Как реагират етерите? Къде се използват естери? Химични свойства на естерите

Естери– функционални производни на карбоксилни киселини,
в молекули, в които хидроксилната група (-OH) е заменена с алкохолен остатък (-OR)

Естери на карбоксилни киселини – съединения с обща формула

R-COOR",където R и R" са въглеводородни радикали.

Естери на наситени едноосновни карбоксилни киселини имат обща формула:

Физични свойства:

Летливи, безцветни течности

· Слабо разтворим във вода

· Най-често с приятна миризма

По-лек от вода

Естерите се намират в цветя, плодове и горски плодове. Те определят специфичната им миризма.
Те са съставна част на етеричните масла (известни са около 3000 е.м. - портокал, лавандула, роза и др.)

Естерите на нисшите карбоксилни киселини и нисшите едновалентни алкохоли имат приятна миризма на цветя, горски плодове и плодове. Естерите на висшите едноосновни киселини и висшите едновалентни алкохоли са в основата на естествените восъци. Например, пчелният восък съдържа естер на палмитинова киселина и мирицилов алкохол (мирицилов палмитат):

CH 3 (CH 2) 14 –CO–O– (CH 2) 29 CH 3

Аромат. Структурна формула.	Естерно име
Ябълка	Етилов етер 2-метилбутанова киселина
Череша	Амилов естер на мравчена киселина
Круша	Изоамилов естер на оцетна киселина
Ананас	Етилов естер на маслена киселина (етил бутират)
банан	Изобутилов естер на оцетна киселина (г изоамилацетатът също наподобява миризмата на банан)
Жасмин	Бензилов етер ацетат (бензилов ацетат)

Кратките имена на естерите се основават на името на радикала (R") в алкохолния остатък и името на RCOO групата в киселинния остатък. Например, етил оцетна киселина CH 3 COO C 2 H 5Наречен етилацетат.

Приложение

· Като ароматизатори и подобрители на мириса в хранително-вкусовата и парфюмерийната (производство на сапуни, парфюми, кремове) промишлености;

· При производството на пластмаси и каучук като пластификатори.

Пластификатори – вещества, които се въвеждат в състава на полимерни материали за придаване (или увеличаване) на еластичност и (или) пластичност по време на обработка и работа.

Приложение в медицината

В края на 19-ти и началото на 20-ти век, когато органичният синтез прави първите си стъпки, много естери са синтезирани и тествани от фармаколози. Те станаха основата на такива лекарства като салол, валидол и др. Метилсалицилатът се използва широко като локално дразнещо и аналгетично средство, което сега е практически заменено от по-ефективни лекарства.

Получаване на естери

Естерите могат да бъдат получени чрез взаимодействие на карбоксилни киселини с алкохоли ( реакция на естерификация). Катализаторите са минерални киселини.

Видео "Получаване на етилацетилов етер"

Видео "Получаване на боронетилов етер"

Реакцията на естерификация при киселинна катализа е обратима. Обратният процес - разцепване на естер под действието на вода до карбоксилна киселина и алкохол - се нарича естерна хидролиза.

RCOOR" + H2O (H+)↔ RCOOH + R"OH

Хидролизата в присъствието на алкали е необратима (тъй като полученият отрицателно зареден карбоксилатен анион RCOO не реагира с нуклеофилния реагент - алкохол).

Тази реакция се нарича осапуняване на естери(по аналогия с алкалната хидролиза на естерните връзки в мазнините при производството на сапун).

Естерите могат да се разглеждат като производни на киселини, в които водородният атом в карбоксилната група е заменен с въглеводороден радикал:

Номенклатура.

Естерите са кръстени на киселините и алкохолите, чиито остатъци участват в тяхното образуване, например H-CO-O-CH3 - метилформиат или метилов естер на мравчена киселина; - етилов ацетат или етилов естер на оцетна киселина.

Методи за получаване.

1. Взаимодействие на алкохоли и киселини (реакция на естерификация):

2. Взаимодействие на киселинни хлориди и алкохоли (или алкохолати на алкални метали):

Физични свойства.

Естерите на нисшите киселини и алкохолите са течности, по-леки от водата, с приятна миризма. Само естери с най-малък брой въглеродни атоми са разтворими във вода. Естерите са силно разтворими в алкохол и дистилов етер.

Химични свойства.

1. Хидролизата на естерите е най-важната реакция на тази група вещества. Хидролизата под въздействието на вода е обратима реакция. За изместване на равновесието надясно се използват алкали:

2. Редукцията на естери с водород води до образуването на два алкохола:

3. Под въздействието на амоняка естерите се превръщат в киселинни амиди:

мазнини. Мазнините са смеси от естери, образувани от тривалентния алкохол глицерол и висши мастни киселини. Обща формула на мазнините:

където R са радикали на висши мастни киселини.

Най-често в състава на мазнините влизат наситени палмитинова и стеаринова киселини и ненаситени олеинова и линолова киселини.

Получаване на мазнини.

Понастоящем практическо значение има само получаването на мазнини от естествени източници от животински или растителен произход.

Физични свойства.

Мазнините, образувани от наситени киселини, са твърди вещества, а ненаситените мазнини са течни. Всички са много слабо разтворими във вода, силно разтворими в диетилов етер.

Химични свойства.

1. Хидролизата или осапунването на мазнините се извършва под въздействието на вода (обратимо) или основи (необратимо):

Алкалната хидролиза произвежда соли на висши мастни киселини, наречени сапуни.

2. Хидрогенирането на мазнините е процес на добавяне на водород към остатъците от ненаситени киселини, които изграждат мазнините. В този случай остатъците от ненаситени киселини се превръщат в остатъци от наситени киселини, а мазнините се превръщат от течни в твърди.

От най-важните хранителни вещества - протеини, мазнини и въглехидрати - мазнините имат най-голям енергиен запас.

клас съединения на основата на минерални (неорганични) или органични карбоксилни киселини, в които водородният атом в HO групата е заменен с органична групаР . Прилагателното „сложни” в името на естерите помага да се разграничат от съединенията, наречени етери.

Ако изходната киселина е многоосновна, тогава образуването на пълни естери, всички HO групи са заместени, или е възможно частично заместване на киселинни естери. За едноосновните киселини са възможни само пълни естери (фиг. 1).

Ориз. 1. ПРИМЕРИ ЗА ЕСТЕРИна базата на неорганична и карбоксилна киселина

Номенклатура на естерите. Името се създава по следния начин: първо се посочва групатаР , прикрепен към киселината, след това името на киселината с наставката „at“ (както в имената на неорганични соли: въглерод принатрий, нитрат прихром). Примери на фиг.2

2. НАИМЕНОВАНИЯ НА ЕСТЕРИ. Фрагменти от молекули и съответните фрагменти от имена са маркирани в същия цвят. Естерите обикновено се разглеждат като продукти на реакцията между киселина и алкохол; например, бутил пропионат може да се разглежда като резултат от реакцията между пропионова киселина и бутанол.

Ако използвате тривиално ( см. ТРИВИАЛНИ НАИМЕНОВАНИЯ НА ВЕЩЕСТВАТА) е името на изходната киселина, тогава името на съединението включва думата „естер“, например C 3 H 7 COOC 5 H 11 амилов естер на маслена киселина.

Класификация и състав на естерите. Сред изследваните и широко използвани естери по-голямата част са съединения, получени от карбоксилни киселини. Естерите на базата на минерални (неорганични) киселини не са толкова разнообразни, т.к класът на минералните киселини е по-малко на брой от карбоксилните киселини (разнообразието от съединения е една от отличителните черти органична химия).

Когато броят на С атомите в изходната карбоксилна киселина и алкохол не надвишава 68, съответните естери са безцветни маслени течности, най-често с плодов мирис. Те образуват група плодови естери. Ако ароматен алкохол (съдържащ ароматно ядро) участва в образуването на естер, тогава такива съединения, като правило, имат флорална, а не плодова миризма. Всички съединения в тази група са практически неразтворими във вода, но лесно разтворими в повечето органични разтворители. Тези съединения са интересни поради широкия си спектър от приятни аромати (Таблица 1); някои от тях първоначално са изолирани от растения и по-късно синтезирани изкуствено.

Таблица 1. НЯКОИ ЕСТЕРИ, с плодов или флорален аромат (фрагменти от оригиналните алкохоли във формулата на съединението и в името са подчертани с удебелен шрифт)
Естерна формула	Име	Аромат
CH 3 COO C 4 H 9	Бутилацетат	круша
C3H7COO CH 3	МетилЕстер на маслена киселина	ябълка
C3H7COO C 2 H 5	ЕтилЕстер на маслена киселина	ананас
C4H9COO C 2 H 5	Етил	пурпурен
C4H9COO C 5 H 11	Изоамилестер на изовалерианова киселина	банан
CH 3 COO CH2C6H5	Бензилацетат	жасмин
C6H5COO CH2C6H5	Бензилбензоат	флорален

Когато размерът на органичните групи, които изграждат естерите, се увеличи до С 1530, съединенията придобиват консистенция на пластични, лесно омекотени вещества. Тази група се нарича восъци; те обикновено са без мирис. Пчелният восък съдържа смес от различни естери, като един от компонентите на восъка, който е изолиран и неговият състав е определен, е мирициловият естер на палмитинова киселина C 15 H 31 COOC 31 H 63. Китайският восък (продукт от отделянето на кохинил от насекоми в Източна Азия) съдържа церилов естер на церотиновата киселина C 25 H 51 COOC 26 H 53. Освен това восъците съдържат и свободни карбоксилни киселини и алкохоли, които включват големи органични групи. Восъците не се омокрят от вода и са разтворими в бензин, хлороформ и бензен.

Третата група са мазнините. За разлика от предишните две групи на базата на едновалентни алкохоли

ROH , всички мазнини са естери на глицеринов алкохол HOCH 2 CH(OH)CH 2 OH. Карбоксилните киселини, които съставляват мазнините, като правило имат въглеводородна верига с 919 въглеродни атома. Животински мазнини (краве масло, агнешко, свинска мас) пластични, топими вещества. Растителни мазнини (зехтин, памучно семе, слънчогледово масло) вискозни течности. Животинските мазнини се състоят главно от смес от глицериди на стеаринова и палмитинова киселина (фиг. 3A, B). Растителните масла съдържат глицериди на киселини с малко по-къса дължина на въглеродната верига: лауринова C 11 H 23 COOH и миристинова C 13 H 27 COOH. (като стеаринова и палмитинова това са наситени киселини). Такива масла могат да се съхраняват на въздух дълго време, без да променят консистенцията си, поради което се наричат ​​несъхнещи. Обратно, лененото масло съдържа глицерид на ненаситена линолова киселина (Фигура 3B). Когато се нанася в тънък слой върху повърхността, такова масло изсъхва под въздействието на атмосферния кислород по време на полимеризация по двойните връзки и се образува еластичен филм, който е неразтворим във вода и органични разтворители. Естественото изсушаващо масло се произвежда от ленено масло.

Ориз. 3. ГЛИЦЕРИДИ НА СТЕАРИНОВА И ПАЛМИТИНОВА КИСЕЛИНА (А И Б)компоненти на животинската мазнина. Линолова киселина глицерид (B) компонент на ленено масло.

Естери на минерални киселини (алкилсулфати, алкилборати, съдържащи фрагменти от нисши алкохоли C 18) маслени течности, естери на висши алкохоли (започвайки от C 9) твърди съединения.

Химични свойства на естерите. Най-характерно за естерите на карбоксилните киселини е хидролитичното (под въздействието на вода) разцепване на естерната връзка; в неутрална среда протича бавно и значително се ускорява в присъствието на киселини или основи, т.к H + и HO йони катализират този процес (фиг. 4A), като хидроксилните йони действат по-ефективно. Хидролизата в присъствието на основи се нарича осапунване. Ако вземете количество основа, достатъчно за неутрализиране на цялата образувана киселина, тогава настъпва пълно осапунване на естера. Този процес се извършва в промишлен мащаб и глицеринът и висшите карбоксилни киселини (C 1519) се получават под формата на соли на алкални метали, които са сапун (фиг. 4B). Фрагменти от ненаситени киселини, съдържащи се в растителните масла, като всички ненаситени съединения, могат да бъдат хидрогенирани, водородът се свързва с двойни връзки и се образуват съединения, подобни на животинските мазнини (фиг. 4B). Използвайки този метод, твърдите мазнини се произвеждат индустриално на базата на слънчогледово, соево или царевично масло. Маргаринът се произвежда от продукти на хидрогениране на растителни масла, смесени с естествени животински мазнини и различни хранителни добавки.

Основният метод на синтез е взаимодействието на карбоксилна киселина и алкохол, катализирано от киселината и придружено от освобождаване на вода. Тази реакция е противоположна на тази, показана на фиг. 3А. За да може процесът да протече в желаната посока (синтез на естер), водата се дестилира (дестилира) от реакционната смес. Чрез специални изследвания, използващи белязани атоми, беше възможно да се установи, че по време на процеса на синтез О атомът, който е част от получената вода, се отделя от киселината (маркирана с червена пунктирана рамка), а не от алкохола ( нереализираната опция е маркирана със синя пунктирана рамка).

По същата схема се получават естери на неорганични киселини, например нитроглицерин (фиг. 5В). Вместо киселини могат да се използват киселинни хлориди; методът е приложим както за карбоксилни (фиг. 5C), така и за неорганични киселини (фиг. 5D).

Взаимодействие на соли на карбоксилни киселини с алкилхалогениди

RCl също води до естери (фиг. 5D), реакцията е удобна с това, че е необратима; освободената неорганична сол веднага се отстранява от органичната реакционна среда под формата на утайка.Използване на естери. Етилформиат HCOOC 2 H 5 и етилацетат H 3 COOC 2 H 5 се използват като разтворители за целулозни лакове (на базата на нитроцелулоза и целулозен ацетат).

Естери на базата на нисши алкохоли и киселини (Таблица 1) се използват в хранително-вкусовата промишленост за създаване на плодови есенции, а естери на базата на ароматни алкохоли в парфюмерийната индустрия.

Полиращи средства, смазки, импрегниращи състави за хартия (восъчна хартия) и кожа се произвеждат от восъци; те също се включват в козметични кремове и медицински мехлеми.

Мазнините, заедно с въглехидратите и протеините, съставляват необходимия за храненето набор от храни, те са част от всички растителни и животински клетки, освен това, когато се натрупват в тялото, те играят ролята на енергиен резерв. Поради ниската си топлопроводимост мастният слой предпазва добре животните (особено морските китове или моржовете) от хипотермия.

Животинските и растителните мазнини са суровина за производството на висши карбоксилни киселини, детергенти и глицерин (фиг. 4), използвани в козметичната промишленост и като компонент на различни смазки.

Нитроглицеринът (фиг. 4) е добре известно лекарство и експлозив, основата на динамита.

Сухите масла се произвеждат от растителни масла (фиг. 3), които са в основата на маслените бои.

Естерите на сярната киселина (фиг. 2) се използват в органичния синтез като алкилиращи (въвеждащи алкилова група в съединение) реагенти, а естерите на фосфорната киселина (фиг. 5) се използват като инсектициди, както и като добавки към смазочни масла.

Михаил Левицки

ЛИТЕРАТУРА Карцова А.А. Завладяване на материята. Органична химия. Издателство Химиздат, 1999г
Пустовалова Л.М. Органична химия. Финикс, 2003 г

Към въглеродния радикал. Има моно-, ди- и полиестери. За едноосновните киселини има моноестери, дву- и многоосновни киселини - пълни и киселинни естери. Името на естера се състои от името на киселината и алкохола, участващи в образуването му. Тривиална или историческа номенклатура често се използва за именуване на етери. Според номенклатурата на IUPAC имената на естерите се формират по следния начин: приемете името на алкохола като радикал, добавете името на киселината като въглеводород и окончанието -оат. Например, структурните формули на етери (изомери и метамери), съответстващи на молекулната формула C4H802, се наричат ​​според различни номенклатури, както следва: пропилформиат (пропилметаноат), изопропилформиат (изопропилметаноат), етилацетат (етилетаноат), мелпропионат (метил пропаноат).

Получаване на естери. Тези съединения са широко разпространени в природата. По този начин естерите на нискомолекулни и средни карбоксилни киселини са част от етеричните масла на много растения (например оцетен изоамилов естер или „крушова есенция“, която е част от круши и много цветя), и естери на глицерол и по-високи мастните киселини са химическата основа на всички мазнини и масла. Някои естери се произвеждат синтетично.

Реакцията на естерификация възниква в резултат на взаимодействието на карбоксилни (и минерални) киселини с алкохоли. Силна минерална киселина действа като катализатор (най-често се използва H2S04). Катализаторът активира молекула

Естерификацията също зависи от това с кой въглероден атом е свързана ОН групата (първична, вторична или третична), от химическата природа на киселината и алкохола, както и от структурата на въглеводородната верига, която е свързана с карбоксилната група.

Хидролиза на естери. (осапунването) на естерите е обратната реакция на естерификацията. Бавно минава. Ако добавите смес от минерални киселини или основи към реакционната смес, нейната скорост се увеличава. Осапунването с алкали става хиляда пъти по-бързо, отколкото с киселини. Естерите хидролизират в алкална среда, а етерите хидролизират в кисела среда.

При нагряване на естери с алкохоли в присъствието на сулфатна киселина или алкохолати (в алкална среда) се получава обмен на алкокси групи. В този случай се образува нов етер и алкохолът, който преди това е бил включен под формата на остатъци в състава на етерната молекула, се връща в реакционната среда.

Естери: реакция на редукция. Редуциращите агенти най-често са литиеви и натриево-алуминиеви хидрати във врящ алкохол. Високата устойчивост на естерите към различни окислители се използва в химичния синтез или анализ за защита на алкохолни и фенолни групи.

Естери: основни представители. Етил етаноат (етил ацетатен етер) се получава чрез реакция на естерификация на ацетатна киселина и етанол (катализатор Етил етаноатът се използва като разтворител за целулозен нитрат при производството на бездимен барут, фотографски и филмови филми и компонент на плодови есенции за хранително-вкусовата промишленост.

Изоамил етаноат (оцетен изоамилов етер, „есенция от круша“) е силно разтворим в етанол и диетилов етер. Получава се чрез естерификация на ацетатна киселина и изоамилов алкохол. Изоамил метил бутаноат се използва като ароматен компонент в парфюмерията и като разтворител.

Изоамил изовалерат ("ябълкова" есенция, изовалериан изоамилов естер) се получава чрез реакция на естерификация на изовалерианова киселина и изоамилов алкохол. Този естер се използва като плодова есенция в хранително-вкусовата промишленост.

Естерите обикновено се наричат ​​съединения, получени чрез реакция на естерификация от карбоксилни киселини. В този случай OH- от карбоксилната група се замества с алкокси радикал. В резултат на това се образуват естери, чиято формула обикновено се записва като R-COO-R."

Структура на естерната група

Полярността на химичните връзки в естерните молекули е подобна на полярността на връзките в карбоксилните киселини. Основната разлика е липсата на подвижен водороден атом, на мястото на който се намира въглеводороден остатък. В същото време електрофилният център е разположен върху въглеродния атом на естерната група. Но въглеродният атом на алкиловата група, свързана с него, също е положително поляризиран.

Електрофилността и следователно химичните свойства на естерите се определят от структурата на въглеводородния остатък, който заема мястото на Н атома в карбоксилната група. Ако въглеводороден радикал образува спрегната система с кислороден атом, тогава реактивността се увеличава значително. Това се случва например при акрилни и винилови естери.

Физични свойства

Повечето естери са течности или кристални вещества с приятен аромат. Тяхната точка на кипене обикновено е по-ниска от тази на карбоксилните киселини с подобно молекулно тегло. Това потвърждава намаляването на междумолекулните взаимодействия, което от своя страна се обяснява с липсата на водородни връзки между съседни молекули.

Въпреки това, точно както химичните свойства на естерите, физичните свойства зависят от структурните характеристики на молекулата. По-точно от вида на алкохола и карбоксилната киселина, от които се образува. На тази основа естерите се разделят на три основни групи:

1. Плодови естери. Те се образуват от нисши карбоксилни киселини и същите едновалентни алкохоли. Течности с характерни приятни аромати на цветя и плодове.
2. Восъци. Те са производни на висши (брой въглеродни атоми от 15 до 30) киселини и алкохоли, всяка от които има една функционална група. Това са пластични вещества, които лесно се размекват в ръцете ви. Основният компонент на пчелния восък е мирицил палмитат C 15 H 31 COOC 31 H 63, а китайският е естер на церотиновата киселина C 25 H 51 COOC 26 H 53. Те са неразтворими във вода, но разтворими в хлороформ и бензол.
3. мазнини. Образува се от глицерол и средни и висши карбоксилни киселини. Животинските мазнини обикновено са твърди при нормални условия, но се топят лесно при повишаване на температурата (масло, сланина и др.). Растителните мазнини се характеризират с течно състояние (ленено, маслиново, соево масло). Основната разлика в структурата на тези две групи, която влияе върху разликите във физичните и химичните свойства на естерите, е наличието или отсъствието на множествени връзки в киселинния остатък. Животинските мазнини са глицериди на ненаситени карбоксилни киселини, а растителните са наситени киселини.

Химични свойства

Естерите реагират с нуклеофили, което води до заместване на алкокси групата и ацилиране (или алкилиране) на нуклеофилния агент. Ако структурната формула на естер съдържа α-водороден атом, тогава е възможна естерна кондензация.

1. Хидролиза.Възможна е киселинна и алкална хидролиза, която е обратната реакция на естерификацията. В първия случай хидролизата е обратима и киселината действа като катализатор:

R-COO-R" + H 2 O<―>R-COO-H + R"-OH

Основната хидролиза е необратима и обикновено се нарича осапунване, а натриевите и калиеви соли на мастни карбоксилни киселини се наричат ​​сапуни:

R-COO-R" + NaOH ―> R-COO-Na + R"-OΗ

2. Амонолиза.Амонякът може да действа като нуклеофилен агент:

R-COO-R" + NH 3 ―> R-СО-NH 2 + R"-OH

3. Трансестерификация.Това химично свойство на естерите може да се отдаде и на методите за тяхното получаване. Под въздействието на алкохоли в присъствието на Н + или ОН - е възможно да се замени въглеводородният радикал, свързан с кислород:

R-COO-R" + R""-OH ―> R-COO-R"" + R"-OH

4. Редукцията с водород води до образуването на молекули на два различни алкохола:

R-СО-OR" + LiAlH 4 ―> R-СΗ 2 -ОХ + R"OH

5. Изгарянето е друга типична реакция за естерите:

2CΗ 3 -COO-CΗ 3 + 7O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O

6. Хидрогениране. Ако във въглеводородната верига на етерна молекула има множество връзки, тогава по тях е възможно добавянето на водородни молекули, което се случва в присъствието на платина или други катализатори. Например, от масла е възможно да се получат твърди хидрогенирани мазнини (маргарин).

Приложение на естери

Естерите и техните производни се използват в различни индустрии. Много от тях разтварят добре различни органични съединения и се използват в парфюмерията и хранително-вкусовата промишленост за производство на полимери и полиестерни влакна.

Етилацетат. Използва се като разтворител на нитроцелулоза, целулозен ацетат и други полимери, за производство и разтваряне на лакове. Поради приятния си аромат се използва в хранително-вкусовата и парфюмерийната промишленост.

Бутилацетат. Използва се също като разтворител, но също и като полиестерни смоли.

Винилацетат (CH3-COO-CH=CH2). Използва се като полимерна основа, необходима при приготвянето на лепила, лакове, синтетични влакна и филми.

Малонов етер. Поради специалните си химични свойства, този естер се използва широко в химическия синтез за производството на карбоксилни киселини, хетероциклени съединения и аминокарбоксилни киселини.

Фталати. Естерите на фталовата киселина се използват като пластифициращи добавки за полимери и синтетичен каучук, а диоктилфталатът се използва и като репелент.

Метил акрилат и метил метакрилат. Те лесно се полимеризират и образуват листове органично стъкло, устойчиви на различни влияния.