Как сделать сложный эфир

Обновлено: 05.07.2024

Запах душистого мыла, ароматы парфюмерии и косметических средств заслуга сложных эфиров. В XVIII веке Л. Де Лаурагваис впервые перегнал органическую кислоту со спиртом и получил ароматную жидкость. Спустя несколько веков мы не представляем жизнь без эфиров. Эфиры делятся на два вида – простые и сложные. Простые эфиры – результат дегидратации от двух молекул спирта, а сложные эфиры – от молекулы карбоновой кислоты и молекулы спирта. Общий вид простых эфиров: R-O-R’ Общий вид сложных эфиров: R-C(O)O-R’

План урока:

Строение простых эфиров

Для атомов углерода насыщенных простых эфиров характерно состоянии sp 3 -гибридизации, а в ненасыщенных соединениях – sp 2 -гибридизации.

Строение молекулы диметилового эфира

Номенклатура эфиров

Например, симметричная молекула С₂Н₅-О-С₂Н₅ называется диэтиловым эфиром.

В несимметричной молекуле радикалы располагаются по алфавиту. Например, молекула СН₃-О-С₂Н₅ называется метилэтиловым эфиром.

Строение сложных эфиров

Например, C₂H₅-C(O)O-CH₃ также можно назвать как метиловый эфир этановой кислоты, а С₂Н₅-С(О)О-С₂Н₅ - этиловый эфир этановой кислоты.

Изомерия эфиров

Изомерия простых эфиров

Изомерия сложных эфиров

Классификация эфиров

Виды простых эфиров

Простые эфиры классифицируются по строению углеводородного скелета.

Виды сложных эфиров

Сложные эфиры классифицируются на несколько видов.

Сложные эфиры, образованные низшими карбоновыми кислотами и спиртами

С₅Н₁₁-С(О)О-СН₃ – метиловый эфир пентановой кислоты

Сложные эфиры, образованные высшими карбоновыми кислотами и спиртами

СН₃-(СН₂)₁₄-С(О)О-(СН₂)₂₉-СН₃ – мирициловый эфир пальмитиновой кислоты (один из компонентов пчелиного воска)

СН₃-(СН₂)₁₄-С(О)О-(СН₂)₁₅-СН₃ – цетиловый эфир пальмитиновой кислоты (основной компонент спермацета)

Жиры отличаются от других представителей класса тем, что они образованы от глицерина ОН-СН₂-СН(ОН)-СН₂-ОН.

Общая формула жиров

Способы получения простых и сложных эфиров

Получение простых эфиров

Простые эфиры не встречаются в природе, но есть множество химических способов получения эфиров.

С помощью этого способа получают симметричные молекулы. Реакция дегидратации (отщепления молекулы воды) протекает в присутствии минеральной кислоты и при нагревании.

Реакция Вильямсона (взаимодействие галогенпроизводных с алкоголятами)

С помощью этого метода можно синтезировать несимметричные молекулы.

Данным способом можно получать циклические соединения класса. Для проведения реакции необходимо нагревание и наличие катализатора.

Способ получения сложных эфиров

Реакция этерификации протекает в присутствии минеральной кислоты.

Физические свойства простых и сложных эфиров

Физические свойства простых эфиров

Для простых эфиров не характерно твердое состояние. Диметиловый эфир и метилэтиловый эфир – газы, а все остальные представители класса находятся в жидком состоянии. Простые эфиры кипят при более низких температурах, по сравнению со спиртами. Также им характерен приятный и сладкий запах.

Диэтиловый эфир – бесцветная жидкость, кипящая при температуре 35,5˚С. Он малорастворим в воде, но хорошо растворим в этиловом спирте. Температура воспламенения – 9,4˚С. При взаимодействии с воздухом образуется взрывоопасная смесь. Используется как растворитель. Это ядовитое вещество, которое опасно тем, что вызывает привыкание.

Простые эфиры не растворимы в воде. Эта особенность связана с неспособностью образовывать водородные связи. Простые эфиры – отличные растворители.

Физические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры, образованные от низших карбоновых кислот и спиртов, находятся в жидком состоянии. Они обладают приятными запахами и не растворяются в воде. Приятные цветочные и плодовые запахи обусловлены наличием сложных эфиров.

У сложных эфиров более низкие температуры плавления и кипения, чем у карбоновых кислот. Эта особенность связана с отсутствием межмолекулярных водородных связей.

