Сложные эфиры все для егэ

Сложные эфиры: способы получения, химические и физические свойства, строение.

Сложные эфиры – это органические вещества, в молекулах которых углеводородные радикалы соединены через карбоксильную группу -СОО-, а именно R₁-COOH-R₂.

Общая формула предельных сложных эфиров: С_nH_2nO₂

Классификация сложных эфиров

По числу карбоксильных групп:

• сложные эфиры одноосновных карбоновых кислот  — содержат одну карбоксильную группу -СОО-. Общая формула C_nH_2nO₂. 

H-COO-CH₃

• сложные эфиры многоатомных спиртов — содержат две и более карбоксильные группы -СОО-. 

Например, тристеарат глицерина

• Сложные эфиры многоосновных органических кислот.

Например, общая формула сложных эфиров двухосновных карбоновых кислот  C_nH_2n-2O₄

Номенклатура сложных эфиров

В названии сложного эфира сначала указывают алкильную группу, связанную с кислородом, затем кислоту, заменяя суффикс в названии кислоты (-овая кислота) на суффикс -оат.

Химические свойства сложных эфиров

.1. Гидролиз

Сложные эфиры устойчивы в нейтральной среде, но легко разлагаются при нагревании в присутствии кислот или в присутствии щелочей. 

В присутствии кислот гидролиз сложных эфиров протекает как реакция, обратная этерификации. при гидролизе сложных эфиров образуются спирты и карбоновые кислоты.

R-COO-R’ + H₂O = R-COOH + R’-OH

Например, при гидролизе метилацетата образуются уксусная кислота и метанол.

При щелочном гидролизе сложных эфиров образуются соли карбоновых кислот и спирты.

Например, при щелочном гидролизе этилформиата образуются этанол и формиат натрия:

При щелочном гидролизе этилацетата образуются ацетат и этанол:

Щелочной гидролиз сложных эфиров — реакция, имеющая промышленное значение. Гидролиз жиров в присутствии оснований — древнейший способ получения мыла. Первые способы получения мыла связаны со смешиванием жира с золой. Один из основных компонентов животного жира — тристеарат глицерина. В щелочной среде тристеарат глицерина разлагается на глицерин и соль стеариновой кислоты:

2. Переэтерификация

Переэтерификация — это реакция превращения одного сложного эфира в другой под действием соответствующих спиртов в присутствии катализатора (кислоты или основания)

R-COO-CH₃ + R’-OH = R-COOR’ + CH₃-OH

3.Восстановление сложных эфиров 

Сложные эфиры восстанавливаются с разрывом связи С-О карбоксильной группы. При этом образуется смесь спиртов. 

Например, этилбензоат восстанавливается литийалюминийгидридом до бензилового спирта и этанола

C₆H₅-COO-C₂H₅ + [H] = C₆H₅-CH₂OH + C₂H₅-OH

Получение сложных эфиров

1. Этерификация карбоновых кислот спиртами

Карбоновые кислоты вступают в реакции с одноатомными и многоатомными спиртами с образованием сложных эфиров.

Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):

2. Соли карбоновых кислот с галогеналканами

При взаимодействии солей карбоновых кислот с галогеналканами образуются сложные эфиры.

Например, при взаимодействии ацетата натрия с хлорметаном образуется метилацетат.

CH₃-COONa + CH₃-Cl = CH₃-COOCH₃ + NaCl

Например, при взаимодействии формиата натрия с хлорэтаном образуется этилформиат.

H-COONa + C₂H₅-Cl = H-COOC₂H₅ + NaCl

Эфиры – простые и сложные

Сложные эфиры  — R₁—C=O  
— C_nH_2n
О₂– общая
формула.

                                        
                       O—R₂

Получают реакцией этерификации из спирта и
карбоновых кислот;

(для жиров – спирт глицерин CH₂—OH  и высшие
карбоновые кислоты)

                                                     |

                                                     СН-ОН

                                                      |

                                                     CH₂—OH

Реакция этерификации:

                                          H⁺

СН₃-С=О + H] –O— CH₃ ßà
CH₃—C=O   +H₂O

                                        NaOH                       

          [OH          метанол
                      O—CH₃ à уксуснометиловый
эфир,

  Уксусная кислота                       метилацетат,
метиловый эфир  уксусной кислоты

Необратимая реакция гидролиза в присутствии NaOH с образованием мыла — омыление жиров.

