Как составить изомеры для сложных эфиров

Изомерия сложных эфиров

Сложные эфиры карбоновых кислот: Строение

Сложные эфиры являются производными карбоновых кислот, в молекулах которых группа -ОН (в карбоксильной группе) замещена на спиртовый остаток –O-R:

Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот R–COOR’, где R и R’ — углеводородные радикалы. В сложных эфирах муравьиной кислоты R – это атом водорода.

Общая формула сложных эфиров предельных одноосновных карбоновых кислот, имеющих в качестве спиртового остатка предельные одноатомные спирты совпадает с общей формулой карбоновых кислот: C_nH_2nO₂ или С_nH_2n+1-COO-С_nH_2n+1

Например, молекула метилацетата выглядит следующим образом:

Сложные эфиры карбоновых кислот: Классификация

Сложные эфиры карбоновых кислот можно разделить на три группы.

• Сложные эфиры, образованные низшими карбоновыми кислотами и спиртами. Например, этилацетат, метилпропионат, пропилформиат:

• Сложные эфиры, образованные высшими карбоновыми кислотами и высшими одноосновными спиртами (воски).

Воски делятся на:

• Растительные, например, пальмовый воск, японский воск
• Животные, например, пчелиный воск, шерстяной (шерстный) воск –
  ланолин, кожное сало, ушная сера.
• Ископаемые,  например, торфяной
  воск, буроугольный воск (монтан-воск) горный, воск (озокерит).
• Синтетические, например, канифоль — хрупкая стекловидная прозрачная масса.

Например, пчелиный воск – сложный эфир пальмитиновой кислоты и мирицилового спирта; кашалотовый воск (спермацет) сложный эфир пальмитиновой кислоты и цетилового спирта:

• Сложные эфиры, образованные трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жиры). См. раздел Жиры: Строение, получение, химические свойства

Сложные эфиры карбоновых кислот: Изомерия и номенклатура

Изомерия сложных эфиров карбоновых кислот

Для сложных эфиров характерны изомерия углеродной цепи, положения сложноэфирной группировки, и межклассовая виды изомерии. Для сложных эфиров, образованных непредельной кислотой или непредельным спиртом, возможна пространственная изомерия (цис- , транс-изомерия) и изомерия положения кратной связи.

• Изомерия углеродной цепи может наблюдаться по кислотному остатку, начиная с бутановой кислоты, и по спиртовому остатку, начиная с пропилового спирта. Например, сложный эфир с брутто формулой С₅H₁₀O₂ может иметь такие изомеры, как: метиловый эфир бутановой (масляной) кислоты, бутирату, метиловый эфир изобутановой (изомасляной) кислоты, пропиловый эфир уксусной кислоты и изопропиловый эфир уксусной кислоты  изомерны метилизобутират, пропилацетат и изопропилацетат.

• Изомерия положения сложноэфирной группировки наблюдается у сложных эфиров, состоящих не мене чем из 4 атомов углерода, например этиловый эфир пропановой кислоты и метиловый эфир бутановой (масляной) кислоты.

• Межклассовая изомерия. Сложные эфиры изомерны карбоновым кислотам, например, изомерами являются метиловый эфир уксусной кислоты (метилацетат) и пропановая кислота. 

• Изомерия положения кратной связи. Например, метиловый эфир 2-пентеновой кислоты и метиловый эфир 3-пентеновой кислоты:

• Пространственная цис-, транс-изомерия. Например, метиловый эфир цис-2-бутеновой кислоты и метиловый эфир транс-2-бутеновой кислоты:

Номенклатура сложных эфиров карбоновых кислот

Согласно систематической номенклатуры ИЮПАК названия сложных эфиров строятся исходя из названий двух остатков: спиртового и кислотного. К названию спиртового остатка прибавляют название кислотного остатка и суффикс –оaт, например:

Согласно тривиальной номенклатуры названия сложных эфиров строятся исходя из названий образующих его кислот и спиртов с добавлением слова эфир. Например:

Кроме этого, название сложного эфира может быть построено из названий кислотной и спиртовой частей, добавляя окончание «ый» и слово «эфир». Например, приведенное в примере соединение по этому правилу можно назвать маслянопропиловый эфир. 

Примеры названий сложных эфиров карбоновых кислот:

Для начала дадим определение и разберемся, почему эти эфиры — сложные.

