Cложные эфиры
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.
Изопропилацетат СН3СООСН(СН3)2. По свойствам
занимает промежуточное положение между этил- и пропилацетат.
Амилацетат CH3COOCH2CH2CH2CH2CH3,
т. кип. 148° С, иногда называют «банановым маслом» (которое он напоминает по
запаху). Он образуется в реакции между амиловым спиртом (часто – сивушным
маслом) и уксусной кислотой в присутствии катализатора. Амилацетат широко
применяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чем
этилацетат.
Фруктовые эфиры. Характер многих фруктовых запахов, таких, как запахи
малины, вишни, винограда и рома, отчасти обусловлен летучими эфирами, например
этиловым и изоамиловым эфирами муравьиной, уксусной, масляной и валериановой
кислот. Имеющиеся в продаже эссенции, имитирующие эти запахи, содержат подобные
эфиры.
Винилацетат CH2=CHOOCCH3, образуется при
взаимодействии уксусной кислоты с ацетиленом в присутствии катализатора. Это
важный мономер для приготовления поливинилацетатных смол, клеев и красок.
Мыла — это соли высших карбоновых кислот. Обычные
мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и
олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли — жидкие
мыла.
Мыла получаются при гидролизе жиров в присутствии
щелочей:
Обычное мыло плохо стирает в жесткой воде и совсем не стирает в морской
воде, так как содержащиеся в ней ионы кальция и магния дают с высшими кислотами
нерастворимые в воде соли:
Ca2+ + 2C17H35COONa→Ca(C17H35COO)2↓
+ 2Na+
В настоящее время для стирки в быту, для промывки шерсти и тканей в
промышленности используют синтетические моющие средства, которые обладают в 10
раз большей моющей способностью, чем мыла, не портят тканей, не боятся жесткой
и даже морской воды.
Заключение
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что сложные эфиры
находят широкое применение, как в быту, так и в промышленности. Некоторые из
сложных эфиров готовятся искусственно и под названием «фруктовых эссенций»
широко применяются в кондитерском деле, в производстве прохладительных
напитков, в парфюмерии и во многих других отраслях. Жиры используют для многих
технических целей. Однако особенно велико их значение как важнейшей составной
части рациона человека и животных, наряду с углеводами и белками. Прекращение
использования пищевых жиров в технике и замена их непищевыми материалами – одна
из важнейших задач народного хозяйства. Эта задача может быть разрешена только
при достаточно основательных знаниях о сложных эфирах и дальнейшем изучении
этого класса органических соединений.
Использованные источники информации
1.
Цветков Л.А. Органическая
химия: Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений. - М.:
Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001;
2.
Несмеянов А. Н., Несмеянов
Н. А., Начала органической химии, кн. 1-2, М.,1969-70.;
3.
Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное
пособие для вузов. – 23-е изд., испр./ Под ред. В. А. Рабиновича. – Л.: Химия,
1983;
4.
http://encycl.yandex.ru
Приложение
Физико-химические свойства сложных эфиров
Название
|
Давление пара при 20°С, кПа
|
Молеку- лярная масса
|
Темпера- тура кипения при 101,325 кПа. °С
|
Плотность при 20°С. г/см3
|
Показа- тель перелом- ления n20
|
Поверхнос- тное натяжение 20°С. мН/м
|
Метилацетат
|
74,078
|
56,324
|
0,9390
|
1,36193
|
24,7625,7
|
Этилацетат
|
9,86
|
88,104
|
77,114
|
0,90063
|
1,37239
|
23,75
|
Пропилацетат
|
3,41
|
102,13
|
101,548
|
0,8867
|
1,38442
|
20,53
|
Изопропилацетат
|
8,40
|
102,13
|
88,2
|
0,8718
|
1,37730
|
22,1022
|
Бутилацетат
|
2,40
|
116,156
|
126,114
|
0,8813
|
1,39406
|
25,2
|
Изоиутилацетат
|
1,71
|
116,156
|
118
|
0,8745
|
1,39018
|
23,7
|
Втор-Бутилацетат
|
-
|
116,156
|
112,34
|
0,8720
|
1,38941
|
23,3322,1
|
Гексилацетат
|
-
|
114,21
|
169
|
0,890
|
-
|
-
|
Амилацетат
|
2,09
|
130,182
|
149,2
|
0,8753
|
1,40228
|
25,8
|
Изоамилацетат
|
0,73
|
130,182
|
142
|
0,8719
|
1,40535
|
24,6221,1
|
Ацетат монометилового эфира этиленгликоля (метилцеллозольвацетат)
|
0,49
|
144,5
|
1,007
|
1,4019
|
-
|
Ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля (этилцеллозольвацетат)
|
0,17
|
132,16
|
156,4
|
0,9748
|
1,4030
|
-
|
Этиленгликольмоноацетат
|
-
|
104
|
181-182
|
1,108-1,109
|
-
|
-
|
Этиленгликольдиацетат
|
0,05
|
146
|
186-190
|
1,106
|
-
|
-
|
Циклогексилацетат
|
0,97
|
142
|
175
|
0,964
|
1,4385
|
-
|
Этиллактат
|
0,13
|
118,13
|
154,5
|
1,031
|
1,4118
|
28,917,3
|
Бутиллактат
|
0,05
|
146,0
|
185
|
0,97
|
-
|
-
|
Пропиленкарбонат
|
-
|
102,088
|
241,7
|
1,206
|
1,4189
|
-
|