Сложные эфиры, образованные от высших карбоновых кислот и спиртов – воски. У них отсутствуют запахи. Также они совсем не растворимы в воде, но растворимы в органических растворителях. Воски бывают растительными, животными, ископаемыми и синтетическими.

Соты из пчелиного воска

Растительные воски можно встретить на поверхностях листовых пластин, стеблей, плодов. Они защищают от проникания лишней воды, высыхания, попадания микроорганизмов. Наиболее популярный животный воск – пчелиный. Из него насекомые строят соты. Также животный воск находится на шерсти животных. Он предотвращает попадание избыточной влаги на кожу.

Ланолин (воск шерсти животных)

Представитель ископаемых восков – горный воск, который представляет собой минерал из группы нефтяных битумов. Синтетические воски получают на основе нефтяных и смоляных парафинов и их производных.

Химические реакции простых и сложных эфиров

Химические реакции простых эфиров

Взаимодействие с йодоводородной (HI) или бромоводородной (HBr) кислотой

Под действием концентрированной кислоты происходит разложение простого эфира.

R-O-R’ + HI →R-OH + R’-I

В результате данной реакции образуются нестойкие соли оксония.

При хранении простых эфиров на воздухе образуются перекиси.

Из-за образованных перекисей в процессе перегонки эфира может произойти взрыв, поэтому особенно важно очищать эфиры перед началом работы.

Химические реакции сложных эфиров

Химические реакции сложных эфиров обусловлены нуклеофильной атакой по атому углерода, находящимся в карбонильной группе, и замещением алкоксигруппы.

При кислотном гидролизе сложный эфир превращается в исходную карбоновую кислоту и спирт. Реакция проходит в присутствии минеральной кислоты.

При щелочном гидролизе образуются соль карбоновой кислоты и спирт. Данная реакция необратима.

Следует обратить внимание на то, что кислотный гидролиз обратим.

Взаимодействие с водородом (гидрирование, или восстановление)

В процессе гидрирования образуются две молекулы спирта. Реакция идет при наличии катализатора.

При взаимодействии сложных эфиров и аммиака образуются амиды кислот и спирты.

Применение эфиров

Простым эфирам характерна химическая инертность, поэтому они могут играть роль растворителя. Эфиры с разветвленными радикалами применяются в качестве антидетонационных добавок в моторных топливах. Также благодаря приятным запахам их можно встретить в парфюмерной продукции.

Сложные эфиры используются в парфюмерной, косметической продукции, пищевой промышленности, производстве лаков, красок, клеев и лекарственных препаратов. Также они могут выступать в роли растворителей.

Применение сложных эфиров.

Из сложных эфиров низших карбоновых кислот и спиртов, производят различные эссенции, а от ароматических спиртов – парфюмерную продукцию. Воски входят в состав смазочных веществ, кремов и мазей.

В XIX-ХХ веках ученые получили и изучили сложные эфиры, которые легли в основу многих лекарств. В число препаратов из эфиров входят салол, валидол. Раньше в качестве обезволивающего средства использовался метилсалицилат, который на современном рынке вытеснен другими эффективными лекарственными препаратами.

Процесс получения сложных эфиров носит название реакции этерификации. Эта реакция с использованием общих формул описывается уравнением

Именно реакцией этерификации в 1759 г. в результате взаимодействия уксусной кислоты с этиловым спиртом был получен первый сложный эфир — этиловый эфир уксусной кислоты:

Обратите внимание на то, как строится название сложного эфира. Оно состоит из четырёх слов, указывающих на название углеводородного радикала и исходной кислоты. Например, продукт взаимодействия муравьиной кислоты с метиловым спиртом — метиловый эфир муравьиной кислоты:

Катион водорода в схеме реакции указывает на то, что реакция этерификации протекает в присутствии кислоты в качестве катализатора.

Сложные эфиры с небольшой молекулярной массой представляют собой легковоспламеняющиеся жидкости с характерным, часто приятным запахом. Они нерастворимы в воде, но прекрасно растворяют различные органические вещества.

Нахождение в природе и применение сложных эфиров

Сложные эфиры широко распространены в природе. Неповторимый аромат цветов и фруктов часто обусловлен присутствием веществ именно этого класса. Сложные эфиры с большой молекулярной массой представляют собой твёрдые вещества — воски. Пчелиный воск — это смесь сложных эфиров, образованных карбоновыми кислотами и спиртами с длинными углеводородными цепями.

