Фізичні та хімічні властивості складних ефірів

Складні ефіри (Естери) являють собою залишок карбонової кислоти, де атом водню заміщений на вуглеводневий радикал. Загальна формула: R-C (O)-O-R’. Ці речовини широко поширені в природі, містяться в квітах, фруктах і воску.

Карбонільний вуглець в молекулі і заміщає радикал визначають хімічні властивості складних ефірів, заснованих на реакціях з нуклеофілами і заміщення алкоксигрупи.

Складні ефіри (Естери) являють собою залишок карбонової кислоти, де атом водню заміщений на вуглеводневий радикал. Загальна формула: R-C (O)-O-R’. Ці речовини широко поширені в природі, містяться в квітах, фруктах і воску. Карбонільний вуглець в молекулі і заміщає радикал визначають хімічні властивості складних ефірів, заснованих на реакціях з нуклеофілами і заміщення алкоксигрупи.

Складні ефіри (Естери)

Природа кислоти і радикала визначає фізичні властивості складних ефірів. Від вуглецевого скелета залежить зовнішній вигляд речовини, температура плавлення і кипіння. Залежно від довжини вуглецевого ланцюжка ефіри діляться на три групи:

• фруктові (ланцюжок складається з не більше 8 атомів вуглецю);
• жири (атомів вуглецю налічується від 9 до 19);
• віск (більше 20 атомів).

Нижчі Естери являють собою безбарвні летючі рідини, мають приємний аромат. Запах квітів, фруктів, ягід і ефірних масел обумовлений вмістом цих речовин. Похідні вищих кислот – це тверді речовини без запаху. Знаходяться у воску. Наприклад, бджолиний віск містить пальмітіновоміріціловий ефір.

Представники цього класу сполук нерозчинні у воді, при змішуванні виходить двофазна система, де ефір утворює верхній шар. Температура плавлення речовини залежить не тільки від довжини вуглецевого ланцюга, але і від її структури, а також від будови радикала.

Хімічна реакція

У складі молекули естерів є карбоксильна група з заміщеним атомом водню. Саме ця частина визначає хімічні властивості ефірів. Атом кисню у функціональній групі сильно поляризований. Завдяки цьому зв’язок з — О — R неміцна і дуже легко розривається. Естери здатні вступати в наступні реакції:

• Гідроліз. Основна хімічна реакція, властива ефірам, – гідроліз або омилення. Суть її в тому, що при гідратації Естери розпадаються на спирт і кислоту. Реакція протікає як в кислому, так і в лужному середовищі. При каталізації кислотою процес називається етерифікацією і протікає в обидві сторони. Якщо в розчині присутній луг (NaOH), гідроліз протікає необоротно і називається омиленням. В результаті утворюються спирт і сіль карбонової кислоти. У виробництві мила використовується гідроліз ефірів вищих карбонових кислот. Реакція омилення є якісною на Естери.
• Відновлення воднем. При впливі водню на Естер зв’язок з — О-R розривається, і з’єднання відновлюється до двох спиртів. Так, після гідрування метилацетату утворюються метиловий і етиловий спирти.
• Заміщення аміаком. Аміак витісняє з Естера заміщає групу. В результаті утворюється амід відповідної кислоти і спирт. Наприклад, продуктами реакції оцтопропілового ефіру та аміаку є амід оцтової кислоти та пропіловий спирт.
• Горіння на повітрі. Складні ефіри-органічні сполуки. Як і будь-яка органіка, вони згоряють з утворенням води і вуглекислого газу. Рівняння реакції: С2О5С00СН3 + О2 = СО2 + Н2О.

Для ненасичених естерів характерні ті ж реакції, що і для будь-яких інших ненасичених сполук. При взаємодії з воднем відбувається розрив і відновлення ненасиченого зв’язку. З рідких масел отримують тверді жири.

Сполуки з подвійним зв’язком можуть вступати в реакцію галогенування. Наприклад, при реакції з бромом (Br2) неграничний зв’язок розривається, і в місця розриву приєднуються атоми галогену.

Жири, що містять залишки ненасичених карбонових кислот, піддаються окисленню під дією кисню з подальшою реакцією поляризації. Механізм, за яким протікає окислення жирів, до кінця неясний.

Отримання естерів

Складні ефіри можуть бути виділені з природних джерел, наприклад, з ефірних масел. Однак частіше ці речовини отримують штучно. Для цього є 4 способи:

• етерифікація;
• з солей кислот і галогенпохідних;
• з хлорангидридов і алкоголятов;
• з ангідридів кислот.

