1) Сложные эфиры – _________________________________________________________________.
Сложные эфиры – __________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________:
Где R и R / - _____________________________, которые могут быть как одинаковыми, так и различными.
Функциональная группа сложных эфиров называется __________________________:
Молекулярный состав сложных эфиров выражает общая формула C - H - O -- .
2) Этиловый эфир уксусной кислоты как представитель сложных эфиров.
3) Номенклатура и изомерия сложных эфиров
* При названии сложных эфиров по правилам заместительной номенклатуры ИЮПАК сначала указывают название алкильной группы спирта, а затем название кислотного остатка, заменяя в названии кислоты суффикс –овая на суффикс –оат.
Этилэтаноат
2- остаток 1-алкильная группа
кислоты спирта
* Структурная изомерия
Внутри класса – изомерия цепи:
Молекулярной формуле С 4 Н 8 О 2 соответствуют следующие изомеры:
Этилэтаноат Пропилметаноат Метилпропаноат
Межклассовая изомерия:
Этилэтаноат Бутановая кислота
4) Гидролиз сложных эфиров
o Кислотный:
Н 2 О + СН 3 -СН 2 -ОН
_______________ _____________ ________
o Щелочной:
NaOH + СН 3 -СН 2 -ОН
______________ ______________ _________ ______________
5) Эфиры в природе.
Многие сложные эфиры в природе содержатся в клеточном соке цветков и плодов растений.
Жиры.
1) Состав и строение триглицеридов.
Жиры – ____________________________________________________________________________.
Основным компонентом жиров являются _________________ –_____________________________
____________________________________________________________________________________.
Схема, отражающая общее строение триглицеридов:
Где R 1, R 2, R 3 – остатки карбоновых кислот (____________ СН 3 СН 2 СН 2 СООН, ________________ С 15 Н 31 СООН, _____________ С 17 Н 35 СООН, ________________ С 17 Н 33 СООН, ___________________С 17 Н 31 СООН, ________________________ С 17 Н 29 СООН.
2) Физические свойства.
3) Жиры как питательные вещества.
Жиры являются важной составляющей частью пищи человека и животных. В организме в процессе гидролиза жиры расщепляются на глицерин и высшие карбоновые кислоты. Затем внутри клеток из продуктов гидролиза синтезируются специфические для данного организма жиры.
Жиры являются важнейшим источником энергии: в результате их окисления вырабатывается в два раза больше энергии, чем при окислении углеводов.
Домашнее задание: §§39-40, 42.
1. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: С 2 Н 6 ® С 2 Н 6 ® С 2 Н 5 ОН® СН 3 СООН®СН 3 СОО С 2 Н 5
2. Составьте структурные формулы всех возможных изомеров состава С 5 Н 10 О 2 и дайте им названия по правилам заместительной номенклатуры ИЮПАК.
Лекции 20, 21 Углеводороды: алканы, алкены, алкены, арены.
