Способы получения сложных эфиров

Важнейший способ получения сложных эфиров – реакция этерификации – кислота + спирт.

С помощью метода меченых атомов доказано, что при этерификации от молекулы кислоты отщепляется гидроксил, а от молекулы спирта – водород.

Химические свойства сложных эфиров

1. Реакция этерификации

Основное химическое свойство – гидролиз сложных эфиров – расщепление сложных эфиров под действием воды. Эта реакция обратна реакции этерификации. Реакция протекает как в кислой (катализаторы реакции – протоны Н +), так и в щелочной среде (катализаторы реакции – гидроксид-ионы ОН –).

В присутствии щелочи реакция необратима, т.к. происходит омыление – образование солей карбоновых кислот.

В растворах разбавленных минеральных кислот соли карбоновых кислот вновь превращаются в исходную карбоновую кислоту:

2СН 3 СООNa + H 2 SO 4 разб. → 2СН 3 СООН + Na 2 SO 4

ацатат натрия уксусная кислота

2. Реакция восстановления

При восстановлении сложных эфиров образуется смесь двух спиртов:

3. Взаимодействие с аммиаком

При взаимодействии сложных эфиров с аммиаком образуются амиды:

Применение сложных эфиров

Многие сложные эфиры обладают приятным запахом. Так, амиловый эфир муравьиной кислоты имеет запах вишни, изоамиловый эфир уксусной кислоты – запах груш. Эти эфиры идут на изготовление искусственных эссенций, используемых в производстве фруктовых вод и т.п., а также в парфюмерии.

Этилацетат используется в качестве растворителя, а также при изготовлении лекарственных средств.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Сложные эфиры — это органические соединения на основе кислородосодержащих органических карбоновых или неорганических кислот.

Сложные эфиры широко распространены в природе и играют большую роль в жизни человека. Мы сталкиваемся с ними, когда нюхаем цветок, обязанный ароматом простейшим сложным эфирам. Мы моемся, моем и стираем средствами, которые получают с помощью переработки жиров, то есть сложных эфиров. Они используются в самых разных областях производства: с их помощью делают лекарства, краски и лаки, смазки, полимеры, синтетические волокна, используют в ароматерапии и получении духов.

Актуальность: Эта тема актуальна, так как сложные эфиры применяются в пищевой и парфюмерно-косметической промышленности, входят в состав эфирных масел, которые составляют основу любого запаха, используются в ароматерапии и производстве духов.

Проблема: Тема «Сложные эфиры» не изучается подробно в школьном курсе органической химии, и не всегда возможно в условиях школьной лаборатории получить сложные эфиры с разными запахами из-за недостатка оборудования и химических реагентов.

Мне стало интересно, могу ли я получить сложные эфиры в школьной лаборатории и самостоятельно создать свои запахи. Эта идея и легла в основу данной работы.

Цель: получить сложные эфиры в школьной лаборатории и создать парфюмерные композиции.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме;

2. Получить сложные эфиры: этиловый эфир уксусной кислоты, изоамиловый эфир уксусной кислоты и этиловый эфир масляной кислоты;

3. Создать парфюмерные композиции на основе эфирных масел.

Гипотеза: В лабораторных условиях возможно самостоятельно получить сложные эфиры и собственные ароматы.

Методы исследования:

1) Изучение литературы;

2) Наблюдение;

3) Эксперимент.

1. Теоретическая часть

1.1.1. Сложные эфиры. Классификация и состав

Сложные эфиры — класс органических соединений, производные карбоновых или минеральных кислот, в которых гидроксильная группа -OH кислотной функции заменена на спиртовой остаток. Отличаются от простых эфиров, в которых два углеводородных радикала соединены атомом кислорода (R 1 -O-R 2).

Классификация и состав сложных эфиров. Среди изученных и широко применяемых сложных эфиров большинство представляют соединения, полученные на основе карбоновых кислот. Сложные эфиры на основе минеральных (неорганических) кислот не столь разнообразны, т.к. класс минеральных кислот менее многочисленен, чем карбоновых.

Когда число атомов углерода в исходных карбоновой кислоте и спирте не превышает 6-8, соответствующие сложные эфиры представляют собой бесцветные маслянистые жидкости, чаще всего с фруктовым запахом. Они составляют группу фруктовых эфиров. Если в образовании сложного эфира участвует ароматический спирт (содержащий ароматическое ядро), то такие соединения обладают, как правило, не фруктовым, а цветочным запахом. Все соединения этой группы практически нерастворимы в воде, но легко растворимы в большинстве органических растворителей. Интересны эти соединения широким спектром приятных ароматов, некоторые из них вначале были выделены из растений, а позже синтезированы искусственно.

