Какими свойствами обладают сложные эфиры

Сегодня, мы продолжим знакомство с различными классами органических соединений и поговорим о широко распространенных в природе сложных эфирах. Эта статья будет особенно полезна тем, кто подготавливается к сдаче ЕГЭ, изучает углубленно курс органической химии и просто тем, кому интересно вспомнить школьную программу по данной теме. Итак, приступим!

Что же такое сложные эфиры?

Сложные эфиры — это вещества, которые образуются в результате взаимодействия органических или кислородсодержащих неорганических кислот со спиртами.

Таким образом, общая формула сложных эфиров одноатомных спиртов и одноосновных карбоновых кислот:

Или:

Формулы отдельных простейших представителей класса сложных эфиров таковы:

Сложные эфиры широко распространены в природе. Специфический аромат ягод, плодов и фруктов в значительной степени обусловлен представителями этого класса органических соединений.

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 — так же, 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. Однако, вопрос применения и классификации сложных эфиров, мы затронем более обширно, чуть позже. А сейчас перейдем к не менее важному вопросу.

Изомерия сложных эфиров.

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, метилбутирату изомерны метилизобутират, пропилацетат и изопропилацетат.

2. Изомерия положения сложноэфирной группировки –СО–О–. Этот вид изомерии начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода, например этилацетат и метилпропионат, этилпропионат и метилбутират.

3. Межклассовая изомерия, например, метилацетату изомерна пропановая кислота, а метилформиату уксусная кислота.

Для сложных эфиров, содержащих непредельную кислоту или непредельный спирт, возможны еще два вида изомерии: изомерия положения кратной связи и цис- , транс-изомерия.

Теперь поговорим подробнее о разновидностях сложных эфиров.

Необходимо знать следующее.

Сложные эфиры жирных кислот и спиртов с длинными углеводородными радикалами, называют восками.

Напоминаю, жирные кислоты — это алифатические одноосновные карбоновые кислоты с открытой цепью, содержащиеся в этерифицированной форме в жирах, маслах и восках растительного и животного происхождения. Жирные кислоты, как правило, содержат неразветвленную цепь из чётного числа атомов углерода (от 4 до 24, включая карбоксильный) и могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными.

Важнейшими представителями природных сложных эфиров являются жиры.

Жиры – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот.

Состав и строение жиров могут быть отображены общей формулой:

Где R – это радикалы входящие в состав высших карбоновых кислот:

– С3Н7 – масляной.

– С15H31 – пальмитиновой.

– С17Н35 – стеариновой

– С17Н33 – олеиновой.

– С17Н31 – линолевой.

Причем первые три радикала – это остатки предельных карбоновых кислот, а два последних – это остатки непредельных кислот.

В свою очередь, жиры классифицируют на твердые жиры и жидкие жиры (масла).

Физические свойства сложных эфиров.

Многие сложные эфиры, обладают приятными запахами цветов и фруктов. Они хорошо растворимы в спиртах, а вот в воде растворяются очень мало. Дело в том, что плотность сложных эфиров меньше чем у воды и поэтому они по большей части плавают на ее поверхности.

Сложные эфиры с относительно небольшой молекулярной массой представляют собой легковоспламеняющиеся жидкости с невысокими температурами кипения.

Способы получения сложных эфиров.

1. Реакция этерификации.

Реакция этерификации, является важнейшим из способов получения сложных эфиров.

Этерификация (от греч. eter — эфир и лат. facio — делаю) — это реакция образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов.

В общем виде реакция этерификации может быть записана так:

Обратите внимание на то, что реакция этерификации обратима. Продукты этой реакции могут вернутся в состояние исходных веществ – спирта и кислоты. Таким образом, над стрелочкой, указывающей в сторону продуктов, мы можем написать – этерификация, а над стрелкой указывающей в сторону исходных веществ, можно написать – гидролиз сложного эфира.

О гидролизе сложных эфиров, мы поговорим чуть позже.

2. Получение сложных эфиров из хлорангидрирдов карбоновых кислот.

Хлорангидриды карбоновых кислот — это производные карбоновых кислот, в которых гидроксильная группа -OH в карбоксильной группе -COOH заменена на атом хлора.

Общая формула хлорангидридов карбоновых кислот такова:

Например, из хлорангидрида уксусной кислоты мы можем получить фенилацетат, путем следующей химической реакции:

Вместо фенола, в данной реакции можно использовать так же и его соли, например фенолят натрия:

Таким же образом эта реакция возможна и для предельных одноатомных и многоатомных спиртов, и их солей:

3. Получение сложного эфира, путем взаимодействия соли карбоновой кислоты и галогеналкана.

Химические свойства сложных эфиров:

1. Галогенирование.

Эта реакция характерна для сложных эфиров, содержащих непредельный углеводородный радикал. Реакция с бромной водой при этом, имеет особое значение, так как она качественная. Происходит обесцвечивание бромной воды.

