Изомерия сложных эфиров одноосновных карбоновых кислот

Сложные эфиры

Цель: познакомиться с составом, физическими и химическими свойствами сложных эфиров и жиров, с жирами в живом организме, с получением маргарина, мыла в промышленности, раскрыть понятие о синтетических моющих средствах.

Видео по данной теме: https://www.youtube.com/watch?v=kZX6bV9c1JQ

Определение

Сложные эфиры - производные кислот (карбоновых или минеральных, одноосновных или многоосновных), в которых атомы водорода гидроксильных групп -ОН замещены на углеводородные радикалы R.

Сложные эфиры карбоновых кислот обычно рассматривают как продукты реакции между кислотой и спиртом (реакция этерификации)

Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот R-C(O)-O-R'

Данное определение является формальным, так как механизм образования сложных эфиров карбоновых кислот намного сложнее, реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения и подробно рассмотрена в теме "Химические свойства карбоновых кислот".

Прилагательное «сложные» в названии эфиров помогает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами, являющимися производными спиртов.

Если исходная кислота многоосновная, то возможно образование либо полных эфиров – замещены все НО-группы, либо кислых эфиров – частичное замещение. Для одноосновных кислот возможны только полные эфиры

Номенклатура сложных эфиров

Существует несколько вариантов названий сложных эфиров, при этом могут использоваться как систематические, так и тривиальные названия радикалов и кислот.

1. Сокращенный вариант (по аналогии с названием солей). В соответствии с систематической номенклатурой, название сложного эфира образуется следующим образом: первым указывается название радикала R, присоединенного к кислоте, затем – название кислоты (корень слова) с суффиксом «оат» (по аналогии с суффиксом "ат" в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома). Например, этилпропан оат, метилэтан оат.

По сокращенному варианту может быть образовано и тривиальное название: к названию радикала R добавляется тривиальное название остатка кислоты (используется суффикс "ат"):

• форми ат - эфир мураьвиной кислоты (HCOOR),
• ацет ат - эфир уксусной кислоты (CH₃COOR)
• бутир ат - эфир масляной (бутановой) кислоты (CH₃CH₂CH₂COOR).

2. Полный вариант. К названию радикала R (по систематической номенклатуре) добавляется суффикс «овый», затем вставляется слово "эфир" и указывается название кислоты, например, этиловый эфир этановой кислоты или этиловый эфир уксусной кислоты. Название сложного эфира бутилпропионат в полном варианте будет выглядеть следующим образом: бутиловый эфир пропановой (пропионовой) кислоты.

Таким образом, возможно четыре варианта названия одного и того же эфира:

Определение

Щелочной гидролиз сложных эфиров, при котором происходит образование солей карбоновых кислот, называют омылением.

При гидролизе сложных эфиров глицерина и высших карбоновых кислот образуются мыла (подродно см. тему "Мыла"). В растворах разбавленных минеральных кислот соли карбоновых кислот превращаются в исходную карбоновую кислоту. Скорость гидролиза эфиров возрастает также при нагревании и в случае применения избытка воды.

2. Реакция восстановления. При восстановлении водородом сложных эфиров образуется смесь двух спиртов:

3. Взаимодействие с аммиаком. При взаимодействии сложных эфиров с аммиаком образуется амид соответствующей кислоты и спирт:

Жиры и масла

Определение

Жиры (триглицериды) — природные органические соединения, представляющие собой полные сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и одноосновных высших или средних жирных (предельных) кислот.

Жидкие жиры растительного происхождения называются маслами и представляют собой сложные эфиры глицерина и высших непредельных кислот.

Жиры являются главной составной частью животных жиров и растительных масел, присутствуют во всех животных и многих растительных тканях, особенно в семенах масличных культур (подсолнечника, оливы, всех орехов), входят в состав клеточных мембран и обеспечивают энергетический баланс в живых организмах. Для человека и многих животных являются одним из основных питательных компонентов.

Животные жиры при нормальных условиях - твердые вещества, имеющие невысокие температуры плавления. Животные жиры входят не только в состав жировой ткани, но также в больших количествах присутствуют в молоке и молочных продуктах (твороге, сметане, сыре, сливочном масле).

Строение жиров

Запомнить! Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала (одинаковых или разных), имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода.

 

Природные жиры чаще всего содержат следующие жирные кислоты:

1. Предельные (насыщенные):

• стеариновая (C₁₇H₃₅COOH)
• маргариновая (C₁₆H₃₃COOH)
• пальмитиновая (C₁₅H₃₁COOH)
• капроновая (C₅H₁₁COOH)
• масляная (C₃H₇COOH)

2. Непредельные (ненасыщенные) алкеновые:

• пальмитолеиновая (C₁₅H₂₉COOH),
• олеиновая (C₁₇H₃₃COOH)

3. Непредельные алкадиеновые кислоты:

• линолевая (C₁₇H₃₁COOH)

4. Непредельные алкатриеновые кислоты:

• линоленовая (C₁₇H₂₉COOH)

Растительные масла, характеризующиеся большим содержанием полиненасыщенных жирных кислот (льняное, конопляное, маковое, тунговое масло), известны под названием высыхающих масел, так как под действием кислорода воздуха они полимеризуются и затвердевают.

Номенклатура жиров

Номенклатура жиров довольно сложная. По систематической номенклатуре их называют триацилглицеринами. Для названия ацилов (остатков карбоновых кислот) используется суффикс "-оил".

Например: 1,3-диолеоил-2-стеароилглицерин.

В номенклатуре жиров также используются более простые тривиальные названия.

 

Определение

Если в состав молекулы жира входят глицерин и три одинаковых остатка какой-то одной карбоновой кислоты, то такие жиры называют моноацидными, или простыми триацилглицеринами.

В этом случае название молекулы жира образуется из названия жирной кислоты с указанием количества ее остатков в молекуле. Например, моноацидный жир, образованный из трех молекул стеариновой кислоты, называется тристеарин, образованный из пальмитиновой кислоты - трипальмитин, а из олеиновой кислоты - триолеин.

Определение

Если в состав молекулы жира входят остатки различных жирных кислот, то такой жир называется гетероацидным.

Гетероацидний жир может содержать или все три разных остатка жирных кислот, или два одинаковых остатка жирных кислот. Согласно этому образуется и название. Например, стеаропальмитоолеин или дистеаропальмитин.

Физические свойства

Жиры и масла хорошо растворяются в органических растворителях — бензоле, хлороформе, эфире, сероуглероде, петролейном эфире, горячем спирте (в холодном — труднее), ацетоне и не растворяются в воде. При опадании в воду они образуют два несмешивающихся слоя, причем поскольку плотность масел меньше плотности воды, то масло всегда будет в верхнем слое.

Жиры и масла гидрофобны, то есть не смачиваются водой, но при попадании на водную поверхность с неограниченной площадью (например, в реку или озеро), образуют на поверхности тонкую пленку, что обусловлено наличием сил поверхностного натяжения. При добавлении к жирам, находящимся в воде, поверхностно-активных веществ (ПАВ) — детергентов они способны образовывать стойкие гетерогенные системы - жировые эмульсии. Это свойство используется для приготовления мазей и кремов. Масла при взбивании с водой также способны образовывать эмульсии, примером такой гетерогенной системы является майонез.

Химические свойства жиров

Нейтральные жиры вступают во все химические реакции, свойственные сложным эфирам (продуктам замещения атомов водорода в ОН-группах минеральных или карбоновых кислот).

1. Жиры вступают в реакцию омыления (гидролиза), в результате которой из триглицеридов образуются глицерин и жирные кислоты. Омыление жиров может происходить как при каталитическом гидролизе, так и при действии на жиры кислот или щелочей. При щелочном гидролизе образуются мыла (подробно см. тему "Мыла")

2. Присоединение по двойным связям. Для получения из растительных масел жиров более твердой консистенции, использующихся в качестве жировой основы при производстве маргаринов, применяется гидрогенизация (гидрирование), т.е. насыщение молекул этих масел водородом.

3. При хранении, особенно на свету и при свободном доступе воздуха, жиры приобретают неприятный вкус — прогоркают. Установлено, что в прогоркании жиров главную роль играет химический процесс - окисление ненасыщенных жирных кислот кислородом воздуха. Получающиеся при этом перекиси разлагаются с образованием альдегидов.