При увеличении размеров органических групп, входящих в состав сложных эфиров, до С 15-30 соединения приобретают консистенцию пластичных, легко размягчающихся веществ. Эту группу называют восками, они, как правило, не обладают запахом. Пчелиный воск содержит смесь различных сложных эфиров. Один из компонентов воска, который удалось выделить и определить его состав, представляет собой мирициловый эфир пальмитиновой кислоты С 15 Н 31 СООС 31 Н 63 . Китайский воск (продукт выделения кошенили - насекомых Восточной Азии) содержит цериловый эфир церотиновой кислоты С 25 Н 51 СООС 26 Н 53 . Кроме того, воски содержат и свободные карбоновые кислоты и спирты, включающие большие органические группы. Воски не смачиваются водой, растворимы в бензине, хлороформе, бензоле.

Третья группа - жиры. В отличие от предыдущих двух групп на основе одноатомных спиртов ROH, все жиры представляют собой сложные эфиры, спирта глицерина НОСН 2 -СН(ОН)-СН 2 ОН. Карбоновые кислоты, входящие в состав жиров, как правило, имеют углеводородную цепь с 9-19 атомами углерода. Животные жиры (коровье масло, баранье, свиное сало) - пластичные легкоплавкие вещества. Они, в основном, состоят из смеси глицеридов стеариновой и пальмитиновой кислоты. Растительные жиры (оливковое, хлопковое, подсолнечное масло) - вязкие жидкости. Растительные масла содержат глицериды кислот с несколько меньшей длиной углеродной цепи: лауриновой С 11 Н 23 СООН и миристиновой С 13 Н 27 СООН. Такие масла могут долго храниться на воздухе, не меняя своей консистенции, и потому называются невысыхающими. В отличие от них, льняное масло содержит глицерид ненасыщенной линолевой кислоты. При нанесении тонким слоем на поверхность такое масло под действием кислорода воздуха высыхает в ходе полимеризации по двойным связям, при этом образуется эластичная пленка, не растворимая в воде и органических растворителях. На основе льняного масла изготавливают натуральную олифу.

(Глицериды стеариновой и пальмитиновой кислоты (А и Б)- компоненты животного жира. Глицерид линолевой кислоты (В) - компонент льняного масла)

Сложные эфиры минеральных кислот (алкилсульфаты, алкилбораты, содержащие фрагменты низших спиртов С 1-8) - маслянистые жидкости, эфиры высших спиртов (начиная с С 9) - твердые соединения.

1.1.2. Получение и применение сложных эфиров

Основной способ получения - взаимодействие карбоновой кислоты и спирта (реакция этерификации), катализируемое кислотой и сопровождаемое выделением воды.

Реакция этерификации в условиях кислотного катализа обратима. Обратный процесс - расщепление сложного эфира при действии воды с образованием карбоновой кислоты и спирта - называют гидролизом сложного эфира .

RCOOR" + H 2 O (H+) ↔ RCOOH + R"OH

Применение

Сложные эфиры широко распространены в природе. Они находят применение в технике и различных отраслях промышленности как хорошие растворители органических веществ, пластификаторы, ароматизаторы.

Этилформиат и этилацетат используются как растворители целлюлозных лаков (на основе нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы).

Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислот используют в пищевой промышленности при создании фруктовых эссенций, а сложные эфиры на основе ароматических спиртов - в парфюмерной промышленности.

Из восков изготавливают политуры, смазки, пропиточные составы для бумаги (вощеная бумага) и кожи, они входят и в состав косметических кремов и лекарственных мазей.

Жиры вместе с углеводами входят в состав всех растительных и животных клеток, накапливаясь в организме, играют роль энергетического запаса.

Животные и растительные жиры представляют собой сырье для получения высших карбоновых кислот, моющих средств и глицерина, используемого в косметической промышленности и как компонент различных смазок.

Эфиры серной кислоты используют в органическом синтезе как алкилирующие (вводящие в соединение алкильную группу) реагенты, а эфиры фосфорной кислоты - как инсектициды, а также добавки к смазочным маслам.

Являются основой таких лекарственных средств, как салол, валидол и др. Как местнораздражающее и обезболивающее средство широко использовался метилсалицилат, в настоящее время вытесненный более эффективными средствами.

1.2.1. Из чего сделаны духи

Слово «парфюмерия» происходит от латинского «perfumum» - через дым (в древности помещения окуривали дымом благовоний). История парфюмерии уходит вглубь веков. Первым изготовителем духов (а по совместительству и первым в мире химиком) считается женщина по имени Тапутти, ее имя упоминается на глиняной клинописной табличке из Древнего Вавилона. Вместе со своей помощницей Нину она получала ароматические масла из цветов и других частей растений и смешивала их.

Древние люди приписывали ароматам божественную и магическую силу. Египтяне изготавливали благовонные мази и ароматные масла, которыми сопровождали различные обряды и дополняли женские туалеты. Греки, прославившиеся, как любознательные путешественники, привозили из своих странствий новые и экзотические ароматы. В древнем Риме запахам приписывалась целебная сила.

Современная парфюмерия использует огромный ассортимент душистых веществ, как из древнего, так и современного арсенала. В композицию одного парфюма может входить более трехсот различных компонентов. В распоряжении парфюмера сотни натуральных продуктов: веществ растительного и животного происхождения и тысячи химических, полученных путем синтеза (число последних постоянно увеличивается).

Основой современной парфюмерии являются многочисленные душистые вещества растительного происхождения. Извлеченные из растений сильно пахучие концентрированные вещества носят общее название эфирных масел . Их извлекают из свежих или высушенных эфиромасличных растений.Наибольшее применение нашли следующие способы получения эфирных масел:

Механический способ - выжимание масел прессованием кожуры и цедры цитрусовых плодов и фруктов (апельсиновое, мандариновое, лимонное масла).

Дистилляция - отгонка эфирных масел с водяным паром (например розовое, гераниевое, мятное или кориандровое масла).

Извлечение эфирных масел летучими и нелетучими растворителями (в частности масел розы, жасмина, иланг-иланга и т. д.).

Способ получения эфирных масел летучими растворителями называется экстракцией. После отгонки растворителя из экстрактового масла получают смесь эфирного масла, восков, смол и жиров. Из нее обработкой спиртом и дальнейшей отгонкой спирта получают абсолютное масло.

Получение масел с помощью нелетучих растворителей называется мацерацией (настаиванием). Этот способ применяется для извлечения масел из цветов растений, содержащих незначительное количество масел (фиалка, жасмин, ландыш, резеда и др.).

Извлечение эфирных масел методом анфлеража и динамической сорбции. Этот способ основан на способности эфирных масел, выделяемых растениями, переходить в газовое состояние, а затем абсорбироваться жирами или твердыми сорбентами (селикагелем или активированным углем) с последующей экстракцией сорбентов серным эфиром.

Кроме указанных видов растительного сырья применяются также душистые ве- щества, называемые смолами и бальзамами . Это сложные смеси органических соединений, содержащиеся во многих растениях. Они используются в парфю- мери в виде настоев и растворов и являются своего рода фиксаторами запаха, способствующим увеличению продолжительности сохранения запаха духов. К ним относятся бензойная смола, стиракс, бальзам, а также смолы, выделяемые из цветов розы, ладанника и других смолистых веществ.Сырье животного происхождения - это мускус, амбра и бобровая струя. В противоположность большинству растительных веществ, они источают запахи, которые нельзя квалифицировать как "приятные" ароматы. Достаточно раз ощущтить мускус, и отшатнуться, зажимая ноздри до удушья, чтобы понять, что животные компоненты духов, если они и необходимы, должны быть дозированными. СИНТЕТИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА - это большая груп- па органических соединений, получаемых химическими или физико-химичес- кими методами из продуктов растительного происхождения или синтезируемых из разнообразного химического сырья. Индивидуальные ароматические вещес- тва, полученные путем химического синтеза, обычно называются синтетически- ми душистыми веществами. Они отдельными нотами вплетаются в ткань ком- позиции душистых веществ и усиливают ее стойкость.

Теплота и цвет природного сырья, стойкость и оригинальность сырья химического - самый желанный союз, для того чтобы парфюмерия развивалась в верном направлении.

1.2.2. Классификация ароматов и структура композиции

Сегодня есть несколько моделей классификации ароматов: каждый парфюмер пытается усовершенствовать старые модели или изобрести что-то своё. Некоторые категории в каждой из существующих классификаций совпадают, а что-то существенно разнится. Одной из самых популярных является классификация ароматов французского сообщества парфюмеров.

КЛАССИФИКАЦИЯ АРОМАТОВ ФРАНЦУЗСКОГО СООБЩЕСТВА ПАРФЮМЕРОВ

В 1990 году во Франции собирался целый Парфюмерный комитет (Comite Francais De Parfum) . Итогом их собрания стала классификация, которая получила большую популярность и используется сейчас многими парфюмерными домами и знатоками запахов.

Французы распределили группы ароматов следующим образом.

Цитрусовые: основу составляют эфирные масла, извлечённые из цитрусовых — лимона, апельсина, мандарина, бергамота, помело, грейпфрута, танжерина, юзу и цитрона).

Цветочные: ароматы цветов — жасмин, нарцисс, сирень, роза, ландыш, фиалка, тубероза.