2. Гидрирование.

Данная реакция так же характерна для сложных эфиров содержащих непредельный углеводородный радикал:

Эта реакция имеет большое практическое значение, так как именно она лежит в основе получения твердого жира – маргарина из жидкого растительного масла.

3. Гидролиз.

В зависимости от условий гидролиз бывает:

– Водный (без катализатора, при высоких температуре и давлении).

– Кислотный (в присутствии кислоты в качестве катализатора).

– Ферментативный (происходит в живых организмах).

Такой гидролиз является обратимым. Для смещения равновесия в сторону продуктов его проводят в присутствие щелочей (или например Na2CO3). При этом гидролиз протекает необратимо и приводит к образованию не карбоновых кислот, а их солей, которые называются мылами. Именно поэтому гидролиз жиров в щелочной среде, называют – омыливанием жиров.

Мыло, которое мы используем, представляет собой смесь солей, поскольку жир, из которого его получают, содержит остатки различных кислот. Натриевые соли высших кислот RCOONa имеют твердое агрегатное состояние, а калиевые RCOOK — жидкое (жидкое мыло). При изготовлении мыла в него добавляют душистые вещества, глицерин, красители, антисептики, растительные экстракты.

Все мыла диссоциируют как сильные электролиты по уравнению:

RCOONa —> RCOO(-) + Na(+)

Очищающее действие мыла — сложный процесс. Молекула соли высшей карбоновой кислоты имеет полярную ионную часть (—COO-Na+) и неполярный углеводородный радикал, содержащий 12—18 атомов углерода. Полярная часть молекулы растворима в воде (гидрофильна), а неполярная — в жирах и других малополярных веществах (гидрофобна) . В обычных условиях частицы жира или масла слипаются между собой, образуя в водной среде отдельную фазу. В присутствии мыла картина резко изменяется. Неполярные концы молекулы мыла погружаются в капли масла, а полярные карбоксилат-анионы остаются в водном растворе. В результате отталкивания одноименных зарядов на поверхности масла оно разбивается на мельчайшие частицы, каждая из которых имеет ионную оболочку из анионов —СОО-. Наличие этой оболочки препятствует слиянию частиц, в результате чего образуется устойчивая эмульсия масла в воде. Эмульгирование жира, содержащего грязь, обусловливает очищающее действие мыла.

В жесткой воде, содержащей ионы Са2+ и Mg2+, мыло теряет свою моющую способность. Это происходит в результате того, что кальциевые и магниевые соли высших карбоновых кислот нерастворимы в воде:

4. Взаимодействие с аммиаком.

Под действием аммиака сложные эфиры превращаются в амиды кислот и спирты:

5. Реакция горения.

Горение сложных эфиров происходит с образованием углекислого газа и воды:

2CH3COOCH3 + 7O2 = 6CO2 + 6H20

Применение сложных эфиров.

Сложные эфиры используются в парфюмерии, косметике, в качестве пищевых добавок, для изготовления искусственных волокон, краски, лаков, клея. Они служат исходными веществами в производстве многих фармацевтических препаратов

Благодаря тому, что они смешиваются со многими органическими веществами, они используются как растворители для лаков и красок.

Этилформиат и этилацетат используются как растворители целлюлозных лаков.

Винилацетат используется для производства поливинилацетатных смол, клеев и красок.

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(изготовление мыла, духов, кремов) .

Сложные эфиры применяются для производства пластмасс, резины в качестве пластификаторов.

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

В конце XIX — начале ХХ века, когда органический синтез делал свои первые шаги, было синтезировано и испытано фармакологами множество сложных эфиров. Они стали основой таких лекарственных средств, как салол, валидол и др. Как местнораздражающее и обезболивающее средство широко использовался метилсалицилат, в настоящее время практически вытесненный более эффективными средствами.

Отдельно стоит упомянуть, про биологическую роль жиров.

Жиры нам необходимы, точно так же, как белки и углеводы: они источник энергии и носители незаменимых веществ. Если организм лишить их, замедлится развитие организма в целом, будет угнетена репродуктивная функция, начнутся проблемы со здоровьем. У детей жиры и вовсе служат главным строительным материалом для развивающегося мозга. Наконец, целый ряд необходимых витаминов растворяется только в жирах и без них не усваивается организмом. Жиры выполняют различные функции:

– строительная (входят в состав клеточных мембран).

– энергетическая (1 г жира при окислении дает 9 ккал энергии).

– защитная (теплорегуляционная, механическая защита органов).

– запасная (запас энергии и воды).

– регулирующая (обмен веществ в организме).

Вот собственно и все, что нужно знать о сложных эфирах.

Так же рекомендую к прочтению:

Альдегиды и Кетоны.

Карбоновые кислоты.

То, что нужно знать о Спиртах.

Фенолы.

Удачи вам, в изучение химии и на сдачи экзаменов! До новых встреч!