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Carbonsäureanhydride

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).

Symmetrische (R1=R2) und unsymmetrische (R1≠R2) Carbonsäureanhydride (R1,R2 = H oder Organyl-Rest, wie Alkyl-Rest, Aryl-Rest oder Arylalkyl-Rest etc.).
Von oben nach unten: Acetanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid. Die charakteristische Gruppe aller Carbonsäureanhydride istblau markiert.

Inhaltsverzeichnis

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.

Synthese von symmetrischen Carbonsäureanhydriden

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

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):

Carbonsäureanhydride sind zwar weniger reaktiv als Carbonsäurechloride jedoch als reaktive Carbonsäurederivate reaktiver als andere Carbonylverbindungen.

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:

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):

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):

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Carbonsäureanhydride
carbonsäureanhydride, sprache, beobachten, bearbeiten, sind, eine, stoffklasse, organischen, chemie, sich, carbonsäuren, ableiten, reaktive, carbonsäurederivate, bezeichnet, werden, können, bestehen, zwei, acylgruppen, durch, sauerstoffatom, miteinander, verbu. Carbonsaureanhydride Sprache Beobachten Bearbeiten Carbonsaureanhydride sind eine Stoffklasse der organischen Chemie die sich von den Carbonsauren ableiten und als reaktive Carbonsaurederivate bezeichnet werden konnen 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 Carbonsaureanhydride haufiger und wichtiger sind Des Weiteren gibt es sowohl offenkettige z B Acetanhydrid als auch cyclische Carbonsaureanhydride z B Bernsteinsaureanhydrid oder Maleinsaureanhydrid 1 Symmetrische R1 R2 und unsymmetrische R1 R2 Carbonsaureanhydride R1 R2 H oder Organyl Rest wie Alkyl Rest Aryl Rest oder Arylalkyl Rest etc Von oben nach unten Acetanhydrid Maleinsaureanhydrid Phthalsaureanhydrid Die charakteristische Gruppe aller Carbonsaureanhydride ist blau markiert Inhaltsverzeichnis 1 Nomenklatur 2 Herstellung 2 1 Synthese von symmetrischen Carbonsaureanhydriden 2 2 Grosstechnische Herstellung von Acetanhydrid 3 Reaktionen 3 1 Alkoholyse 3 2 Hydrolyse 3 3 Bildung von Carbonsaureamiden 3 4 Diels Alder Reaktion 3 5 Friedel Crafts Acylierung 4 EinzelnachweiseNomenklatur BearbeitenZu beachten ist dass Carbonsaureanhydride und Saureanhydride nicht ein und dasselbe sind Alle Carbonsaureanhydride sind Saureanhydride aber nicht alle Saureanhydride sind Carbonsaureanhydride So ist z B Distickstoffpentoxid auch ein Saureanhydrid ist jedoch nicht organisch und weist keine Kohlenstoffatome auf Somit ist es kein Carbonsaureanhydrid Ein Carbonsaureanhydrid wird so genannt wie die Carbonsaure aus der es theoretisch durch Dehydratisierung entstanden ist mit dem Zusatz anhydrid So ist z B das Anhydrid der Phthalsaure das Phthalsaureanhydrid Bei unsymmetrischen Carbonsaureanhydriden wird erst die eine und dann die andere Saure genannt und die Endung anhydrid angefugt Das Carbonsaureanhydrid von Ethansaure und Propansaure ware das Ethansaure propansaureanhydrid 2 Herstellung BearbeitenSynthese von symmetrischen Carbonsaureanhydriden Bearbeiten Zur Herstellung von symmetrischen Carbonsaureanhydriden lasst sich die Dehydratisierung mit Hilfe von Phosphorpentoxid von der entsprechenden Monocarbonsaure nutzen 3 Grosstechnische Herstellung von Acetanhydrid Bearbeiten Acetanhydrid auch Essigsaureanhydrid genannt gilt als das wichtigste Carbonsaureanhydrid Es wird mittels des Wacker Verfahrens atomokonomisch hergestellt Hierbei wird erst das Ethenon Keten durch Dehydratisierung von Essigsaure oder durch Pyrolyse von Aceton erzeugt und danach kommt es zu der Reaktion von Essigsaure mit Keten siehe Wacker Verfahren 2 Reaktionen BearbeitenCarbonsaureanhydride sind zwar weniger reaktiv als Carbonsaurechloride jedoch als reaktive Carbonsaurederivate reaktiver als andere Carbonylverbindungen 2 Alkoholyse Bearbeiten Durch Alkoholyse von Carbonsaureanhydriden entsteht eine Carbonsaure und ein Carbonsaureester Bei der Reaktion von Acetanhydrid mit Alkohol entstehen Essigsaure und ein Essigsaureester Bei der Reaktion eines cyclischen Carbonsaureanhydrids mit wasserfreiem Alkohol entsteht eine Dicarbonsaure mit einer veresterten Carboxygruppe Die wasserfreie Alkoholyse von Phthalsaureanhydrid mit Methanol liefert einen Phthalsauremonomethylester als Produkt 4 Hydrolyse Bearbeiten Durch Reaktion mit Wasser entstehen aus Carbonsaureanhydriden zwei Aquivalente der zugrunde liegenden Carbonsaure Durch die Hydrolyse von Acetanhydrid entstehen zwei Aquivalente Essigsaure Bildung von Carbonsaureamiden Bearbeiten Carbonsaureanhydride reagieren mit Ammoniak bzw Aminen zu Carbonsauresalzen und Carbonsaureamiden Die gewunschten Produkte sind hierbei die Carbonsaureamide Carbonsauresalze lassen sich weitaus einfacher durch die Reaktion von Carbonsauren mit Ammoniank bzw Aminen herstellen Die Reaktionen laufen wie folgt ab Acetanhydrid reagiert mit Ammoniak zu Ammoniumacetat und Acetamid Acetanhydrid reagiert mit einem primaren Amin zu einem Essigsauresalz und einem sekundaren Essigsaureamid Acetanhydrid reagiert mit einem sekundaren Amin zu einem Essigsauresalz und einem tertiaren Essigsaureamid Diels Alder Reaktion Bearbeiten Durch das elektronenarme p System eignet sich das cyclische Maleinsaureanhydrid als nahezu ideales Dienophil fur die Diels Alder Reaktion Bei der 4 2 Cycloaddition von 1 3 Butadien und Maleinsaureanhydrid entsteht Tetrahydrophthalsaureanhydrid siehe Diels Alder Reaktion 5 6 Friedel Crafts Acylierung Bearbeiten Die Friedel Crafts Acylierung gilt als die wichtigste Methode fur die Synthese von aromatischen Ketonen Sie lasst sich u a mit Carbonsaureanhydriden durchfuhren Bei der Reaktion einer aromatischen Verbindung und einem Carbonsaureanhydrid entsteht mit Hilfe eines Lewis Saure Katalysators ein Arylketon siehe Friedel Crafts Acylierung 6 7 Einzelnachweise Bearbeiten 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 Einfuhrung fur 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 Munchen 2006 ISBN 978 3 423 03218 6 S 369 372 Maleinsaureanhydrid In Jurgen Falbe Manfred Regitz Hrsg Rompp 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 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Carbonsaureanhydride amp oldid 190573726, wikipedia, wiki, deutsches

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