Синтетические сложные эфиры используют в пищевой промышленности в качестве добавок для придания фруктовых запахов напиткам и кондитерским изделиям. Благодаря хорошей растворяющей способности сложные эфиры входят в состав растворителей лаков и красок.

Жиры, их строение и свойства

Люди стали использовать жиры в повседневной жизни значительно раньше, чем задумались об их химическом строении. Животные и растительные жиры — важные компоненты пищи. Жиры необходимы для построения клеточных мембран и как источник энергии, поскольку калорийность жиров в 2 раза выше, чем других питательных веществ — углеводов и белков. У позвоночных животных жиры откладываются в жировой ткани, сосредоточенной в основном в подкожной жировой клетчатке и сальнике. В растениях жиры содержатся в сравнительно небольших количествах, за исключением семян масличных растений, в которых содержание жиров может быть более 50%.

Жиры используют не только в пищевой промышленности. Их используют в качестве смазки, косметических и лекарственных средств, для приготовления масляных красок и олифы.

В 1779 г. шведский химик К. Шееле получил из оливкового масла вязкую жидкость, сладкую на вкус, — простейший трёхатомный спирт глицерин. Вскоре выяснилось, что глицерин входит в состав молекул любых жиров. Позднее французский химик М. Шеврёль доказал, что, помимо глицерина, при нагревании жиров в присутствии кислоты образуются и карбоновые кислоты.

Общую формулу жиров можно представить в следующем виде:

В состав жиров чаще всего входят остатки карбоновых кислот, содержащих чётное число атомов углерода и неразветвлённую углеродную цепь. Наиболее часто в составе жиров встречаются остатки пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. В одной молекуле кислотные остатки могут быть различными, поэтому в общей формуле жиров углеводородные радикалы R обозначены разными цифрами.

Сравните состав стеариновой (С₁₇Н₃₅СООН) и олеиновой (С₁₇Н₃₃СООН) кислот. У стеариновой кислоты углеводородный радикал отвечает формуле С_nН₂_n+1, т. е. является предельным. Следовательно, стеариновая кислота относится к предельным карбоновым кислотам. В углеводородном радикале олеиновой кислоты на два атома водорода меньше, поскольку в нём содержится одна двойная углерод-углеродная связь. Олеиновая кислота относится к непредельным карбоновым кислотам.

Жиры животного происхождения имеют твёрдую консистенцию (есть и исключения, например жидкий рыбий жир). В состав молекул твёрдых жиров входят остатки предельных кислот. Растительные жиры, которые часто называют растительными маслами, образованы остатками непредельных кислот, имеют жидкую консистенцию (исключение — твёрдое пальмовое масло). Кстати, название олеиновой кислоты произошло от латинского слова oleum — масло.

Жиры гидрофобны, т. е. нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях: этиловом спирте, гексане, тетрахлорметане.

Жиры проявляют все характерные для сложных эфиров химические свойства. Главное из них — это гидролиз. Молекулы воды атакуют связи между кислотным остатком и фрагментом глицерина, в результате чего происходит распад молекулы жира:

Для жира, образованного стеариновой кислотой (такое вещество называют тристеаратом глицерина), уравнение реакции гидролиза выглядит следующим образом:

В качестве катализатора гидролиза жиров выступают кислоты. Такой гидролиз так и называют — кислотный гидролиз. Жирные руки трудно отмыть холодной водой, но стоит только протереть их ломтиком лимона, как они становятся заметно чище. Даже при таком непродолжительном контакте с лимонной кислотой жир частично гидролизуется.

Гидролиз жиров в присутствии щелочей называют щелочным гидролизом:

Щёлочь действует как катализатор, а также связывает образующиеся кислоты, превращая их в соли карбоновых кислот. Соли не способны вступать в реакцию этерификации с глицерином, и гидролиз становится необратимым. Неслучайно бытовые средства для удаления жира и засоров в раковинах более чем наполовину состоят из щёлочи.

Щелочной гидролиз жиров называют также омылением. Это название обусловлено тем, что образующиеся при этом натриевые и калиевые соли высших карбоновых кислот являются мылами.

Твёрдые жиры животного происхождения более ценны и дорогостоящи, чем жидкие растительные масла. Можно ли превратить жидкий жир в твёрдый химическим путём? Если вы вспомните, что растительные масла, в отличие от животных жиров, содержат остатки непредельных кислот, то нетрудно догадаться: гидрированием двойных связей С=С растительные масла превращают в аналог твёрдых жиров. Полученный продукт называют саломасом, его используют для приготовления маргарина и других продуктов питания:

Подобный процесс в больших масштабах проводят на жировых комбинатах.

Двойные связи непредельных кислот в жидких жирах сохраняют способность к реакциям полимеризации. Это свойство используют при изготовлении олифы — натуральной (на основе льняного или конопляного масла) или синтетической. При нанесении на деревянную поверхность олифа под действием кислорода воздуха полимеризуется с образованием прочной защитной плёнки. Олифу используют и при изготовлении и разбавлении масляных красок.

Сложные эфиры — производные карбоновых кислот, в которых атом водорода замещен на углеводородный радикал.

Номенклатура

Тут 2 есть несколько вариантов:

Изомерия сложных эфиров

Изомерия углеродного скелета — самые различные вариации R и R1.
Межклассовая изомерия — сложные эфиры изомерны карбоновым кислотам

Физические свойства ложных эфиров карбоновых кислот

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших одноатомных спиртов — летучие бесцветные жидкости с характерным, зачастую фруктовым запахом. Сложные эфиры высших карбоновых кислот — бесцветные твердые вещества.

Химические свойства

1. Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот — обратимая реакция:

взаимодействие ложные эфиров карбоновых кислот с щелочами дает соли:

Этот процесс называется «омыление эфиров«

Причем, если металл не одновалентный (Ca или Al, например), то соответственно изменяется и количество анионов:

2CH3COOC2H5 + Ca(OH)2 = (CH3COO)2Ca + 2C2H5OH

Получение сложных эфиров

Получение сложных эфиров — реакция этерификации:

R-COOH + R1OH -> RCOOR1 + H2O

В конце XIX — начале XX века, когда органический синтез делал свои первые шаги, было синтезировано и испытано фармакологами множество сложных эфиров карбоновых кислот. Они стали основой таких лекарственных средств, как салол, валидол и др. Как местнораздражающее и обезболивающее средство широко использовался метилсалицилат, в настоящее время практически вытесненный более эффективными средствами.

в ЕГЭ это вопрос А16 — Кислородсодержащие органические соединения

Характеристики и физические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры – это производные карбоновых кислот, в молекулах которых атом водорода карбоксильной группы замещен на углеводородный радикал (рис. 1).

Рис. 1. Строение молекулы сложного эфира.

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших спиртов – это летучие жидкости, плохо растворяющиеся в воде, обычно имеющие приятный запах, легче воды (например, плотность изоамилацетата – 0,876 г/см 3 ).

Сложные эфиры высших спиртов и карбоновых кислот – твердые, воскоподобные, напримерпальмитиновоцетиловый эфир (содержится в спермацете – одной из нуклеиновых кислот, участвующих в передаче наследственных признаков) и пальмитиновомирициловый эфир (содержится в пчелином воске).

Получение сложных эфиров

Основные способы получения сложных эфиров – это:

— взаимодействие кислот со спиртами

— взаимодействие ангидридов карбоновых кислот со спиртами

Химические свойства сложных эфиров

Химические свойства сложных эфиров обусловлены наличием функциональной группы. Наиболее важной является реакция гидролиза:

Сложные эфиры вступают в реакции взаимодействия со следующими веществами:

— спиртами (реакция переэтерификации)

— галогенирования, если в составе углеводородного радикала имеются кратные связи

Применение сложных эфиров

Сложные эфиры применяются для изготовления искусственных эссенций, используемых в производстве фруктовых вод, кондитерских изделий, косметических средств, отдушек для препаратов бытовой химии и т.д.

Примеры решения задач

Задание	Какая масса метанола образуется при гидролизе метилацетата, массой 10 г?
Решение	Запишем уравнение гидролиза метилового эфира уксусной кислоты:

Определим количество вещества метилацетата, используя значение его массы из условия задачи (молярная масса – 84 г/моль):

По уравнению n (CH₃— C(O)O- CH₃) = n (CH₃OH) =0,12 моль. Рассчитаем массу метанола (молярная масса – 32 г/моль):

Задание	Определите массу уксусной кислоты, которую можно получить в ходе реакции омыления этилацетата массой 180 г.
Решение	Запишем уравнение реакции гидролиза этилового эфира уксусной кислоты используя брутто формулы:

Рассчитаем количество вещества этилацетата (молярная масса – 88 г/моль), используя значение массы из условий задачи:

Согласно уравнению реакции, число моль этилацетата и уксусной кислоты равны:

Тогда, можно определить массу уксусной кислоты (молярная масса – 60 г/моль):

m(CH₃COOH)= n (CH₃COOH) × M (CH₃COOH) = 2 × 60 = 120 г.