Складний ефір можна отримати реакцією безпосередньо між кислотою і спиртом. Така взаємодія носить назву етерифікація. Органічні кислоти дуже повільно реагують зі спиртом. Прискорити процес можна за допомогою додавання неорганічних кислот і нагрівання.

Етерифікація оборотна, зворотний процес називається гідролізом. В якості каталізатора найчастіше використовують концентровану сірчану кислоту. Вона виконує дві функції: дає атом водню, що прискорює реакцію, і є осушувачем.

Зв’язування води, що утворилася, зміщує хімічну рівновагу в бік утворення продуктів. Крім зв’язування води в промисловості забезпечується відведення отриманого ефіру, щоб провести етерифікацію майже до кінця.

Необоротно протікає реакція між сіллю карбонової кислоти і галогенпохідними. Наприклад, оцтоетиловий ефір утворюється з ацетату срібла і хлористого етилу. Цей метод краще етерифікації, оскільки володіє хорошим виходом. Аналогічно протікає взаємодія алкоголятів і хлорангідридів.

Хорошим виходом також володіє реакція між ангідридом кислоти і спиртом з утворенням Естера і води. Наприклад, оцтовий ангідрид і етиловий спирт при взаємодії утворюють етилацетат.

Способи застосування

Штучні есенції з естерів використовують в харчовій промисловості для приготування фруктових соків і кондитерської продукції. Ці ж есенції додають в косметичні засоби і побутову хімію в якості аромату.

Естери мають важливе значення для виробництва. При виготовленні гуми і пластмаси ефіри додаються в Матеріали для додання їм еластичності і пластичності, тобто застосовують в якості пластифікаторів.

Складні ефіри являють собою похідні карбонових кислот. Складними їх називають, щоб відрізняти від похідних органічних спиртів — простих ефірів. Ці речовини містяться в ефірних оліях, фруктах, квітах і обумовлюють їх запах. Через приємного аромату Естери нижчих кислот використовують в якості ароматизаторів в косметичній, фармацевтичній і харчовій промисловостях.

Складні ефіри: загальна характеристика і застосування

Складними ефірами називають похідні мінеральних кислот, в яких атоми водню гідроксильної групи заміщені на карбоновий радикал. Це можуть бути моно, ді і поліефіри.

Наскільки складний ефір?

Труднощі починаються вже c назв, якими нарекли складні ефіри. Для їх позначення колись була вироблена цілком певна формула. Тобто назву ефіру прийнято утворювати з двох слів. Як радикал береться назва спирту, потім до нього додається назва кислоти, як вуглеводню, а також закінчення “ат”.

Таким чином і створені такі назви: пропілметаноат, ізоприпілметаноат, етилацетат, мелпропіонат.

Вироблення складних ефірів далеко не завжди полягає в їх синтезі. Значною мірою складні ефіри присутні в природі, оскільки є складовою частиною ефірних олій багатьох рослин. Наприклад, уксусноізоаміловий ефір, більш відомий як “грушева есенція”, оскільки він входить до складу ефірних масел груш, а також багатьох кольорів.

Водночас ефіри гліцеролу та інших вищих жирних кислот є хімічною основою практично всіх жирів і мастил. Проте окремі складні ефіри доводиться синтезувати, оскільки вони або рідко зустрічаються, або знаходяться в природі у вкрай обмеженій кількості. Для синтезу або, як його називають, процесу етерифікації між карбоновими кислотами і спиртами необхідний активний каталізатор, в якості нього найчастіше виступає концентрована сірчана кислота. Вона, будучи каталізатором процесу, активізує молекулу карбонової кислоти. Швидкість реакції між карбоновою кислотою і спиртом багато в чому залежить від того, з яким саме атомом вуглецю буде пов ‘язана ОН-група (первинним, вторинним або третинним). Крім цього важлива і хімічна природа кислоти і спирту, відіграють свою роль і структури вуглеводневого ланцюга, яка пов ‘язана з карбоксилом.

Реакції гідролізу складних ефірів

Реакція гідролізу (омиління) складних ефірів є зворотною етерифікацією. Головний її недолік – вкрай низька швидкість. Хоча швидкість можна значною мірою збільшити шляхом добавки в реакцію суміші мінеральних кислот або лужів. Причому цікаво, що омилення в лужному середовищі відбувається в багато разів швидше. Таким чином, складні ефіри гідролізують, як правило, в лужному середовищі, в той час як прості ефіри – в кислій. Висока стійкість складних ефірів до впливу різних окислювачів визначила те, що їх давно почали використовувати в хімічному синтезі, а також аналізі з метою захисту спиртових і фенольних груп.