| Названия гомологических рядов Характеристика | Алканы | Алкены | Алкины | Арены | ||
| 1. Определение | Ациклические насыщенные УВ, в молекулах которых атомы углерода между собой связаны только одинарными (простыми) связями | Ациклические ненасыщенные УВ, в молекулах которых 2 атома углерода связаны двойной связью | Ациклические ненасыщенные УВ, в молекулах которых 2 атома углерода связаны тройной связью | Циклические ненасыщенные УВ, в молекулах которых имеется одно или несколько бензольных колец | ||
| 2. Общая формула | C n H 2n+2 | C n H 2n | C n H 2n-2 | C n H 2n-6 | ||
| 3. Простейший представитель | метан | этен | этин | бензол | ||
| а) Молекулярная формула | CH 4 | C 2 H 4 | C 2 H 2 | C 6 H 6 | ||
| б) Структурная формула | H ½ H¾C¾H ½ H | H H \ / C═C / \ H H | H¾CºC¾H | |||
| в) Электронная формула | ||||||
| 4. Пространственное строение молекулы: а) Форма | Метан - тетраэдрическая Гомологи метана, начиная с бутана – зигзагообразная | В области двойной связи - плоская | В области тройной связи – цилиндрическая (линейная) | Плоская | ||
| б) Угол связи | ||||||
| в) Характер связи | одинарная | двойная | тройная | Ароматическая | ||
| г) Длина связи | 0,154 нм | 0,133 нм | 0,120 нм | 0,140 нм | ||
| 5. Возможность вращения атомов углерода относительно друг друга в зависимости от характера связи | Относительно свободно | Относительно двойной связи затруднено (невозможно без разрыва двойной связи) | Относительно тройной связи затруднено (невозможно без разрыва тройной связи) | Между атомами углерода бензольного кольца затруднено (невозможно без разрыва бензольного кольца) | ||
| 6. Тривиальные названия | С 1 метан, С 2 этан, С 3 пропан, С 4 бутан (окончание –ан, относят к полусистематическим) | СН 2 =СН 2 этилен, СН 2 =СН– СН 3 пропилен СН 2 =СН– СН 2 – СН 3 бутилен | СНºСН ацетилен | С 6 С 6 бензол | ||
| 7. Изомерия – | явление существования соединений, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различное химическое строение (различный порядок соединения атомов в молекуле); для УВ бывает структурной (цепи; положения кратной связи) и пространственной. | |||||
| Структурная | Изомерия цепи | СН 3 – СН 2 – СН 2 – СН 3 t кип = - 0,5°С СН 3 – СН– СН 3 ï СН 3 t кип = -1 0,2°С | СН 2 =СН– СН 2 – СН 3 бутен-1 СН 2 = С– СН 3 ï СН 3 2-метилпропен | СНºС– СН 2 –СН 2 – СН 3 пентин-1 СНºС – СН–– СН 3 ï СН 3 3-метилбугин-1 | - | |
| Изомерия положения кратной связи | - | СН 2 =СН– СН 2 – СН 3 бутен-1 СН 3 –СН= СН– СН 3 бутен-2 | СНºС – СН 2 – СН 3 бутин-1 СН 3 –Сº С– СН 3 бутин-2 | - | ||
| Пространственная – цис-транс-изомерия | - | Н 3 С Н \ ¤ С=С ¤ \ Н 3 С Н цис-изомер | Н СН 3 \ ¤ С=С ¤ \ Н 3 С Н транс-изомер | - | - | |
| Физические свойства | ||||||
| 1. агрегатное состояние: | С 1 -С 4 –_____, С 5 -С 15 – ________, с С 16 – ________________________; | С 2 -С 4 –______, С 5 -С 17 –______ , с С 18 – ___________________; | С 2 -С 4 – _____, С 5 -С 16 –_______, с С 17 – ___________________; | жидкость (бесцветная, сильно преломляющая, с характерным запахом) | ||
| 2. t кип. и t плав. | с увеличением М r возрастают t кип. и t плав. | с увеличением М r возрастают t кип | t кип. = 80,1°С, t плав. =5,5°С | |||
| 3. растворимость в воде | практически не растворимы | практически не растворимы | практически не растворимы | не растворим | ||
| 4. физиологическое воздействие на организм | - | - | - | высоко токсичное соединение | ||
| Химические свойства | ||||||
