Урок 22. Сложные эфиры. Жиры
план-конспект урока по химии (10 класс)

Урок 22. Сложные эфиры. Жиры

Состав, строение, номенклатура сложных эфиров. Реакция этерификации

Сложные эфиры — это органические вещества, образующиеся при взаимодействии кислот и спиртов (реакции этерификации).

Дополнительная информация

Реакции этерификации

Реакции этерификации

Сложные эфиры могут образовывать и неорганические кислородсодержащие кислоты, а спирты, участвующие в реакции этерификации, могут быть не только одноатомными, но и многоатомными.

Например:

Тринитрат глицерина (или нитроглицерин) — это взрывчатое вещество, а в медицине — это сосудорасширяющее средство при сердечно-сосудистой недостаточности.

«Нитроглицерин» — условное название, ведь в типичных нитросоединениях нитрогруппа соединена с атомом углерода, а в нитроглицерине?

Нитроглицерин, точнее тринитрат глицерина, — это сложный эфир.

б) При образовании простого диэтилового эфира в результате действия серной кислоты на этанол в качестве промежуточного соединения образуется этилсерный эфир (этилсерная кислота):

В реакции этерификации могут участвовать и двухосновные кислоты, и двухатомные спирты:

Полученный сложный эфир содержит как гидроксильную группу, так и карбоксильную группу, следовательно, он может далее вступать в реакцию этерификации с получением полимерного продукта — полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэфира:

Напомним, что реакцию получения полимера с образованием побочного низкомолекулярного вещества называют реакцией поликонденсации.

Из ПЭТ изготавливают прозрачные пленки, пластиковые бутылки для шипучих напитков и минеральной воды, синтетическое волокно лавсан.

Дополнительная информация

Номенклатура сложных эфиров

Номенклатура сложных эфиров

Сложные эфиры называют разными способами:

а) по названию спиртового радикала и названию карбоновой кислоты, добавляя слово «эфир»;

б) по названию спиртового радикала и названию кислоты, в котором окончание -овая заменяют на -оат;

в) по названию спиртового радикала и общепринятому названию кислотного остатка.

Например:

Сложные эфиры, образованные муравьиной кислотой, имеют общую формулу

Получение этилового эфира уксусной кислоты

1. Наливаем в круглодонную колбу смесь равных объемов этилового спирта, уксусной кислоты и серной кислоты.

2. Плотно закрываем колбу пробкой с газоотводной трубкой, свободный конец которой направляем в приемник, помещенный в смесь воды со льдом.

3. Нагреваем смесь в колбе на водяной бане. Наблюдаем за конденсацией сложного эфира в газоотводной трубке, служащей холодильником, и за сбором конденсата в приемнике.

4. Переливаем содержимое приемника в стакан с насыщенным раствором поваренной соли. Эфир «высаливается» и всплывает наверх. Он летуч, имеет характерный запах, плотность его меньше, чем у воды. Непрореагировавшие кислота и спирт растворяются в воде и образуют нижний слой.

Дополнительная информация

Скорость реакции этерификации

Скорость реакции этерификации

На скорость реакции этерификации существенное влияние оказывает строение молекул кислоты и спирта. Это влияние было подробно изучено в конце прошлого столетия русским ученым Н.А. Меншуткиным.

Разветвление углеродной цепи в молекулах спирта (пространственное строение) и увеличение длины углеводородного радикала молекул спирта и кислоты (природа веществ) приводят к снижению скорости реакции этерификации и уменьшению выхода сложного эфира.

Состав предельных сложных эфиров и одноосновных карбоновых кислот отвечает одной и той же формуле CnH2nO2.

Это изомеры с общей формулой С4H8O2.

Напишите примеры структурных изомеров с общей формулой С4H8O2, отличающихся длиной радикалов и строением углеродного скелета. Назовите их.

Ответ

Это интересно!

Термин «эфир» впервые применил к синтезированному веществу в 1782 г. Карл Шееле. В труде «Исследования и заметки об эфире» он также указал, что катализатором данной реакции служат минеральные кислоты, в частности серная.

В 1759 г. де Лаурагваис, перегоняя «крепкую уксусную кислоту с винным спиртом», получил некоторое количество жидкости, запах которой отличался от запаха исходных веществ. Это был уксусноэтиловый эфир:

Физические свойства сложных эфиров, применение

Низкомолекулярные сложные эфиры — бесцветные, летучие жидкости, почти не растворимы в H2O, ρ < 1 г/см3, многие имеют характерные фруктовые или цветочные запахи.

Сложные эфиры имеют характерные запахи.

