Химические свойства сложных эфиров
Сложные эфиры — производные карбоновых кислот, в молекулах которых атом водорода гидроксильной группы замещён углеводородным радикалом. Для них особенно важны реакции гидролиза, горения и восстановления; знание этих превращений помогает распознавать продукты реакций и составлять уравнения.
Строение и общие свойства
Сложный эфир образован остатками карбоновой кислоты и спирта. Его общая функциональная группа — \(-\mathrm{COO}-\), а общая формула может быть записана так: \(\mathrm{RCOOR'}\), где \(\mathrm{R}\) и \(\mathrm{R'}\) — углеводородные радикалы. Например, этиловый эфир уксусной кислоты имеет формулу \(\mathrm{CH_3COOC_2H_5}\) и называется этилацетатом.
Сложные эфиры — органические вещества общей формулы \(\mathrm{RCOOR'}\), образованные взаимодействием карбоновой кислоты и спирта с отщеплением воды.
Низшие сложные эфиры обычно летучи, имеют характерные запахи, плохо растворяются в воде и хорошо растворяются в органических растворителях. При нагревании они могут разлагаться или вступать в обменные реакции. В отличие от простых эфиров, сложные эфиры содержат карбонильную группу \(\mathrm{C=O}\).
| Признак | Сложный эфир | Простой эфир |
|---|---|---|
| Функциональная группа | \(-\mathrm{COO}-\) | \(-\mathrm{O}-\) |
| Общий вид | \(\mathrm{RCOOR'}\) | \(\mathrm{ROR'}\) |
| Связь с кислотами | Производное карбоновой кислоты | Не содержит кислотного остатка |
| Типичная реакция | Гидролиз | Расщепление сильными реагентами |
| Пример | \(\mathrm{CH_3COOC_2H_5}\) | \(\mathrm{C_2H_5OC_2H_5}\) |
Получение: этерификация
Сложные эфиры получают реакцией этерификации — взаимодействием карбоновой кислоты со спиртом. Реакция обратима; обычно её проводят при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты. Кислота ускоряет реакцию и связывает воду.
В формуле \(\mathrm{RCOOR'}\) часть \(\mathrm{RCOO-}\) происходит от карбоновой кислоты, а радикал \(\mathrm{R'}\) после атома кислорода — от спирта. При гидролизе эти части снова превращаются в кислоту и спирт либо в соль кислоты и спирт.
При составлении уравнения этерификации важно сохранять число атомов углерода и правильно определять спирт. Например, в \(\mathrm{CH_3COOCH_3}\) содержатся остаток уксусной кислоты и метильная группа, значит, исходным спиртом был метанол.
Гидролиз сложных эфиров
Гидролиз — взаимодействие вещества с водой, приводящее к его расщеплению. Сложные эфиры гидролизуются в кислой или щелочной среде. Кислотный гидролиз обратим, а щелочной практически необратим, потому что образующаяся карбоновая кислота превращается в соль.
Омыление — щелочной гидролиз сложного эфира, при котором образуются соль карбоновой кислоты и спирт. Для эфиров высших карбоновых кислот соли являются мылами.
Например, при гидролизе этилацетата в щелочной среде образуются ацетат натрия и этанол.
Какие продукты образуются при щелочном гидролизе метилпропаноата \(\mathrm{CH_3CH_2COOCH_3}\)?
Разобранный пример: гидролиз эфира ЕГЭ-деңгей
Составим уравнение щелочного гидролиза пропилформиата \(\mathrm{HCOOC_3H_7}\).
Пропилформиат при омылении даёт формиат натрия и пропанол: \(\mathrm{HCOOC_3H_7 + NaOH \to HCOONa + C_3H_7OH}\).
Горение и окисление
Как и большинство органических веществ, сложные эфиры горят с образованием углекислого газа и воды. Для полного горения сначала определяют число атомов углерода и водорода, затем подбирают коэффициенты, а кислород балансируют последним.
При недостатке кислорода возможно неполное горение с образованием угарного газа или углерода. В школьных заданиях, если сказано «полное сгорание», всегда записывают \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\).
Эфиры могут окисляться и по углеводородному радикалу. В школьном курсе чаще всего требуется не конкретное уравнение окисления, а распознавание горения, гидролиза или омыления по реагентам и продуктам.
Эфиры высших кислот: жиры
Жиры — сложные эфиры высших карбоновых кислот и трёхатомного спирта глицерина. Поэтому их реакции подчиняются тем же закономерностям, что и гидролиз обычных сложных эфиров, но образуется сразу три остатка высших кислот.
Подробное строение жиров рассматривается на странице состава и строения жиров. Главное для реакций: три сложноэфирные связи разрываются тремя молекулами воды или щёлочи.
1. Не путайте кислотный гидролиз с омылением: в первом случае образуется \(\mathrm{RCOOH}\), во втором — \(\mathrm{RCOONa}\) или другая соль. 2. Не записывайте спирт как кислоту: радикал после атома кислорода определяет спиртовую часть. 3. При полном горении не оставляйте углерод или CO — продукты должны быть \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\). 4. Не смешивайте сложные эфиры с простыми эфирами: наличие группы \(\mathrm{-COO-}\) принципиально.
Сначала найдите в формуле фрагмент \(\mathrm{RCOOR'}\). Затем при гидролизе разделите его по связи между карбонильным углеродом и кислородом: кислотная часть даст кислоту или её соль, а \(\mathrm{R'}\) — спирт. После этого уравняйте атомы и проверьте коэффициенты.
Быстрая проверка
Главное
- Сложные эфиры имеют общую формулу \(\mathrm{RCOOR'}\) и образуются при этерификации кислоты и спирта.
- Кислотный гидролиз даёт карбоновую кислоту и спирт; щелочной гидролиз, или омыление, — соль кислоты и спирт.
- При полном горении сложных эфиров образуются \(\mathrm{CO_2}\) и \(\mathrm{H_2O}\).
- Жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот; при омылении образуются глицерин и мыла.
- В уравнении реакции определяйте кислотную и спиртовую части по расположению группы \(\mathrm{-COO-}\).