| Реакции окисления: - полное окисление (горение) - неполное окисление | СН 4 +2О 2 →______+____+Q Смеси метана с кислородом (1:2 по объему) и с воздухом (1:10) взрывоопасны 2СН 4 +3О 2 → | С 2 Н 4 +_О 2 → С 2 Н 4 +{О}+ Н 2 О ® этиленгликоль | _С 2 Н 2 +_О 2 → | _С 6 Н 6 +__О 2 → | ||
| Реакции замещения (при освещении с хлором и бромом) | 1) CH 4 +Cl 2 CH 3 ―CH 3 + Cl 2 → 2) В процессе галогенирования метана происходит последовательное замещение всех атомов водорода и образуется смесь продуктов: CH 4 CH 3 Cl метан хлорметан →CH 2 Cl 2 CHCl 3 дихлорметан трихлорметан (хло- → CCl 4 роформ) тетрахлорметан (четыреххлористый углерод) Растворитель, тяжелая негорючая жидкость – пожаротушение, получают полным хлорированием метана: CH 4 +4Cl 2 3) взаимодействие других алканов приводит к образованию смеси изомеров: CH 3 ― CH 2 ―CH 3 + 2Cl 2 →CH 3 ― CH 2 ― CH 2 Cl + + CH 3 ―CHCl― CH 3 + 2HCl | - | - | Н +Br 2 галогенирование Н +HONO 2 ® нитрование | ||
| Пиролиз | С 2 Н 6 СН 2 =СН 2 + Н 2 | - | - | - | ||
| Изомеризация | СН 3 – СН 2 – СН 2 – СН 3 ® | - | - | - | ||
| Реакции присоединения: -галогенов | - | СН 2 =СН 2 +Br 2 ® обесцвечивание бромной воды (или раствора брома в тетрахлорэтане) – качественная реакция на УВ с двойной связью | СНºСН +Br 2 ® BrСН= СНBr +Br 2 ® | - | ||
| - водорода (гидрирование) | - | СН 2 =СН 2 +Н 2 ® | СНºСН ________® | +3Н 2 бензол циклогексан | ||
| - воды (гидратация) | - | СН 2 =СН 2 +Н 2 О ® | СНºСН + Н 2 О ® | - | ||
| - галогеноводоролов | - | СН 2 =СН 2 +НCl ® | СНºСН + 2НCl ® | - | ||
| Реакция полимкризации (синтез ВМС из низкомолекулярных соединений; НМС – мономер, ВМС - полимер) | - | nСН 2 =СН 2 ® | тримеризация 3 СНºСН | - | ||
В основе названия углеводородов по систематической заместительной номенклатуре лежат принципы отраженные в схеме:
|
|
|
Не для УВ
алканы алканы алкены алкины
2. Название насыщенных углеводородов, которые берутся для основы названия всех остальных органических соединений (корни греческих числительных выделены):
Таблица 1.
| Число атомов С | Название | Число атомов С | Название | Число атомов С | Название |
| С 1 | Мет ан | С 7 | Гепт ан | С 13 | Тридек ан |
| С 2 | Эт ан | С 8 | Окт ан | С 20 | Эйкоз ан |
| С 3 | Проп ан | С 9 | Нон ан | С 21 | Генэйкоз ан |
| С 4 | Бут ан | С 1 0 | Дек ан | С 22 | Докоз ан |
| С 5 | Пент ан | С 11 | Ундек ан | С 30 | Триаконтан |
| С 6 | Гекс ан | С 12 | Додек ан | С 40 | Тетраконтан |
Таблица 2. Название греческих числительных,
при помощи которых указывается
число одинаковых заместителей Таблица 3. Названия заместителей
| Число заместителей | Греческое числительное | Число заместителей | Греческое числительное | Заместитель | Название |
| 2 | ди- | 7 | гепта- | СН 3 - | Cl - |
| 3 | три- | 8 | окта- | С 2 Н 5 - | Br - |
| 4 | тетра- | 9 | нона- | С 3 Н 7 - | I - |
| 5 | пента- | 10 | дека- | F - | NH 2 - |
| 6 | гекса- |
3) Последовательность действий при составлении названий органических углеводородов и их производных.
A. Названия углеводородов с неразветвленной цепью.
1. Названия алканов приведены в таблице 1.
2. В основу названий алкенов и алкинов положены названия алканов, в которых суффикс –ан заменен соответственно на суффикс –ен или суффикс –ин. В конце указываем арабской цифрой положение кратной связи.
B. Названия углеводородов с разветвленной цепью.
1. Находим главную цепь:
2) Включает двойную, тройную связь,
3) Включает такие заместители, как F -, Cl -, Br -, I -.
