Строение, номенклатура и общая формула

Сложные эфиры — это производные карбоновых кислот, в которых атом водорода гидроксильной группы замещён на алкильный или арильный радикал. Функциональная группа: $\mathrm{-COO-}$ (эфирная связь).

Общая формула: $\mathrm{R_1{-}COO{-}R_2}$ , где $\mathrm{R_1}$ — атом водорода (для эфиров муравьиной кислоты) или алкильный/арильный радикал, а $\mathrm{R_2}$ — алкильный/арильный радикал. Общая формула эфиров насыщенных одноосновных карбоновых кислот и насыщенных одноатомных спиртов: $\mathrm{C_nH_{2n}O_2}$ ( $n \ge 2$ ).

Номенклатура: название образуется из названия алкильного радикала спирта и названия кислотного остатка (с суффиксом -ат). Например, $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$ – этилацетат, $\mathrm{HCOOCH_3}$ – метилформиат.

Изомерия

Для сложных эфиров характерна структурная изомерия:

Изомерия углеродного скелета (в радикалах $\mathrm{R_1}$ или $\mathrm{R_2}$ ).

Сложные эфиры являются межклассовыми изомерами с карбоновыми кислотами. Соединения с общей формулой $\mathrm{C_nH_{2n}O_2}$ могут быть как насыщенными одноосновными карбоновыми кислотами, так и сложными эфирами. Например, для $\mathrm{C_3H_6O_2}$ изомерами являются пропионовая кислота ( $\mathrm{CH_3CH_2COOH}$ ), метилацетат ( $\mathrm{CH_3COOCH_3}$ ) и этилформиат ( $\mathrm{HCOOC_2H_5}$ ).

Получение и физические свойства

Получение (реакция этерификации): Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами с отщеплением воды. Реакция обратима и проводится в присутствии катализатора (концентрированной $\mathrm{H_2SO_4}$ ): $\mathrm{R_1COOH + R_2OH \rightleftharpoons R_1COOR_2 + H_2O}$ Например: $\mathrm{3CH_3COOH + C_3H_5(OH)_3 \rightleftharpoons (CH_3COO)_3C_3H_5 + 3H_2O}$ (уксусная кислота + глицерин $\rightleftharpoons$ глицерилтриацетат + вода).

Физические свойства:

Низкомолекулярные сложные эфиры — бесцветные жидкости с приятным фруктовым запахом.
Плохо растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях.
В отличие от спиртов и кислот, не образуют межмолекулярных водородных связей, поэтому их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов и кислот.
Их плотность меньше плотности воды.

Химические свойства и применение

Гидролиз (омыление): Сложные эфиры реагируют с водой, образуя кислоту и спирт. Эта реакция ускоряется в кислотной или щелочной среде.

Кислотный гидролиз (обратимый): $\mathrm{R_1COOR_2 + H_2O \rightleftharpoons R_1COOH + R_2OH}$
Щелочной гидролиз (необратимый, омыление): $\mathrm{R_1COOR_2 + NaOH \to R_1COONa + R_2OH}$ Эта реакция используется при получении мыла из жиров (сложных эфиров высших карбоновых кислот и глицерина).

Переэтерификация: Взаимодействие сложного эфира с другим спиртом приводит к образованию нового сложного эфира и спирта. $\mathrm{R_1COOR_2 + R_3OH \rightleftharpoons R_1COOR_3 + R_2OH}$

Восстановление (гидрирование): Сложные эфиры восстанавливаются водородом до спиртов. $\mathrm{R_1COOR_2 + 2H_2 \xrightarrow{\text{катализатор}} R_1CH_2OH + R_2OH}$

Применение:

В пищевой промышленности как ароматизаторы (эссенции).
В качестве растворителей (этилацетат, бутилацетат).
В производстве пластификаторов, лаков, красок.
В парфюмерии и косметике.
В производстве мыла и моющих средств (гидролиз жиров).

Запомните

Общая формула сложных эфиров: $\mathrm{R_1COOR_2}$ или $\mathrm{C_nH_{2n}O_2}$ .
Получаются реакцией этерификации спиртов и карбоновых кислот (обратимая).
Приятно пахнущие жидкости, плохо растворимы в воде, температуры кипения ниже, чем у соответствующих кислот и спиртов.
Основное химическое свойство — гидролиз (в кислотной или щелочной среде).
Являются межклассовыми изомерами с карбоновыми кислотами.