Прогоркание может быть обусловлено и биохимическими процессами, протекающими под воздействием содержащихся в белках ферментов (липаз), при этом происходит гидролиз жиров и образование свободных жирных и ненасыщенных жирных кислот, которые окисляются затем до β-кетокислот (так называемое кетонное прогоркание жиров).

 

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Выполненное задание отправить по электронной почте [email protected]  

2. В теме письма указать: 10А(Б)_ФИ

3. Срок выполнения до 24:00 11.04.2020

Ответы на вопросы из прилагаемой презентации (слайды 13-21)

Слайд 21:

1) Баяндина, Бочкарева, Бояршинов, Тягур

2) Власова, Вяткин, Глухих

3) Голодняк, Дудорова, Дунин, Ширинкин

4) Ершова, Ковалев, Козак

5) Кондратьева, Леханов, Марчук, Шляпникова

6) Мирзаева, Плотников, Пожаринская

7) Рыбьякова, Сидоренко, Смирнова, Якушева

8) Тенишева, Тимурханова, Титов

 

Сложные эфиры

Цель: познакомиться с составом, физическими и химическими свойствами сложных эфиров и жиров, с жирами в живом организме, с получением маргарина, мыла в промышленности, раскрыть понятие о синтетических моющих средствах.

Видео по данной теме: https://www.youtube.com/watch?v=kZX6bV9c1JQ

Определение

Сложные эфиры - производные кислот (карбоновых или минеральных, одноосновных или многоосновных), в которых атомы водорода гидроксильных групп -ОН замещены на углеводородные радикалы R.

Сложные эфиры карбоновых кислот обычно рассматривают как продукты реакции между кислотой и спиртом (реакция этерификации)

Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот R-C(O)-O-R'

Данное определение является формальным, так как механизм образования сложных эфиров карбоновых кислот намного сложнее, реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения и подробно рассмотрена в теме "Химические свойства карбоновых кислот".

Прилагательное «сложные» в названии эфиров помогает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами, являющимися производными спиртов.

Если исходная кислота многоосновная, то возможно образование либо полных эфиров – замещены все НО-группы, либо кислых эфиров – частичное замещение. Для одноосновных кислот возможны только полные эфиры

Номенклатура сложных эфиров

Существует несколько вариантов названий сложных эфиров, при этом могут использоваться как систематические, так и тривиальные названия радикалов и кислот.

1. Сокращенный вариант (по аналогии с названием солей). В соответствии с систематической номенклатурой, название сложного эфира образуется следующим образом: первым указывается название радикала R, присоединенного к кислоте, затем – название кислоты (корень слова) с суффиксом «оат» (по аналогии с суффиксом "ат" в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома). Например, этилпропан оат, метилэтан оат.

По сокращенному варианту может быть образовано и тривиальное название: к названию радикала R добавляется тривиальное название остатка кислоты (используется суффикс "ат"):

• форми ат - эфир мураьвиной кислоты (HCOOR),
• ацет ат - эфир уксусной кислоты (CH₃COOR)
• бутир ат - эфир масляной (бутановой) кислоты (CH₃CH₂CH₂COOR).

2. Полный вариант. К названию радикала R (по систематической номенклатуре) добавляется суффикс «овый», затем вставляется слово "эфир" и указывается название кислоты, например, этиловый эфир этановой кислоты или этиловый эфир уксусной кислоты. Название сложного эфира бутилпропионат в полном варианте будет выглядеть следующим образом: бутиловый эфир пропановой (пропионовой) кислоты.

Таким образом, возможно четыре варианта названия одного и того же эфира:

Изомерия сложных эфиров одноосновных карбоновых кислот

Для сложных эфиров карбоновых кислот характерны следующие виды изомерии:

1. Изомерия углеродной цепи (углеродного скелета) начинается по кислотному остатку с бутановой кислоты, по спиртовому остатку — с пропилового спирта, например, этилбутирату изомерны этилизобутират, пропилацетат и изопропилацетат.

2. Изомерия положения сложноэфирной группировки —С(О)—О—. Этот вид изомерии начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее 4 атомов углерода, например этилацетат и метилпропионат.

3. Межклассовая изомерия с карбоновыми кислотами, например, изомером метилацетата является пропановая кислота:

CH₃COOCH₃ метилацетат

                                                                     Общая формула C₃H₆O₂.

CH3−CH₂COOH пропановая кислота.     

 

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