2. Нумеруем с того конца, к которому ближе
1) Заместитель
2) Двойная связь приоритет возрастает
3) Тройная связь сверху вниз
4) В алфавитном порядке указываем при помощи арабских цифр положение заместителей (названия см. в таблице 3).
5) Предпочтение отдаем варианту, в котором первая отличающаяся цифра наименьшая.
6) При помощи приставки (см. таблицу 2) указываем число одинаковых заместителей.
7) Добавляем название главной цепи в соответствии с числом атомов углерода, содержащихся в ней (см. выделенные корни в таблице 1)
8) В случае алкенов и алкинов в конце названия прибавляем соответствующий суффикс –ен или –ин.
9) Указываем арабской цифрой положение кратной связи (предпочтение отдаем варианту, в котором цифра наименьшая).
C. Между цифрой и буквой ставим дефис, между цифрами – запятую. Основой названия ароматических углеводородов является название простейшего представителя – бензола.
А сейчас поговорим о сложных. Сложные эфиры широко распространены в природе. Сказать, что сложные эфиры играют большую роль в жизни человека - ничего не сказать. Мы сталкиваемся с ними, когда нюхаем цветок, обязанный ароматом простейшим сложным эфирам. Подсолнечное или оливковое масло - это тоже сложный эфир, но уже высокомолекулярный - также, как и животные жиры. Мы моемся, моем и стираем средствами, которые получают химической реакцией переработки жиров, то есть сложных эфиров. Еще они используются в самых разных областях производства: с их помощью делают лекарства, краски и лаки, духи, смазки, полимеры, синтетические волокна и многое, многое другое.
Сложные эфиры - органические соединения на основе кислородосодержащих органических карбоновых или неорганических кислот. Структуру вещества можно представить как молекулу кислоты, в которой атом Н в гидроксиле ОН- замещен углеводородным радикалом.
Получают сложные эфиры в результате реакции кислоты и спирта (реакция этерификации).
Классификация
- Фруктовые эфиры - жидкости с фруктовым запахом, молекула содержит не более восьми атомов углерода. Получают из одноатомных спиртов и карбоновых кислот. Эфиры с цветочным запахом получают с помощью ароматических спиртов.
- Воски - твердые вещества, содержат в молекуле от 15 до 45 атомов С.
- Жиры - содержат в молекуле 9-19 атомов углерода. Получают из глицерин а (трехатомного спирта) и высших карбоновых кислот. Жиры могут быть жидкими (растительные жиры, называемые маслами) и твердыми (животные жиры).
- Сложные эфиры минеральных кислот по своим физическим свойствам тоже могут быть как маслянистыми жидкостями (до 8 атомов углерода), так и твердыми веществами (от девяти атомов C).
Свойства
В нормальных условиях сложные эфиры могут быть жидкими без цвета, с фруктовым или цветочным запахом, или твердыми, пластичными; как правило, без запаха. Чем длиннее цепочка углеводородного радикала, тем тверже вещество. Почти неводорастворимы. Хорошо растворяются в органических растворителях. Горючи.
Вступают в реакции с аммиаком с образованием амидов; с водородом (именно эта реакция превращает жидкие растительные масла в твердые маргарины).
В результате реакции гидролиза разлагаются на спирт и кислоту. Гидролиз жиров в щелочной среде приводит к образованию не кислоты, а ее соли - мыла.
Сложные эфиры органических кислот малотоксичны, оказывают на человека наркотическое воздействие, в основном относятся ко 2-му и 3-му классу опасности. Некоторые реактивы на производстве требуют использования специальных средств защиты для глаз и дыхания. Чем больше длина молекулы эфира, теми он токсичнее. Эфиры неорганических фосфорных кислот ядовиты.
В организм вещества могут попадать через органы дыхания и кожу. Симптомами острого отравления служат возбуждение и нарушенная координация движений с последующим угнетением ЦНС. Регулярное воздействие может привести к болезням печени, почек, сердечно-сосудистой системы, нарушениям формулы крови.
Применение
В органическом синтезе.
