Cложные эфиры

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:

[pic]

где R и R' — углеводородные радикалы (в сложных эфиpax муравьиной кислоты R

— атом водорода).

Общая формула жиров:

[pic]

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:

[pic]

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:

[pic]

Реакция гидролиза катализируется и щелочами; в этом случае гидролиз

необратим, так как получающаяся кислота со щелочью образует соль:

[pic]

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:

[pic]

4. Реакция образования амидов. Под действием аммиака сложные эфиры

превращаются в амиды кислот и спирты:

[pic][pic]

5. Получение

1. Реакция этерификации:

Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя

сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных

эфиров).

[pic]

[pic]

[pic]

Реакционная способность одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от

первичных к третичным.

2. Взаимодействием ангидридов кислот со спиртами:

[pic]

3. Взаимодействием галоидангидридов кислот со спиртами:

[pic]

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):

[pic] 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:

[pic]

Их гидролиз при недостатке воды дает так называемые полиалкилсилоксаны:

[pic]

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:

[pic]

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.

[pic]

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:

[pic]

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:

[pic]

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)2v + 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://penza.fio.ru

5. 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

|23,19 |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 |118,0 |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 |- | |