Ж ,З, н в H₂O
Р_жир<Р(H₂O); t_кип<  низкая;
        

Воск — сл. эфир высших карбоновых кислот и
высших одноосновных спиртов, например, пчелиный воск — эфир пальмитиновой кислоты
и мирицилового спирта, C₁₅H₃₁COOC₃₁H₆₃

Жир

CH₂—O—CO—R₁                         Большинство жиров образованы тремя карбоновыми
кислотами:

  |                                         2мя
предельными – С₁₅Н₃₁СООН пальмитиновой, С₁₇Н₃₅СООН
стеариновой

СН-О-СО-R₂                     1ой непредельной – С₁₇Н₃₃СООН
олеиновой

  |

CH₂— O— CO—R₃

   Жир, в состав которого входят непредельные
кислоты, называются маслами, они растительного происхождения, исключение рыбий
жир).

Твёрдый жир состоит из  предельные кислот (животного
происхождении, исключение —  пальмовое масло твёрдое).

 Для жиров, содержащие остатки ненасыщенных
кислот характерны реакции непредельных соединений: Br₂
(обеспечивают), Н₂(гидрирование à получение маргарина) и др.
реакции присоединения, С₁₇Н₃₅СООNa –
твёрдое мыло,  С₁₇Н₃₅СООК – жидкое мыло,

                               Стеарат Na(Тв)                            Стеарат К(Ж)

В жесткой воде (Са ²⁺,
Mg ²⁺) моющее действие слабое, т. к . часть мыла идет на осаждение
Са²⁺, (C₁₇H₃₅COO)₂Ca

Синтетические моющие средства – СМС- Na
соли моноэфиров серной кислоты с высшими спиртами

-R-CH₂-O-SO₂-ONa

            CMC

Сложные эфиры карбоновых кислот: Строение

Сложные эфиры являются производными карбоновых кислот, в молекулах которых группа -ОН (в карбоксильной группе) замещена на спиртовый остаток –O-R:

Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот R–COOR’, где R и R’ — углеводородные радикалы. В сложных эфирах муравьиной кислоты R – это атом водорода.

Общая формула сложных эфиров предельных одноосновных карбоновых кислот, имеющих в качестве спиртового остатка предельные одноатомные спирты совпадает с общей формулой карбоновых кислот: C_nH_2nO₂ или С_nH_2n+1-COO-С_nH_2n+1

Например, молекула метилацетата выглядит следующим образом:

Сложные эфиры карбоновых кислот: Классификация

Сложные эфиры карбоновых кислот можно разделить на три группы.

• Сложные эфиры, образованные низшими карбоновыми кислотами и спиртами. Например, этилацетат, метилпропионат, пропилформиат:

• Сложные эфиры, образованные высшими карбоновыми кислотами и высшими одноосновными спиртами (воски).

Воски делятся на:

• Растительные, например, пальмовый воск, японский воск
• Животные, например, пчелиный воск, шерстяной (шерстный) воск –
  ланолин, кожное сало, ушная сера.
• Ископаемые,  например, торфяной
  воск, буроугольный воск (монтан-воск) горный, воск (озокерит).
• Синтетические, например, канифоль — хрупкая стекловидная прозрачная масса.

Например, пчелиный воск – сложный эфир пальмитиновой кислоты и мирицилового спирта; кашалотовый воск (спермацет) сложный эфир пальмитиновой кислоты и цетилового спирта:

• Сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жиры). См. раздел Жиры: Строение, получение, химические свойства

Сложные эфиры карбоновых кислот: Изомерия и номенклатура

Изомерия сложных эфиров карбоновых кислот

Для сложных эфиров характерны изомерия углеродной цепи, положения сложноэфирной группировки, и межклассовая виды изомерии. Для сложных эфиров, образованных непредельной кислотой или непредельным спиртом, возможна пространственная изомерия (цис- , транс-изомерия) и изомерия положения кратной связи.

• Изомерия углеродной цепи может наблюдаться по кислотному остатку, начиная с бутановой кислоты, и по спиртовому остатку, начиная с пропилового спирта. Например, сложный эфир с брутто формулой С₅H₁₀O₂ может иметь такие изомеры, как: метиловый эфир бутановой (масляной) кислоты, бутирату, метиловый эфир изобутановой (изомасляной) кислоты, пропиловый эфир уксусной кислоты и изопропиловый эфир уксусной кислоты  изомерны метилизобутират, пропилацетат и изопропилацетат.