- Для производства инсектицидов, гербицидов, смазок, пропиток для кожи и бумаги, моющих средств, глицерина, нитроглицерина, олиф, масляных красок, синтетических волокон и смол, полимеров, оргстекла, пластификаторов, реагентов для обогащения руд.
- Как добавка к моторным маслам.
- В синтезе парфюмерных отдушек, пищевых фруктовых эссенций и косметических ароматизаторов; лекарственных средств, например, витаминов А, Е, В1, валидола, мазей.
- Как растворители красок, лаков, смол, жиров, масел, целлюлозы, полимеров.
В ассортименте магазина «ПраймКемикалсГрупп» вы можете купить востребованные сложные эфиры, в том числе бутилацетат и Твин-80.
Бутилацетат
Применяется как растворитель; в парфюмерной промышленности для изготовления отдушек; для дубления кож; в фармацевтике - в процессе изготовления некоторых лекарств.
Твин-80
Он же полисорбат-80, полиоксиэтилен сорбитан моноолеат (основан на сорбите оливкового масла). Эмульгатор, растворитель, техническая смазка, модификатор вязкости, стабилизатор эфирных масел, неионогенный ПАВ, увлажнитель. Входит в состав растворителей и смазочно-охлаждающих жидкостей. Используется для производства продукции косметического, пищевого, бытового, сельскохозяйственного, технического назначения. Обладает уникальным свойством превращать смесь воды и масла в эмульсию.
класс соединений на основе минеральных (неорганических) или органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в НО-группе замещен органической группой R . Прилагательное «сложные» в названии эфиров помогает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами.Если исходная кислота многоосновная, то возможно образование либо полных эфиров замещены все НО-группы, либо кислых эфиров частичное замещение. Для одноосновных кислот возможны только полные эфиры (рис.1).
Рис. 1. ПРИМЕРЫ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ на основе неорганической и карбоновой кислоты
Номенклатура сложных эфиров. Название создается следующим образом: вначале указывается группа R , присоединенная к кислоте, затем название кислоты с суффиксом «ат» (как и в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома). Примеры на рис. 2
Если используют тривиальное (см . ТРИВИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ ) название исходной кислоты, то в название соединения включают слово «эфир», например, С 3 Н 7 СООС 5 Н 11 амиловый эфир масляной кислоты.
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 (многообразие соединений один из отличительных признаков органической химии ).Когда число атомов С в исходных карбоновой кислоте и спирте не превышает 68, 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 (табл. 1), некоторые из них вначале были выделены из растений, а позже синтезированы искусственно.
| Табл. 1. НЕКОТОРЫЕ СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ , обладающие фруктовым или цветочным ароматом (фрагменты исходных спиртов в формуле соединения и в названии выделены жирным шрифтом) | ||
| Формула сложного эфира | Название | Аромат |
| СН 3 СООС 4 Н 9 | Бутил ацетат | грушевый |
| С 3 Н 7 СООСН 3 | Метил овый эфир масляной кислоты | яблочный |
| С 3 Н 7 СООС 2 Н 5 | Этил овый эфир масляной кислоты | ананасовый |
| С 4 Н 9 СООС 2 Н 5 | Этил | малиновый |
| С 4 Н 9 СООС 5 Н 11 | Изоамил овый эфир изовалериановой кислоты | банановый |
| СН 3 СООСН 2 С 6 Н 5 | Бензил ацетат | жасминовый |
| С 6 Н 5 СООСН 2 С 6 Н 5 | Бензил бензоат | цветочный |
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 919 атомами углерода. Животные жиры (коровье масло, баранье, свиное сало) пластичные легкоплавкие вещества. Растительные жиры (оливковое, хлопковое, подсолнечное масло) вязкие жидкости. Животные жиры, в основном, состоят из смеси глицеридов стеариновой и пальмитиновой кислоты (рис. 3А,Б). Растительные масла содержат глицериды кислот с несколько меньшей длиной углеродной цепи: лауриновой С 11 Н 23 СООН и миристиновой С 13 Н 27 СООН. (как и стеариновая и пальмитиновая это насыщенные кислоты). 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 (рис. 3В). 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.