Сложные эфиры или эсте́ры (от древнегреческого αἰθήρ — «эфир») — это класс соединений на основе неорганических (минеральных) или органических (карбоновых) одно- или многоосновных кислот, у которых атом водорода в гидроксогруппе замещен на радикал. Эпитет «сложные» они получили для того, чтобы их не путали с простыми эфирами — производными спиртов.

Общая формула сложных эфиров выглядит так:

Однако представители сложных эфиров муравьиной кислоты выглядят иначе. Для них общая формула приобретает такой вид:

Номенклатура сложных эфиров

Теперь поговорим о том, как называть представителей данного класса. Различают два способа, позволяющие назвать сложные эфиры: по систематической номенклатуре (ИЮПАК) или по рациональной номенклатуре. Рассмотрим оба варианта.

1. По номенклатуре ИЮПАК название строится следующим образом:

   

   Например:

   

2. По рациональной номенклатуре название строится так:

   

   Например:

   

   По этой же номенклатуре эфиры можно называть, используя четыре слова: радикал спирта + слово «эфир» + название кислоты + слово «кислота». Например, муравьинометиловый эфир можно иначе назвать метиловый эфир муравьиной кислоты:

   

   

Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту

Изомерия сложных эфиров

Возможна ли изомерия для сложных эфиров? Давайте разбираться.

1. Возможна изомерия углеродного скелета у радикала кислоты и радикала спирта при наличии трех и более углеродных атомов.

   

2. Изомерия положения функциональной группы:

   

3. Межклассовая изомерия также определяется общей формулой органических соединений. Например:

   

Физические свойства сложных эфиров

Агрегатное состояние сложного эфира напрямую зависит от молекулярной массы образующих его кислоты и спирта. Так, например, сложные эфиры низших и средних гомологов являются летучими жидкостями с характерным запахом. Чаще всего у них фруктовые или плодовые ароматы. Сложные эфиры хуже растворяются в воде, чем образующие их кислоты и спирты. Чем больше атомов углерода в составе сложного эфира, тем хуже его растворимость в воде.

Эфиры высших карбоновых кислот и высших одноатомных первичных спиртов — основа природного воска. Например, известный пчелиный воск — это сложный эфир пальмитиновой кислоты (C₁₅H₃₁COOH) и мирицилового спирта (С₃₁H₆₃OH).

Химические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры подвергаются гидролизу (разложению под действием воды), который бывает двух видов: в кислой среде и в щелочной. Рассмотрим каждый из этих видов.

• В кислой среде реакция протекает следующим образом:

  

  Эта реакция обратима, так как образующиеся в процессе кислота и спирт подвергаются взаимодействию с образованием этого же сложного эфира. Обратная реакция имеет название реакция этерификации.

• Щелочной гидролиз или реакция омыления:

  

  Этот вид гидролиза протекает необратимо, так как образовавшаяся в ходе реакции соль не может реагировать со спиртом.

Сложные эфиры можно восстановить водородом в присутствии катализатора до двух спиртов. Причем один из спиртов будет иметь в составе столько атомов углерода, сколько было в кислоте, а во втором спирте количество углерода будет соответствовать исходному спирту. Рассмотрим на примере:

Эфиры подвергаются полному окислению, то есть горят с образованием углекислого газа и воды:

Следующее химическое свойство относится только к тем сложным эфирам, которые образованы непредельной карбоновой кислотой. Сложные эфиры таких кислот могут подвергаться галогенированию. Посмотрим, как происходит эта реакция:

Способы получения сложных эфиров

1. Реакция этерификации.

   

   Реакция обратимая, поэтому требуется либо избыток одного из реагентов, либо отгонка образующегося сложного эфира, чтобы предотвратить обратную реакцию гидролиза.

2. Взаимодействие ангидрида карбоновой кислоты со спиртом с образованием сложного эфира и карбоновой кислоты.

   

3. Взаимодействие солей карбоновых кислот с галогеналканами.

   

Нахождение сложных эфиров в природе и применение

Сложные эфиры широко представлены в природе, но их количество минимально. Они участвуют в процессах, которые протекают в живых организмах, а также являются компонентами аромата ряда растений.

Некоторые эфиры получают искусственным способом. Например, за грушевый вкус в лимонаде отвечает уксусноизоамиловый эфир, а за яблочный — изовалерианоэтиловый эфир.

