„Carbonsäureanhydride“ – Versionsunterschied

Versionsgeschichte interaktiv durchsuchen

[ungesichtete Version]

[gesichtete Version]

Inhalt gelöscht Inhalt hinzugefügt

VisuellWikitext

Inline

Aktuelle Version vom 13. Mai 2024, 14:16 Uhr

Carbonsäureanhydride sind eine Stoffklasse der organischen Chemie, die sich von den Carbonsäuren ableiten und als reaktive Carbonsäurederivate bezeichnet werden können. Sie bestehen aus zwei Acylgruppen, die durch ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind. Dabei wird zwischen symmetrischen (R¹=R²) und unsymmetrischen (R¹≠R²) unterschieden, wobei die symmetrischen Carbonsäureanhydride häufiger und wichtiger sind. Des Weiteren gibt es sowohl offenkettige (z. B. Acetanhydrid), als auch cyclische Carbonsäureanhydride (z. B. Bernsteinsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid).^[1]

Nomenklatur

Zu beachten ist, dass Carbonsäureanhydride und Säureanhydride nicht ein und dasselbe sind. Alle Carbonsäureanhydride sind Säureanhydride, aber nicht alle Säureanhydride sind Carbonsäureanhydride. So ist z. B. Distickstoffpentoxid auch ein Säureanhydrid, ist jedoch nicht organisch und weist keine Kohlenstoffatome auf. Somit ist es kein Carbonsäureanhydrid. Ein Carbonsäureanhydrid wird so genannt, wie die Carbonsäure, aus der es theoretisch durch Dehydratisierung entstanden ist, mit dem Zusatz -anhydrid. So ist z. B. das Anhydrid der Phthalsäure das Phthalsäureanhydrid. Bei unsymmetrischen Carbonsäureanhydriden wird erst die eine und dann die andere Säure genannt und die Endung -anhydrid angefügt. Das Carbonsäureanhydrid von Ethansäure und Propansäure wäre das Ethansäure-propansäureanhydrid.^[2]

Herstellung

Synthese von symmetrischen Carbonsäureanhydriden

Zur Herstellung von symmetrischen Carbonsäureanhydriden lässt sich die Dehydratisierung mit Hilfe von Phosphorpentoxid von der entsprechenden Monocarbonsäure nutzen.^[3]

Großtechnische Herstellung von Acetanhydrid

Acetanhydrid (auch Essigsäureanhydrid genannt) gilt als das wichtigste Carbonsäureanhydrid. Es wird mittels des Wacker-Verfahrens atomökonomisch hergestellt. Hierbei wird erst das Ethenon (Keten) durch Dehydratisierung von Essigsäure oder durch Pyrolyse von Aceton erzeugt und danach kommt es zu der Reaktion von Essigsäure mit Keten (siehe Wacker-Verfahren):^[2]

Reaktionen

Carbonsäureanhydride sind zwar weniger reaktiv als Carbonsäurechloride jedoch als reaktive Carbonsäurederivate reaktiver als andere Carbonylverbindungen.^[2]

Alkoholyse

Durch Alkoholyse von Carbonsäureanhydriden entsteht eine Carbonsäure und ein Carbonsäureester. Bei der Reaktion von Acetanhydrid mit Alkohol entstehen Essigsäure und ein Essigsäureester:

Bei der Reaktion eines cyclischen Carbonsäureanhydrids mit wasserfreiem Alkohol entsteht eine Dicarbonsäure mit einer veresterten Carboxygruppe. Die wasserfreie Alkoholyse von Phthalsäureanhydrid mit Methanol liefert einen Phthalsäuremonomethylester als Produkt:^[4]

Hydrolyse

Durch Reaktion mit Wasser entstehen aus Carbonsäureanhydriden zwei Äquivalente der zugrunde liegenden Carbonsäure. Durch die Hydrolyse von Acetanhydrid entstehen zwei Äquivalente Essigsäure:

Bildung von Carbonsäureamiden

Carbonsäureanhydride reagieren mit Ammoniak bzw. Aminen zu Carbonsäuresalzen und Carbonsäureamiden. Die gewünschten Produkte sind hierbei die Carbonsäureamide. Carbonsäuresalze lassen sich weitaus einfacher durch die Reaktion von Carbonsäuren mit Ammoniank bzw. Aminen herstellen. Die Reaktionen laufen wie folgt ab:

Acetanhydrid reagiert mit Ammoniak zu Ammoniumacetat und Acetamid:

Acetanhydrid reagiert mit einem primären Amin zu einem Essigsäuresalz und einem sekundären Essigsäureamid:

Acetanhydrid reagiert mit einem sekundären Amin zu einem Essigsäuresalz und einem tertiären Essigsäureamid:

Diels-Alder-Reaktion

Durch das elektronenarme π-System eignet sich das cyclische Maleinsäureanhydrid als nahezu ideales Dienophil für die Diels-Alder-Reaktion. Bei der [4+2]-Cycloaddition von 1,3-Butadien und Maleinsäureanhydrid entsteht Tetrahydrophthalsäureanhydrid (siehe Diels-Alder-Reaktion):^[5]^[6]

Friedel-Crafts-Acylierung

Die Friedel-Crafts-Acylierung gilt als die wichtigste Methode für die Synthese von aromatischen Ketonen. Sie lässt sich u. a. mit Carbonsäureanhydriden durchführen. Bei der Reaktion einer aromatischen Verbindung und einem Carbonsäureanhydrid entsteht mit Hilfe eines Lewis-Säure-Katalysators ein Arylketon (siehe Friedel-Crafts-Acylierung):^[6]^[7]

Einzelnachweise

↑ Robert J. Ouellette, J. Davin Rawn: Organic Chemistry: Structure, Mechanism, and Synthesis. Elsevier, Amsterdam 2014, ISBN 978-0-12-800780-8, S. 699.
↑ ^a ^b ^c Adalbert Wollrab: Organische Chemie – Eine Einführung für Lehramts- und Nebenfachstudenten. 4. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-45143-0, S. 672–675, doi:10.1007/978-3-642-45144-7.
↑ Hans P. Latscha, Uli Kazmaier, Helmut A. Klein: Organische Chemie: Chemie-Basiswissen II. 6. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-77106-7, S. 275–276, doi:10.1007/978-3-540-77107-4.
↑ Hans Breuer: Chemie: Organische Chemie und Kunststoffe. 9. Auflage. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2006, ISBN 978-3-423-03218-6, S. 369–372.
↑ Maleinsäureanhydrid. In: Jürgen Falbe, Manfred Regitz (Hrsg.): Römpp. 9. Auflage. Georn Thieme Verlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-13-734909-5, S. 2617.
↑ ^a ^b Thomas Laue, Andreas Plagens: Named organic reactions. Wiley, 1999, ISBN 0-471-97142-1, S. 78–109.
↑ Norman L. Allinger: Organische Chemie. Hrsg.: Georg Kossmehl. 1. Auflage. De Gruyter, Berlin 1980, ISBN 978-3-11-004594-9, S. 564—565.

[1] Robert J. Ouellette, J. Davin Rawn: Organic Chemistry: Structure, Mechanism, and Synthesis. Elsevier, Amsterdam 2014, ISBN 978-0-12-800780-8, S. 699.

[EN0-2] Adalbert Wollrab: Organische Chemie – Eine Einführung für Lehramts- und Nebenfachstudenten. 4. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-45143-0, S. 672–675, doi:10.1007/978-3-642-45144-7.

[EN1-3] Hans P. Latscha, Uli Kazmaier, Helmut A. Klein: Organische Chemie: Chemie-Basiswissen II. 6. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-77106-7, S. 275–276, doi:10.1007/978-3-540-77107-4.

[4] Hans Breuer: Chemie: Organische Chemie und Kunststoffe. 9. Auflage. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2006, ISBN 978-3-423-03218-6, S. 369–372.

[EN3-5] Maleinsäureanhydrid. In: Jürgen Falbe, Manfred Regitz (Hrsg.): Römpp. 9. Auflage. Georn Thieme Verlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-13-734909-5, S. 2617.

[Laue-6] Thomas Laue, Andreas Plagens: Named organic reactions. Wiley, 1999, ISBN 0-471-97142-1, S. 78–109.

[7] Norman L. Allinger: Organische Chemie. Hrsg.: Georg Kossmehl. 1. Auflage. De Gruyter, Berlin 1980, ISBN 978-3-11-004594-9, S. 564—565.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
+[[Datei:Carbonsäureanhydrid V8.svg|miniatur|hochkant=0.8|Symmetrische (R<sup>1</sup>=R<sup>2</sup>) und unsymmetrische (R<sup>1</sup>≠R<sup>2</sup>) Carbonsäureanhydride (R<sup>1</sup>,R<sup>2</sup> = H oder Organyl-Rest, wie Alkyl-Rest, Aryl-Rest oder Arylalkyl-Rest etc.).]]
-Carbonsäureanhydride werden auch Säureanhydride genannt. Sie entstehen, wenn man 2 SÄuren miteinander reagieren lässt. Die dadurch entstehende funktionelle Gruppe heißt Säureanhydrid.
+[[Datei:Carbonsäureanhydrid_V3.svg|miniatur|hochkant=0.8|Von oben nach unten: Acetanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid. Die charakteristische Gruppe aller Carbonsäureanhydride ist <span style="color:blue;">'''blau'''</span> markiert. ]]
-Aus der Reaktion der beiden Carboxylgruppen (-COOH) entsteht dann ein Molekül Wasser (H2O) und das entsprechende Anhydrid (R-CO-O-CO-R). R steht für Rest und sind Methylgruppen. Diese Verbindungen sind sehr energiereich.
+'''Carbonsäureanhydride''' sind eine Stoffklasse der [[Organische Chemie|organischen Chemie]], die sich von den [[Carbonsäure]]n ableiten und als reaktive [[Derivat (Chemie)|Carbonsäurederivate]] bezeichnet werden können. Sie bestehen aus zwei Acylgruppen, die durch ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind. Dabei wird zwischen symmetrischen (R<sup>1</sup>=R<sup>2</sup>) und unsymmetrischen (R<sup>1</sup>≠R<sup>2</sup>) unterschieden, wobei die symmetrischen Carbonsäureanhydride häufiger und wichtiger sind. Des Weiteren gibt es sowohl offenkettige (z.&nbsp;B. [[Acetanhydrid]]), als auch cyclische Carbonsäureanhydride (z.&nbsp;B. [[Bernsteinsäureanhydrid]] oder [[Maleinsäureanhydrid]]).<ref>{{Literatur |Autor=Robert J. Ouellette, J. Davin Rawn |Titel=Organic Chemistry: Structure, Mechanism, and Synthesis |Verlag=Elsevier |Ort=Amsterdam |Datum=2014 |ISBN=9780128007808 |Seiten=699}}</ref>
-Wichtiger allerdings sind diese Verbindungen bei den Phosphorsäureanhydriden und kommt beim ATP zum tragen.
+== Nomenklatur ==
+Zu beachten ist, dass Carbonsäureanhydride und Säureanhydride nicht ein und dasselbe sind. Alle Carbonsäureanhydride sind Säureanhydride, aber nicht alle Säureanhydride sind Carbonsäureanhydride. So ist z.&nbsp;B. [[Distickstoffpentoxid]] auch ein Säureanhydrid, ist jedoch nicht organisch und weist keine Kohlenstoffatome auf. Somit ist es kein Carbonsäureanhydrid.
+Ein Carbonsäureanhydrid wird so genannt, wie die Carbonsäure, aus der es theoretisch durch Dehydratisierung entstanden ist, mit dem Zusatz -anhydrid. So ist z.&nbsp;B. das Anhydrid der Phthalsäure das Phthalsäureanhydrid. Bei unsymmetrischen Carbonsäureanhydriden wird erst die eine und dann die andere Säure genannt und die Endung -anhydrid angefügt. Das Carbonsäureanhydrid von Ethansäure und Propansäure wäre das Ethansäure-propansäureanhydrid.<ref name="EN0">{{Literatur |Autor=[[Adalbert Wollrab]] |Titel= Organische Chemie – Eine Einführung für Lehramts- und Nebenfachstudenten |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=4 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin |Datum=2014 |ISBN=9783642451430 |DOI=10.1007/978-3-642-45144-7 |Seiten=672–675}}</ref>
+== Herstellung ==
+=== Synthese von symmetrischen Carbonsäureanhydriden ===
+Zur Herstellung von symmetrischen Carbonsäureanhydriden lässt sich die [[Dehydratisierung (Chemie)|Dehydratisierung]] mit Hilfe von [[Phosphorpentoxid]] von der entsprechenden [[Monocarbonsäuren|Monocarbonsäure]] nutzen.<ref name="EN1">{{Literatur |Autor=Hans P. Latscha, Uli Kazmaier, Helmut A. Klein |Titel=Organische Chemie: Chemie-Basiswissen II |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=6 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin |Datum=2008 |ISBN=9783540771067 |DOI=10.1007/978-3-540-77107-4 |Seiten=275–276}}</ref>
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Herstellung3_V1.svg|rahmenlos|ohne|340x340px]]
+=== Großtechnische Herstellung von Acetanhydrid ===
+Acetanhydrid (auch Essigsäureanhydrid genannt) gilt als das wichtigste Carbonsäureanhydrid. Es wird mittels des Wacker-Verfahrens [[Atomökonomie|atomökonomisch]] hergestellt. Hierbei wird erst das [[Ethenon]] (Keten) durch [[Dehydratisierung (Chemie)|Dehydratisierung]] von [[Essigsäure]] oder durch [[Pyrolyse]] von [[Aceton]] erzeugt und danach kommt es zu der Reaktion von Essigsäure mit Keten (siehe [[Wacker-Verfahren]]):<ref name="EN0" />
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Herstellung2_V2.svg|rahmenlos|ohne|420x420px]]
+== Reaktionen ==
+Carbonsäureanhydride sind zwar weniger reaktiv als [[Carbonsäurechloride]] jedoch als reaktive Carbonsäurederivate reaktiver als andere [[Carbonylverbindungen]].<ref name="EN0" />
+=== Alkoholyse ===
+Durch [[Alkoholyse]] von Carbonsäureanhydriden entsteht eine Carbonsäure und ein [[Carbonsäureester]]. Bei der Reaktion von Acetanhydrid mit [[Alkohole|Alkohol]] entstehen [[Essigsäure]] und ein [[Essigsäureester]]:
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion1_V2.svg|rahmenlos|ohne|480x480px]]
+Bei der Reaktion eines cyclischen Carbonsäureanhydrids mit wasserfreiem Alkohol entsteht eine [[Dicarbonsäure]] mit einer veresterten [[Carboxygruppe]]. Die wasserfreie Alkoholyse von Phthalsäureanhydrid mit [[Methanol]] liefert einen Phthalsäuremonomethylester als Produkt:<ref>{{Literatur |Autor=[[Hans Breuer (Physiker)|Hans Breuer]] |Titel=Chemie: Organische Chemie und Kunststoffe |Auflage=9 |Verlag=Deutscher Taschenbuch Verlag |Ort=München |Datum=2006 |ISBN=9783423032186 |Seiten=369–372}}</ref>
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion8_V3.svg|rahmenlos|ohne|380x380px]]
+=== Hydrolyse ===
+Durch Reaktion mit Wasser entstehen aus Carbonsäureanhydriden zwei Äquivalente der zugrunde liegenden Carbonsäure. Durch die Hydrolyse von Acetanhydrid entstehen zwei Äquivalente Essigsäure:
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion2_V2.svg|rahmenlos|ohne|460x460px]]
+=== Bildung von Carbonsäureamiden ===
+Carbonsäureanhydride reagieren mit Ammoniak bzw. Aminen zu Carbonsäuresalzen und Carbonsäureamiden. Die gewünschten Produkte sind hierbei die Carbonsäureamide. Carbonsäuresalze lassen sich weitaus einfacher durch die Reaktion von Carbonsäuren mit Ammoniank bzw. Aminen herstellen. Die Reaktionen laufen wie folgt ab:
+Acetanhydrid reagiert mit [[Ammoniak]] zu [[Ammoniumacetat]] und [[Acetamid]]:
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion3_V3.svg|rahmenlos|ohne|550x550px]]
+Acetanhydrid reagiert mit einem [[primär (Chemie)|primären]] [[Amine|Amin]] zu einem Essigsäuresalz und einem [[sekundär (Chemie)|sekundären]] [[Essigsäureamid]]:
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion4_V3.svg|rahmenlos|ohne|550x550px]]
+Acetanhydrid reagiert mit einem [[sekundär (Chemie)|sekundären]] Amin zu einem Essigsäuresalz und einem [[tertiär (Chemie)|tertiären]] Essigsäureamid:
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion5_V3.svg|rahmenlos|ohne|550x550px]]
+=== Diels-Alder-Reaktion ===
+Durch das elektronenarme π-System eignet sich das cyclische Maleinsäureanhydrid als nahezu ideales Dienophil für die Diels-Alder-Reaktion. Bei der [4+2]-Cycloaddition von 1,3-Butadien und Maleinsäureanhydrid entsteht [[1,2,3,6-Tetrahydrophthalsäureanhydrid|Tetrahydrophthalsäureanhydrid]] (siehe [[Diels-Alder-Reaktion]]):<ref name="EN3">{{Literatur |Autor= |Titel=Maleinsäureanhydrid |Hrsg=Jürgen Falbe, Manfred Regitz |Sammelwerk=Römpp |Auflage=9 |Verlag=Georn Thieme Verlag |Ort=Stuttgart |Datum=2003 |ISBN=3137349095 |Seiten=2617}}</ref><ref name="Laue">{{Literatur | Autor=Thomas Laue, Andreas Plagens | Titel=Named organic reactions | Auflage= | Verlag=Wiley | Ort= | Datum=1999 | ISBN=0471971421 | Seiten=78–109}}</ref>
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion6_V2.svg|rahmenlos|ohne|400x400px]]
+=== Friedel-Crafts-Acylierung ===
+Die Friedel-Crafts-Acylierung gilt als die wichtigste Methode für die Synthese von aromatischen Ketonen. Sie lässt sich u.&nbsp;a. mit Carbonsäureanhydriden durchführen. Bei der Reaktion einer aromatischen Verbindung und einem Carbonsäureanhydrid entsteht mit Hilfe eines Lewis-Säure-Katalysators ein Arylketon (siehe [[Friedel-Crafts-Acylierung]]):<ref name="Laue" /><ref>{{Literatur |Autor=Norman L. Allinger |Titel=Organische Chemie |Hrsg=Georg Kossmehl |Auflage=1 |Verlag=De Gruyter |Ort=Berlin |Datum=1980 |ISBN=9783110045949 |Seiten=564—565}}</ref>
+:[[Datei:Carbonsäureanhydrid_Reaktion7_V2.svg|rahmenlos|ohne|480x480px]]
+== Einzelnachweise ==
+<references />
+[[Kategorie:Stoffgruppe]]
+[[Kategorie:Carbonsäureanhydrid| ]]