• Изомерия положения сложноэфирной группировки наблюдается у сложных эфиров, состоящих не мене чем из 4 атомов углерода, например этиловый эфир пропановой кислоты и метиловый эфир бутановой (масляной) кислоты.

• Межклассовая изомерия. Сложные эфиры изомерны карбоновым кислотам, например, изомерами являются метиловый эфир уксусной кислоты (метилацетат) и пропановая кислота. 

• Изомерия положения кратной связи. Например, метиловый эфир 2-пентеновой кислоты и метиловый эфир 3-пентеновой кислоты:

• Пространственная цис-, транс-изомерия. Например, метиловый эфир цис-2-бутеновой кислоты и метиловый эфир транс-2-бутеновой кислоты:

Номенклатура сложных эфиров карбоновых кислот

Согласно систематической номенклатуры ИЮПАК названия сложных эфиров строятся исходя из названий двух остатков: спиртового и кислотного. К названию спиртового остатка прибавляют название кислотного остатка и суффикс –оaт, например:

Согласно тривиальной номенклатуры названия сложных эфиров строятся исходя из названий образующих его кислот и спиртов с добавлением слова эфир. Например:

Кроме этого, название сложного эфира может быть построено из названий кислотной и спиртовой частей, добавляя окончание «ый» и слово «эфир». Например, приведенное в примере соединение по этому правилу можно назвать маслянопропиловый эфир. 

Примеры названий сложных эфиров карбоновых кислот:

Жиры — органические соединения, по строению являющиеся сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых (жирных)
кислот.

К жирным кислотам (их формулы лучше выучить относятся:

• Пальмитиновая — C₁₅H₃₁COOH (предельная)
• Стеариновая — C₁₇H₃₅COOH (предельная)
• Олеиновая — C₁₇H₃₃COOH (непредельная, 1 двойная связь в радикале)
• Линолевая — C₁₇H₃₁COOH (непредельная, 2 двойные связи в радикале)
• Линоленовая — C₁₇H₂₉COOH (непредельная, 3 двойные связи в радикале)

Растительные и животные жиры

Жиры образуются в организме растений и животных, служат запасным питательным веществом. В строении растительных и животных жиров
есть некоторые важные отличия.

Заметьте, что растительные жиры чаще жидкие и в них входят преимущественно остатки непредельных жирных кислот, а животные жиры — твердые и
содержат остатки предельных жирных кислот.

Номенклатура жиров

По систематической номенклатуре жиры принято называть триацилглицеринами. Названия жирам дают в зависимости от ацилов — остатков жирных
кислот, входящих в их состав. Для формирования единого названия к остаткам кислот добавляют суффикс «оил».

В соответствии с тривиальной номенклатурой, жиры называют, добавляя окончание «ин» к названию кислоты и приставку, указывая, сколько гидроксогрупп
в молекуле глицерина подверглось этерификации. В общем лучше 1 раз увидеть, чем 100 раз услышать

Получение жиров

Жиры (по строению сложные эфиры) получаются в реакции этерификации, протекающей между трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми
(жирными) кислотами.

В зависимости от того, какие именно кислоты участвуют в реакции, образуются различные жиры.

Химические свойства жиров

• Гидрирование растительных жиров

В состав растительных жиров входят непредельные кислоты, которые поддаются гидрированию и превращаются в предельные. Таким путем в пищевой
промышленности получают маргарин.



• Гидролиз

Как сложные эфиры, жиры способны вступать в реакцию гидролиза, который может быть кислотным и щелочным. В результате кислотного гидролиза
образуется глицерин и исходные жирные кислоты, в результате щелочного гидролиза — глицерин и соли жирных кислот.

Реакция щелочного гидролиза жиров называется реакцией омыления, в результате получаются соли жирных кислот — мыла. Кислотный гидролиз протекает
обратимо, щелочной — необратимо.



В состав твердого мыла входят соли Na, в состав жидкого — K.

Для начала дадим определение и разберемся, почему эти эфиры — сложные.

Сложные эфиры или эсте́ры (от древнегреческого αἰθήρ — «эфир») — это класс соединений на основе неорганических (минеральных) или органических (карбоновых) одно- или многоосновных кислот, у которых атом водорода в гидроксогруппе замещен на радикал. Эпитет «сложные» они получили для того, чтобы их не путали с простыми эфирами — производными спиртов.

