliny. Tím získáme anhydrid kyseliny. Teď se podíváme na mechanismus této reakce. Hydroxid sodný je báze, která bude přijímat proton a nechá tyto elektrony na atomu kyslíku. Na atomu kyslíku už původně byly dva volné elektronové páry, proto po odtržení protonu získáváme karboxylátový anion. Tento atom kyslíku bude mít tři volné elektronové páry, a proto získá formální náboj minus jedna. A když označíme tyto elektrony purpurovou barvou, přemístíme tyto elektrony na kyslík, tak získáme karboxylátový anion. Tento karboxylátový anion bude působit jako nukleofil. V druhém reakčním kroku přidáváme acylchlorid. Nakreslíme zde strukturu acylchloridu. Acylchlorid bude působit jako elektrofil. Teď se zamysleme, proč to tak je. Kyslík z tohoto atomu uhlíku odtahuje elektronovou hustotu, protože kyslík má vyšší elektronegativitu než uhlík. Atom chloru má stejné vlastnosti, také odtahuje elektronovou hustotu. Takže zde máme dvě elektronakceptorní funkční skupiny, proto je tento uhlík silně elektrofilní. Máme tedy nukleofil, který bude atakovat tento elektrofil. Dochází k nukleofilnímu ataku a tyto elektrony se přemístí na kyslík. Pojďme si nakreslit výsledek tohoto nukleofilního ataku. Teď máme dvojnou vazbu mezi uhlíkem a kyslíkem, dále tu máme vazbu mezi tímto kyslíkem a uhlíkem a dále tento horní kyslík má tři volné elektronové páry, čímž získává formální náboj minus jedna. Pořád je tu vazba mezi tímto uhlíkem a chlorem a pořád zde máme substituent R'. Přidáme chybějící volné elektronové páry. Purpurové elektrony teď vytvořily novou vazbu mezi kyslíkem a uhlíkem a pak se tyto elektrony přemístily na tento kyslík, který tak získal formální náboj minus jedna. Dále víme, že chloridový anion je výbornou odstupující skupinou, Pokud se tyto modré elektrony přemístí sem a znovu vytvoří dvojnou vazbu, tyto elektrony se přemístí na atom chloru, a tím vytvoří chloridový anion, který je velmi stabilní, a proto je dobrou odstupující skupinou. Takovým způsobem dochází ke vzniku anhydridu kyseliny, takže pojďme nakreslit vzorec finální sloučeniny. Máme tu kyslík s jedním volným elektronovým párem. Máme tu tuto vazbu. Znovu máme karbonylovou funkční skupinu. Chloridový anion odstoupil, a proto tu teď máme substituent R'. Získali jsme anhydrid kyseliny. Můžeme mít stejné substituenty R, v tom případě se jedná o symetrický anhydrid, anebo je můžeme mít různé, a získat smíšený anhydrid. Podíváme se na příklad. Vezmeme si kyselinu octovou a provedeme s ní dvě různé chemické reakce. První bude reakce s chloridem thionylu, pomocí kterého získáme z octové kyseliny acetylchlorid. Pojďme ukázat vznik acylchloridu z příslušné karboxylové kyseliny. Anebo si můžeme vzít tuto octovou kyselinu a přidat k ní hydroxid sodný, který převezme proton a nechá tyto elektrony na atomu kyslíku. Ukážeme průběh mechanismu, o kterém jsme již mluvili dříve. Tímto vznikne acetát sodný. Na atomu kyslíku je formální náboj minus jedna a na sodíku je kladný náboj. Tento atom kyslíku měl původně dva volné elektronové páry. Teď se nacházíme v situaci, o které jsme již mluvili. Máme karboxylátový, který působí jako nukleofil, atakuje elektrofilní atom uhlíku v acylchloridu. Tyto elektrony budou atakovat tento uhlík, tyto elektrony se přemístí na atom kyslíku, a pak se tyto elektrony vrátí zpět a získáme zpět tuto dvojnou vazbu. Tyto elektrony přejdou na atom chloru a už můžeme nakreslit finální produkt. Zamyšlení nad tímto mechanismem nám pomohlo zjistit produkt reakce, kterým je symetrický anhydrid. Máme zde atom kyslíku, zde máme alkylový substituent. Tentokrát tímto substituentem R je methylová skupina, tento kyslík je tento kyslík a tato část achylchloridu je touto částí v konečném produktu. Tohle je anhydrid kyseliny octové, který se velmi často používá ve studentských laboratořích. Toto je dobrý způsob pro přípravu anhydridů kyselin. Podíváme se na druhý způsob přípravy anhydridů. Můžeme začít ze dvou karboxylových kyselin, například máme dvě molekuly kyseliny octové, takže máme dvě stejné kyseliny, a začneme je zahřívat. Dojde k dehydrataci. Můžete si to představovat jako ztrátu OH skupiny jedné molekuly, a atomu vodíku jiné molekuly, takže si to představit můžete jako ztrátu vody. Zbylé části molekul se spojí dohromady, takže tato část se připojí k této části, a uvidíme, že jsme znovu získali anhydrid kyseliny. Nakreslíme vzniklý anhydrid. Získali jsme anhydrid kyseliny dehydratační reakcí. Tento způsob tvorby anhydridů není univerzální. Funguje dobře pro kyselinu octovou, ale nefunguje pro většinu jiných karboxylových kyselin. Další situací, ve které tento způsob bude fungovat, je tato. Tohle je kyselina ftalová, je to dikarboxylová kyselina. Dokonce není potřeba ji zahřívat na natolik vysokou teplotu, jak tomu bylo v případě kyseliny octové. Takto znovu získáme anhydrid kyseliny. Během dehydratace ztratíme OH skupinu z jedné molekuly a vodík z druhé. Zkusíme si nakreslit produkt reakce. Zde máme benzenové jádro a zde dojde ke vzniku anhydridu. Došlo ke ztrátě vody. Vzniklý anhydrid se nazývá ftalanhydridem, protože vzniká z kyseliny ftalové. Takovým způsobem dobře vznikají pěti- a šestičlenné kruhy. Zde jsme získali pětičlenný kruh. Máme v něm uhlík, kyslík, uhlík, uhlík a znovu uhlík, takže máme pětičlenný kruh. Ale pro šestičlenné kruhy to také funguje dobře.