Рис. 3. 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 18) маслянистые жидкости, эфиры высших спиртов (начиная с С 9) твердые соединения.
Химические свойства сложных эфиров. Наиболее характерно для эфиров карбоновых кислот гидролитическое (под действием воды) расщепление сложноэфирной связи, в нейтральной среде оно протекает медленно и заметно ускоряется в присутствии кислот или оснований, т.к. ионы Н + и НО катализируют этот процесс (рис. 4А), причем гидроксильные ионы действуют более эффективно. Гидролиз в присутствии щелочей называют омылением. Если взять количество щелочи, достаточное для нейтрализации всей образующейся кислоты, то происходит полное омыление сложного эфира. Такой процесс проводят в промышленном масштабе, при этом получают глицерин и высшие карбоновые кислоты (С 1519) в виде солей щелочных металлов, представляющих собой мыло (рис. 4Б). Содержащиеся в растительных маслах фрагменты ненасыщенных кислот, как и любые ненасыщенные соединения, могут быть прогидрированы, водород присоединяется к двойным связям и образуются соединения, близкие к животным жирам (рис. 4В). Этим способом в промышленности получают твердые жиры на основе подсолнечного, соевого или кукурузного масла. Из продуктов гидрирования растительных масел, смешанных с природными животными жирами и различными пищевыми добавками, изготавливают маргарин.Основной способ синтеза взаимодействие карбоновой кислоты и спирта, катализируемое кислотой и сопровождаемое выделением воды. Эта реакция обратна показанной на рис. 3А. Чтобы процесс шел в нужном направлении (синтез сложного эфира), из реакционной смеси дистиллируют (отгоняют) воду. Специальными исследованиями с применением меченых атомов удалось установить, что в процессе синтеза атом О, входящий в состав образующейся воды, отрывается от кислоты (отмечено красной пунктирной рамкой), а не от спирта (нереализующийся вариант выделен синей пунктирной рамкой).
По такой же схеме получают сложные эфиры неорганических кислот, например, нитроглицерин (рис. 5Б). Вместо кислот можно использовать хлорангидриды кислот, метод применим как для карбоновых (рис. 5В), так и для неорганических кислот (рис. 5Г).
Взаимодействие солей карбоновых кислот с галоидалкилами
RCl также приводит к сложным эфирам (рис. 5Г), реакция удобна тем, что она необратима выделяющаяся неорганическая соль сразу удаляется из органической реакционной среды в виде осадка. Применение сложных эфиров. Этилформиат НСООС 2 Н 5 и этилацетат Н 3 СООС 2 Н 5 используются как растворители целлюлозных лаков (на основе нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы).Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислот (табл. 1) 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 и белками составляют набор необходимых для питания пищевых продуктов, они входят в состав всех растительных и животных клеток, кроме того, накапливаясь в организме, играют роль энергетического запаса. Из-за низкой теплопроводности жировой слой хорошо предохраняет животных (в особенности, морских китов или моржей) от переохлаждения.
Животные и растительные жиры представляют собой сырье для получения высших карбоновых кислот, моющих средств и глицерина (рис. 4), используемого в косметической промышленности и как компонент различных смазок.
Нитроглицерин (рис. 4) известный лекарственный препарат и взрывчатое вещество, основа динамита.
На основе растительных масел изготавливают олифы (рис. 3), составляющие основу масляных красок.
Эфиры серной кислоты (рис. 2) используют в органическом синтезе как алкилирующие (вводящие в соединение алкильную группу) реагенты, а эфиры фосфорной кислоты (рис. 5) как инсектициды, а также добавки к смазочным маслам.
Михаил Левицкий
ЛИТЕРАТУРА Карцова А.А. Покорение вещества. Органическая химия . Издательство Химиздат, 1999Пустовалова Л.М. Органическая химия . Феникс, 2003
Если исходная кислота многоосновная, то возможно образование либо полных эфиров – замещены все НО-группы, либо кислых эфиров – частичное замещение. Для одноосновных кислот возможны только полные эфиры (рис.1).
Рис. 1. ПРИМЕРЫ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ на основе неорганической и карбоновой кислоты
Номенклатура сложных эфиров.
Название создается следующим образом: вначале указывается группа R, присоединенная к кислоте, затем – название кислоты с суффиксом «ат» (как и в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома). Примеры на рис. 2
Рис. 2. НАЗВАНИЯ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ . Фрагменты молекул и соответствующие им фрагменты названий выделены одинаковым цветом. Сложные эфиры обычно рассматривают как продукты реакции между кислотой и спиртом, например, бутилпропионат можно воспринимать как результат взаимодействия пропионовой кислоты и бутанола.
Если используют тривиальное (см . ТРИВИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ) название исходной кислоты, то в название соединения включают слово «эфир», например, С 3 Н 7 СООС 5 Н 11 – амиловый эфир масляной кислоты.
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 (многообразие соединений – один из отличительных признаков органической химии).
Когда число атомов С 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 (табл. 1), некоторые из них вначале были выделены из растений, а позже синтезированы искусственно.
| Табл. 1. НЕКОТОРЫЕ СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ , обладающие фруктовым или цветочным ароматом (фрагменты исходных спиртов в формуле соединения и в названии выделены жирным шрифтом) | ||
| Формула сложного эфира | Название | Аромат |
| СН 3 СООС 4 Н 9 | Бутил ацетат | грушевый |
| С 3 Н 7 СООСН 3 | Метил овый эфир масляной кислоты | яблочный |
| С 3 Н 7 СООС 2 Н 5 | Этил овый эфир масляной кислоты | ананасовый |
| С 4 Н 9 СООС 2 Н 5 | Этил | малиновый |
| С 4 Н 9 СООС 5 Н 11 | Изоамил овый эфир изовалериановой кислоты | банановый |
| СН 3 СООСН 2 С 6 Н 5 | Бензил ацетат | жасминовый |
| С 6 Н 5 СООСН 2 С 6 Н 5 | Бензил бензоат | цветочный |
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, образованные из трехатомного 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. Растительные жиры (оливковое, хлопковое, подсолнечное масло) – вязкие жидкости. Животные жиры, в основном, состоят из смеси глицеридов стеариновой и пальмитиновой кислоты (рис. 3А,Б). Растительные масла содержат глицериды кислот с несколько меньшей длиной углеродной цепи: лауриновой С 11 Н 23 СООН и миристиновой С 13 Н 27 СООН. (как и стеариновая и пальмитиновая – это насыщенные кислоты). 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 (рис. 3В). 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.
Рис. 3. 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.
Химические свойства сложных эфиров.
Наиболее характерно для эфиров карбоновых кислот гидролитическое (под действием воды) расщепление сложноэфирной связи, в нейтральной среде оно протекает медленно и заметно ускоряется в присутствии кислот или оснований, т.к. ионы Н + и НО – катализируют этот процесс (рис. 4А), причем гидроксильные ионы действуют более эффективно. Гидролиз в присутствии щелочей называют омылением. Если взять количество щелочи, достаточное для нейтрализации всей образующейся кислоты, то происходит полное омыление сложного эфира. Такой процесс проводят в промышленном масштабе, при этом получают глицерин и высшие карбоновые кислоты (С 15–19) в виде солей щелочных металлов, представляющих собой мыло (рис. 4Б). Содержащиеся в растительных маслах фрагменты ненасыщенных кислот, как и любые ненасыщенные соединения, могут быть прогидрированы, водород присоединяется к двойным связям и образуются соединения, близкие к животным жирам (рис. 4В). Этим способом в промышленности получают твердые жиры на основе подсолнечного, соевого или кукурузного масла. Из продуктов гидрирования растительных масел, смешанных с природными животными жирами и различными пищевыми добавками, изготавливают маргарин.
