Сложные эфиры. Жиры. Мыла

Сложные эфиры образуются по реакции этерификации – между спиртом и кислотой.

Из уравнения реакции видно, что название этого эфира составляет название спирта и кислоты, из которой он образован. Поэтому сложные эфиры можно представить как производные карбоновых кислот, где гидроксогруппа замещена на остаток спирта.

Например, приведённый выше сложный эфир образовался от остатка этановой кислоты и остатка этилового спирта, поэтому он называется этиловый эфир уксусной кислоты. Пропилэтаноат состоит из остатка уксусной кислоты и остатка пропилового спирта.

Сложные эфиры содержат сложноэфирную группу. Общая формула сложных эфиров такая же, как и для карбоновых кислот: С_nH_2nO₂.

По правилам международной номенклатуры при названии сложных эфиров сначала называют остаток спирта, а затем остаток кислоты. Кроме этого есть ещё один способ названия сложных эфиров. В этом случае за основу берут кислотный остаток и связанный с ним радикал.

Назовём некоторые сложные эфиры. Первый эфир называется пропилэтаноат, или пропиловый эфир уксусной кислоты. Второй эфир называется этилметаноат, или этиловый эфир муравьиной кислоты.

Для сложных эфиров характерна изомерия углеродной цепи. Например, составим всевозможные изомеры состава С₅H₁₀O₂. Такими изомерами будут метилбутаноат, припилэтаноат, метил-2-метилпропаноат.

Для сложных эфиров характерна межклассовая изомерия с карбоновыми кислотами.

Рассмотрим физические свойства сложных эфиров.

Сложные эфиры простейших карбоновых кислот и спиртов представляют собой жидкости, часто имеющие приятный запах фруктов или цветов. Многие из них являются летучими, малорастворимыми и практически нерастворимыми в воде веществами. Но они хорошо растворимы в различных органических растворителях. Невысокие температуры кипения сложных эфиров обусловлены тем, что в его молекуле отсутствуют полярные группы – ОН.

Получить сложные эфиры можно несколькими способами. Например, по реакции этерификации, то есть в реакции карбоновых кислот со спиртами в присутствии неорганических кислот. В данных реакциях серная кислота выступает в роли катализатора. В результате нагревания смеси уксусной кислоты с этанолом образуется сложный эфир – этилэтаноат, или этиловый эфир этановой кислоты:

Образованный таким образом сложный эфир удаляется из реакционной смеси в виде газа и затем конденсируется в пробирке-приёмнике.

Соответственно, реакцию образования сложного эфира из карбоновой кислоты и спирта называют реакцией этерификации. Термин «эфир» впервые ввёл К. Шееле в конце 18 века.

Для сложных эфиров характерны реакции горения. Например, составим реакцию горения эметилформиата. При горении образуется углекислый газ и вода:

HCOOCH₃ + 2O₂ → 2CO₂↑ + 2H₂O.

Важной реакцией сложных эфиров является реакция их с водой в присутствии кислоты или щёлочи. Такие реакции называются гидролизом. Например, в результате гидролиза этилэтаноата в присутствии сильной неорганической кислоты образуются этановая кислота и этанол. Как видно, гидролиз сложного эфира является реакцией, обратной реакции этерификации. Если для проведения реакции этерификации использовались концентрированные растворы исходных веществ, то гидролиз, наоборот, проводят в избытке воды.

Для того чтобы предотвратить обратную реакцию – взаимодействие получающихся спирта и кислоты с образованием эфира – можно проводить гидролиз в присутствии щёлочи – щелочной гидролиз. В результате щелочного гидролиза этилэтаноата образуются этаноат натрия и этиловый спирт. Этот гидролиз необратим и называется омылением.

Основу жиров, или триглицеридов, составляют сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и карбоновых кислот. Символами в составе жира R₁, R₂ и R₃ являются углеводородные радикалы, которые входили в состав карбоновых кислот. Углеводородные радикалы в составе молекулы триглицерида могут быть одинаковыми или разными.

Свойства жиров во многом зависят от того, какие карбоновые кислоты входят в состав его. В составе жира могут быть одинаковые карбоновые кислоты, а могут быть все разные. Чаще всего эти кислоты имеют неразветвлённое строение и содержат чётное число атомов углерода.

Строение жиров было установлено в начале XIX века. А сам жир впервые синтезировал М. Бертло.

В жирах наиболее часто встречаются такие высшие насыщенные карбоновые кислоты, как пальмитиновая, стеариновая, а также ненасыщенные: олеиновая, линолевая и линоленовая.

Природные жиры бывают твёрдыми и жидкими. Жидкие жиры ещё называют маслами. В твёрдых жирах, как правило, преобладают остатки насыщенных карбоновых кислот, а в жидких – остатки ненасыщенных карбоновых кислот. Животные жиры в основном твёрдые, за исключением рыбьего жира, а растительные жиры в основном жидкие, за исключением кокосового масла.

Плотность жиров меньше плотности воды, жиры в воде не растворимы. Жиры растворяются в органических растворителях, таких как бензин, бензол, дихлорэтан, этанол.

Температура плавления жиров зависит от того, остатки каких карбоновых кислот входят в его состав.

Наличие большого количества остатков ненасыщенных карбоновых кислот обуславливает ценность их в качестве компонентов здорового питания.

Для жиров характерны реакции гидролиза. В результате кислотного гидролиза образуется глицерин и высшие карбоновые кислоты. При щелочном гидролизе образуется глицерин и соли насыщенных жирных кислот, которые называются мылами. Так, при щелочном гидролизе триcтеарата образуются глицерин и натриевая соль стеариновой кислоты, которая является мылом.

Для жиров характерны реакции окисления. Эти реакции характерны для тех триглицеридов, в составе которых содержатся остатки ненасыщенных карбоновых кислот. При этом жиры окисляются и полимеризуются. Это свойство используется для изготовления олифы и лаков.

Жиры при длительном хранении под действием влаги, кислорода, света, тепла приобретают неприятный запах и вкус. Этот процесс называется прогорканием.

Для жидких жиров, в состав которых входят остатки непредельных карбоновых кислот, свойственны реакции гидрирования. В качестве примера приведём уравнение реакции гидрирования триолеата глицерина до тристеарата глицерина.

Реакцией гидрирования из жидких жиров получают твёрдые. Впервые этот метод разработал русский химик С. А. Фокин.

Жиры, содержащие остатки непредельных карбоновых кислот, обесцвечивают раствор перманганата калия и бромную воду.

Мыла представляют собой растворимые в воде натриевые и калиевые соли высших жирных кислот, в основном пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Мыла обладают моющими свойствами, то есть способны удалять с отмываемой поверхности прилипшие частицы грязи, жира.

Но моющие свойства мыла в жёсткой воде утрачиваются, так как жёсткая вода содержит соли кальция и магния, а при их взаимодействии со стеаратами или пальмитатами калия и натрия образуются нерастворимые в воде кальциевые и магниевые соли высших карбоновых кислот. Поэтому при стирке в жёсткой воде образуется не пена, а хлопья осадка:

2С₁₇Н₃₅COONa + CaCl₂ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓ + 2NaCl.

СМС имеют ряд преимуществ: образование пены и моющее действие у них выше, чем у мыла, они сохраняют свои моющие свойства даже в жёсткой воде, так как их кальциевые и магниевые соли являются растворимыми. Если раствор мыла имеет щелочную среду, то раствор СМС имеет нейтральную среду.

Решим задачу. Для омыления 14,8 г неизвестного сложного эфира потребовалось 40 г раствора гидроксида натрия с массовой долей щёлочи 20 %. Установите формулу эфира.