Формула и номенклатура сложных эфиров. Номенклатура и изомерия. Общая формула сложных эфиров
Номенклатура
Названия сложных эфиров производят от названия, углеводородного радикал а и названия кислоты, в котором вместо окончания "-овая кислота" используют суффикс "ат" (как и в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома), например:
(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 название исходной кислоты, то в название соединения включают слово «эфир» , например, С 3 Н 7 СООС 5 Н 11 – амиловый эфир масляной кислоты.
Гомологческий ряд
Изомерия
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, например:
3. Межклассовая изомерия, сложные эфиры (алкилалканоаты) изомерны предельным монокарбоновым кислотам; например:
Для сложных эфиров, содержащих непредельную кислоту или непредельный спирт, возможны еще два вида изомерии: изомерия положения кратной связи; цис-транс-изомерия.
Физические свойства
Сложные эфиры низших гомологов кислот и спиртов - бесцветные легкокипящие жидкости с приятным запахом; используются как ароматические добавки к пищевым продуктам и в парфюмерии. В воде сложные эфиры растворяются плохо.
Способы получения
1. Извлечение из природных продуктов
2. Взаимодействие кислот со спиртами (реакции этерификации); например:
Химические свойства
1. Наиболее характерны для сложных эфиров реакции кислотного или щелочного гидролиза (омыление). Это реакции, обратные реакциям этерификации. Например:
2. Восстановление (гидрирование) сложных зфиров, в результате которого образуются спирты (один или два); например:
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.
Тема урока: Сложные эфиры. Состав. Номенклатура. Свойства. Применение.
Цели урока :
Рассмотреть состав и строение простейших сложных эфиров, сущность реакции этерификации.
Создать условия для развития умений самостоятельно приобретать знания, используя различные
источники информации.
Способствовать: 1. формированию опыта творческой деятельности, опыта делового общения.
2. развитию творческого мышления, памяти, внимания, наблюдательности.
Продолжить формировать умения учащихся самостоятельно анализировать, корректировать и
оценивать знания;
Важнейшая задача учителя состоит в том, чтобы поддерживать и направлять учащихся, не давать готовые знания, а учит добывать их из различных источников.
Тип урока : Урок изучения нового материала с элементами исследования и использованием презентации по данной теме.
Форма организации познавательной деятельности : работа в группах с использованием ИКТ.
На столе учителя: мыло разных видов, духи, лаки, цветы (герань, фиалки), свежие фрукты: лимон, апельсин, мандарин, масло бергамота, лаванды и др.
Эпиграф урока :
В аромате есть убедительность, которая сильнее слов, очевидности, чувства и воли. Убедительность аромата неопровержима, необорима, она входит в нас подобно тому, как входит в наши лёгкие воздух, которым мы дышим, она наполняет, заполняет нас до отказа. Против неё нет средства. Патрик Зюскинд. «Парфюмер»(Слайд 1)(Слайд2)
Ход урока :
Вступительное слово учителя (мотивация на изучаемую тему)
Действительно, приятные ароматы способны не просто доставить нам удовольствие, а стать причиной хорошего настроения, повысить работоспособность, они могут понижать кровеносное давление и повышать температуру кожи. Когда в орган обоняния человека попадает неприятный запах, человек непроизвольно задерживает свое дыхание, стараясь по возможности вдохнуть как можно меньше неприятного воздуха. Нежелательный запах снижать работоспособность и значительно угнетать человека. (Обращаю внимание учащихся на предметы, находящиеся на столе учителя.)Все они обладают запахами. Какие же вещества являются причиной разнообразных запахов? В основном это - сложные эфиры.(Объявляется тема урока)(Слайд3)
Опрос :
Задание1 (на 4 мин), затем контроль ответов учащихся у доски.(Слайд 4)
1 группа : Записать общую формулу предельных одноатомных спиртов. Привести примеры четырех любых спиртов;дать им название по международной и тривиальной номенклатуре.
С n Н2 n +2 О или С n Н2 n +1 ОН R - OH СН3ОН - метанол, метиловій спирт, С2 Н5ОН-этанол, этиловый спирт
С3 Н7ОН - пропанол, пропиловый спирт С4 Н9ОН - бутанол, бутиловый спирт
2 группа : Записать общую формулу предельных одноосновных карбоновых кислот, привести примеры четырех любых карбоновых кислот; дать им название по международной и тривиальной номенклатуре. С n Н2 n О R - CO - OH H-CO-OH метановая. муравьиная,
СH3 - CO-OH этановая, уксусная. СH3 - СН2 - CO-OH пропановая, пропионовая
СH3 - СН2 - СН2 - CO-OH бутановая, масляная.
3 группа : составить уравнение взаимодействия метанола с муравьиной и уксусной карбоновыми кислотами, дать название образовавшимся орг. веществам.
Изучение нового материала: Прошу вспомнить название реакции взаимодействия карбоновой кислоты со спиртом (по материалам предыдущих уроков) и какое вещество образуется в результате этого взаимодействия.
Данная реакция называется реакцией этерификации(Слайд 5)
R-CO-OH + HO-R1 ↔ RCO-OR1 + H2O
Общая формула сложных эфиров
|
R-C –O-R |
С n H2nO2 |
Вопрос: Какой класс органических соединений имеет такую же общую формулу? (предельные одноосновные карбоновые кислоты)
Предлагаю учащимся записать в тетрадь определения сложным эфирам (Слайд 6)
Сложные эфиры - это вещества, образующиеся в результате реакции дегидратации карбоновых кислот и спиртов.
Сложными эфирами называются органические вещества, которые имеют общую формулу RCOOR1.
Сложными эфирами называются органические вещества, которые содержат функциональную группу атомов – СОО - ,соединённую с двумя углеводородными радикалами.
Задаю вопрос: А как называют сложные эфиры по международной номенклатуре? (Слайд 7)
По международной номенклатуре названия сложным эфирам дается так: к названию предельного углеводородного радикала в спирте добавляется название соответствующей кислоты, в которой окончание - вая заменяется на суффикс – ат.
Задание 2
Группы1 и 2: Записать в таблице названия эфиров по международной номенклатуре по предложенным формулам (распечатаны в файлах) .(Слайд 8)
Формула эфира | Название эфира |
||
С4Н9-СОО-С5Н11 С3Н7- СОО-С2Н5 СН3-СН(СН3)-СН2СОО- С2Н5 СН3-СОО - С2Н5 Н – СОО – С2Н5 | Апельсиновый Абрикосовый Яблочный Грушевый Вишнёвый |
Группа 3: По названиям составить формулы сложных эфиров
Формула эфира | Название эфира |
||
Грушевый Вишнёвый Абрикосовый Апельсиновый Яблочный | Этилэтанат Этилметанат Этилбутанат Пентилтентанат Этил,3-метилбутанат |
Учащиеся сверяют данные таблицы на слайде с записями в тетради, исправляют ошибки(Слайд9)
Задание3 (использование таблицы) (слайд 10)
1гр. Составить уравнение реакции этерификации получения эфира - с вишневым ароматом.
1.Н-СООН + С2Н5ОН ↔ Н - СООС2Н5 + Н2О
2 гр. Составить уравнение реакции этерификации получения эфира с грушевым ароматом.
2.СН3 - СООН + С2Н5ОН ↔ Н - СООС2Н5 + Н2О
3 гр Составить уравнение реакции этерификации получения эфира с яблочным ароматом.
3. СН3-СН(СН3)-СН2СООН + НО - С2Н5↔ СН3-СН(СН3)-СН2СОО- С2Н5+ Н2О
Виды изомерии сложных эфиров: (Слайд 11)
1. Углеродного скелета
2. Межклассовая (предельные одноосновные карбоновые кислоты)
Задание4 (Слайд 12)
С5Н10О2 |
1гр. Составить 2 формулы изомеров с различным углеродным скелетом и назвать их по МН.
2гр. Составить 2 формулы изомеров из различных классов и назвать их по МН.
3гр. Составить по одной формуле изомеров с различным углеродным скелетом и из класса карбоновых кислот и назвать их по МН.
Физические свойства сложных эфиров (Слайд13)
Сложные эфиры – жидкости, легче воды, летучие, обладающие приятным запахом в большинстве случаев, t°кип. и t° пл. ниже, чем t°кип. и t°пл. исходных карбоновых кислот, в воде плохо растворимы, за исключением эфиров с меньшим содержанием атомов углерода, хорошо растворимы в спиртах.
Химические свойства сложных эфиров(Слайд14)
Реакция этерификации протекает очень медленно и, как правило, не до конца т. к. происходит гидролиз сложных эфиров (омыление), при этом образуются вновь исходные вещества – спирт и кислота. Омыление проходит гораздо быстрее, если реакция проходит в щелочной среде.
RCO-OR1 + H2O ↔ R-CO-OH + HO-R1
Например:
Н - СООС2Н5 + Н2О ↔ Н-СООН + С2Н5ОН
Элемент исследования на уроке
Задание 5 (Слайд15)
С помощью предложенной информации (файлы с материалами на столах) подготовить небольшие сообщения по группам:
1 гр. Из чего сделаны духи?
2 гр. Сложные эфиры в лекарственных растениях
3 гр. Что такое воск?
Проверочный тест на закрепление изученного материала (Слайд16)
1. Общая формула сложных эфиров:
А)CnH2nO Б)CnH2nO2 В)CnH2n+2O Г) CnH2n
2. Cложные эфиры - это продукт взаимодействия:
1. Карбоновых кислот и альдегидов
2. Спиртов и альдегидов
3. Карбоновых кислот и спиртов
4. Спиртов и простых эфиров
3 .В результате какой реакции образуются сложные эфиры?:
1. Этерификации
2. Полимеризации
3. Поликонденсации
4. Гидролиза
А
Домашнее задание: §21 стр190-192 №1,2,3.стр195(схему 5 в тетрадь)
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
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:
гдеR", 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 СН 3 - (CH 2) 2 - СООН
3. Пальмитиновая кислота СН 3 - (CH 2) 14 - СООН
4. Стеариновая кислота СН 3 - (CH 2) 16 - СООН
Алкеновые кислоты
5. Олеиновая кислота С 17 Н 33 СООН
СН 3 -(СН 2) 7 -СН === СН-(СН 2) 7 -СООН
Алкадиеновые кислоты
6. Линолевая кислота С 17 Н 31 СООН
СН 3 -(СН 2) 4 -СН = СН-СН 2 -СН = СН-СООН
Алкатриеновые кислоты
7. Линоленовая кислота С 17 Н 29 СООН
СН 3 СН 2 СН = CHCH 2 CH == CHCH 2 CH = СН(СН 2) 4 СООН
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 начинаетсясо 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 SiCl 4 реагируют диалкилдихлорсиланы, например ((СН 3) 2 SiCl 2 , 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 TiO 2 применяются для пропитки тканей с целью придания им водонепроницаемости.
Эфиры азотной кислоты. Их получают действием на спирты смеси азотной и концентрированной серной кислот. Метилнитрат СН 3 ONO 2 , (т. кип. 60° С) и этилнитрат C 2 H 5 ONO 2 (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(CH 2 ONO 2) 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.
