Sinteza estera. Esteri - nomenklatura, dobivanje, kemijska svojstva

U organskoj kemiji postoje dvije glavne klase etera: jednostavni i složeni. To su kemijski spojevi koji nastaju tijekom hidrolize (eliminacije molekule vode). Eteri (koji se nazivaju i esteri) dobivaju se hidrolizom odgovarajućih alkohola, a esteri (esteri) se dobivaju iz odgovarajućeg alkohola i kiseline.

Unatoč sličnom nazivu, eteri i esteri dvije su potpuno različite klase spojeva. Dobivaju se na različite načine. Imaju različite kemijska svojstva. Također se razlikuju po svojoj strukturnoj formuli. Zajednička su samo neka fizička svojstva njihovih najpoznatijih predstavnika.

Fizikalna svojstva etera i estera

Eteri su slabo topljivi u vodi, tekućinama niskog vrelišta i vrlo su zapaljivi. Na sobnoj temperaturi eteri su bezbojne tekućine ugodnog mirisa.

Esteri, koji imaju nisku molekularnu težinu, bezbojne su tekućine koje lako isparavaju i imaju ugodan miris, često poput voća ili cvijeća. Kako se ugljikov lanac acilne skupine i alkoholnih ostataka povećava, njihova svojstva postaju drugačija. Takvi esteri su krutine. Njihovo talište ovisi o duljini ugljikovih radikala i strukturi molekule.

Struktura etera i estera

Oba spoja imaju etersku vezu (-O-), ali u esterima je dio složenije funkcionalne skupine (-COO), u kojoj je prvi atom kisika povezan s atomom ugljika jednostrukom vezom (-O-). , a drugi dvostrukom vezom (-O-).

Shematski se to može prikazati ovako:

1. Eter: R–O–R1
2. Ester: R-COO-R1

Ovisno o radikalima u R i R1, eteri se dijele na:

1. Simetrični eteri - oni u kojima su alkilni radikali identični, na primjer, dipropil eter, dietil eter, dibutil eter itd.
2. Asimetrični eteri ili mješoviti - s različitim radikalima, na primjer, etilpropil eter, metilfenil eter, butilizopropil itd.

Esteri se dijele na:

1. Esteri alkohola i mineralnih kiselina: sulfat (-SO3H), nitrat (-NO2) itd.
2. Esteri alkohola i karboksilne kiseline, na primjer, C2H5CO-, C5H9CO-, CH3CO-, itd.

Razmotrimo kemijska svojstva etera. Eteri imaju nisku reaktivnost, zbog čega se često koriste kao otapala. Reagiraju samo kada ekstremnim uvjetima, ili s visoko reaktivnim spojevima. Za razliku od estera, esteri su reaktivniji. Lako ulaze u reakcije hidrolize, saponifikacije itd.

Reakcija etera s halogenovodikom:

Većina etera se može razgraditi bromovodičnom kiselinom (HBr) da nastane alkil bromid ili reakcijom s jodovodičnom kiselinom (HI) da nastane alkil jodid.

CH3-O-CH3 + HI = CH3-OH + CH3I

CH3-OH + HI = CH3I + H2O

Stvaranje oksonijevih spojeva:

Sumporna, jodna i druge jake kiseline u interakciji s eterima tvore oksonijeve spojeve - spojeve višeg reda.

CH3-O-CH3 + HCl = (CH3)2O ∙ HCl

Reakcija etera s metalnim natrijem:

Kada se zagrijavaju s osnovnim metalima, kao što je metalni natrij, eteri se cijepaju na alkoholate i alkil natrij.

CH3-O-CH3 + 2Na = CH3-ONa + CH3-Na

Autooksidacija etera:

U prisutnosti kisika, eteri polagano autooksidiraju i stvaraju idialkil peroksid hidroperoksid. Autooksidacija je spontana oksidacija spoja na zraku.

C2H5-O-C2H5 + O2 = CH3-CH(UN)-O-C2H5

Hidroliza estera:

U kiseloj sredini, ester hidrolizira, stvarajući odgovarajuću kiselinu i alkohol.

CH3-COO-C2H5 = CH3-COOH + H2O

Saponifikacija estera:

Na povišenim temperaturama esteri reagiraju s vodenim otopinama jakih baza kao što su natrijev ili kalijev hidroksid, stvarajući soli karboksilnih kiselina. Soli masnih karboksilnih kiselina nazivaju se sapuni. Nusprodukt reakcije saponifikacije je alkohol.