В природе эти вещества являются важными составляющими эфирных масел: лаванды, полыни лимонной, шалфея, эвкалипта, розы и др.

Применение:

Высшие сложные эфиры (образованные высшими карбоновыми кислотами и высшими спиртами) — это воски. Они легкоплавки, не растворимы в H2O.

В природе: встречаются в виде пчелиного воска, кашалотового воска (спермацет); на поверхности многих плодов и листьев растительные воскоподобные вещества образуют защитную пленку.

Применение

Дополнительная информация

Воски

Воски

Пчелиный воск содержит смесь различных сложных эфиров, один из компонентов воска, который удалось выделить и определить его состав, представляет собой мирициловый эфир пальмитиновой кислоты С15Н31СООС31Н63.

Китайский воск (продукт выделения кошенили — насекомых Восточной Азии) содержит цериловый эфир церотиновой кислоты С25Н51СООС26Н53.

Температуры кипения сложных эфиров значительно ниже, чем у изомерных им карбоновых кислот. Почему?

Ответ

Температуры кипения сложных эфиров значительно ниже, чем у изомерных им карбоновых кислот, из-за отсутствия межмолекулярных водородных связей.

Это интересно!

Известный американский ученый Ф. Вант подсчитал, что в течение года растения выделяют 175 млн тонн эфирных масел.

Это интересно!

Прополис (пчелиный клей), всем известный как удивительное лечебное средство, имеет следующий состав: около 50% смол и бальзамов, 30 — 40% воска, 5 — 10% пыльцы, 8 — 10% эфирных масел, а также витамины, микроэлементы, бензойная кислота.

Восковая живопись

Существует так называемая восковая живопись (энкаустика) — техника, в которой связующим краски веществом служит воск. Выполняется расплавленными либо растворенными в летучих маслах красками или эмульсией (восковая темпера).

Это интересно!

Cкрипки великого Страдивари обрели свои исключительные качества только благодаря лаку из прополиса, собранного в окрестностях Кремоны.

Это интересно!

В пищевой промышленности синтетические и природные воски используются в качестве

глазирователей (E901 — 903, 908 — 910).

Химические свойства

Сложноэфирная функциональная группа достаточно устойчива к действию различных реагентов. Легко протекают лишь реакции горения и гидролиза сложных эфиров.

Многие сложные эфиры — легковоспламеняющиеся жидкости.

Гидролиз сложного эфира — это реакция взаимодействия его с водой, при которой образуются кислота и спирт. Таким образом, гидролиз сложного эфира — реакция, обратная реакции этерификации:

Исторически первым примером такой реакции было расщепление сложных эфиров высших жирных кислот в присутствии щелочи, что привело к получению мыла (С17H35COONa, C15H31COONa).

Поэтому щелочной гидролиз сложных эфиров часто называют омылением, он необратим, так как образуется соль, не вступающая в реакцию со спиртом.

Омыление — реакция щелочного гидролиза сложных эфиров.

Напишите уравнение реакции щелочного гидролиза этилового эфира уксусной кислоты.

ОтветСН3СООС2Н5  +  NaOH→ СН3СООNa  +  С2Н5OH

Это интересно!

Как повествует Библия, пророк Моисей пас овец и однажды увидел, «что терновый куст горит огнем, но … не сгорает». Действительно, среди синайских песков растет кустарник диптам, который в тех местах до сих пор называют «куст Моисея». Он выделяет летучие эфирные масла, которые воспламеняются под действием лучей солнца.

Жиры

В 1811 г. французский ученый Э. Шеврель, нагревая жиры с водой в щелочной среде, получил глицерин и мыло. На основании этого эксперимента был установлен состав жиров.

Жиры — это «трижды сложные» эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот (жирных).

Портрет M. Бертло

В 1854 г. французский химик М. Бертло впервые синтезировал жир. Упрощенно этот процесс можно записать так:

Природные жиры — это чаще всего триглицериды, образованные различными кислотами.

Масштабная модель молекулы жира (тристеарата)

Жирные кислоты

• Предельные кислоты (С3H7COOH масляная, C15H31COOH пальмитиновая, C17H35COOH стеариновая) образуют, как правило, твердые жиры. Это жиры животного происхождения. Исключение, как вы знаете, составляют рыбьи жиры. 
• Непредельные кислоты (С17H33COOH олеиновая, C17H31COOH линолевая, C17H29COOH линоленовая) образуют жидкие жиры — масла. Масла — жиры растительного происхождения. Исключение — твердое пальмовое масло.

Твердый жир

Жидкие жиры

Дополнительная информация

Жирные кислоты в природе

Жирные кислоты в природе

Это интересно!

Из семян рапса получают рапсовое масло — источник линолевой кислоты.

 Рапс

Это интересно!

Французский ученый Поль Сабатье в 1912 г. был удостоен Нобелевской премии за разработку катализатора процесса гидрирования (в том числе растительных масел).

Это интересно!

Горчица — масличное растение, испокон веку главное ее назначение — давать масло. В длинном стручке прячутся мелкие бурые семена, они-то и богаты маслом. Его в них до 35%. Горчичное масло применяют в парфюмерии для приготовления кремов и лучших сортов туалетного мыла, а фармацевты используют его в изготовлении жидких мазей (линиментов).

Свойства жиров, значение и применение

Дополнительная информация

Cостав маргарина

Cостав маргарина

В составе маргарина, кроме саломаса, есть также каротин, придающий желтоватую окраску, сквашенное молоко, повышающее антибактериальные свойства и придающее вкус, витамины А и D, специальные вещества, придающие запах, а также природные поверхностно-активные вещества, связывающие отдельные компоненты этой сложной смеси.

Превращение жиров пищи в живом организме упрощенно выглядит так:

Жиры — высококалорийные вещества.

Рассмотрите диаграммы:

1. Сравнительная энергетическая ценность (калорийность) основных компонентов пищи

2. Жиры — высококалорийное топливо

Мыла

Мыла, как вы знаете, это натриевые и калиевые соли высших жирных кислот. Мыла похожи на жиры своими длинными углеводородными радикалами. А поскольку «подобное растворяется в подобном», то с этим, в частности, связано моющее действие мыл.

Дополнительная информация

Механизм действия мыла

Механизм действия мыла

Рассмотрим упрощенно механизм действия мыла.

Диссоциация стеарата натрия в водном растворе:

Гидрофобность (от гидро- и греч. phobos — «боязнь», «страх») — «боязнь воды».

Гидрофильность (от гидро- и греч. phileo — «любовь») — «любовь к воде».

«Подобное растворяется в подобном»: гидрофобная часть стеарат-иона проникает в гидрофобное загрязняющее вещество (жир).

Каждая частица жира окружается гидрофильной оболочкой. Гидрофильные группы взаимодействуют с полярными молекулами воды.

Частичка загрязнения отрывается от поверхности ткани и переходит сначала в моющий раствор, а затем выносится на поверхность.

Модель моющего действия мыла

Моющее действие мыл связано также с частичным гидролизом соли:

В щелочной среде жиры, которые входят в состав загрязнений, омыляются с образованием жирных кислот.

Мыла, получаемые из жиров или синтетических кислот, плохо моют в жесткой воде, т. к. образующиеся при этом кальциевые и магниевые соли высших карбоновых кислот не растворимы в воде. Вместо пены образуются хлопья осадка: (C17H35COO)2Ca↓,  (C17H35COO)2Mg↓ — и мыло расходуется бесполезно.

Этих недостатков лишены синтетические моющие средства (СМС) — современные стиральные порошки, называемые еще детергентами. Однако детергенты медленно разлагаются в сточных водах и загрязняют окружающую среду.

Дополнительная информация

Синтетические моющие средства

Синтетические моющие средства

Основой синтетических моющих средств (СМС), называемых также детергентами, являются соли кислых сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты:

Натриевая соль цетилсерной кислоты является составной частью некоторых стиральных порошков. Эта соль не гидролизуется (ведь она образована сильным основанием и сильной кислотой), ее раствор имеетнейтральную среду, а поэтому не разрушает чувствительные к щелочам волокна. Кальциевые и магниевые соли цетилсерной кислоты растворимы в воде. А получают это моющее средство из непищевого сырья.

Это интересно!

Главная составная часть шоколада — масло, которое выделяют из какао-бобов. Это плоды дерева какао. Они были завезены в Европу из Америки Христофором Колумбом. Ацтеки использовали их для приготовления особого напитка «чокоатль» («горькой воды»), отсюда и название «шоколад». Напиток употребляли в пищу с перцем. Испанские кондитеры уже в XVI в. научились готовить и какао, и шоколад. Плоды дерева какао — сырье для производства какао и шоколада.

Это интересно!

До XIX в. для освещения улиц и домов использовали китовый жир или сало.

Это интересно!

У кита толщина слоя подкожного жира достигает 1 м, что позволяет животному жить в холодной воде.

Это интересно!

Император Наполеон III пообещал крупный приз тому, кто сумеет найти дешевый заменитель сливочного масла в рационе солдат. В 1869 г. появился на свет «маргарин», полученный французским химиком Меж-Мурье