Гидролиз сложных эфиров реакции

Гидролиз сложных эфиров катализируется как кислотами, так и основаниями. Кислотный гидролиз сложных эфиров проводят обычно при нагревании с соляной или серной кислотой в водной или водно-спиртовой среде. В органическом синтезе кислотный гидролиз сложных эфиров чаще всего применяется для моно- и диалкилзамещенных малоновых эфиров (глава 17). Моно- и дизамещенные производные малонового эфира при кипячении с концентрированной соляной кислотой подвергается гидролизу с последующим декарбоксилированием.

Для гидролиза, катализируемого основанием, обычно используют водный или водно-спиртовый раствор NaOH или KOH. Наилучшие результаты достигаются при применении тонкой суспензии гидроксида калия в ДМСО, содержащем небольшое количество воды.

Последний способ предпочтителен для омыления сложных эфиров пространственно-затрудненных кислот, другой модификацией этого метода является щелочной гидролиз пространственно-затрудненных сложных эфиров в присутствии 18-краун-6-полиэфира:

Для препаративных целей гидролиз, катализируемый основанием, имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с кислотным гидролизом. Скорость основного гидролиза сложных эфиров, как правило в тысячу раз выше, чем при кислотном катализе. Гидролиз в кислой среде является обратимым процессом, в отличие от гидролиза в присутствии основания, который необратим.

18.8.2.А. Механизмы гидролиза сложных эфиров

Гидролиз сложных эфиров чистой водой в большинстве случаев обратимая реакция, приводящая к равновесной смеси карбоновой кислоты и исходного сложного эфира:

Эта реакция в кислой и щелочной средах сильно ускоряется, что связано с кислотно-основным катализом (гл. 3).

Согласно К. Ингольду механизмы гидролиза сложных эфиров классифицируются по следующим критериям:

(1) Тип катализа: кислотный (символ А) или основной (символ В);

(3) Молекулярность реакции (1 или 2).

Из этих трех критериев можно составить восемь различных комбинаций, которые приведены на схеме 18.1.

Это наиболее часто встречающиеся механизмы. Щелочное омыление практически всегда относится к типу ВАС2. Кислотный гидролиз (а также этерификация) в большинстве случаев имеет механизм ААС2.

Механизм ААС1 обычно наблюдается только в сильно кислых растворах (например, в конц. H2SO4), и особенно часто для эфиров пространственно затрудненных ароматических кислот.

Механизм ВАС1 пока неизвестен.

Механизм ВАL2 найден только в случае исключительно сильного пространственно экранированных ацильных групп и нейтрального гидролиза -лактонов. Механизм АAL2 пока неизвестен.

По механизму АAL1 обычно реагируют третично-алкильные сложные эфиры в нейтральной или кислой среде. Эти же субстраты в подобных условиях могут реагировать по механизму ВАL1, однако при переходе в чуть более щелочную среду механизм ВАL1 сейчас же сменяется на механизм ВАС2.

Как видно из схемы 18.1, реакции, катализируемые кислотами, обратимы, и из принципа микроскопической обратимости (гл.2) следует, что и катализируемая кислотами этерификация тоже протекает по подобным механизмам. Однако при катализе основаниями равновесие сдвинуто в сторону гидролиза (омыления), поскольку равновесие сдвигается вследствие ионизации карбоновой кислоты. Согласно приведенной схеме в случае механизма ААС1 группы COOR и COOH протонируются по алкоксильному или гидроксильному атому кислорода. Вообще говоря, с точки зрения термодинамики более выгодно протонирование карбонильного кислорода, группы C=O, т.к. в этом случае положительный заряд может делокализоваться между обоими атомами кислорода:

Тем не менее в небольших количествах в растворе содержится и таутомерный катион — необходимый интермедиат в механизме ААС1. Оба В1 — механизма (из которых ВАС1 неизвестен) на самом деле вовсе не каталитические, ибо в начале происходит диссоциация нейтрального эфира.

Из восьми ингольдовских механизмов экспериментально доказаны лишь шесть.

Для использования в других целях, см Эстер (значения) . Карбоксилатный эфир. R ‘обозначает любую алкильную или арильную группу.

В химии , сложный эфир представляет собой химическое соединение , полученное из кислоты (органической или неорганической) , в котором по меньшей мере один -OH ( гидроксильная ) группа заменена на -О- алкил ( алкоксите ) группой. Обычно сложные эфиры получают в результате реакции замещения карбоновой кислоты и спирта . Глицериды , которые являются сложные эфиры жирных кислот из глицерина , сложные эфиры являются важными в биологии, является одним из основных классов липидов и составляющих основную часть животных жиров и растительных масел. Сложные эфиры с низким молекулярным весом обычно используются в качестве отдушек и содержатся в эфирных маслах и феромонах . Фосфоэфиры составляют основу молекул ДНК . Сложные эфиры нитратов , такие как нитроглицерин , известны своими взрывоопасными свойствами, в то время как сложные полиэфиры являются важными пластиками , мономеры которых связаны сложноэфирными фрагментами . Сложные эфиры обычно имеют сладкий запах и считаются высококачественными растворителями для широкого спектра пластмасс, пластификаторов , смол и лаков . Они также являются одним из крупнейших классов синтетических смазочных материалов на коммерческом рынке.

ВВЕДЕНИЕ

Эфиры — это органические вещества, образующиеся при отщеплении молекулы воды от двух молекул спирта (простые эфиры) или от молекулы спирта и молекулы кислоты (сложные эфиры). Простые эфиры летучи, плохо растворимы в воде, хорошо растворяют жиры. Некоторые из них находят применение в медицине, например диэтиловый, или серный, эфир применяют для ингаляционного наркоза. Сложные эфиры входят в состав эфирных масел, обусловливая их приятный запах, применяются в пищевой и парфюмерной промышленности. К сложным эфирам относятся многие биологически важные вещества — нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, фосфатиды, витамины, а также лекарственные препараты — уретан, эфир салициловой и парааминобензойной кислот (анестезин, новокаин) и др.

Замещая в молекуле спирта атом водорода гидроксильной группы

на какой-либо радикал, получают различные эфиры:

R – О — Н R – О – R’

Спирты эфиры

В зависимости от характера радикала R’ различают три типа эфиров:

  1. простые эфиры, R’— углеводородный радикал;

  2. сложные эфиры неорганических кислот, R’ — остаток неорганической кислородсодержащей кислоты: азотной (—NO2), азотистой (—NО), серной (—SO3H) и т. п.;

  3. сложные эфиры карбоновых кислот, R’— остаток карбоновой кислоты— ацил, например СН3СО—, С2Н5СО— и т. д.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что сложные и простые эфиры применяются в бытовой химии, медицине, промышленности и тем самым играют важную роль в нашей жизни.

Целью курсовой работы является изучение свойств простых и сложных эфиров и проведение их сравнительной характеристики.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1) рассмотреть общую характеристику простых и сложных эфиров;

2) рассмотреть номенклатуру и изомерию простых и сложных эфиров;

3) изучить физические свойства простых и сложных эфиров;

4) изучить способы получения простых и сложных эфиров;

5) изучить химические свойства простых и сложных эфиров;

6) рассмотреть применение простых и сложных эфиров;

7) экспериментально изучить способы получения и некоторые химические свойства простых и сложных эфиров.

  1. НОМЕНКЛАТУРА, ИЗОМЕРИЯ, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭФИРОВ

    1. Общая характеристика эфиров

Простые эфиры

Простыми эфирами называют производные спиртов, образованные в результате замещения водорода гидроксильной группы спирта на углеводородный остаток. Эти соединения можно рассматривать и как производные воды, в молекуле которой углеводородными остатками замещены оба атома водорода:

R—O—H H—O—H R—O—R

спирт вода простой эфир

Как видно из приведенной общей формулы, в молекуле простого эфира два углеводородных остатка соединены через кислород (эфирный кислород). Эти остатки могут быть либо одинаковыми, либо различными; эфиры, в которых с кислородом соединены различные углеводородные остатки, называются смешанными простыми эфирами.

Простые эфиры рассматриваются как производные спиртов. Названия этих соединений состоят из названий радикалов и слова эфир (название класса). Для симметричных эфиров ROR используется приставка ди перед названием радикала, а в названиях несимметричных эфиров ROR’ радикалы указываются в алфавитном порядке. Например, CH3OCH3 – диметиловый эфир; C2H5OCH3 – метилэтиловый эфир.

Сложные эфиры

Сложные эфиры — производные кислот, у которых кислотный водород заменён на алкильные (или вообще углеводородные) радикалы.Сложные эфиры делятся в зависимости от того, производными какой кислоты они являются (неорганической или карбоновой). Среди сложных эфиров особое место занимают природные эфиры — жиры и масла, которые образованы трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами, содержащими четное число углеродных атомов. Жиры входят в состав растительных и животных организмов и служат одним из источников энергии живых организмов, которая выделяется при окислении жиров. Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот:

где R и R’ — углеводородные радикалы (в сложных эфирах муравьиной кислоты R — атом водорода).

    1. Номенклатура и изомерия эфиров

Простые эфиры

Если группы R и R’ в простом эфире одинаковы, то его называют симметричным, если разные – несимметричным.

В рациональное название эфира включают названия органических групп, упоминая их в алфавитном порядке, и добавляют слово эфир.

Номенклатура IUPAC рассматривает эфир как производное углеводорода, замещенного на алкоксигруппу, причем в основе названия лежит наиболее длинная углеводородная цепь.

СН3—О—СН3 диметиловый (или метиловый) эфир

СН3—СН2—О—СН2—СН3 диэтиловый (или этиловый) эфир

СН3—О—СН2—СН3 метилэтиловый эфир

СН3—О—СН2—СН2—СН3 метилпропиловый эфир

СН3—О—СН—СН3—СН3 метилизопропиловый эфир

Нетрудно заметить, что диэтиловый и метилпропиловый эфиры имеют одинаковый состав С4Н10О, т.е. это изомеры. В их молекулах радикалы, соединенные с кислородом, различаются составом. Эфирам присуща и обычна изомерия строения радикалов. Так, изомером метилпропилового эфира является метилизопропиловый эфир. Следует заметить, что простые эфиры изомерны одноатомным спиртам. Например, один и тот же состав С2Н6О имеют диметиловый эфир СН3—О—СН3 и этиловый спирт СН3—СН2 –ОН. А составу С4Н10О отвечают не только диэтиловый, метилпропиловый и метилизопропиловый эфиры, но и 4 бутиловых спирта состава С4Н9ОН.

Сложные эфиры

Названия сложных эфиров производят от названия углеводородного радикала и названия кислоты, в котором вместо окончания — овая используют суффикс — ат, например: Для сложных эфиров характерны следующие виды изомерии:1. Изомерия углеродной цепи начинается по кислотному остатку с бутановой кислоты, по спиртовому остатку — с пропилового спирта, например, этилбутирату изомерны этилизобутират, пропилацетат и изопропилацетат.

СН3- СН2-СН2-СН2-

С

— О-С2Н5

||

этилбутират

СН3-

СН-СН2 —

C-О-С2Н5

|

||

этилизобутират

СН3-

С

-O-СН2-СН2-СН3

||

пропилацетат

СН3-

С-O-

СН-СН3

||

|

изопропилацетат

2. Изомерия положения сложноэфирной группировки — СО—О—. Этот вид изомерии начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода, например этилацетат и метилпропионат.

СН3-СО-О-С2Н5 С2Н5-СО-О-СН3

Этилацетат метилпропионат

3. Межклассовая изомерия, например, метилацетату изомерна пропановая кислота.

СН3-СО-О-СН3 С2Н5-СО-ОН

Метилацетат пропионовая кислота

Для сложных эфиров, содержащих непредельную кислоту или непредельный спирт, возможны еще два вида изомерии: изомерия положения кратной связи и цис-, транс-изомерия.

    1. Способы получения эфиров

Простые эфиры

Простые эфиры в природе не встречаются. Их получают синтетическим путем.

1. Взаимодействием галогеналкилов с алкоголятами (синтез Вильямсона):

2. Дегидратацией спиртов под влиянием минеральных кислот (например, серной):

3. Алкилированием спиртов алкенами:

Функция кислоты – катализатора заключается в генерировании карбкатионов, которые эффективно атакуются нуклеофилом – спиртом:

Сложные эфиры

1. Реакция этерификации — взаимодействие кислоты и спирта в присутствии минеральной кислоты (например, серной):

С помощью радиоактивного изотопа кислорода (18O), введенного в молекулу спирта, было доказано, что выделение молекулы воды в результате реакции этерификации происходит за счет гидроксила карбоксильной группы кислоты и атома водорода гидроксильной группы спирта.

Механизм реакции этерификации можно представить в таком виде:

Кислород карбонильной группы, присоединяя протон минеральной кислоты

(катализатор), образует карбониевый ион (I), который подвергается нуклеофильной атаке молекулой спирта. В результате этого образуется неустойчивый промежуточный комплекс (II), распадающийся сразу же с выделением молекулы воды. Возникший карбкатион сложного эфира (III), отщепляя протон, дает сложный эфир (IV).

Реакция этерификации обратима. Скорость этой реакции зависит от строения кислот и спиртов. При одной и той же кислоте скорость этерификации первичных спиртов в два раза выше, чем вторичных, и во много раз выше, чем третичных.

  1. Взаимодействие ангидридов кислот со спиртами:

3. Взаимодействие галоидангидридов кислот со спиртами:.

1.4. Применение эфиров

Простые эфиры

Применение простых эфиров определяется, в основном, тем, что они очень хорошо растворяют многие жиры, смолы и лаки. Наиболее широко используют диэтиловый эфир (С2Н5)2О, техническое название — «серный эфир», поскольку его получают в присутствии серной кислоты. Помимо применения в качестве растворителя, а также в роли реакционной среды при проведении различных органических синтезов его используют и для экстрагирования (извлечения) некоторых органических веществ, например, спиртов, из водных растворов, поскольку сам эфир очень малорастворим в воде. В медицине серный эфир применяют для наркоза. Диизопропиловый эфир (СН3)2СНОСН(СН3)2 используют как растворитель и как добавку к моторному топливу для повышения октанового числа. Анизол С6Н5ОСН3 и фенетол С6Н5ОС2Н5 используют в качестве промежуточных продуктов при получении красителей, лекарств и душистых веществ. Дифениловый эфир (дифенилоксид) (С6Н5)2О из-за высокой температуры кипения (259,3° С) и химической устойчивости применяют как теплоноситель. Чтобы при остывании до комнатной температуры он не переходил в твердое состояние (его т. пл. 28-29° С), в него добавляют дифенил (С6Н5)2. Такая смесь, называемая в технике даутермом, может работать как теплоноситель в широком диапазоне температур. Диоксан, циклический эфир (СН2СН2О)2 по химическим свойствам близок обычным простым эфирам, но в отличие от них неограниченно смешивается с водой и большинством органических растворителей. Растворяет жиры, воски, масла, эфиры, целлюлозы, его широко применяют и как реакционную среду при проведении различных органических синтезов.

Сложные эфиры

Наибольшее применение в качестве растворителей получили эфиры уксусной кислоты — ацетаты. Прочие эфиры (кислот молочной — лактаты, масляной — бутираты, муравьиной — формиаты) нашли ограниченное применение. Формиаты из-за сильной омыляемости и высокой токсичности в настоящее время не используются. Определенный интерес представляют растворители на основе изобутилового спирта и синтетических жирных кислот, а также алкиленкарбонаты. Физико-химические свойства наиболее распространенных сложных эфиров приведены в таблице.

Метилацетат СН3СООСН3. Отечественной промышленностью технический метилацетат выпускается в виде древесно-спиртового растворителя, в котором содержится 50% (масс.) основного продукта. Метилацетат также образуется в виде побочного продукта при производстве поливинилового спирта. По растворяющей способности метилацетат аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как его заменитель. Однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон.

Этилацетат С2Н5СООСН3. Получают методом этерификации на лесохимических предприятиях при переработке синтетической и лесохимической уксусной кислоты, гидролизного и синтетического этилового спирта или конденсацией ацетальдегида. За рубежом разработан процесс получения этилацетата на основе метилового спирта. Этилацетат подобно ацетону растворяет большинство полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество в более высокой температуре кипения (меньшей летучести). Добавка 15-20 % этилового спирта повышает растворяющую способность этилацетата в отношении эфиров целлюлозы, особенно ацетилцеллюлозы.

Пропилацетат СН3СООСН2СН2СН3. По растворяющей способности подобен этилацетату.

Изопропилацетат СН3СООСН(СН3)2. По свойствам занимает промежуточное положение между этил- и пропилацетат.

Амилацетат CH3COOCH2CH2CH2CH2CH3, т. кип. 148° С, иногда называют «банановым маслом» (которое он напоминает по запаху). Он образуется в реакции между амиловым спиртом (часто – сивушным маслом) и уксусной кислотой в присутствии катализатора. Амилацетат широко применяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чем этилацетат.

Фруктовые эфиры. Характер многих фруктовых запахов, таких, как запахи малины, вишни, винограда и рома, отчасти обусловлен летучими эфирами, например этиловым и изоамиловым эфирами муравьиной, уксусной, масляной и валериановой кислот. Имеющиеся в продаже эссенции, имитирующие эти запахи, содержат подобные эфиры.

Винилацетат CH2=CHOOCCH3, образуется при взаимодействии уксусной кислоты с ацетиленом в присутствии катализатора. Это важный мономер для приготовления поливинилацетатных смол, клеев и красок.

Мыла — это соли высших карбоновых кислот. Обычные мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли — жидкие мыла.

Мыла получаются при гидролизе жиров в присутствии щелочей:

Обычное мыло плохо стирает в жесткой воде и совсем не стирает в морской воде, так как содержащиеся в ней ионы кальция и магния дают с высшими кислотами нерастворимые в воде соли:

Ca2+ + 2C17H35COONa→Ca (C17H35COO)2↓ + 2Na+

В настоящее время для стирки в быту, для промывки шерсти и тканей в промышленности используют синтетические моющие средства, которые обладают в 10 раз большей моющей способностью, чем мыла, не портят тканей, не боятся жесткой и даже морской воды.

  1. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭФИРОВ

2.1. Физические свойства эфиров

Простые эфиры

Простые эфиры являются бесцветными жидкостями (кроме диметилового эфира) со своеобразным запахом и низкими температурами кипения, что свидетельствует о слабом межмолекулярном взаимодействии. Это является показателем низкой полярности диалкиловых эфиров и отсутствия (в отличие от спиртов) предпосылок для образования водородных связей. В отличие от спиртов эфиры обладают более сильными электронодонорными свойствами, о чем свидетельствует значение потенциалов ионизации. Увеличение электронодонорных свойств объясняется положительным индуктивным эффектом алкильных групп.

Простые эфиры имеют более низкие температуры кипения и плавления, чем изомерные им спирты. Эфиры практически не смешиваются с водой. Это объясняется тем, что простые эфиры не образуют водородных связей, т.к. в их молекулах отсутствуют полярные связи О–Н.

Простые эфиры – малоактивные соединения, они значительно менее реакционноспособны, чем спирты. Хорошо растворяют многие органические вещества и поэтому часто используются как растворители.

Сложные эфиры

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой летучие, нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный запах. Так, например, бутилбутират имеет запах ананаса, изоамилацетат — груши и т. д.

Сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов — воскообразные вещества, не имеют запаха, в воде не растворимы.

Приятный аромат цветов, плодов, ягод в значительной степени обусловлен присутствием в них тех или иных сложных эфиров.

Жиры широко распространены в природе. Наряду с углеводородами и белками они входят в состав всех растительных и животных организмов и составляют одну из основных частей нашей пищи.

По агрегатному состоянию при комнатной температуре жиры делятся на жидкие и твердые. Твердые жиры, как правило, образованы предельными кислотами, жидкие жиры (их часто называют маслами) — непредельными. Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде.

2.2. Химические свойства эфиров

Простые эфиры

1. Простые эфиры — довольно инертные вещества. В отличие от сложных эфиров они (за некоторым исключением) не гидролизуются. На холоду простые эфиры не взаимодействуют с металлическим натрием, РСl5 и большинством разбавленных минеральных кислот. Однако концентрированные кислоты (H2SO4, HI) даже на холоду разлагают эти эфиры, а металлический натрий при нагревании их расщепляет:

2. Образование оксониевых соединений:

неподеленная пара электронов атома кислорода в эфире способна взаимодействовать с протоном сильной кислоты, образуя непрочное оксониевое соединение:

  1. Ацидолиз. Концентрированные кислоты: H2SO4, HJ или FeCl3 в уксусном ангидриде – расщепляют простые эфиры:

CH3—CH2—O—CH2—CH3 + HJ → CH3—CH2—OH + J—CH2—CH3

4. Реакция Шорыгина. Металлический натрий при нагревании расщепляет простые эфиры:

C2H5–O–C2H5 + 2Na → C2H5ONa + C2H5Na

5. Окисление эфиров, образование перекисей. Несмотря на относительную химическую инертность, эфиры легко образуют при хранении на воздухе перекиси:

Перекиси являются причиной взрывов в конце перегонки эфиров, поэтому эфиры тщательно очищают от перекисей перед перегонкой и применением:

Сложные эфиры

1. Реакция гидролиза, или омыления. Так как реакция этерификации является обратимой, то в присутствии кислот протекает обратная реакция гидролиза:Реакция гидролиза катализируется и щелочами; в этом случае гидролиз необратим, так как получающаяся кислота со щелочью образует соль:

2. Реакция присоединения. Сложные эфиры, имеющие в своем составе непредельную кислоту или спирт, способны к реакциям присоединения.3. Реакция восстановления. Восстановление сложных эфиров водородом приводит к образованию двух спиртов:4. Реакция образования амидов. Под действием аммиака сложные эфиры превращаются в амиды кислот и спирты:.

  1. ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ЭФИРОВ

3.1. Получение эфиров

Опыт 1. Получение простого диэтилового эфира

Реактивы и оборудование: смесь этилового спирта и концентрированной серной кислоты в объемном соотношении 1:1, этиловый спирт; пипетки, прямые газоотводные трубки с оттянутыми концами, пробирки.

Ход опыта: в сухую пробирку наливают 2—3 мл смеси этилового спирта и концентрированной серной кислоты (1:1) и осторожно нагревают до начинающегося кипения. Затем горелку убирают и к горячей смеси по стенке пробирки добавляют пипеткой 5—10 капель этилового спирта.

Реакции:

СН3—СН2—ОН + H2S04 СН3—СН2—OSO3H + Н2О

этилсерная кислота

CH3—СН2—OSO3H + СН3—СН3— О

СН3—СН2—О—СН2—СН3+ Н2SO4

диэтиловый эфир

Наблюдения: образование диэтилового эфира обнаруживают по запаху. Потом пробирку закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой с оттянутым концом, осторожно ее нагревают и поджигают выделяющийся эфир.

Опыт 2. Получение этилсерной кислоты

Реактивы и оборудование: этиловый спирт, концентрированная серная кислота, карбонат бария; стаканы на 50 мл, водяная баня, кипятильники, пробирки.

Ход опыта: в пробирку наливают 1 мл этилового спирта, затем осторожно по каплям при встряхивании добавляют 1 мл концентрированной серной кислоты. Полученную смесь нагревают 2—3 мин на водяной бане, а затем охлаждают.

Реакции:

H2SО4 + ¯ОSО3H

СН3—СН2—ОН > СН3—СН2—О—Н>

-OSO3H Н —Н2О

——-> СН3— СН2— OSO3H

Полученный раствор выливают в стакан с 25 мл дистиллированной воды и нейтрализуют его сухим карбонатом бария, который добавляют маленькими порциями при активном перемешивании стеклянной палочкой.

Наблюдения: сильное вспенивание реакционной смеси в результате выделения оксида углерода (IV).

Реакция:

2СН3— СН2—OSO3H + ВаСО3 → (СН3—СН2—ОSО3)2Ba + С02 + Н2О

Опыт 3. Получение этилового эфира борной кислоты

Реактивы и оборудование: борная кислота, этиловый спирт, концентрированная серная кислота, карбонат бария; прямые газоотводные трубки с оттянутыми концами, стаканы на 50 мл, водяная баня, кипятильники, пробирки.

Ход опыта: в сухой пробирке прокаливают 1 г борной кислоты до полного ее обезвоживания (пробирку необходимо держать в горизонтальном положении и периодически всю ее прогревать для удаления капелек воды). После полного расплавления кристалликов кислоты пробирку охлаждают. К затвердевшему плаву (оксиду бора(III)) добавляют 2,5 мл этилового спирта и 1 мл концентрированной серной кислоты. В пробирку вносят кипятильники, закрывают ее пробкой с прямой газоотводной трубкой с оттянутым концом и осторожно нагревают реакционную смесь на газовой горелке. При помощи лучины поджигают выделяющиеся пары у конца газоотводной трубки.

Наблюдения: пламя этилового эфира борной кислоты имеет характерное зеленое окрашивание.

Реакция:

2Н3В03 В2О3 + ЗН2О

В203 + 6СН3—СН2—ОН 2(СН3—СН2—О)3В + зн2о

этиловый эфир

борной кислоты

Опыт 4. Получение этилацетата

Реактивы и оборудование: этиловый спирт, ледяная уксусная кислота, концентрированная серная кислота, насыщенный раствор хлорида натрия; водяные бани, термометры, обратные холодильники к пробиркам, лед, пробирки.

Ход опыта: в сухую пробирку наливают 2 мл этилового спирта, 2 мл ледяной уксусной кислоты и 1 каплю концентрированной серной кислоты. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником и нагревают на водяной бане 5-10 мин при температуре около 70 °С.

Реакция:

H2S04(конц.)

СН3—СООН + СН3—СН2—ОН СН3—СО—О—СН2—СН3 + Н2О

Раствор охлаждают. Для выделения этилацетата к содержимому’ пробирки приливают 3—4 мл насыщенного раствора хлорида натрия.

Наблюдения: этилацетат в процессе высаливания всплывает, образуя слой бесцветной жидкости с приятным запахом.

Опыт 5. Получение изоамилацетата

Реактивы и оборудование: изоамиловый спирт, ледяная уксусная кислота, концентрированная серная кислота; водяные бани, термометры, обратные холодильники к пробиркам, лед, пробирки.

Ход опыта: в сухую пробирку наливаю 2 мл ледяной уксусной кислоты, 2 мл изоамилового спирта и 1 каплю концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирки тщательно перемешивают. Пробирку закрывают пробкой с обратным холодильником и нагревают на кипящей водяной 6ане 7—10 мин. Затем ее охлаждают, снимают обратный холодильник и переливают содержимое в другую пробирку с 2—3 мл ледяной воды.

Наблюдения: изоамилацетат всплывает на поверхности воды. Ощущается запах грушевой эссенции (нюхать осторожно, так как изоамилацетат вызывает раздражение верхних дыхательных путей).

Реакция:

(CH3)2 —CH—CH2 —CH2 —OH + CH3COOH →

(СН 3)2 —СН—СН2—СН2—О—СО—СН 3 + H2O

Вывод: простые и сложные эфиры получают в результате межмолекулярной дегидратации спиртов и спиртов и кислот соответственно.

3.2. Изучение химических свойств простых эфиров

Опыт 1. Открытие в окислившемся этиловом эфире уксусного альдегида

Реактивы: фуксинсернистая кислота, этиловый эфир, окислившийся этиловый эфир.

Ход опыта: в 2 микрохимические пробирки вводят по 2 капли насыщенного водного раствора фуксинсернистой кислоты. Затем в одну из них добавляют 2 капли чистого доброкачественного этилового эфира, а в другую —2 капли окислившегося этилового эфира.

Наблюдение: появление розового окрашивания в пробирке с окислившимся этиловым эфиром указывает на наличие в нем уксусного альдегида. В пробирке с чистым этиловым эфиром розовая окраска не появляется.

Реакция:

Фуксинсернистая кислота Хиноидный краситель

Опыт 2. Открытие в окислившемся этиловом эфире перекиси

Реактивы: серная кислота, йодистый калий, крахмал, этиловый эфир, окислившийся этиловый эфир.

Ход опыта: в 2 микрохимические пробирки вводят по 5 капель водного раствора йодистого калия, по 2 капли раствора серной кислоты и по 1 капле водного раствора крахмала. Затем в одну из них добавляют 2 капли чистого доброкачественного  этилового эфира, а в другую — 2 капли исследуемого окислившегося этилового эфира.

Наблюдения: появление синего окрашивания в пробирке с окислившимся этиловым эфиром указывает на наличие в нем перекиси, которая восстанавливает йод йодистого калия, а выделившийся йод окрашивает крахмал в синий цвет.

Реакция:

(С2Н5)2О3 + 4KJ + 2Н2О (С2Н5)2О + 4КОН + 2J2

В пробирке с чистым этиловым эфиром синее окрашивание не появляется.

Опыт 3. Отношение этилового эфира к металлическому натрию

Реактивы: металлический натрий, обезвоженный этиловый спирт, этиловый эфир.

Ход опыта: в микрохимическую пробирку (обязательно сухую) вводят 5 капель этилового эфира и кусочек металлического натрия (предварительно очищенного) величиной с просяное зернышко. При этом какой-либо реакции металлического натрия с эфиром не наблюдается.

В пробирку добавляют 5 капель обезвоженного этилового спирта.

Наблюдения: начинается выделение пузырьков газа (водорода) в связи с образованием алкоголята натрия.

Реакция:

2С2Н5ОН + NaOH 2C2H5ONa + H2

Вывод: простые эфиры являются довольно инертными веществами.

    1. Изучение химических свойств сложных эфиров

Опыт 1. Гидролиз этилацетата

Реактивы и оборудование: этилацетат, 20%-ный раствор серной кислоты, 30%-ный раствор гидроксида натрия; водяные бани, обратный холодильники к пробиркам, пробирки.

Ход опыта: в две пробирки наливают по 2—3 мл этилацетата. В первую добавляют 1 мл 20%-ного раствора серной кислоты, во вторую — 1 мл 30%-ного раствора гидроксида натрия. Пробирки закрывают пробками с обратными холодильниками, их содержимое энергично перемешивают и нагревают на водяной бане (t=70—75 °С) в течение 10 мин.

Реакция:

СН3СOOC2H5 + Н2О ↔ CH3COOH + C2H5OH

СН3СOOC2H5 + NaOH → СН3СОONa + C2H5OH

Механизм кислотного гидролиза:

Механизм щелочного гидролиза:

Вывод: гидролиз сложных эфиров в условиях кислотного катализа является обратимым, гидролиз же в щелочной среде необратим из-за образования карбоксилат-ионов RCOO−, не проявляющих электрофильных свойств. В щелочной среде реакция также идет быстрее. Гидроксид-ионы не только катализируют гидролиз, но и сдвигают равновесие в сторону образования кислоты и спирта, поскольку образующаяся кислота превращается в соль и выводится из равновесной смеси.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были рассмотрены:

1) общая характеристика простых и сложных эфиров;

2) номенклатура и изомерия простых и сложных эфиров;

3) физические свойства простых и сложных эфиров;

4) способы получения простых и сложных эфиров;

5) химические свойства простых и сложных эфиров;

6) применение простых и сложных эфиров;

7) экспериментальные способы получения и некоторые химические свойства простых и сложных эфиров.

СПИСОК использованной литературы

admin