Естери

Складні ефіри – загальна інформація

Естери складають одну з найважливіших груп сполук в органічній хімії . В основному вони є продуктами реакції карбонових кислот (але також неорганічних кислот) зі спиртами . Загальна формула складних ефірів R ₁ COOR ₂ (де R — алкільна група). Назви складних ефірів створюють на основі назв відповідних кислот, з яких їх одержано, або назв кислотних залишків і радикалів, що входять до складу складного ефіру, наприклад, етиловий ефір мурашиної кислоти або етилформіат. Їх характерною особливістю є запахи, які часто описують як фруктові. Естери отримують в реакції етерифікації. Це монокарбонові кислоти (мають у молекулі лише одну групу -COOH), у яких атом Гідрогену заміщений на алкільний радикал. Естери також піддаються реакціям гідролізу, тобто розпаду під впливом молекул води, в результаті чого карбонова кислота і спирт відновлюються. Гідроліз складних ефірів відносно легкий і його можна прискорити введенням у систему іонів водню або гідроксиду. Ще одна характерна реакція – омилення складних ефірів. Обробляючи їх гідроксидом натрію , отримують натрієву сіль кислоти та відповідний спирт. Отримані таким чином солі вищих карбонових кислот у хімії називають милами.

Реакція етерифікації

Реакція між карбоновими (або неорганічними) кислотами і спиртами називається етерифікацією. Цей процес призводить до утворення відповідного естеру. Атом водню з карбоксильної групи та гідроксильної групи об’єднуються, утворюючи молекулу води. При низьких температурах реакція етерифікації протікає дуже повільно і ніколи не завершується навіть після тривалого періоду часу. Після взаємодії значної кількості кислоти і спирту встановлюється рівноважний стан (швидкість утворення продуктів дорівнює швидкості їх розпаду і повторного перетворення на молекули субстрату). Таким чином, це оборотний процес. Швидкість, з якою ця реакція досягає стану хімічної рівноваги, залежить насамперед від сили кислоти, що бере участь, а також від температури, при якій відбувається весь процес. Сірчану (VI) кислоту часто використовують як каталізатор етерифікації. Кислота є донором іонів водню та зв’язуючим агентом для води, яка утворюється. Завдяки цьому вдається зрушити стан хімічної рівноваги на користь утворення продукту.

Властивості естерів

Фізичні та хімічні властивості ефірів органічних кислот:

• Естери нижчих карбонових кислот є легколеткими рідинами. Вони погано розчиняються у воді і мають меншу щільність порівняно з водою.
• Температури кипіння естерів нижчі порівняно з іншими органічними сполуками через відсутність водневих зв’язків між молекулами. Виняток становлять коротколанцюгові складні ефіри, наприклад етилацетат, який добре розчиняється у воді завдяки наявності водневих зв’язків.
• У міру зростання вуглецевого ланцюга в молекулах складних ефірів їх щільність і температура кипіння збільшуються, а їхні фізичні стани змінюються від маслянистих рідин до твердих речовин.
• Усі естери безбарвні.
• Переважна більшість складних ефірів має характерний фруктовий запах, наприклад, етилацетат, як у груші, і 3-метилбутилацетат, як у банана. Сполуки, отримані з вищих карбонових кислот, не мають запаху.
• Естери є хорошими розчинниками для широкого кола органічних сполук.

Естери неорганічних кислот

Реакція етерифікації неорганічних кислот зі спиртами призводить до утворення неорганічних складних ефірів.

Естери гідрацидів

Гідрациди, такі як соляна кислота (HCl) або бромистоводнева кислота (HBr), реагують зі спиртами, наприклад етанолом , що призводить до утворення відповідних молекул складного ефіру (етилхлориду, етилброміду) і молекули води. Реакція протікає інтенсивно в бік утворення продуктів за рахунок високої леткості ефірів гідроксиду (вони швидко випаровуються з реакційного середовища).

Ефіри сірчаної кислоти

Естери сульфатної (VI) кислоти мають велике значення в хімії. Для реакції етерифікації використовується концентрована кислота. Найпростішим у цій групі сполук є метиловий ефір сірчаної кислоти. Легко гідролізується і реагує з лугами . Перегонка цієї сполуки при зниженому тиску призводить до утворення дуже отруйного диметилового ефіру сірчаної кислоти. Як поверхнево-активні речовини використовують складні ефіри H ₂ SO ₄ і вищих спиртів.

Ефіри азотної кислоти

Ці сполуки унікальні, перш за все, своїми вибуховими властивостями. Тринітрат гліцерину, тобто популярний нітрогліцерин, отримують реакцією гліцерину (багатоатомного спирту) із сумішшю азотної та сірчаної кислот. Це безбарвна масляниста рідина. Він вибухає навіть під впливом слабкого поштовху або удару. Суміш нітрогліцерину та діатомової землі утворює динаміт. У медицині використовують етиловий і амілнітрит.

Жири

Жири мають велике практичне значення в хімії. З хімічної точки зору це складні ефіри (природного походження). Вони утворюються в результаті взаємодії гліцерину (полігідроксильний спирт, що містить три гідроксильні групи в молекулі) з вищими жирними кислотами . Складні ефіри часто називають гліцеридами. Їх хімічна структура різноманітна. У природі зустрічаються гомогенні гліцериди, тобто такі, в яких всі три гідроксильні групи етерифіковані однією кислотою, або змішані гліцериди, де кислотні залишки походять від двох, а іноді навіть трьох жирних кислот. До жирів належать насичені кислоти (наприклад, пальмітинова і стеаринова кислоти) і ненасичені кислоти (наприклад, олеїнова кислота). Зазвичай жири поділяють на тваринні та рослинні. Тваринні жири складаються із залишків насичених жирних кислот, які роблять їх твердими. До цієї групи відносять сало, риб’ячий жир (виняток: рідкий стан), сало, вершкове масло та ін. З іншого боку, молекули рослинних жирів містять ненасичені кислотні залишки, тому вони зазвичай рідкі. Прикладами рослинних жирів є оливкова олія, ріпакова олія, лляне масло та ін. Жири, як і інші складні ефіри, піддаються гідролізу. Під дією світла, вологи, бактерій і ферментів вони згіркнуть. Вони не розчиняються у воді, але дуже добре розчиняються в органічних розчинниках. Рідкі жири вищих ненасичених кислот можуть перетворюватися в насичені жири в процесі твердіння жиру. Це реакція гідрування, що відбувається в присутності нікелю як каталізатора. Гліцериди також піддаються гідролізу, в результаті якого вони розпадаються на гліцерин і відповідні жирні кислоти.