Разобранные примеры

Пример 1
Назовите по международной номенклатуре следующее соединение и напишите его межклассовый изомер: $\mathrm{CH_3CH_2COOCH_3}$ .
Решение
1. Это метиловый эфир пропионовой кислоты. По международной номенклатуре его название — метилпропионат.
2. Молекулярная формула соединения — $\mathrm{C_4H_8O_2}$ .
3. Межклассовым изомером с такой формулой будет насыщенная одноосновная карбоновая кислота. Например, масляная (бутановая) кислота $\mathrm{CH_3CH_2CH_2COOH}$ .
Ответ: Метилпропионат; межклассовый изомер: масляная кислота ( $\mathrm{CH_3CH_2CH_2COOH}$ ).
Пример 2
Напишите реакцию гидролиза этилацетата в щелочной среде.
Решение
Этилацетат ( $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$ ) при гидролизе в щелочной среде (например, с гидроксидом натрия) образует соль уксусной кислоты (ацетат натрия) и этанол. Эта реакция называется реакцией омыления и является необратимой.

$\mathrm{CH_3COOC_2H_5 + NaOH \to CH_3COONa + C_2H_5OH}$

Ответ: $\mathrm{CH_3COOC_2H_5 + NaOH \to CH_3COONa + C_2H_5OH}$ .

Проверьте себя

Сначала решите сами, потом откройте ответ.

Какое соединение не является сложным эфиром?
1. $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$
2. $\mathrm{HCOOCH_3}$
3. $\mathrm{CH_3CH_2COOH}$
4. $\mathrm{C_2H_5COOCH_3}$
5. $\mathrm{CH_3COOCH_3}$
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C $\mathrm{CH_3CH_2COOH}$
$\mathrm{CH_3CH_2COOH}$ — это пропионовая кислота, то есть карбоновая кислота, а не сложный эфир. Остальные варианты являются сложными эфирами.
Сколько граммов этилацетата получится из 60 г уксусной кислоты и 46 г этанола, если выход реакции составляет 80%? ( $\mathrm{M(CH_3COOH)=60}$ , $\mathrm{M(C_2H_5OH)=46}$ , $\mathrm{M(CH_3COOC_2H_5)=88}$ г/моль)
1. 88 г
2. 70,4 г
3. 44 г
4. 35,2 г
5. 52,8 г
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: B 70,4 г
Уравнение реакции: $\mathrm{CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O}$ Количества веществ стехиометричны: $\nu(\mathrm{CH_3COOH}) = 60/60 = 1$ моль, $\nu(\mathrm{C_2H_5OH}) = 46/46 = 1$ моль. Теоретически должно образоваться 1 моль этилацетата, то есть 88 г. При выходе реакции 80% фактически получится $88 \cdot 0{,}80 = 70{,}4$ г этилацетата.
Какой сложный эфир при гидролизе образует уксусную кислоту и пропанол-1?
1. Метилацетат
2. Этилпропионат
3. Пропилацетат
4. Метилпропионат
5. Бутилацетат
Показать ответСкрыть ответ
Правильный ответ: C Пропилацетат
Уксусная кислота ( $\mathrm{CH_3COOH}$ ) даёт ацетатную часть, а пропанол-1 ( $\mathrm{CH_3CH_2CH_2OH}$ ) — пропильную часть. Следовательно, сложный эфир должен быть пропилацетатом ( $\mathrm{CH_3COOCH_2CH_2CH_3}$ ).

Типичные ошибки

Забывать, что сложные эфиры являются межклассовыми изомерами с карбоновыми кислотами.
Считать реакцию этерификации необратимой.
Не учитывать, что щелочной гидролиз (омыление) является необратимым и приводит к образованию соли кислоты, а не самой кислоты.

Всё ещё не до конца понятно?

Объяснит тему голосом, как на уроке, запишет всё на доске и проверит вопросами.

Изучить с Живым репетитором Решить задачу по фото