СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ: СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПРИМЕНЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2024

Эти сложные эфиры представляют собой органические соединения , имеющие кислотный компонент карбоновой кислоты, и другой спирт. Его общая химическая формула - RCO ₂ R ^' или RCOOR ^' . Правая часть RCOO соответствует карбоксильной группе, а правая часть OR ^' - спирту. Эти двое имеют общий атом кислорода и имеют некоторое сходство с эфирами (ROR ').

По этой причине этилацетат, CH ₃ COOCH ₂ CH ₃ , самый простой из сложных эфиров, рассматривался как эфир уксусной кислоты или уксуса, отсюда этимологическое происхождение названия «сложный эфир». Таким образом, сложный эфир состоит из замещения кислого водорода группы COOH алкильной группой спирта.

Источник: Pixabay

Где встречаются сложные эфиры? Его естественные источники многочисленны, от почвы до органической химии. Приятный запах фруктов, таких как бананы, груши и яблоки, является продуктом взаимодействия сложных эфиров со многими другими компонентами. Они также содержатся в виде триглицеридов в маслах или жирах.

Наше тело производит триглицериды из жирных кислот с длинными углеродными цепями и глицеринового спирта. То, что отличает одни сложные эфиры от других, заключается как в R - цепи кислотного компонента, так и в R '- цепи спиртового компонента.

Низкомолекулярный сложный эфир должен иметь мало атомов углерода в R и R ', в то время как другие, такие как воски, должны иметь много атомов углерода, особенно в R', спиртовом компоненте, и, следовательно, иметь высокие молекулярные массы.

Однако не все сложные эфиры являются строго органическими. Если атом углерода карбонильной группы заменить атомом фосфора, то мы получим RPOOR '. Это известно как сложный эфир фосфата, и они имеют решающее значение в структуре ДНК.

Таким образом, пока атом может эффективно связываться с углеродом или кислородом, таким как сера (RSOOR '), он может, следовательно, образовывать неорганический сложный эфир.

свойства

Сложные эфиры не являются ни кислотами, ни спиртами, поэтому они не ведут себя как таковые. Например, их точки плавления и кипения ниже, чем у аналогичных молекулярных масс, но ближе по значениям к альдегидам и кетонам.

Бутановая кислота, CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOH, имеет температуру кипения 164 ° C, а этилацетат, CH ₃ COOCH ₂ CH ₃ , имеет температуру кипения 77,1 ° C.

За исключением недавнего примера, точки кипения 2-метилбутана, CH ₃ CH (CH ₃ ) CH ₂ CH ₃ , метилацетата, CH ₃ COOCH ₃ , и 2-бутанола, CH ₃ , CH (OH) CH ₂ CH ₃ следующие: 28, 57 и 99 ° C. Все три соединения имеют молекулярную массу 72 и 74 г / моль.

Сложные эфиры с низким молекулярным весом, как правило, летучие и имеют приятный запах, поэтому их содержание во фруктах придает им знакомый аромат. С другой стороны, когда их молекулярная масса высока, они представляют собой твердые кристаллические вещества без цвета и запаха или, в зависимости от их структуры, обладают жирными свойствами.

Растворимость воды

Карбоновые кислоты и спирты обычно растворимы в воде, если их молекулярные структуры не обладают высокой гидрофобностью. То же верно и для сложных эфиров. Когда R или R 'представляют собой короткие цепи, сложный эфир может взаимодействовать с молекулами воды посредством диполь-дипольных сил и сил Лондона.

Это потому, что сложные эфиры являются акцепторами водородных связей. Как? По его двум атомам кислорода RCOOR '. Молекулы воды образуют водородные связи с любым из этих атомов кислорода. Но когда цепи R или R 'очень длинные, они отталкивают воду в окружающей среде, что делает невозможным их растворение.

Очевидный пример этого - сложные эфиры триглицеридов. Его боковые цепи длинные и делают масла и жиры нерастворимыми в воде, если они не находятся в контакте с менее полярным растворителем, более связанным с этими цепями.

Реакция гидролиза

Сложные эфиры также могут реагировать с молекулами воды в так называемой реакции гидролиза. Однако они требуют достаточно кислой или щелочной среды, чтобы способствовать механизму указанной реакции:

RCOOR '+ H ₂ O <=> RCO OH + R'O H

(Кислая среда)

Молекула воды присоединяется к карбонильной группе C = O. Кислотный гидролиз сводится к замене каждого R 'спиртового компонента на ОН из воды. Обратите также внимание на то, как сложный эфир «распадается» на два своих компонента: карбоновую кислоту RCOOH и спирт R'OH.

RCOOR '+ OH ^- => RCO O ^- + R'O H

(Базовая среда)

Когда гидролиз проводится в основной среде, происходит необратимая реакция, известная как омыление. Это широко используется и является краеугольным камнем в производстве мыла кустарного или промышленного производства.

RCOO ^- стабильный карбоксилат-анион, который электростатически связывается с преобладающим катионом в среде.

Если используемым основанием является NaOH, образуется соль RCOONa. Когда сложный эфир представляет собой триглицерид, который по определению имеет три боковые цепи R, образуются три соли жирных кислот, RCOONa и спирт-глицерин.

Редукционная реакция

Сложные эфиры - это сильно окисленные соединения. Что это означает? Это означает, что он имеет несколько ковалентных связей с кислородом. При устранении связей CO происходит разрыв, который приводит к разделению кислотных и спиртовых компонентов; и, кроме того, кислота восстанавливается до менее окисленной формы, до спирта:

RCOOR '=> RCH ₂ OH + R'OH

Это реакция восстановления. Для этого требуется сильный восстановитель, такой как литийалюминийгидрид, LiAlH ₄ , и кислая среда, которая способствует миграции электронов. Спирты - это самые маленькие формы, то есть те, которые имеют наименьшее количество ковалентных связей с кислородом (только одна: C - OH).

Два спирта, RCH ₂ OH + R'OH, происходят из двух соответствующих цепей исходного сложного эфира RCOOR '. Это метод синтеза спиртов с добавленной стоимостью из их сложных эфиров. Например, если вы хотите приготовить алкоголь из экзотического источника сложных эфиров, это будет хорошим способом для этой цели.

Реакция переэтерификации

Сложные эфиры могут превращаться в другие, если они реагируют в кислой или щелочной среде со спиртами:

RCOOR '+ R''OH <=> RCO OR' ' + R'O H

Структура

Источник: Бен Миллс через Википедию.

На верхнем изображении представлена ​​общая структура всех органических сложных эфиров. Обратите внимание, что R, карбонильная группа C = O и OR ', образуют плоский треугольник, продукт sp ² -гибридизации центрального атома углерода. Однако другие атомы могут принимать другую геометрию, и их структуры зависят от внутренней природы R или R '.

Если R или R 'представляют собой простые алкильные цепи, например, типа (CH ₂ ) _n CH ₃ , они будут казаться зигзагообразными в пространстве. Это случай пентилбутаноата, CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ .

Но в любом из атомов углерода этих цепей может быть обнаружено разветвление или ненасыщенность (C = C, C≡C), что изменит глобальную структуру сложного эфира. По этой причине его физические свойства, такие как растворимость, а также точки кипения и плавления, варьируются в зависимости от соединения.

Например, ненасыщенные жиры имеют двойные связи в цепях R, которые отрицательно влияют на межмолекулярные взаимодействия. В результате их точки плавления падают, пока они не станут жидкостью или маслами при комнатной температуре.

Акцептор водородной связи

Хотя треугольник сложноэфирного скелета больше выделяется на изображении, именно цепи R и R 'ответственны за разнообразие их структур.

Однако треугольник заслуживает структурной характеристики сложных эфиров: они являются акцепторами водородных связей. Как? Через кислород карбонильной и алкоксидной групп (–OR ').

У них есть пары свободных электронов, которые могут притягивать частично положительно заряженные атомы водорода из молекул воды.

Следовательно, это особый тип диполь-дипольных взаимодействий. Молекулы воды приближаются к сложному эфиру (если этому не препятствуют цепи R или R '), и образуются мостики C = OH ₂ O или OH ₂ -O-R'.

Номенклатура

Как называются сложные эфиры? Чтобы правильно назвать сложный эфир, необходимо принять во внимание количество атомов углерода в цепях R и R '. Аналогично, любые возможные разветвления, заместители или ненасыщенности.

После этого к имени каждого R 'алкоксидной группы -OR' добавляется суффикс -yl, а к цепи R карбоксильной группы -COOR суффикс -ate. Сначала упоминается нога R, за ней следует слово «из», а затем название ветви R.

Например, CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ имеет пять атомов углерода с правой стороны, то есть они соответствуют R '. А на левой стороне четыре атома углерода (включая карбонильную группу C = O). Следовательно, R 'представляет собой пентильную группу, а R представляет собой бутан (чтобы включить карбонил и рассмотреть основную цепь).

Затем, чтобы дать имя соединения, просто добавьте суффиксы и имя в соответствующем порядке: бутан ATO сдерживаемых ил .

Как назвать следующее соединение: CH ₃ CH ₂ COOC (CH ₃ ) ₃ ? Цепь -C (CH ₃ ) ₃ соответствует трет-бутилалкильному заместителю. Поскольку на левой стороне три атома углерода, это «пропан». Его имя , то он является: пропан ATO трет-но ил .

Как они сформированы?

эстерификация

Существует множество способов синтеза сложного эфира, некоторые из которых могут быть даже новыми. Однако все они сходятся в том, что должен образовываться треугольник изображения структуры, то есть связь CO-O. Для этого вы должны начать с соединения, которое ранее имело карбонильную группу: например, карбоновую кислоту.

А с чем должна связываться карбоновая кислота? Для спирта, иначе в нем не было бы спиртового компонента, характерного для сложных эфиров. Однако карбоновым кислотам для протекания механизма реакции требуется тепло и кислотность. Следующее химическое уравнение представляет сказанное выше:

RCOOH + R'OH <=> RCOOR '+ H ₂ O

(Кислая среда)

Это известно как реакция этерификации.

Например, жирные кислоты можно этерифицировать метанолом, CH ₃ OH, чтобы заменить их H кислоты метильными группами, поэтому эту реакцию также можно рассматривать как метилирование. Это важный шаг в определении профиля жирных кислот некоторых масел или жиров.

Сложные эфиры ацилхлоридов

Другой способ синтеза сложных эфиров - из ацилхлоридов RCOCl. В них вместо замещения гидроксильной группы ОН замещен атом Cl:

RCOCl + R'OH => RCOOR '+ HCl

И в отличие от этерификации карбоновой кислоты выделяется не вода, а соляная кислота.

В мире органической химии доступны и другие методы, такие как окисление Байера-Виллигера, в котором используются пероксикислоты (RCOOOH).

Приложения

Источник: Pixnio

Среди основных применений сложных эфиров:

-При изготовлении свечей или свечей, как на изображении выше. Для этой цели используются сложные эфиры с очень длинными боковыми цепями.

-Как консерванты лекарств или пищевых продуктов. Это связано с действием парабенов, которые представляют собой не что иное, как сложные эфиры пара-гидроксибензойной кислоты. Хотя они сохраняют качество продукта, есть исследования, которые ставят под сомнение его положительное влияние на организм.

- Служат для изготовления искусственных ароматизаторов, имитирующих запах и вкус многих фруктов или цветов. Таким образом, сложные эфиры присутствуют в конфетах, мороженом, парфюмерии, косметике, мыле, шампунях и других коммерческих продуктах, которые заслуживают привлекательного аромата или вкуса.

-Эстеры также могут иметь положительный фармакологический эффект. По этой причине фармацевтическая промышленность посвятила себя синтезу сложных эфиров, полученных из кислот, присутствующих в организме, для оценки любых возможных улучшений в лечении заболеваний. Аспирин - один из самых простых примеров этих сложных эфиров.

-Жидкие сложные эфиры, такие как этилацетат, являются подходящими растворителями для определенных типов полимеров, таких как нитроцеллюлоза и широкий спектр смол.

Примеры

Вот некоторые дополнительные примеры сложных эфиров:

-Пентилбутаноат, CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOCH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₃ , пахнет абрикосом и грушей.

-Винилацетат , CH ₃ COOCH ₂ = CH ₂ , из которого получают поливинилацетатный полимер.

-Изопентилпентаноат, CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ COOCH ₂ CH ₂ CH (CH ₃ ) ₂ , имитирующий вкус яблок.

-Этилпропаноат, CH ₃ CH ₂ COOCH ₂ CH ₃ .

-Пропилметаноат, HCOOCH ₂ CH ₂ CH ₃ .

Ссылки

1. Т.В. Грэм Соломонс, Крейг Б. Фрайл. Органическая химия. (Десятое издание, стр. 797-802, 820) Wiley Plus.
2. Кэри, Ф. А. Органическая химия (2006), шестое издание. Редакция Mc Graw Hill-
3. Химия LibreTexts. Номенклатура сложных эфиров. Получено с: chem.libretexts.org
4. Администратор. (2015, 19 сентября). Сложные эфиры: его химическая природа, свойства и применение. Взято с: pure-chemical.com
5. Органическая химия в нашей повседневной жизни. (9 марта 2014 г.). Каковы виды использования сложных эфиров? Получено с: gen2chemistassignment.weebly.com
6. Quimicas.net (2018). Примеры сложных эфиров. Получено с: quimicas.net
7. Пас Мария де Лурдес Корнехо Артеага. Основные области применения сложных эфиров. Взято с: uaeh.edu.mx
8. Джим Кларк. (Январь 2016 г.). Представляем эфиры. Взято с: chemguide.co.uk