Древесные: ароматы тёплых оттенков — пачули, кедр, сандал, ветивер.

Восточные: амбре, а также ароматы с ладаника-лабданума, пудровыми, ванильными и животными акцентами.

Кожа: ароматов этой семьи мало, они отличаются сухостью и своеобразными кожными запахами с примесью цветочных.

Шипры: духи, созданные в 1917 году Франсуа Коти, объединяют под своим началом целое семейство; здесь можно уловить ноты дубового мха, бергамота, пачули.

Фужерные: ноты дубового и древесного мха, лаванды, бергамота, кумарина.

Принцип разделения ароматов на семьи понятен: их объединяют тождественные нотки, которые смешаны в разных пропорциях

Структура парфюмерной композиции

Каждая композиция состоит из трех постепенно раскрывающихся нот аромата. Начальную ноту парфюмеры называют головной. Средняя нота называется нотой сердца или центральной нотой. Конечная нота - это базовая или основная нота, еще ее именуют фондом. Все три ноты раскрываются в различное время, этот процесс называется периодом жизни парфюмерной ноты.

Начальные ноты аромата

Первоначальный запах духов держится недолго, не дольше 20 минут — верхние ноты аромата испаряются первыми. Их задача - создать настроение, поэтому они звучат легко и наполнены оттенками свежести и зелени. Именно вершину мы слышим первой, ее ноты нас интригуют, подготавливают к основному запаху.

Сердечные ноты

Яркие и легкие начальные ноты постепенно переходят в сердечные. Именно сердце запаха определяет характер аромата и его узнаваемость. При создании парфюмерной композиции, вначале сочиняется сердечная нота сердца, на которую потом нанизываются остальные компоненты.

Сердце аромата может быть любым - фруктовым, цветочным, амбровым, ориентальным, древесным, мускусным и т.д. Порой используются синтетические материалы, которые создают запахи, не существующие в природе.

Шлейфовые ноты

Сердечные аккорды со временем угасают и переходят в теплое и бархатистое звучание шлейфовых оттенков. Они ощущаются дольше всего, от них зависит сила и стойкость аромата, его тембр и насыщенность.

Шлейф уже не изменится, он исчезнет вместе с ароматом. Базовая нота содержит вещества, которые долго остаются на коже и имеют самый низкий уровень испарения. Шерстяная одежда, на которую попали духи, может сохранять запах духов месяцами. Очень хорошо конечные нотки аромата держатся на волосах, поэтому надо с осторожностью наносить на голову «тяжелые» пряные запахи.

Как правило, в качестве материалов для шлейфа используют приторные или маслянисто-сладкие запахи - сандал, восточные пряности, ваниль, пачули, кедр. Часто используются мускус и амбра, которые помогают аромату духов органично сливаться с запахом кожи человека. Шлейф духов «округляет» звучание парфюмерной композиции и придает ей чувственность.

2. Практическая часть

2.1. Получение сложных эфиров

1. Получение уксусноэтилового эфира (этилацетата).

Оборудование: прибор для получения галоидоалканов, штатив, спиртовка, мерный цилиндр, мерная пробирка.

Проведем реакцию этерификации в приборе для получения галоидоалканов и сложных эфиров. В реакционную колбу поместим этиловый спирт, уксусную кислоту в отношении 1:1 и концентрированную серную кислоту. Серная кислота используется как водоотнимающее средство. Так как реакция этерификации обратима, необходимо удалять воду. В холодильник нальем насыщенный раствор поваренной соли. В этом растворе растворимость эфира минимальна. При нагревании смеси образуется летучий уксусноэтиловый эфир. Он конденсируется в холодильнике. Он легче воды и раствора соли, поэтому образует верхний слой жидкости.

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН = H 2 О + CH 3 COOС 2 Н 5

1 - двугорлая колба-реактор

2 - воздушный холодильник

3 - приемник холодильника с суженной нижней частью

4 - газоотводная трубка

5 - колпачок

2. Получение изоамилового эфира уксусной кислоты (изоамилацетата) и этилового эфира масляной кислоты (этилбутирата).

Чтобы получить сложные эфиры в малых количествах, используем простой прибор. 1. В широкую пробирку вставим узкую пробирку таким образом, чтобы одна треть широкой пробирки в ее нижней части оставалась незаполненной. Проще всего можно укрепить узкую пробирку с помощью нескольких кусочков резины, вырезанной из шланга или пробки. При этом необходимо учесть, что вокруг узкой пробирки обязательно нужно оставить зазор величиной не менее 1,5—2 мм, чтобы исключить избыточное давление при нагревании.

2. Теперь нальем в широкую пробирку 0,5—2 мл спирта и приблизительно столько же карбоновой кислоты, при тщательном охлаждении добавим 5—10 капель концентрированной серной кислоты.

3. Вставим внутреннюю пробирку, заполним ее снегом и укрепим собранный прибор в штативе. Прибор нужно поставить подальше от себя и не наклоняться над отверстием пробирки, потому что при неосторожном нагревании возможно разбрызгивание кислоты. Затем на самом малом огне спиртовки будем кипятить смесь не менее 15 минут.

Чем дольше нагревание, тем лучше выход. Внутренняя пробирка, заполненная снегом, служит обратным холодильником. По мере таяния снега нужно заменять пробирки на новые со свежим снегом и продолжать нагревание.

Уже до завершения опыта мы можем почувствовать приятный запах полученного сложного эфира, на который все же накладывается едкий запах хлористого водорода. После охлаждения реакционную смесь нейтрализуем разбавленным раствором соды и разделяем с помощью делительной воронки. По этой методике мы получили:

1) изоамиловый эфир уксусной кислоты (с запахом груши);

2) этиловый эфир масляной кислоты (с запахом ананаса).

2.2. Составление парфюмерных композиций

Первоначально в исследовательской части была заложена идея получения сложных эфиров из различных карбоновых кислот и спиртов имеющихся в школьной лаборатории. Затем эти эфиры следовало комбинировать в разные композиции. Но синтез эфиров оказался достаточно сложным, поэтому я попробовала получить хотя бы один сложный эфир, чтобы приобрести навык работы с лабораторным оборудованием, а духи решила комбинировать из эфирных масел, которые продаются в аптеках и магазинах.

Мне потребовалось:

1. Две основы (спирт и масло);

2. Несколько эфирных масел;

3. Бумажные полоски для проведения проб;

4. Закупоривающиеся сосуды;

5. Пипетки.

Создание своей формулы

На полоске бумаги я смешивала верхнюю, среднюю и базовую ноты. Слушала его звучание и продолжала экспериментировать до тех пор, пока не получила понравившийся мне аромат.

Затем нужно смешать верхнюю, сердечную и базовую ноты, перелить во флакончик и оставить на 15 минут.

Далее выбираем основу - спирт с водой или растительное масло. Спиртовая основа создаст парфюм очень стойкий, но его надо выдержать почти месяц. А на основе масла аромат будет мягче, несколько слабее и быстрее улетучится. Зато духи на масляной основе можно не выдерживать месяц, а пользоваться сразу.

Масляная основа

В качестве масляной основы я брала вещество, широко используемое в парфюмерии, полисорбат-20, который может растворять как воду, так и масло.

После выбора подходящих сочетаний, я смешивала масла в пробирке, затем добавляла полисорбат-20. Количество основы должно быть равным смеси парфюмерных масел. После этого добавляла в пробирку чистую воду. Количество воды должно составлять не менее 50% от объема основы с масляной смесью.

Духи почти готовы, осталось только перелить их во флакон и поставить в темное прохладное место на два-три дня. По прошествии времени запах духов станет значительно насыщеннее и богаче.

На масляной основе я получила 2 аромата:

№1. Лаванда - 2 к.

Роза - 2 к.

Пачули - 2 к.

№2. Пачули - 3 к.

Нероли - 2 к.

Бергамот - 1 к.

Спиртовая основа

Методика со спиртовой основой такая же, единственное отличие в пропорциях. Если вы берёте за основу масло, то соотношение «масляная основа - эфирные масла» должно быть 1:1. Если спиртовая основа, то соотношение таково: спирт-70%, вода -5%, эфирные масла -25%.Затем все перемешать и дать настояться 3-4 недели в темном месте.

На спиртовой основе я получила 3 аромата:

№3. Жасмин - 3 к.

Нероли - 3 к.

Мандарин - 4 к.

№4. Мелисса - 3 к.

Лаванда - 3 к.

Бергамот - 2 к.

Мандарин - 6 к.

№5. Лаванда - 2 к.

Бергамот - 1 к.

Кедр - 3к.

Мандарин - 1 к.

Заключение

Выводы и результаты

В результате исследовательской работы были получены сложные эфиры: этилацетат, этилбутират с запахом ананаса, изоамилацетат с запахом груши, а так же 5 различных ароматных композиций, две из которых на масляной основе, и три на спирту. Мне захотелось иметь духи, которые есть только у меня, и это оказалось очень даже возможно. Таким образом, подтвердилась гипотеза, выдвинутая мной в начале работы.

Приготовить чудесный аромат из эфирных масел, оказывается, не так уж и сложно. Начинать, конечно, надо с самого главного — теоретических знаний, которые я почерпнула из различных учебников и сайтов в интернете. Понятно, что для полного успеха необходимо приобрести определенный опыт, но, во всяком случае, теперь у меня собралась небольшая «коллекция» ароматов, которые мне нравятся.

Я поняла, что в ходе работы мне удалось приобрести два важнейших инструмента: знания и навыки по данной теме и теперь я могу делать подарки своим друзьям и близким в виде духов, предназначенных специально для них. Я буду творить и создавать новые ароматы!

Список использованной литературы и Интернет-ресурсов

http://www.izuminki.com/

http://www.krugosvet.ru/

http://orpheusmusic.ru/

https://ru.wikipedia.org/

http://www.himhelp.ru/

О. С. Габриелян, Химия. Профильный уровень. 10 класс, 11 класс.

Сложными эфирами принято называть соединения, полученные по реакции этерификации из карбоновых кислот. При этом происходит замещение ОН- из карбоксильной группы на алкоксирадикал. В результате образуются сложные эфиры, формула которых в общем виде записывается как R-СОО-R".

Строение сложноэфирной группы

Полярность химических связей в молекулах сложных эфиров аналогична полярности связей в карбоновых кислотах. Главным отличием является отсутствие подвижного атома водорода, на месте которого размещается углеводородный остаток. Вместе с тем электрофильный центр располагается на атоме углерода сложноэфирной группы. Но и углеродный атом алкильной группы, соединенный с ней, тоже положительно поляризован.

Электрофильность, а значит, и химические свойства сложных эфиров определяются строением углеводородного остатка, занявшего место атома Н в карбоксильной группе. Если углеводородный радикал образует с атомом кислорода сопряженную систему, то реакционная способность заметно возрастает. Так происходит, например, в акриловых и виниловых эфирах.

Физические свойства

Большинство сложных эфиров представляют собой жидкости или кристаллические вещества с приятным ароматом. Температура их кипения обычно ниже, чем у близких по значениям молекулярных масс карбоновых кислот. Что подтверждает уменьшение межмолекулярных взаимодействий, а это, в свою очередь, объясняется отсутствием водородных связей между соседними молекулами.

Однако так же, как и химические свойства сложных эфиров, физические зависят от особенностей строения молекулы. А точнее, от типа спирта и карбоновой кислоты, из которых он образован. По этому признаку сложные эфиры делят на три основные группы:

1. Фруктовые эфиры. Они образованы из низших карбоновых кислот и таких же одноатомных спиртов. Жидкости с характерными приятными цветочно-фруктовыми запахами.
2. Воски. Являются производными высших (число атомов углерода от 15 до 30) кислот и спиртов, имеющих по одной функциональной группе. Это пластичные вещества, которые легко размягчаются в руках. Основным компонентом пчелиного воска является мирицилпальмитат С 15 Н 31 СООС 31 Н 63 , а китайский - цериловый эфир церотиновой кислоты С 25 Н 51 СООС 26 Н 53 . Они не растворяются в воде, но растворимы в хлороформе и бензоле.
3. Жиры. Образованные из глицерина и средних и высших карбоновых кислот. Животные жиры, как правило, твердые при нормальных условиях, но легко плавятся при повышении температуры (сливочное масло, свиной жир и др.). Для растительных жиров характерно жидкое состояние (льняное, оливковое, соевое масла). Принципиальным отличием в строении этих двух групп, что и сказывается на различиях в физических и химических свойствах сложных эфиров, является наличие или отсутствие кратных связей в кислотном остатке. Животные жиры являются глицеридами непредельных карбоновых кислот, а растительные - предельных кислот.

Химические свойства

Эфиры реагируют с нуклеофилами, что приводит к замещению алкоксигруппы и ацилированию (или алкилированию) нуклеофильного агента. Если в структурной формуле сложного эфира имеется α-водородный атом, то возможна сложноэфирная конденсация.

1. Гидролиз. Возможен кислотный и щелочной гидролиз, представляющий собой реакцию, обратную этерификации. В первом случае гидролиз обратим, а кислота выступает в роли катализатора:

R-СОО-R" + Н 2 О <―> R-СОО-Н + R"-OH

Основной гидролиз необратим и обычно называется омылением, а натриевые и калиевые соли жирных карбоновых кислот - мылами:

R-СОО-R" + NaOH ―> R-СОО-Na + R"-OΗ

2. Аммонолиз. Нуклеофильным агентом может выступать аммиак:

R-СОО-R" + NH 3 ―> R-СО-NH 2 + R"-OH

3. Переэтерификация. Это химическое свойство сложных эфиров можно причислить также к способам их получения. Под действием спиртов в присутствии Н + или ОН - возможна замена углеводородного радикала, соединенного с кислородом:

R-СОО-R" + R""-OH ―> R-СОО-R"" + R"-OH

4. Восстановление водородом приводит к образованию молекул двух разных спиртов:

R-СО-OR" + LiAlH 4 ―> R-СΗ 2 -ОΗ + R"OH

5. Горение - еще одна типичная для сложных эфиров реакция:

2CΗ 3 -COO-CΗ 3 + 7O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O

6. Гидрирование. Если в углеводородной цепи молекулы эфира имеются кратные связи, то по ним возможно присоединение молекул водорода, которое происходит в присутствии платины или других катализаторов. Так, например, из масел возможно получение твердых гидрогенизированных жиров (маргарина).

Применение сложных эфиров

Сложные эфиры и их производные применяются в различных отраслях промышленности. Многие из них хорошо растворяют различные органические соединения, используются в парфюмерии и пищевой промышленности, для получения полимеров и полиэфирных волокон.

Этилацетат. Используется как растворитель для нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы и других полимеров, для изготовления и растворения лаков. Благодаря приятному аромату применяется в пищевой и парфюмерной промышленностях.

Бутилацетат. Также применяют в качестве растворителя, но уже и полиэфирных смол.

Винилацетат (СН 3 -СОО-СН=СН 2). Используется как основа полимера, необходимого в приготовлении клея, лаков, синтетических волокон и пленок.

Малоновый эфир. Благодаря своим особым химическим свойствам этот сложный эфир широко используется в химическом синтезе для получения карбоновых кислот, гетероциклических соединений, аминокарбоновых кислот.

Фталаты. Эфиры фталевой кислоты используют в качестве пластифицирующих добавок к полимерам и синтетическим каучукам, а диоктилфталат - еще и как репеллент.

Метилакрилат и метилметакрилат. Легко полимеризуются с образованием устойчивого к различным воздействиям листов органического стекла.

Производные карбоновых или неорганических кислот, в которых атом водорода в гидроксильной группе замещён радикалом, называются сложными эфирами. Обычно общую формулу сложных эфиров обозначают как два углеводородных радикала, присоединённых к карбоксильной группе - C n H 2n+1 -COO-C n H 2n+1 или R-COOR’.

Номенклатура

Названия сложных эфиров составляются из названий радикала и кислоты с суффиксом «-ат». Например:

• CH 3 COOH - метилформиат;
• HCOOCH 3 - этилформиат;
• CH 3 COOC 4 H 9 - бутилацетат;
• CH 3 -CH 2 -COO-C 4 H 9 - бутилпропионат;
• CH 3 -SO 4 -CH 3 - диметилсульфат.

Также используются тривиальные названия кислоты, входящей в состав соединения:

• С 3 Н 7 СООС 5 Н 11 - амиловый эфир масляной кислоты;
• HCOOCH 3 - метиловый эфир муравьиной кислоты;
• CH 3 -COO-CH 2 -CH(CH 3) 2 - изобутиловый эфир уксусной кислоты.

Рис. 1. Структурные формулы сложных эфиров с названиями.

Классификация

В зависимости от происхождения сложные эфиры делятся на две группы:

• эфиры карбоновых кислот - содержат углеводородные радикалы;
• эфиры неорганических кислот - включают остаток минеральных солей (C 2 H 5 OSO 2 OH, (CH 3 O)P(O)(OH) 2 , C 2 H 5 ONO).

Наиболее разнообразны сложные эфиры карбоновых кислот. От сложности строения зависят их физические свойства. Эфиры низших карбоновых кислот - летучие жидкости с приятным ароматом, высших - твёрдые вещества. Это плохо растворимые соединения, плавающие на поверхности воды.

Виды сложных эфиров карбоновых кислот приведены в таблице.

Рис. 2. Воск.

Сложные эфиры карбоновых кислот - главная составляющая ароматных эфирных масел, которые содержатся в плодах, цветах, ягодах. Также входят в состав пчелиного воска.

Рис. 3. Эфирные масла.

Получение

Получают сложные эфиры несколькими способами:

• реакцией этерификации карбоновых кислот со спиртами:

  CH 3 COOH + C 2 H 5 OH → CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O;

• реакцией ангидридов карбоновых кислот со спиртами:

  (CH 3 CO) 2 O + 2C 2 H 5 OH → 2CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O;

• реакцией солей карбоновых кислот с галогенуглеводородами:

  CH 3 (CH 2) 10 COONa + CH 3 Cl → CH 3 (CH 2) 10 COOCH 3 + NaCl;

• реакцией присоединения карбоновых кислот к алкенам:

  CH 3 COOH + CH 2 =CH 2 → CH 3 COOCH 2 CH 3 + H 2 O.

Свойства

Химические свойства сложных эфиров обусловлены функциональной группой -COOH. Основные свойства сложных эфиров описаны в таблице.

Сложные эфиры используются в косметологии, медицине, пищевой промышленности в качестве ароматизаторов, растворителей, наполнителей.

Что мы узнали?

Из темы урока химии 10 класса узнали, что такое сложные эфиры. Это соединения, включающие два радикала и карбоксильную группу. В зависимости от происхождения могут содержать остатки минеральных или карбоновых кислот. Сложные эфиры карбоновых кислот делятся на три группы: жиры, воски, фруктовые эфиры. Это плохо растворимые в воде вещества с небольшой плотностью и приятным ароматом. Сложные эфиры реагируют со щелочами, водой, галогенами, спиртами и аммиаком.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 88.

Простые эфиры (окиси алканов) можно представить как соединения, образованные замещением обоих атомов водорода молекулы воды двумя алкильными радикалами или замещением гидроксильного спирта алкильным радикалом.

Изомерия и номенклатура. Общая формула простых эфировROR(I) ((C n H 2 n +1) 2 O) илиC n H 2 n +1 OC k H 2 k +1 , гдеnk(R 1 OR 2) (II). Последние часто называют смешанными эфирами, хотя (I) частный случай (II).

Простые эфиры изомерны спиртам (изомерия функциональной группы). Приведем примеры таких соединений:

Н 3 С О СН 3 диметиловый эфир; С 2 Н 5 ОН этиловый спирт;

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 диэтиловый эфир; С 4 Н 9 ОН бутиловый спирт;

Н 5 С 2  О С 3 Н 7 этилпропиловый эфир; С 5 Н 11 ОН амиловый спирт.

Кроме того, для простых эфиров распространена изомерия углеродного скелета (метилпропиловый эфир и метилизопропиловый эфир). Оптически активные эфиры немногочисленны.

Способы получения простых эфиров

1. Взаимодействие галогенпроизводных с алкоголятами (реакция Вильямсона).

С 2 Н 5 ОNa+I C 2 H 5 Н 5 С 2  О С 2 Н 5 +NaI

2. Дегидратация спиртов в присутствии ионов водорода как катализаторов.

2С 2 Н 5 ОHН 5 С 2  О С 2 Н 5

3. Частная реакция получения диэтилового эфира.

Первая стадия:

Вторая стадия:

Физические свойства простых эфиров

Два первых простейших представителя – диметиловый и метилэтиловый эфиры – при обычных условиях газы, все остальные – жидкости. Их Т кип много ниже, чем соответствующих спиртов. Так, температура кипения этанола – 78,3С, а Н 3 СОСН 3 – 24С, соответственно (С 2 Н 5) 2 О – 35,6С. Дело в том, что простые эфиры не способны к образованию молекулярных водородных связей, а, следовательно, и к ассоциации молекул.

Химические свойства простых эфиров

1. Взаимодействие с кислотами.

(С 2 Н 5) 2 О +HCl[(С 2 Н 5) 2 ОH + ]Cl  .

Эфир играет роль основания.

2. Ацидолиз – взаимодействие с сильными кислотами.

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 + 2H 2 SO 4 2С 2 Н 5 OSO 3 H

этилсерная кислота

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 +HIС 2 Н 5 OH+ С 2 Н 5 I

3. Взаимодействие со щелочными металлами.

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 + 2NaС 2 Н 5 ONa+ С 2 Н 5 Na

Отдельные представители

Этиловый эфир (диэтиловый эфир) – бецветная прозрачная жидкость, малорастворимая в воде. С этиловым спиртом смешивается в любых отношениях. Т пл =116,3С, давление насыщенного пара 2,6610 4 Па (2,2С) и 5,3210 4 Па (17,9С). Криоскопическая константа 1,79, эбулиоскопическая –1,84. Температура воспламенения – 9,4С, образует с воздухом взрывоопасную смесь при 1,71 об. % (нижний предел) – 48,0 об. % (верхний предел). Вызывает набухание резин. Широко применяется в качестве растворителя, в медицине (ингаляционный наркоз), вызывает привыкание человека, ядовит.

Сложные эфиры карбоновых кислот Получение сложных эфиров карбоновых кислот

1. Этерификация кислот спиртами.

Гидроксил кислоты выделяется в составе воды, спирт же отдает лишь атом водорода. Реакция обратима, те же катионы катализируют и обратную реакцию.

2. Взаимодействие ангидридов кислот со спиртами.

3. Взаимодействие галогенангидридов со спиртами.

Некоторые физические свойства сложных эфиров приведены в табли- це 12.

Таблица 12

Некоторые физические свойства ряда сложных эфиров

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших спиртов – жидкости с освежающим фруктовым запахом. Употребляются как отдушки для приготовления напитков. Многие эфиры (уксусноэтиловый, уксуснобутиловый) широко применяются как растворители, особенно лаков.