Сложные эфиры

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание         стр.

 

Введение                  -3-

1. Строение                           -4-

2. Номенклатура и изомерия                     -6-

3. Физические свойства и нахождение в природе           -7-

4. Химические свойства               -8-

5. Получение                        -9-

6. Применение               -10-

    6.1 Применение сложных эфиров неорганических кислот       -10-

    6.2 Применение сложных эфиров органических кислот               -12-

Заключение               -14-

Использованные источники  информации          -15-

Приложение               -16-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

   Среди функциональных  производных кислот особое место  занимают сложные эфиры — производные  кислот, у которых кислотный водород заменён на алкильные (или вообще углеводородные) радикалы.

 Сложные эфиры делятся  в зависимости от того, производной  какой кислоты они являются (неорганической  или карбоновой).

 Среди сложных эфиров  особое место занимают природные  эфиры — жиры и масла, которые образованы трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами, содержащими четное число углеродных атомов. Жиры входят в состав растительных и животных организмов и служат одним из источников энергии живых организмов, которая выделяется при окислении жиров.

Цель моей работы заключается в подробном ознакомлении с таким классом органических соединений, как сложные эфиры и углублённом рассмотрении области применения отдельных представителей этого класса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Строение

Общая формула сложных  эфиров карбоновых кислот:

где R и R' — углеводородные радикалы (в сложных эфиpax муравьиной кислоты R — атом водорода).

Общая формула жиров:

где R', R", R"' — углеродные радикалы.

Жиры бывают “простыми” и “смешанными”. В состав простых жиров входят остатки одинаковых кислот (т. е. R’ = R" = R'"), в состав смешанных — различных.

В жирах наиболее часто  встречаются следующие жирные кислоты:

Алкановые кислоты

1. Масляная кислота СН₃ — (CH₂)₂ — СООН

2. Капроновая кислота СН₃ — (CH₂)₄ — СООН

3. Пальмитиновая кислота СН₃ — (CH₂)₁₄ — СООН

4. Стеариновая кислота СН₃ — (CH₂)₁₆ — СООН

Алкеновые кислоты

5. Олеиновая кислота С₁₇Н₃₃СООН

СН₃—(СН₂)₇—СН === СН—(СН₂)₇—СООН

Алкадиеновые кислоты

6. Линолевая кислота  С₁₇Н₃₁СООН

СН₃—(СН₂)₄—СН = СН—СН₂—СН = СН—СООН

Алкатриеновые кислоты

7. Линоленовая кислота С₁₇Н₂₉СООН

СН₃СН₂СН = CHCH₂CH == CHCH₂CH = СН(СН₂)₄СООН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Номенклатура и изомерия

Названия сложных эфиров производят от названия углеводородного  радикала и названия кислоты, в котором вместо окончания -овая используют суффикс -ат, например:

Для сложных эфиров характерны следующие виды изомерии:

1. Изомерия углеродной цепи начинается по кислотному остатку с бутановой кислоты, по спиртовому остатку — с пропилового спирта, например, этилбутирату изомерны этилизобутират, пропилацетат и изопропилацетат.

2. Изомерия положения сложноэфирной группировки —СО—О—. Этот вид изомерии начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода, например этилацетат и метилпропионат.

3. Межклассовая изомерия, например, метилацетату изомерна пропановая кислота.

Для сложных эфиров, содержащих непредельную кислоту или непредельный спирт, возможны еще два вида изомерии: изомерия положения кратной связи и цис-, транс-изомерия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Физические свойства и нахождение в природе

 

  Сложные эфиры  низших карбоновых кислот и  спиртов представляют собой летучие,  нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный  запах. Так, например, бутилбутират  имеет запах ананаса, изоамилацетат — груши и т. д.

   Сложные эфиры  высших жирных кислот и спиртов  — воскообразные вещества, не  имеют запаха, в воде не растворимы.

   Приятный аромат  цветов, плодов, ягод в значительной  степени обусловлен присутствием  в них тех или иных сложных эфиров.

   Жиры широко  распространены в природе. Наряду  с углеводородами и белками  они входят в состав всех  растительных и животных организмов  и составляют одну из основных  частей нашей пищи.

   По агрегатному  состоянию при комнатной температуре жиры делятся на жидкие и твердые. Твердые жиры, как правило, образованы предельными кислотами, жидкие жиры (их часто называют маслами) — непредельными. Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Химические свойства

1. Реакция гидролиза,  или омыления. Так, как реакция  этерификации является обратимой,  поэтому в присутствии кислот  протекает обратная реакция гидролиза:

Реакция гидролиза катализируется и щелочами; в этом случае гидролиз необратим, так как получающаяся кислота со щелочью образует соль:

2. Реакция присоединения.  Сложные эфиры, имеющие в своем  составе непредельную кислоту  или спирт, способны к реакциям  присоединения.

3. Реакция восстановления. Восстановление сложных эфиров  водородом приводит к образованию двух спиртов:

4. Реакция образования  амидов. Под действием аммиака  сложные эфиры превращаются в  амиды кислот и спирты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Получение

 

1. Реакция этерификации:

Спирты вступают в  реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).

 

 

Реакционная способность  одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от первичных к третичным.