CH3-COO-C2H5 + NaOH = CH3-COONa + C2H5-OH

Reakcije transesterifikacije (izmjene):

Esteri stupaju u reakcije izmjene pod djelovanjem alkohola (alkoholiza), kiseline (acidoliza) ili tijekom dvostruke izmjene, kada dva estera međusobno djeluju.

CH3-COO-C2H5 + C3H7-OH = CH3-COO-C3H7 + C2H5-OH

CH3-COO-C2H5 + C3H7-COOH = C3H7-COO-C2H5 + CH3-COOH

CH3-COO-C2H5 + C3H7-COO-CH3 = CH3-COO-CH3 + C3H7-COO-C2H5

Reakcije s amonijakom:

Esteri mogu reagirati s amonijakom (NH3) i formirati amid i alkohol. Po istom principu reagiraju s aminima.

CH3-COO-C2H5 + NH3 = CH3-CO-NH2 + C2H5-OH

Reakcije redukcije estera:

Esteri se mogu reducirati vodikom (H2) u prisutnosti bakrenog kromita (Cu(CrO2)2).

CH3-COO-C2H5 + 2H2 = CH3-CH2-OH + C2H5-OH

Derivati ​​karboksilnih ili anorganskih kiselina u kojima je atom vodika u hidroksilnoj skupini zamijenjen radikalom nazivaju se esteri. Tipično, opća formula estera označava se kao dva ugljikovodična radikala vezana na karboksilnu skupinu - C n H 2n+1 -COO-C n H 2n+1 ili R-COOR’.

Nomenklatura

Imena estera sastavljena su od naziva radikala i kiseline sa sufiksom “-at”. Na primjer:

• CH3COOH- metil format;
• HCOOCH 3- etil format;
• CH 3 COOC 4 H 9- butil acetat;
• CH3-CH2-COO-C4H 9- butilpropionat;
• CH3-SO4-CH3- dimetil sulfat.

Također se koriste trivijalni nazivi za kiselinu sadržanu u spoju:

• C 3 H 7 SOOS 5 H 11- amil ester maslačne kiseline;
• HCOOCH 3- metil ester mravlje kiseline;
• CH3-COO-CH2-CH(CH3) 2- izobutil ester octene kiseline.

Riža. 1. Strukturne formule estera s nazivima.

Klasifikacija

Ovisno o porijeklu esteri se dijele u dvije skupine:

• esteri karboksilne kiseline- sadrže ugljikovodične radikale;
• esteri anorganskih kiselina- uključuju ostatak mineralnih soli (C2H5OSO2OH, (CH3O)P(O)(OH)2, C2H5ONO).

Najraznovrsniji su esteri karboksilnih kiselina. Njihova fizička svojstva ovise o složenosti njihove strukture. Esteri nižih karboksilnih kiselina su hlapljive tekućine ugodne arome, viših - čvrste tvari. To su slabo topivi spojevi koji plutaju na površini vode.

Vrste estera karboksilnih kiselina dane su u tablici.

Riža. 2. Vosak.

Esteri karboksilnih kiselina glavne su komponente aromatskih eterična ulja, koji su sadržani u voću, cvijeću, bobicama. Također uključeno u pčelinji vosak.

Riža. 3. Eterična ulja.

Potvrda o primitku

Esteri se pripremaju na nekoliko načina:

• reakcija esterifikacije karboksilnih kiselina s alkoholima:

  CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O;

• reakcija anhidrida karboksilnih kiselina s alkoholima:

  (CH 3 CO) 2 O + 2C 2 H 5 OH → 2CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O;

• reakcija soli karboksilnih kiselina s halogeniranim ugljikovodicima:

  CH 3 (CH 2) 10 COONa + CH 3 Cl → CH 3 (CH 2) 10 COOCH 3 + NaCl;

• reakcija adicije karboksilnih kiselina na alkene:

  CH 3 COOH + CH 2 =CH 2 → CH 3 COOCH 2 CH 3 + H 2 O.

Svojstva

Kemijska svojstva estera rezultat su -COOH funkcionalne skupine. Glavna svojstva estera opisana su u tablici.

Esteri se koriste u kozmetologiji, medicini, prehrambena industrija kao arome, otapala, punila.

Što smo naučili?

Iz teme sata kemije 10. razreda naučili smo što su esteri. To su spojevi koji sadrže dva radikala i karboksilnu skupinu. Ovisno o podrijetlu, mogu sadržavati ostatke mineralnih ili karboksilnih kiselina. Esteri karboksilnih kiselina dijele se u tri skupine: masti, voskovi, voćni esteri. To su slabo topljive tvari u vodi niske gustoće i ugodne arome. Esteri reagiraju s alkalijama, vodom, halogenima, alkoholima i amonijakom.