Сложные эфиры – это органические соединения, молекулы которых содержат сложноэфирную группу –СОО– . Также сложные эфиры часто называют функциональными производными карбоновых кислот, атом водорода в карбоксильной группе которых замещен на группу –ОН.

Номенклатура сложных эфиров

Названия сложных эфиров можно построить двумя способами.

Способ 1: углеводородный радикал + название соли кислоты

Рассмотрим на примере эфира, полученного из уксусной кислоты и этилового спирта.

Если от молекулы этанола отнять гидроксильную группу, то останется углеводородный радикал – этил. Остаток уксусной кислоты носит название ацетат. Итого: этил + ацетат = этил ацетат

Способ 2: остаток спирта + эфир + название кислоты

Этилацетат также часто называют этиловым эфиром уксусной кислоты.

Получение сложных эфиров

Сложные эфиры получают по реакции этерификации.

Реакция этерификации – взаимодействие карбоновых кислот со спиртами, в результате которого образуется сложный эфир.

Виды сложных эфиров

Эфиры карбоновых кислот часто встречаются в природе. Все природные эфиры можно подразделить на три группы:

I. Фруктовые эфиры – эфиры низших и средних карбоновых кислот с низшими и средними спиртами.

Название этих эфиров связано с их приятным запахом. Некоторые из них являются составными частями эфирных масел, многие получаются синтетически и используются в качестве ароматизаторов к фруктовым сокам, лимонадам и т.д.

Например, этилформиат (ромовая эссенция) используется для приготовления ромовой отдушки, изоамилацетат (грушевая эссенция) – для приготовления грушевого, ананасного и малинового масел. Изоамилизовалерат придает запах бананам и используется для приготовления яблочного, ананасного и персикового масел.

Сложные эфиры как ароматизаторы

II. Воски – эфиры высших одноатомных спиртов с высшими карбоновыми кислотами

Основная функция восков – защитная. Например, воски образуют защитную пленку на поверхности кожи животных и листьев растений: предохраняют от высыхания и болезнетворных микроорганизмов. Пчелиный воск, в свою очередь, имеет структурную функцию. Основная составляющая пчелиного воска – мирицилпальмитат:

III. Жиры – эфиры глицерина с высшими и средними жирными кислотами.

Жидкие жиры (масла) — эфиры глицерина с высшими и средними непредельными карбоновыми кислотами. Как правило, это жиры растительного происхождения: льняное, подсолнечное и другие масла. Однако встречаются животного происхождения – например, рыбий жир.

Твердые жиры — эфиры глицерина с высшими и средними предельными кислотами. Обычно это жиры животного происхождения, напр., бараний жир. Но есть и исключения, например, пальмовое масло.

Есть близкая по смыслу тема «Биологическая роль жиров«

Представители высших жирных карбоновых кислот

Химические свойства сложных эфиров

1. Гидрирование

Сложные эфиры, которые содержат двойные связи, легко подвергаются гидрогенизации. Именно эта реакция лежит в основе получения маргарина.

2. Гидролиз

Гидролизом называют химическую реакцию взаимодействия с водой, при которой исходное вещество разлагается с образованием новых соединений.

Однако, при проведении гидролиза в щелочной среде, схема реакции другая:

Омыление – гидролиз жиров в щелочной среде.

В промышленности для омыления, как правило, используют животные жиры, пальмовое, кокосовое и хлопковое масла. Если их нагревать с едким натром, то образуется раствор (так называемый мыльный клей), который содержит глицерин и мыло. Затем к этой горячей массе добавляют поваренную соль (NaCl), для высаливания натриевого мыла. Так получают твердое мыло, которое легко отделяется от раствора. А, например, жидкие мыла готовят с использованием едкого кали.

Мыла – натриевые или калиевые соли карбоновых кислот.

3. Окисление

В быту окисление жиров, сопровождающееся гидролизом и бактериальным окислением. Например, это можно отметить при прогоркани сливочного или растительного масла, образуются дурно пахнущие соединения – альдегиды и кетоны.

Читайте также: