Реферат: Cложные эфиры
Содержание стр.
Введение -3-
1. Строение -4-
2. Номенклатураи изомерия -6-
3. Физическиесвойства и нахождение в природе -7-
4. Химическиесвойства -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-
Использованныеисточники информации -15-
Приложение -16-
Введение
Среди функциональных производных кислот особоеместо занимают сложные эфиры — производные кислот, у которых кислотный водородзаменён 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 природныеэфиры — жиры и масла, которые образованы трехатомным спиртом глицерином ивысшими жирными кислотами, содержащими четное число углеродных атомов. Жирывходят в состав растительных и животных организмов и служат одним из источниковэнергии живых организмов, которая выделяется при окислении жиров.
Цель моей работы заключается в подробном ознакомлениис таким классом органических соединений, как сложные эфиры и углублённомрассмотрении области применения отдельных представителей этого класса.
1. Строение
Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот:
/>
гдеR и R' — углеводородные радикалы (в сложных эфиpax муравьиной кислоты R — атомводорода).
Общая формула жиров:
/>
гдеR', R", R"' — углеродныерадикалы.
Жиры бывают “простыми” и “смешанными”. В состав простых жиров входят остатки одинаковыхкислот (т. е. R’ = R" = R'"), в состав смешанных — различных.
В жирах наиболее часто встречаются следующие жирныекислоты:
Алкановыекислоты
1. Масляная кислота СН3 — (CH2)2— СООН
2. Капроновая кислота СН3 — (CH2)4— СООН
3. Пальмитиновая кислота СН3 — (CH2)14— СООН
4. Стеариновая кислота СН3 — (CH2)16— СООН
Алкеновыекислоты
5. Олеиновая кислота С17Н33СООН
СН3—(СН2)7—СН ===СН—(СН2)7—СООН
Алкадиеновыекислоты
6. Линолевая кислота С17Н31СООН
СН3—(СН2)4—СН = СН—СН2—СН= СН—СООН
Алкатриеновыекислоты
7. Линоленовая кислота С17Н29СООН
СН3СН2СН = CHCH2CH ==CHCH2CH = СН(СН2)4СООН
2. Номенклатура иизомерия
Названия сложных эфиров производят от названияуглеводородного радикала и названия кислоты, в котором вместо окончания -оваяиспользуют суффикс -ат, например:
/>
Для сложных эфиров характерны следующие виды изомерии:
1. Изомерия углероднойцепи начинается по кислотному остатку с бутановой кислоты, по спиртовомуостатку — с пропилового спирта, например, этилбутирату изомерны этилизобутират,пропилацетат и изопропилацетат.
2. Изомерия положениясложноэфирной группировки —СО—О—. Этот вид изомерии начинаетсясосложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода,например этилацетат и метилпропионат.
3. Межклассоваяизомерия, например, метилацетату изомерна пропановая кислота.
Для сложных эфиров, содержащих непредельную кислотуили непредельный спирт, возможны еще двавида изомерии: изомерия положения кратной связи и цис-, транс-изомерия.
3. Физическиесвойства и нахождение в природе
Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртовпредставляют собой летучие, нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеютприятный 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 значительнойстепени обусловлен присутствием в них тех или иных сложных эфиров.
Жиры широко распространены в природе. Наряду суглеводородами и белками они входят в состав всех растительных и животныхорганизмов и составляют одну из основных частей нашей пищи.
По агрегатному состоянию при комнатной температурежиры делятся на жидкие и твердые. Твердые жиры, как правило, образованыпредельными кислотами, жидкие жиры (их часто называют маслами) — непредельными.Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде.
4. Химическиесвойства
1. Реакция гидролиза, или омыления. Так, как реакцияэтерификации является обратимой, поэтому в присутствии кислот протекаетобратная реакция гидролиза:
/>
Реакция гидролиза катализируется и щелочами; в этомслучае гидролиз необратим, так как получающаяся кислота со щелочью образуетсоль:
/>
2. Реакция присоединения. Сложные эфиры, имеющие всвоем составе непредельную кислоту или спирт, способны к реакциямприсоединения.
3. Реакция восстановления. Восстановление сложныхэфиров водородом приводит к образованию двух спиртов:
/>
4. Реакция образования амидов. Под действием аммиакасложные эфиры превращаются в амиды кислот и спирты:
/>/>
5. Получение
1. Реакция этерификации:
Спирты вступают в реакции с минеральными и органическимикислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролизсложных эфиров).
/>
/>
/>
Реакционнаяспособность одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от первичных ктретичным.
2.Взаимодействием ангидридов кислот со спиртами:
/>
3.Взаимодействием галоидангидридов кислот со спиртами:
/>
6. Применение
6.1 Применениесложных эфиров неорганических кислот
Эфиры борной кислоты — триалкилбораты — легко получаютсянагреванием спирта и борной кислоты с добавкой концентрированной сернойкислоты. 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 многоатомныхспиртов и была неоднократно использована при изучении Сахаров.
Ортокремневые эфиры — жидкости. Метиловый эфир кипит при 122° С, этиловыйпри 156° С. Гидролиз водой проходит легко уже на холоду, но идет постепенно ипри недостатке воды приводит к образованию высокомолекулярных ангидридныхформ, в которых атомы кремния соединены друг с другом через кислород (силоксановыегруппировки):
/> Эти высокомолекулярные вещества (полиалкоксисилоксаны)находят применение в качестве связующих, выдерживающих довольно высокуютемпературу, в частности для покрытия поверхности форм для точной отливкиметалла.
Аналогично SiCl4 реагируют диалкилдихлорсиланы, например ((СН3)2SiCl2,образуя диалкоксильные производные:
/>
Их гидролиз при недостатке воды дает так называемыеполиалкилсилоксаны:
/>
Они обладают разным (но очень значительным) молекулярным весом и представляютсобой вязкие жидкости, используемые в качестве термостойких смазок, а при ещеболее длинных силоксановых скелетах — термостойкие электроизоляционные смолы икаучуки.
Эфиры ортотитановой кислоты. Их получают аналогично ортокремневым эфирам по реакции:
/>
Это жидкости, легко гидролизующиеся до метиловогоспирта и TiO2 применяются для пропитки тканей с целью придания имводонепроницаемости.
Эфиры азотной кислоты. Их получают действием на спирты смеси азотной иконцентрированной серной кислот. Метилнитрат СН3ONO2, (т.кип. 60° С) и этилнитрат C2H5ONO2 (т. кип. 87°С) при осторожной работе можно перегнать, но при нагревании выше температурыкипения или при детонации они очень сильно взрывают.
/>
Нитраты этиленгликоля и глицерина, неправильноназываемые нитрогликолем и нитроглицерином, применяются в качестве взрывчатыхвеществ. Сам нитроглицерин (тяжелая жидкость) неудобен и опасен в обращении.
Пентрит — тетранитрат пентаэритрита С(CH2ONO2)4,получаемый обработкой пентаэритрита смесью азотной и серной кислот, — тожесильное взрывчатое вещество бризантного действия.
Нитрат глицерина и нитрат пентаэритрита обладаютсосудорасширяющим эффектом и применяются как симптоматические средства при стенокардии.
Эфиры фосфорной кислоты — высококипящиежидкости, лишь очень медленно гидролизуемые водой, быстрее щелочами иразбавленными кислотами. Эфиры, образованные этерификацией высших спиртов (ифенолов), находят применение как пластификаторы пластмасс и для извлечениясолей уранила из водных растворов.
Известны эфиры типа (RO)2S═O, но они не имеют практического значения.
Из алкилсульфатов — солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислотыпроизводят моющие средства. В общем виде образование таких солей можноизобразить уравнениями:
/>
Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают оченьхорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, апотому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многихстиральных порошках.
Они и обладают прекрасными моющими способностями. Принцип их действия тот же,что и у обычного мыла, только кислотный остаток серной кислоты лучшеадсорбируется частицами загрязнения, а кальцевые соли алкилсерной кислотырастворимы в воде, поэтому это моющее средство стирает и в жесткой, и в морскойводе.
6.2 Применениесложных эфиров органических кислот
Наибольшее применение в качестве растворителей получили эфиры уксусной кислоты- ацетаты. Прочие эфиры (кислот молочной — лактаты, масляной — бутираты,муравьиной — формиаты) нашли ограниченное применение. Формиаты из-за сильнойомыляемости и высокой токсичности в настоящее время не используются.Определенный интерес представляют растворители на основе изобутилового спирта исинтетических жирных кислот, а также алкиленкарбонаты. Физико-химическиесвойства наиболее распространенных сложных эфиров приведены в таблице (см.приложение).
МетилацетатСН3СООСН3. Отечественной промышленностью техническийметилацетат выпускается в виде древесно-спиртового растворителя, в которомсодержится 50% (масс.) основного продукта. Метилацетат также образуется в видепобочного продукта при производстве поливинилового спирта. По растворяющейспособности метилацетат аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как егозаменитель. Однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон.
Этилацетат С2Н5СООСН3. Получают методом этерификациина лесохимических предприятиях при переработке синтетической и лесохимическойуксусной кислоты, гидролизного и синтетического этилового спирта иликонденсацией ацетальдегида. За рубежом разработан процесс получения этилацетатана основе метилового спирта.
Этилацетат подобно ацетону растворяет большинство полимеров. По сравнению сацетоном его преимущество в более высокой температуре кипения (меньшейлетучести). Добавка 15-20 % этилового спирта повышает растворяющую способностьэтилацетата в отношении эфиров целлюлозы, особенно ацетилцеллюлозы.
Пропилацетат СН3СООСН2СН2СН3. Порастворяющей способности подобен этилацетату.
Изопропилацетат СН3СООСН(СН3)2. По свойствам занимаетпромежуточное положение между этил- и пропилацетат.
Амилацетат CH3COOCH2CH2CH2CH2CH3,т. кип. 148° С, иногда называют «банановым маслом» (которое он напоминает позапаху). Он образуется в реакции между амиловым спиртом (часто – сивушныммаслом) и уксусной кислотой в присутствии катализатора. Амилацетат широкоприменяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чемэтилацетат.
Фруктовые эфиры. Характер многих фруктовых запахов, таких, как запахи малины, вишни,винограда и рома, отчасти обусловлен летучими эфирами, например этиловым иизоамиловым эфирами муравьиной, уксусной, масляной и валериановой кислот.Имеющиеся в продаже эссенции, имитирующие эти запахи, содержат подобные эфиры.
Винилацетат CH2=CHOOCCH3,образуется при взаимодействии уксусной кислоты с ацетиленом в присутствиикатализатора. Это важный мономер для приготовления поливинилацетатных смол,клеев и красок.
Мыла — это соли высших карбоновых кислот. Обычные мыласостоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и олеиновойкислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли — жидкие мыла.
Мыла получаются при гидролизе жиров в присутствиищелочей:
/>
Обычноемыло плохо стирает в жесткой воде и совсем не стирает в морской воде, так каксодержащиеся в ней ионы кальция и магния дают с высшими кислотами нерастворимыев воде соли:
Ca2+ + 2C17H35COONa→Ca(C17H35COO)2↓+ 2Na+
Внастоящее время для стирки в быту, для промывки шерсти и тканей впромышленности используют синтетические моющие средства, которые обладают в 10раз большей моющей способностью, чем мыла, не портят тканей, не боятся жесткойи даже морской воды.
Заключение
Исходяиз вышесказанного, можно сделать вывод, что сложные эфиры находят широкое применение,как в быту, так и в промышленности. Некоторые из сложных эфиров готовятсяискусственно и под названием «фруктовых эссенций» широко применяются вкондитерском деле, в производстве прохладительных напитков, в парфюмерии и вомногих других отраслях. Жиры используют для многих технических целей. Однакоособенно велико их значение как важнейшей составной части рациона человека иживотных, наряду с углеводами и белками. Прекращение использования пищевыхжиров в технике и замена их непищевыми материалами – одна из важнейших задачнародного хозяйства. Эта задача может быть разрешена только при достаточноосновательных знаниях о сложных эфирах и дальнейшем изучении этого классаорганических соединений.
Использованныеисточники информации
1. Цветков Л.А. Органическая химия:Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений. — М.: Гуманит.изд. центр ВЛАДОС, 2001;
2. Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А., Началаорганической химии, кн. 1-2, М.,1969-70.;
3. Глинка Н. Л. Общая химия: Учебноепособие для вузов. – 23-е изд., испр./ Под ред. В. А. Рабиновича. – Л.: Химия,1983;
4. http://penza.fio.ru
5. http://encycl.yandex.ru
Приложение
Физико-химические свойства сложных эфиров
Название Давление пара при 20°С, кПа Молеку- лярная масса Темпера- тура кипения при 101,325 кПа. °СПлотность при 20°С. г/см3
Показа- тель перелом- ления n20
Поверхнос- тное натяжение 20°С. мН/м Метилацетат 23,19 74,078 56,324 0,9390 1,3619324,7625,7
Этилацетат 9,86 88,104 77,114 0,90063 1,37239 23,75 Пропилацетат 3,41 102,13 101,548 0,8867 1,38442 20,53 Изопропилацетат 8,40 102,13 88,2 0,8718 1,3773022,1022
Бутилацетат 2,40 116,156 126,114 0,8813 1,39406 25,2 Изоиутилацетат 1,71 116,156 118 0,8745 1,39018 23,7 Втор-Бутилацетат - 116,156 112,34 0,8720 1,3894123,3322,1
Гексилацетат - 114,21 169 0,890 - - Амилацетат 2,09 130,182 149,2 0,8753 1,40228 25,8 Изоамилацетат 0,73 130,182 142 0,8719 1,4053524,6221,1
Ацетат монометилового эфира этиленгликоля (метилцеллозольвацетат) 0,49 118,0 144,5 1,007 1,4019 - Ацетат моноэтилового эфира этиленгликоля (этилцеллозольвацетат) 0,17 132,16 156,4 0,9748 1,4030 - Этиленгликольмоноацетат - 104 181-182 1,108-1,109 - - Этиленгликольдиацетат 0,05 146 186-190 1,106 - - Циклогексилацетат 0,97 142 175 0,964 1,4385 - Этиллактат 0,13 118,13 154,5 1,031 1,411828,917,3
Бутиллактат 0,05 146,0 185 0,97 - - Пропиленкарбонат - 102,088 241,7 1,206 1,4189 -