Помимо пищевой промышленности, сложные эфиры применяют в качестве растворителей для приготовления лаков, а также как пластификаторы для приготовления пластических масс.

Сложные эфиры на основе ароматических спиртов нашли применение в парфюмерной промышленности.

Среди
функциональных производных карбоновых
кислот особое место занимают сложные
эфиры – соединения, представляющие
карбоновые кислоты, у которых атом
водорода в карбоксильной группе заменен
углеводородным радикалом. Общая формула
сложных эфиров

Молекула
сложного эфира состоит из остатка
кисло­ты (1) и остатка спирта (2).

Названия
сложных эфиров произ­водят от названия
углеводородного радикала и названия
кислоты, в котором вместо окончания
«-овая кислота» используют суффикс
«ат», например:

Часто
сложные эфиры называют по тем остаткам
кислот и спир­тов, из которых они
состоят. Так, рассмотренные выше сложные
эфиры могут быть названы: уксусноэтиловый
эфир, кротоновометиловый эфир.

Для
сложных эфиров характерны три вида
изомерии: 1. Изомерия углеродной цепи,
начинается по кислотному остатку с
бутановой кислоты, по спиртовому остатку
– с пропилового спирта, например:

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

3.
Межклассовая изомерия, например:

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

Физические свойства

Сложные
эфиры низ­ших карбоновых кислот и
спиртов представляют собой летучие,
ма­лорастворимые или практически
нерастворимые в воде жидкости. Многие
из них имеют приятный запах. Так,
например, HCOOC₂H₅
– запах рома, HCOOC₅H₁₁
– вишни, HCOOC₅H₁₁-изо
– сливы, СН₃СООС₅Н₁₁-изо
– груши, С₃Н₇СООС₂Н₅
– абрикоса, С₃Н₇СООС₄Н₉
– ананаса, С₄Н₉СООС₅Н₁₁
– яблок и т.д

Сложные
эфиры имеют, как правило, более низкую
температуру кипения, чем соответствующие
им кислоты. Например, стеариновая кислота
кипит при 232 °С, а метилстеарат – при
215°С. Объясняется это тем, что между
молеку­лами сложных эфиров отсутствуют
водородные связи.

Сложные
эфиры высших жирных кислот и спиртов –
воскооб­разные вещества, не имеют
запаха, в воде не растворимы, хорошо
растворимы в органических растворителях.
Например, пчелиный воск представляет
собой в основном мирицилпальмитат
(С₁₅Н₃₁COOC₃₁Н₆₃)

Химические свойства

1.
Реакция гидролиза или омыления.

Реакция
этерификации является обратимой,
поэтому в присутствии кислот будет
проте­кать обратная реакция, называемая
гидролизом, в результате кото­рой
образуются исходные жирные кислоты и
спирт:

Реакция
гидролиза ускоряется под действием
щелочей; в этом случае гидролиз необратим:

так
как получающаяся карбоновая кислота
со щелочью образует соль:

2.
Реакция присоединения.

Сложные
эфиры, имеющие в своем составе непредельную
кисло­ту или спирт, способны к реакциям
присоединения. Например, при каталитическом
гидрировании они присоединяют водород.

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:

Механизм
протекания реакции этерификации.
Рассмотрим в качестве примера получение
этилового эфи­ра бензойной кислоты:

Каталитическое
действие серной кислоты состоит в
том, что она активирует молекулу
карбоновой кислоты. Бензойная кислота
протонируется по атому кислорода
карбонильной группы (атом ки­слорода
имеет неподеленную пару электронов, за
счет которой при­соединяется протон).
Протонирование приводит к превращению
частичного положительного заряда на
атоме углерода карбоксиль­ной группы
в полный, к увеличению его электрофильности.
Резо­нансные структуры (в квадратных
скобках) показывают делокализацию
положительного заряда в образовавшемся
катионе. Молекула спирта за счет своей
неподеленной пары электронов присоединяется
к активированной молекуле кислоты.
Протон от остатка спирта пе­ремещается
к гидроксильной группе, которая при
этом превращает­ся в «хорошо уходящую»
группу Н₂О. После этого отщепляется

молекула воды с одновременным выбросом
протона (возврат ката­лизатора).

Этерификация
– обратимый процесс. Прямая
реакция – обра­зование сложного
эфира, обратная – его кислотный гидролиз.
Для того чтобы сдвинуть равновесие
вправо, необходимо удалять из ре­акционной
смеси воду.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #