Материал: Ткачёв С.В. Введение в органическую химию
Общая формула сложных эфиров одноатомных спиртов и многокарбоновых кислот
O
R – C
OR1
где R и R1 — углеводородные радикалы.
11.1. НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРИЯ
Названия сложных эфиров образуются из названий соответствующих кислот и спиртов, например:
O
H – C
OCH3
O
СH3 – C
OC2H5
Метиловый эфир муравьиной кислоты (муравьинометиловый эфир, метилформиат, метилметаноат)
Этиловый эфир уксусной кислоты (уксусноэтиловый эфир, этилацетат, этилэтаноат)
Сложные эфиры изомерны одноосновным карбоновым кислотам (межклассовая изомерия) или другим сложным эфирам (структурная изомерия)
СН3C |
O |
– пропилацетат |
(1) |
|
|||
|
|
|
|
|
OCH2–СH2–СH3 |
|
|
С2Н5С |
O |
– этилпропионат |
(2) |
|
|||
|
|
|
|
|
OC2Н5 |
|
|
СН3–СН2–СН2–СН2–С |
O |
– н-пентановая кислота |
(3) |
|
|||
|
|
|
|
|
OН |
|
|
Соединения 1,2 и 3 — изомеры. Они имеют общую формулу С5Н10О2.
11.2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ
Физические свойства. Сложные эфиры одноосновных карбоновых кислот — бесцветные, легкокипящие жидкости с запахом фруктов и цветов; высшие сложные эфиры — воскообразные вещества (пчелиный воск). Сложные эфиры в воде растворяются плохо.
Химические свойства. Важнейшим химическим свойством сложных эфиров является взаимодействие их с водой — гидролиз.
75
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
СН3 |
– C |
|
|
Н+,t0 |
|
|
O |
|||
|
|
|
|
СН3 – C |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+С2Н5ОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОС2Н5 |
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В результате гидролиза образуются уксусная кислота и этанол. Эта реакция противоположна реакции этерификации. Ионы водорода катализируют и прямую и обратную реакции.
Простые эфиры гидролизу не подвергаются.
Применение. Синтетические сложные эфиры в виде фруктовых эссенций используются в производстве фруктовых вод, кондитерских изделий, при изготовлении духов и одеколонов. Некоторые сложные эфиры применяются как растворители (этилацетат).
Сложный эфир азотистой кислоты и изоамилового спирта (изоамилнитрит) C5H11–O–N=O применяется в медицине как средство, расширяющее кровеносные сосуды.
ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ
1.Что такое сложные эфиры?
2.Что такое реакция этерификации?
3.Какие виды изомерии характерны для сложных эфиров карбоновых кислот?
4.Что такое гидролиз сложных эфиров?
5.Где используются сложные эфиры?
6.Составьте уравнения реакций этерификации между: а) уксусной кислотой и 2-метилбутанолом-1; б) масляной кислотой и пропанолом-1.
7.Дайте названия следующим эфирам:
а) НСООС3Н7; б) СН3СН2СООС2Н5.
ЗАДАЧИ
1.При взаимодействии смеси уксусной и муравьиной кислот с 23 мл абсолютного этанола (плотность 0,8 г/мл) образовалось 32,4 г смеси сложных эфиров. Определите содержание кислот в смеси (в %). (Ответ: СН3СООН — 56,6 %, НСООН — 43,4 %)
2.Сколько г этилацетата можно получить из 30 г уксусной кислоты
и46 г этанола, если выход эфира равен 85 % от теории? (Ответ: 37,4 г)
3.26,4 г изопропилового эфира муравьиной кислоты гидролизовали 420 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей его 5 % и плотностью 1,05 г/мл. Какая масса щелочи осталась после реакции? (Ответ: 10 г)
4.Найти молекулярную формулу сложного эфира, если для гидролиза (омыления) 12 г этого эфира требуется 80 г раствора гидроксида натрия
с массовой долей его 10 %. (Ответ: |
O |
) |
(Ответ Н – С |
|
OСН3
76
12. ЖИРЫ (ТРИГЛИЦЕРИДЫ)
Жиры — это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. Общая формула жиров:
Н2С – О – С |
O |
|
||
|
где R1, R2, R3 – углеводородные |
|||
|
|
OR1 |
||
|
|
радикалы (одинаковые или |
||
|
|
|
||
|
|
O |
разные), содержат от 3 до 25 |
|
|
|
|||
Н–С – О – С |
атомов углерода. |
|||
|
||||
|
|
OR2 |
|
|
|
|
O |
|
|
Н2С – О – С |
|
|||
|
|
|||
|
|
OR3 |
|
|
Жиры относятся к классу сложных эфиров.
Сложные эфиры — это животные жиры и растительные масла. У животных жиры содержатся в подкожной ткани и в молоке, у растений — в плодах и зернах. Природные жиры являются смешанными триглицеридами, в их состав входят радикалы различных жирных кислот. Например:
Н2С – О – СO–C15H31
НС – О – СO–C17H35
Н2С – О – СO–C17H35
Кроме триглицеридов в состав природных жиров входят различные примеси, свободные жирные кислоты, моно- и диглицериды, витамины
идр.
12.1.ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИРОВ
Физические свойства. Жиры бывают твердые и жидкие. Твердые образованы предельными жирными кислотами стеариновой С17Н35СООН, пальмитиновой С15Н31СООН. Жидкие жиры образованы непредельными жирными кислотами олеиновой С17Н33СООН, линолевой С17Н31СООН и линоленовой С17Н29СООН.
Большинство жиров животного происхождения — твердые вещества (говяжий, бараний). Многие жиры растительного происхождения, называемые маслами, — жидкие вещества (кукурузное, оливковое, соевое, подсолнечное). Жиры в воде не растворяются, но хорошо растворяются в органических растворителях. Жиры не имеют строго определенной температуры плавления из-за своего непостоянного состава.
77
Химические свойства. Твердые жиры — малоактивные вещества, но жидкие жиры, содержащие непредельные кислоты, способны вступать в реакции присоединения (реакции гидрирования).
C17H33 – C |
O |
|
C17H35 – C |
O |
||
|
|
|
|
|
||
|
O–CH2 |
|
|
O–CH2 |
||
C17H31 – C |
O |
|
|
C17H35 – C |
O |
|
|
|
t,P,Ni |
|
|
||
|
O–CH |
|
O–CH |
|||
C17H29 – C |
O |
|
+6H2 |
C17H35 – C |
O |
|
|
|
|||||
|
|
|
||||
O–CH2 |
|
O–CH2 |
||||
|
|
|
||||
При гидрировании растительного масла в промышленности получают твердое вещество маргарин.
В организме под влиянием ферментов жиры гидролизуются на глицерин и кислоты. Глицерин и кислоты образуются в результате водного гидролиза. Водный гидролиз проводят при высоких температурах и давлениях. Щелочной гидролиз (омыление) жиров проводят под действием щелочей. Образуются глицерин и соли высших карбоновых кислот (мыла):
O
|
|
|
|
CН2 – ОН |
C15H31СООNa |
|
CН2 – О – С–C15H31 |
||||||
|
O |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НC – О – С–C17H35 |
+3NaOH Н – C – ОН |
+ C17H35СООNa |
||||
|
O |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
C17H35СООNa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CН2 – ОН |
||
CН2 – О – С–C17H35 |
||||||
Природные жиры при хранении на воздухе портятся, т.к. под действием кислорода воздуха находящиеся в их составе непредельные кислоты окисляются с образованием альдегидов и кетонов.
Применение. Выделяют жиры из природного сырья растений и животных. Жиры в основном применяют в пищу. При окислении жиров в организме выделяется значительно больше энергии, чем при окислении углеводов и белков.
Жиры используются для производства мыла, глицерина, карбоновых кислот, в фармацевтической и косметической промышленности.
ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ
1.К какому классу соединений относятся жиры?
2.Какое существует различие в строении твердых и жидких жиров?
78
3.Напишите структурную формулу сложного эфира, образованного глицерином с масляной, олеиновой и стеариновой кислотами.
4.Каковы химические свойства жиров?
5.Напишите уравнения водного и щелочного гидролиза тристеарата глицерина.
6.Для каких целей применяют жиры?
ЗАДАЧИ
1.При гидрировании двойной связи в кислоте, которая образовалась при гидролизе триолеата глицерина, израсходовали 13,44 л водорода (н.у.) Сколько граммов жира было взято для гидролиза? (Ответ: 176,8 г жира)
2.Сколько тонн мыла получится при щелочном гидролизе 2 тонн глицерида стеариновой кислоты? Выход продуктов гидролиза равен 85 % от теоретического. (Ответ: 1,75 т)
3.6,38 г твердого жира нагрели с 9,5 мл раствора гидроксида калия
смассовой долей его 25 % и плотностью 1,18 г/мл. Избыток щелочи нейтрализовали 13,4 мл соляной кислоты с массовой долей ее 5 % и плотностью 1,09 г/мл. Рассчитайте относительную молекулярную массу жира. (Ответ: 638 г/моль)
ТЕСТОВЫЙ САМОКОНТРОЛЬ ПО ТЕМЕ «СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ. ЖИРЫ»
1.Укажите соединения, которые являются изомерами по отношению
кдруг другу:
а) спирты и простые эфиры; б) альдегиды и кетоны;
в) карбоновыя кислоты и сложные эфиры; г) карбоновые кислоты и простые эфиры.
2. Укажите формулы сложных эфиров:
а) CH3–C |
|
–CH3 |
б) CH3C |
O |
|
O |
|||
|
||||
|
|
|
|
|
O |
|
|||
|
|
|||
|
|
|
CH3C |
|
в) C2H5 – ONO2 |
|
O |
||
|
|
|
|
|
г) CH3–CH2–C |
O |
|
||
|
|
|||
|
|
|
ОСH3 |
|
3. К какому классу соединений относится тринитроглицерин:
а) к сложным эфирам; |
в) к жирам; |
б) к нитросоединениям; |
г) к глицератам? |
79