Общая формула сложных эфиров выглядит так:

Однако представители сложных эфиров муравьиной кислоты выглядят иначе. Для них общая формула приобретает такой вид:

Номенклатура сложных эфиров

Теперь поговорим о том, как называть представителей данного класса. Различают два способа, позволяющие назвать сложные эфиры: по систематической номенклатуре (ИЮПАК) или по рациональной номенклатуре. Рассмотрим оба варианта.

1. По номенклатуре ИЮПАК название строится следующим образом:

   

   Например:

   

2. По рациональной номенклатуре название строится так:

   

   Например:

   

   По этой же номенклатуре эфиры можно называть, используя четыре слова: радикал спирта + слово «эфир» + название кислоты + слово «кислота». Например, муравьинометиловый эфир можно иначе назвать метиловый эфир муравьиной кислоты:

   

   

Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту

Изомерия сложных эфиров

Возможна ли изомерия для сложных эфиров? Давайте разбираться.

1. Возможна изомерия углеродного скелета у радикала кислоты и радикала спирта при наличии трех и более углеродных атомов.

   

2. Изомерия положения функциональной группы:

   

3. Межклассовая изомерия также определяется общей формулой органических соединений. Например:

   

Физические свойства сложных эфиров

Агрегатное состояние сложного эфира напрямую зависит от молекулярной массы образующих его кислоты и спирта. Так, например, сложные эфиры низших и средних гомологов являются летучими жидкостями с характерным запахом. Чаще всего у них фруктовые или плодовые ароматы. Сложные эфиры хуже растворяются в воде, чем образующие их кислоты и спирты. Чем больше атомов углерода в составе сложного эфира, тем хуже его растворимость в воде.

Эфиры высших карбоновых кислот и высших одноатомных первичных спиртов — основа природного воска. Например, известный пчелиный воск — это сложный эфир пальмитиновой кислоты (C₁₅H₃₁COOH) и мирицилового спирта (С₃₁H₆₃OH).

Химические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры подвергаются гидролизу (разложению под действием воды), который бывает двух видов: в кислой среде и в щелочной. Рассмотрим каждый из этих видов.

• В кислой среде реакция протекает следующим образом:

  

  Эта реакция обратима, так как образующиеся в процессе кислота и спирт подвергаются взаимодействию с образованием этого же сложного эфира. Обратная реакция имеет название реакция этерификации.

• Щелочной гидролиз или реакция омыления:

  

  Этот вид гидролиза протекает необратимо, так как образовавшаяся в ходе реакции соль не может реагировать со спиртом.

Сложные эфиры можно восстановить водородом в присутствии катализатора до двух спиртов. Причем один из спиртов будет иметь в составе столько атомов углерода, сколько было в кислоте, а во втором спирте количество углерода будет соответствовать исходному спирту. Рассмотрим на примере:

Эфиры подвергаются полному окислению, то есть горят с образованием углекислого газа и воды:

Следующее химическое свойство относится только к тем сложным эфирам, которые образованы непредельной карбоновой кислотой. Сложные эфиры таких кислот могут подвергаться галогенированию. Посмотрим, как происходит эта реакция:

Способы получения сложных эфиров

1. Реакция этерификации.

   

   Реакция обратимая, поэтому требуется либо избыток одного из реагентов, либо отгонка образующегося сложного эфира, чтобы предотвратить обратную реакцию гидролиза.

2. Взаимодействие ангидрида карбоновой кислоты со спиртом с образованием сложного эфира и карбоновой кислоты.

   

3. Взаимодействие солей карбоновых кислот с галогеналканами.

   

Нахождение сложных эфиров в природе и применение

Сложные эфиры широко представлены в природе, но их количество минимально. Они участвуют в процессах, которые протекают в живых организмах, а также являются компонентами аромата ряда растений.

Некоторые эфиры получают искусственным способом. Например, за грушевый вкус в лимонаде отвечает уксусноизоамиловый эфир, а за яблочный — изовалерианоэтиловый эфир.

Помимо пищевой промышленности, сложные эфиры применяют в качестве растворителей для приготовления лаков, а также как пластификаторы для приготовления пластических масс.

Сложные эфиры на основе ароматических спиртов нашли применение в парфюмерной промышленности.