Основной способ синтеза – взаимодействие карбоновой кислоты и спирта, катализируемое кислотой и сопровождаемое выделением воды. Эта реакция обратна показанной на рис. 3А. Чтобы процесс шел в нужном направлении (синтез сложного эфира), из реакционной смеси дистиллируют (отгоняют) воду. Специальными исследованиями с применением меченых атомов удалось установить, что в процессе синтеза атом О, входящий в состав образующейся воды, отрывается от кислоты (отмечено красной пунктирной рамкой), а не от спирта (нереализующийся вариант выделен синей пунктирной рамкой).
По такой же схеме получают сложные эфиры неорганических кислот, например, нитроглицерин (рис. 5Б). Вместо кислот можно использовать хлорангидриды кислот, метод применим как для карбоновых (рис. 5В), так и для неорганических кислот (рис. 5Г).
Взаимодействие солей карбоновых кислот с галоидалкилами RCl также приводит к сложным эфирам (рис. 5Г), реакция удобна тем, что она необратима – выделяющаяся неорганическая соль сразу удаляется из органической реакционной среды в виде осадка.
Применение сложных эфиров.
Этилформиат НСООС 2 Н 5 и этилацетат Н 3 СООС 2 Н 5 используются как растворители целлюлозных лаков (на основе нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы).
Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислот (табл. 1) 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 и белками составляют набор необходимых для питания пищевых продуктов, они входят в состав всех растительных и животных клеток, кроме того, накапливаясь в организме, играют роль энергетического запаса. Из-за низкой теплопроводности жировой слой хорошо предохраняет животных (в особенности, морских – китов или моржей) от переохлаждения.
Животные и растительные жиры представляют собой сырье для получения высших карбоновых кислот, моющих средств и глицерина (рис. 4), используемого в косметической промышленности и как компонент различных смазок.
Нитроглицерин (рис. 4) – известный лекарственный препарат и взрывчатое вещество, основа динамита.
На основе растительных масел изготавливают олифы (рис. 3), составляющие основу масляных красок.
Эфиры серной кислоты (рис. 2) используют в органическом синтезе как алкилирующие (вводящие в соединение алкильную группу) реагенты, а эфиры фосфорной кислоты (рис. 5) – как инсектициды, а также добавки к смазочным маслам.
Михаил Левицкий
Среди функциональных производных карбоновых кислот особое место занимают сложные эфиры - соедине ния, представляющие карбоновые кислоты, у которых атом водо рода в карбоксильной группе заменен углеводородным радикалом . Общая формула сложных эфиров
Часто сложные эфиры называют по тем остаткам кислот и спиртов, из которых они состоят. Так, рассмотренные выше сложные эфиры могут быть названы: этановоэтиловый эфир, кро тоновометиловый эфир.
Для сложных эфиров характерны три вида изомерии :
1. Изомерия углеродной цепи, начинается по кислотному/>остатку с бутановой кислоты, по спиртовому остатку - с пропилового спирта, например:
2. Изомерия положения сложноэфирной группировки />-СО-О-. Этот вид изомерии начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода, на пример: />
3. Межклассовая изомерия, например:
Для сложных эфиров, содержащих непредельную кислоту или непредельный спирт, возможны еще два вида изомерии: изомерия положения кратной связи; цис-транс-изомерия.
Физические свойства сложных эфиров. Сложные эфиры />низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой летучие, малорастворимые или практически нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный запах. Так, например, бутилбутират имеет запах ананаса, изоамилацетат - груши и т.д.
Сложные эфиры имеют, как правило, более низкую темпера туру кипения, чем соответствующие им кислоты. Например, стеа риновая кислота кипит при 232 °С (Р = 15 мм рт. ст.), а ме тилстеарат- при 215 °С (Р =15 мм рт. ст.). Объясняется это тем, что между молекулами сложных эфиров отсутствуют водородные связи.
Сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов - воско образные вещества, не имеют запаха, в воде не растворимы, хо рошо растворимы в органических растворителях. Например, пчелиный воск представляет собой в основном мирицилпальмитат (C 15 H 31 COOC 31 H 63 ).