Test na temu

Ocjena izvješća

Prosječna ocjena: 4.6. Ukupno primljenih ocjena: 88.

Eteri (alkan oksidi) mogu se smatrati spojevima koji nastaju zamjenom oba atoma vodika u molekuli vode s dva alkilna radikala ili zamjenom hidroksilnog alkohola s alkilnim radikalom.

Izomerija i nomenklatura. Opća formula etera je ROR(I) ((C n H 2 n +1) 2 O) ili C n H 2 n +1 OC k H 2 k +1, gdje je nk (R 1  OR 2) (II). Potonji se često nazivaju miješani eteri, iako je (I) poseban slučaj (II).

Eteri su izomerni alkoholima (izomerizam funkcionalnih skupina). Evo primjera takvih veza:

H 3 C  OKO  CH3 dimetil eter; C2H5OH etil alkohol;

H 5 C 2  OKO  C2H5 dietil eter; C4H9OH butil alkohol;

H 5 C 2  OKO  C3H7 etilpropil eter; C5H11OH amilni alkohol.

Osim toga, izomerija ugljikovog skeleta je uobičajena za etere (metil propil eter i metil izopropil eter). Optički aktivni eteri su malobrojni.

Metode dobivanja etera

1. Interakcija halogenih derivata s alkoholatima (Williamsonova reakcija).

C 2 H 5 ONa+I  C 2 H 5 H 5 C 2  OKO  C2H5 +NaI

2. Dehidracija alkohola u prisutnosti vodikovih iona kao katalizatora.

2C 2 H 5 OHH 5 C 2  OKO  C 2 H 5

3. Djelomična reakcija za proizvodnju dietil etera.

P prva faza:

U druga faza:

Fizikalna svojstva etera

Prva dva najjednostavnija predstavnika - dimetil i metil etil eter - u normalnim su uvjetima plinovi, a svi ostali su tekućine. Njihovo vrelište je znatno niže od odgovarajućih alkohola. Dakle, vrelište etanola je 78,3C, a H 3 COCH 3 je 24C, odnosno (C 2 H 5) 2 O je 35,6C. Činjenica je da eteri nisu sposobni za stvaranje molekularnih vodikovih veza, a posljedično ni za asocijaciju molekula.

Kemijska svojstva etera

1. Interakcija s kiselinama.

(C 2 H 5) 2 O +HCl[(C 2 H 5) 2 OH + ]Cl  .

Eter igra ulogu baze.

2. Acidoliza – interakcija s jakim kiselinama.

H 5 C 2  OKO  C 2 H 5 + 2H 2 SO 4 2C 2 H 5 OSO 3 H

etilsumporna kiselina

H 5 C 2  OKO  C 2 H 5 +HIC 2 H 5 OH+ C 2 H 5 I

3. Interakcija s alkalijskim metalima.

H 5 C 2  OKO  C 2 H 5 + 2NaC 2 H 5 ONa+ C 2 H 5 Na

Pojedinačni predstavnici

Etil eter (dietil eter) je bezbojna prozirna tekućina, slabo topiva u vodi. Miješa se s etilnim alkoholom u bilo kojem omjeru. T pl =116,3S, tlak zasićene pare 2,6610 4 Pa ​​​​(2,2S) i 5,3210 4 Pa ​​​​(17,9S). Krioskopska konstanta je 1,79, ebulioskopska konstanta je 1,84. Temperatura paljenja je 9,4S, sa zrakom stvara eksplozivnu smjesu 1,71 vol. % (donja granica) – 48,0 vol. % (gornja granica). Uzrokuje bubrenje gume. Široko korišten kao otapalo, u medicini (inhalacijska anestezija), stvara ovisnost o ljudima, otrovan.

Esteri karboksilnih kiselina Dobivanje estera karboksilnih kiselina

1. Esterifikacija kiselina alkoholima.

U vodi se oslobađa hidroksilna kiselina, dok alkohol odaje samo atom vodika. Reakcija je reverzibilna; isti kationi kataliziraju obrnutu reakciju.

2. Interakcija kiselinskih anhidrida s alkoholima.

3. Interakcija kiselih halogenida s alkoholima.

Neka fizikalna svojstva estera dana su u tablici 12.

Tablica 12

Neka fizikalna svojstva niza estera

Esteri nižih karboksilnih kiselina i jednostavnih alkohola su tekućine osvježavajućeg voćnog mirisa. Koriste se kao arome za pripremu pića. Mnogi eteri (etil acetat, butil acetat) naširoko se koriste kao otapala, posebno za lakove.

Ako je polazna kiselina polibazna, tada je moguća tvorba ili punih estera - sve HO skupine su zamijenjene, ili kiselih estera - djelomična supstitucija. Za monobazične kiseline mogući su samo puni esteri (slika 1).

Riža. 1. PRIMJERI ESTERA na bazi anorganske i karboksilne kiseline

Nomenklatura estera.

Naziv se stvara na sljedeći način: prvo se navodi skupina R vezana za kiselinu, zatim naziv kiseline s nastavkom "at" (kao u imenima anorganskih soli: ugljik na natrij, nitrat na krom). Primjeri na sl. 2

Riža. 2. NAZIVI ESTERA. Fragmenti molekula i odgovarajući fragmenti imena istaknuti su istom bojom. Esteri se obično smatraju produktima reakcije između kiseline i alkohola; na primjer, butil propionat se može smatrati rezultatom reakcije između propionske kiseline i butanola.

Ako koristite trivijalni ( cm. TRIVIJALNA IMENA TVARI) je naziv polazne kiseline, tada naziv spoja uključuje riječ "ester", na primjer, C 3 H 7 COOC 5 H 11 - amil ester maslačne kiseline.

Podjela i sastav estera.

Među proučavanim i široko korištenim esterima većina su spojevi izvedeni iz karboksilnih kiselina. Esteri na bazi mineralnih (anorganskih) kiselina nisu tako raznoliki, jer klasa mineralnih kiselina manje je brojna od karboksilnih kiselina (raznolikost spojeva jedno je od obilježja organske kemije).

Kada broj C atoma u početnoj karboksilnoj kiselini i alkoholu ne prelazi 6-8, odgovarajući esteri su bezbojni uljaste tekućine, najčešće voćnog mirisa. Oni čine skupinu voćnih estera. Ako je aromatski alkohol (koji sadrži aromatsku jezgru) uključen u stvaranje estera, tada takvi spojevi, u pravilu, imaju cvjetni, a ne voćni miris. Svi spojevi iz ove skupine praktički su netopivi u vodi, ali su lako topljivi u većini organskih otapala. Ovi spojevi su zanimljivi zbog svoje široke palete ugodnih aroma (tablica 1); neki od njih su prvo izolirani iz biljaka, a kasnije sintetizirani umjetno.

Kada se veličina organskih skupina uključenih u estere poveća na C 15-30, spojevi poprimaju konzistenciju plastičnih, lako omekšanih tvari. Ova skupina se naziva voskovi; obično su bez mirisa. Pčelinji vosak sadrži mješavinu različitih estera, a jedna od komponenti voska koja je izolirana i određen njegov sastav je miricil ester palmitinske kiseline C 15 H 31 COOC 31 H 63. Kineski vosak (proizvod izlučivanja insekata košenile) istočna Azija) sadrži ceril ester cerotinske kiseline C 25 H 51 COOC 26 H 53. Osim toga, voskovi također sadrže slobodne karboksilne kiseline i alkohole, koji uključuju velike organske skupine. Voskovi se ne močiju vodom i topljivi su u benzinu, kloroformu i benzenu.

Treća skupina su masti. Za razliku od prethodne dvije skupine bazirane na monohidričnim alkoholima ROH, sve masti su esteri nastali iz trihidričnog alkohola glicerola HOCH 2 – CH (OH) – CH 2 OH. Karboksilne kiseline koje čine masti obično imaju ugljikovodični lanac s 9-19 ugljikovih atoma. Životinjske masti (kravlji maslac, janjetina, mast) su plastične, topljive tvari. Biljne masti (masline, sjemenke pamuka, suncokretovo ulje) – viskozne tekućine. Životinjske masti uglavnom se sastoje od mješavine glicerida stearinske i palmitinske kiseline (slika 3A, B). Biljna ulja sadrže gliceride kiselina s nešto kraćim ugljikovim lancem: laurinske C 11 H 23 COOH i miristinske C 13 H 27 COOH. (poput stearinske i palmitinske kiseline, ovo su zasićene kiseline). Takva se ulja mogu dugo čuvati na zraku bez promjene konzistencije, pa se stoga nazivaju nesušivim. Nasuprot tome, laneno ulje sadrži glicerid nezasićene linolne kiseline (Slika 3B). Kada se nanese u tankom sloju na površinu, takvo se ulje suši pod utjecajem atmosferskog kisika tijekom polimerizacije duž dvostrukih veza i stvara se elastični film netopljiv u vodi i organskim otapalima. Na temelju laneno ulje proizvodi prirodno sušivo ulje.

Riža. 3. GLICERIDI STEARINSKE I PALMITINSKE KISELINE (A I B)– komponente životinjske masti. Glicerid linolne kiseline (B) je sastojak lanenog ulja.

Esteri mineralnih kiselina (alkil sulfati, alkil borati koji sadrže fragmente nižih alkohola C 1–8) su uljaste tekućine, esteri viših alkohola (počevši od C 9) su čvrsti spojevi.

Kemijska svojstva estera.

Najkarakterističnije za estere karboksilnih kiselina je hidrolitičko (pod utjecajem vode) cijepanje esterske veze; u neutralnom okruženju ono se odvija sporo i znatno se ubrzava u prisutnosti kiselina ili baza, jer H + i HO – ioni kataliziraju ovaj proces (slika 4A), pri čemu hidroksilni ioni djeluju učinkovitije. Hidroliza u prisutnosti lužina naziva se saponifikacija. Ako uzmete količinu lužine dovoljnu da neutralizira svu nastalu kiselinu, dolazi do potpune saponifikacije estera. Ovaj se proces provodi u industrijskim razmjerima, a glicerol i više karboksilne kiseline (C 15–19) dobivaju se u obliku soli alkalnih metala, koje su sapun (slika 4B). Fragmenti nezasićenih kiselina sadržani u biljnim uljima, kao i svi nezasićeni spojevi, mogu se hidrogenirati, vodik se veže na dvostruke veze i nastaju spojevi slični životinjskim mastima (slika 4B). Ovom metodom se industrijski proizvode tvrde masti na bazi suncokretovog, sojinog ili kukuruznog ulja. Od proizvoda hidrogenacije biljnih ulja pomiješanih s prirodnim životinjskim mastima i razno dodaci hrani, napraviti margarin.

Glavna metoda sinteze je interakcija karboksilne kiseline i alkohola, koju katalizira kiselina i prati oslobađanje vode. Ova reakcija je suprotna od one prikazane na Sl. 3A. Da bi se proces odvijao u željenom smjeru (sinteza estera), voda se destilira (destilira) iz reakcijske smjese. Specijalne studije koriste označeni atomi Bilo je moguće utvrditi da se tijekom procesa sinteze atom O, koji je dio nastale vode, odvaja od kiseline (označeno crvenim točkastim okvirom), a ne od alkohola (nerealizirana opcija je istaknuta okvir s plavim točkama).

Koristeći istu shemu, dobivaju se esteri anorganskih kiselina, na primjer, nitroglicerina (slika 5B). Umjesto kiselina mogu se koristiti kiselinski kloridi; metoda je primjenjiva i za karboksilne (Slika 5C) i za anorganske kiseline (Slika 5D).

Interakcija soli karboksilnih kiselina s RCl halogenidima također dovodi do estera (slika 5D); reakcija je pogodna jer je ireverzibilna - oslobođena anorganska sol odmah se uklanja iz organskog reakcijskog medija u obliku taloga.

Upotreba estera.

Etil format HCOOC 2 H 5 i etil acetat H 3 COOC 2 H 5 koriste se kao otapala za celulozne lakove (na bazi nitroceluloze i celuloznog acetata).

Esteri na bazi nižih alkohola i kiselina (tablica 1) koriste se u prehrambenoj industriji za izradu voćnih esencija, a esteri na bazi aromatskih alkohola u industriji parfema.

Od voskova se izrađuju sredstva za poliranje, maziva, impregnacijske smjese za papir (voštani papir) i kožu; oni također ulaze u kozmetičke kreme i ljekovite masti.

Masti, zajedno s ugljikohidratima i bjelančevinama, čine skup namirnica potrebnih za prehranu, a osim toga, kada se nakupljaju u tijelu, igraju ulogu rezerve energije. Zbog niske toplinske vodljivosti, masni sloj dobro štiti životinje (osobito morske životinje - kitove ili morževe) od hipotermije.

Životinjske i biljne masti su sirovine za proizvodnju viših karboksilnih kiselina, deterdženata i glicerola (slika 4), koriste se u kozmetičkoj industriji i kao sastavni dio raznih maziva.

Nitroglicerin (slika 4) je poznata droga i eksploziv, osnova dinamita.

Sušivo ulje se proizvodi od biljnih ulja (slika 3), koja čine osnovu uljanih boja.

Esteri sumporne kiseline (slika 2) koriste se u organskoj sintezi kao alkilirajući (uvođenje alkilne skupine u spoj) reagensi, a esteri fosforne kiseline (slika 5) koriste se kao insekticidi, te kao dodaci mazivim uljima.

Mihail Levitski