 

2. Взаимодействием ангидридов  кислот со спиртами:

 

3. Взаимодействием галоидангидридов  кислот со спиртами:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Применение

 

6.1 Применение сложных эфиров неорганических кислот

 

   Эфиры борной кислоты — триалкилбораты — легко получаются нагреванием спирта и борной кислоты с добавкой концентрированной серной кислоты. Борнометиловый эфир (триметилборат) кипит при 65° С, борноэтиловый (триэтилборат) — при 119° С. Эфиры борной кислоты легко гидролизуются водой.

   Реакция с борной кислотой служит для установления конфигурации многоатомных спиртов и была неоднократно использована при изучении Сахаров.

   Ортокремневые эфиры — жидкости. Метиловый эфир кипит при 122° С, этиловый при 156° С. Гидролиз водой проходит легко уже на холоду, но идет постепенно и при недостатке воды приводит к образованию высокомолекулярных ангидридных форм, в которых атомы кремния соединены друг с другом через кислород (силоксановые группировки):

   Эти высокомолекулярные вещества (полиалкоксисилоксаны) находят применение в качестве связующих, выдерживающих довольно высокую температуру, в частности для покрытия поверхности форм для точной отливки металла.

   Аналогично  SiCl₄  реагируют диалкилдихлорсиланы, например ((СН₃)₂SiCl₂, образуя диалкоксильные производные:

   Их гидролиз при недостатке воды дает так называемые полиалкилсилоксаны:

   Они обладают разным (но очень значительным) молекулярным весом и представляют собой вязкие жидкости, используемые в качестве термостойких смазок, а при еще более длинных силоксановых скелетах — термостойкие электроизоляционные смолы и каучуки.

   Эфиры ортотитановой кислоты. Их получают аналогично ортокремневым эфирам по реакции:

   Это жидкости, легко гидролизующиеся до метилового спирта и TiO₂ применяются для пропитки тканей с целью придания им водонепроницаемости.

   Эфиры азотной кислоты. Их получают действием на спирты смеси азотной и концентрированной серной кислот. Метилнитрат СН₃ONO₂, (т. кип. 60° С) и этилнитрат C₂H₅ONO₂ (т. кип. 87° С) при осторожной работе можно перегнать, но при нагревании выше температуры кипения или при детонации они очень сильно взрывают.

   Нитраты этиленгликоля и глицерина, неправильно называемые нитрогликолем и нитроглицерином, применяются в качестве взрывчатых веществ. Сам нитроглицерин (тяжелая жидкость) неудобен и опасен в обращении.

   Пентрит — тетранитрат пентаэритрита С(CH₂ONO₂)₄, получаемый обработкой пентаэритрита смесью азотной и серной кислот, — тоже сильное взрывчатое вещество бризантного действия.

   Нитрат глицерина и нитрат пентаэритрита обладают сосудорасширяющим эффектом и применяются как симптоматические средства при стенокардии.      

   Эфиры фосфорной кислоты — высококипящие жидкости, лишь очень медленно гидролизуемые водой, быстрее щелочами и разбавленными кислотами. Эфиры, образованные этерификацией высших спиртов (и фенолов), находят применение как пластификаторы пластмасс и для извлечения солей уранила из водных растворов. 

   Известны эфиры  типа (RO)2S═O, но они не имеют  практического значения.

   Из алкилсульфатов — солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты производят моющие средства. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями:

   Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.

   Они и обладают прекрасными моющими способностями. Принцип их действия тот же, что и у обычного мыла, только кислотный остаток серной кислоты лучше адсорбируется частицами загрязнения, а кальцевые соли алкилсерной кислоты растворимы в воде, поэтому это моющее средство стирает и в жесткой, и в морской воде.

 

6.2 Применение сложных эфиров органических кислот

   Наибольшее применение  в качестве растворителей получили эфиры уксусной кислоты - ацетаты. Прочие эфиры (кислот молочной - лактаты, масляной - бутираты, муравьиной - формиаты) нашли ограниченное применение. Формиаты из-за сильной омыляемости и высокой токсичности в настоящее время не используются. Определенный интерес представляют растворители на основе изобутилового спирта и синтетических жирных кислот, а также алкиленкарбонаты. Физико-химические свойства наиболее распространенных сложных эфиров приведены в таблице (см. приложение).

  Метилацетат СН₃СООСН₃. Отечественной промышленностью технический метилацетат выпускается в виде древесно-спиртового растворителя, в котором содержится 50% (масс.) основного продукта. Метилацетат также образуется в виде побочного продукта при производстве поливинилового спирта. По растворяющей способности метилацетат аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как его заменитель. Однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон.

   Этилацетат С₂Н₅СООСН₃. Получают методом этерификации на лесохимических предприятиях при переработке синтетической и лесохимической уксусной кислоты, гидролизного и синтетического этилового спирта или конденсацией ацетальдегида. За рубежом разработан процесс получения этилацетата на основе метилового спирта.  
   Этилацетат подобно ацетону растворяет большинство полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество в более высокой температуре кипения (меньшей летучести). Добавка 15-20 % этилового спирта повышает растворяющую способность этилацетата в отношении эфиров целлюлозы, особенно ацетилцеллюлозы.

   Пропилацетат СН₃СООСН₂СН₂СН₃. По растворяющей способности подобен этилацетату.