Nomenklatur
Namnen på estrar härrör från namnet, kolväteradikalen a och syranamnet, i vilket suffixet "at" används istället för slutet "-syra" (som i namnen på oorganiska salter: natriumkarbonat , kromnitrat), till exempel:
(Fragment av molekyler och deras motsvarande fragment av namn markeras i samma färg.)
Estrar betraktas vanligtvis som reaktionsprodukter mellan en syra och en alkohol, till exempel kan butylpropionat betraktas som en reaktion mellan propionsyra och butanol.
Om det triviala namnet på utgångssyran används, inkluderas ordet "ester" i namnet på föreningen, till exempel C3H7COOC5H11 - smörsyraamylester.
Homolog serie
Isomeri
Estrar kännetecknas av tre typer av isomerism:
1. Isomerism av kolkedjan börjar vid syraresten med butansyra, för alkoholresten - med propylalkohol, till exempel:
2. Isomerism av estergruppens position -CO-O-. Denna typ av isomerism börjar med estrar, vars molekyler innehåller minst 4 kolatomer, till exempel:
3. Interklassisomerism, estrar (alkylalkanoater) är isomera till mättade monokarboxylsyror; t.ex:
För estrar som innehåller omättad syra eller omättad alkohol är ytterligare två typer av isomerism möjliga: isomerism av positionen för multipelbindningen; cis-trans-isomerism.
Fysikaliska egenskaper
Estrar av lägre homologer av syror och alkoholer är färglösa lågkokande vätskor med en behaglig lukt; används som aromatiska tillsatser till livsmedelsprodukter och i parfymeri. Estrar är dåligt lösliga i vatten.
Metoder för att erhålla
1. Extraktion från naturprodukter
2. Interaktion mellan syror och alkoholer (förestringsreaktioner); t.ex:
Kemiska egenskaper
1. Reaktionerna vid sur eller alkalisk hydrolys (förtvålning) är mest typiska för estrar. Dessa är reaktioner motsatta förestringsreaktioner. Till exempel:
2. Återvinning (hydrogenering) av komplexa zfirer, vilket resulterar i bildandet av alkoholer (en eller två); t.ex:
Estrar kan betraktas som derivat av syror i vilka väteatomen i karboxylgruppen ersätts med en kolväteradikal:
Nomenklatur.
Estrar är uppkallade efter syror och alkoholer, vars rester är involverade i deras bildning, till exempel H-CO-O-CH3 - metylformiat eller metylmyrsyra; - etylacetat eller etylacetat.
Metoder för att erhålla.
1. Interaktion mellan alkoholer och syror (förestringsreaktion):
2. Interaktion mellan syraklorider och alkoholer (eller alkalimetallalkoholater):
Fysikaliska egenskaper.
Estrar av lägre syror och alkoholer är vätskor lättare än vatten, med en behaglig lukt. Endast estrarna med det lägsta antalet kolatomer är lösliga i vatten. Estrar är mycket lösliga i alkohol och destillerad eter.
Kemiska egenskaper.
1. Hydrolys av estrar är den viktigaste reaktionen hos denna grupp av ämnen. Hydrolys med vatten är en reversibel reaktion. För att flytta jämvikten åt höger används alkalier:
2. Reduktion av estrar med väte leder till bildandet av två alkoholer:
3. Under inverkan av ammoniak omvandlas estrar till syraamider:
Fetter. Fetter är blandningar av estrar som bildas av den trevärda alkoholen glycerol och högre fettsyror. Allmän fettformel:
där R - radikaler med högre fettsyror.
Oftast innefattar fettsammansättningen de mättade syrorna palmitinsyra och stearinsyra och omättade syror oljesyra och linolsyra.
Få fett.
För närvarande är det bara praktiskt att få fett från naturliga källor av animaliskt eller vegetabiliskt ursprung.
Fysikaliska egenskaper.
Fetter bildade av mättade syror är fasta ämnen och omättade är flytande. Alla är mycket dåligt lösliga i vatten, väl lösliga i dietyleter.
Kemiska egenskaper.
1. Hydrolys eller förtvålning av fetter sker under påverkan av vatten (reversibelt) eller alkalier (irreversibelt):
Alkalisk hydrolys ger högre fettsyrasalter som kallas tvål.
2. Hydrogenering av fetter är processen att tillsätta väte till resterna av omättade syror som utgör fetter. I detta fall passerar resterna av omättade syror in i resterna av mättade syror och fetterna från flytande till fast ämne.
Av de viktigaste näringsämnena - proteiner, fetter och kolhydrater - har fetter de största energireserverna.
Derivat av karboxyl- eller oorganiska syror, i vilka väteatomen i hydroxylgruppen ersätts med en radikal, kallas estrar. Vanligtvis betecknas den allmänna formeln för estrar som två kolväteradikaler bundna till karboxylgruppen - CnH2n + 1 -COO-CnH2n + 1 eller R-COOR '.
Nomenklatur
Esternamn består av radikala och sura namn med suffixet "-at". Till exempel:
- CH3COOH - metylformiat;
- HCOOCH 3 - etylformiat;
- CH 3 COOC 4 H 9 - butylacetat;
- CH3-CH2-COO-C4H9 - butylpropionat;
- CH3-SO4-CH3 - dimetylsulfat.
De triviala namnen på syran som utgör föreningen används också:
- C 3 H 7 SOOS 5 H 11 - smörsyraamylester;
- HCOOCH 3 - metylester av myrsyra;
- CH3-COO-CH2-CH (CH3) 2 - isobutylester av ättiksyra.
Figur: 1. Strukturformler av estrar med namn.
Klassificering
Estrar är uppdelade i två grupper beroende på deras ursprung:
- karboxylsyraestrar - innehåller kolväteradikaler;
- oorganiska syraestrar - inkludera återstoden av mineralsalter (C2H5 OSO2OH, (CH30) P (O) (OH) 2, C2H5 ONO).
De mest olika är estrar av karboxylsyror. Deras fysiska egenskaper beror på strukturens komplexitet. Estrar av lägre karboxylsyror är flyktiga vätskor med en behaglig arom, högre är fasta ämnen. Dessa är dåligt lösliga föreningar som flyter på vattenytan.
Typerna av estrar av karboxylsyror visas i tabellen.
|
Se |
Beskrivning |
Exempel på |
|
Fruktestrar |
Vätskor vars molekyler inte innehåller mer än åtta kolatomer. De har en fruktig doft. Består av envärda alkoholer och karboxylsyror |
|
|
Vätska (oljor) och fasta ämnen som innehåller från nio till 19 kolatomer. Består av glycerol- och karboxyl- (fettsyrarester) |
Olivolja - en blandning av glycerol med rester av palmitinsyra, stearinsyra, oljesyra, linolsyra |
|
|
Torrsubstanser med 15-45 kolatomer |
CH3 (CH2) 14-CO-O- (CH2) 29 CH3 -myricylpalmitat |
Figur: 2. Vax.
Estrar av karboxylsyror är den viktigaste beståndsdelen i aromatiska eteriska oljor som finns i frukt, blommor och bär. Ingår också i bivax.
Figur: 3. Eteriska oljor.
Tar emot
Estrar är beredda på flera sätt:
- genom reaktion av förestring av karboxylsyror med alkoholer:
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O;
- reaktionen av karboxylsyraanhydrider med alkoholer:
(CH3CO) 20 + 2C2H5OH → 2CH3COOC2H5 + H2O;
- reaktionen av karboxylsyrasalter med halogenerade kolväten:
CH3 (CH2) 10 COONa + CH3Cl → CH3 (CH2) 10 COOCH 3 + NaCl;
- genom tillsats av karboxylsyror till alkener:
CH3COOH + CH2 \u003d CH2 → CH3COOCH 2 CH3 + H20.
Egenskaper
De kemiska egenskaperna hos estrar beror på den -COOH-funktionella gruppen. Esters huvudsakliga egenskaper beskrivs i tabellen.
Estrar används inom kosmetologi, medicin, livsmedelsindustri som smakämnen, lösningsmedel, fyllmedel.
Vad har vi lärt oss?
Från ämnet för den 10: e klassens kemilektion lärde de sig estrar. Dessa är föreningar som innehåller två radikaler och en karboxylgrupp. Beroende på ursprung kan de innehålla rester av mineral- eller karboxylsyror. Estrar av karboxylsyror är indelade i tre grupper: fetter, vaxer, fruktestrar. De är dåligt lösliga i vattensubstanser med låg densitet och behaglig arom. Estrar reagerar med alkalier, vatten, halogener, alkoholer och ammoniak.
Testa efter ämne
Bedömning av rapporten
Genomsnittligt betyg: 4.6. Totalt antal betyg: 88.
Om originalsyran är polybasisk, kan antingen kompletta estrar bildas - alla HO-grupper ersätts eller syraestrar är delvis substituerade. För monobasiska syror är endast fullständiga estrar möjliga (fig. 1).
Figur: ett. EXEMPEL PÅ ESTERS baserad på oorganisk och karboxylsyra
Esters nomenklatur.
Namnet skapas enligt följande: först anges gruppen R som är fäst vid syran, därefter namnet på syran med suffixet "at" (som i namnen på oorganiska salter: kol på natrium, nitr på krom). Exempel i fig. 2
Figur: 2. ESTERSNAMN... Fragment av molekyler och deras motsvarande fragment av namn markeras i samma färg. Estrar betraktas vanligtvis som reaktionsprodukter mellan en syra och en alkohol, till exempel kan butylpropionat betraktas som en reaktion mellan propionsyra och butanol.
Om du använder det triviala ( centimeter... TRIVIALNAMN AV ÄMNEN) namnet på den ursprungliga syran, därefter innehåller namnet på föreningen ordet "eter", till exempel C3H7 SOOS 5 H11 - smörsyraamylester.
Klassificering och sammansättning av estrar.
De flesta av de studerade och allmänt använda estrarna är föreningar härledda från karboxylsyror. Estrar baserade på mineraliska (oorganiska) syror är inte så olika, för klassen av mineralsyror är mindre än karboxylsyror (variationen av föreningar är ett av kännetecknen för organisk kemi).
När antalet C-atomer i startkarboxylsyra och alkohol inte överstiger 6–8 är motsvarande estrar färglösa oljiga vätskor, oftast med fruktig lukt. De utgör den fruktiga estergruppen. Om en aromatisk alkohol (som innehåller en aromatisk kärna) deltar i bildandet av en ester, har sådana föreningar vanligtvis en blommig snarare än fruktig lukt. Alla föreningar i denna grupp är praktiskt taget olösliga i vatten, men lättlösliga i de flesta organiska lösningsmedel. Dessa föreningar är intressanta för ett brett spektrum av trevliga aromer (tabell 1), några av dem isolerades ursprungligen från växter och syntetiserades senare artificiellt.
| Flik. ett. Vissa estrarmed en fruktig eller blommig arom (fragment av utgångsalkoholerna i föreningens formel och i namnet är i fetstil) | ||
| Ester Formula | namn | Doft |
| CH 3 COO C 4 H 9 | Butylacetat | päron |
| C 3 H 7 COO CH 3 | Metylny smörsyraester | äpple |
| C 3 H 7 COO C 2 H 5 | Etylny smörsyraester | ananas |
| C 4 H 9 COO C 2 H 5 | Etyl | djupröd |
| C 4 H 9 COO C 5 H 11 | Isoamilny isovalerinsyraester | banan |
| CH 3 COO CH2C6H5 | Bensylacetat | jasmin |
| C6H5COO CH2C6H5 | Bensylbensoat | blommig |
Med en ökning av storleken på de organiska grupperna som utgör estrarna, upp till C 15-30, får föreningarna konsistensen av plast, lätt mjukgörande ämnen. Denna grupp kallas vax och är i allmänhet luktfri. Bivax innehåller en blandning av olika estrar, en av komponenterna i vaxet, som vi lyckades isolera och bestämma dess sammansättning, är palmitinsyramyricylester С 15 Н 31 СООС 31 Н 63. Kinesiskt vax (produkt av isolering av cochineal - insekter i Östasien) innehåller cerylester av cerotinsyra C 25 H 51 SOOS 26 H 53. Dessutom innehåller vaxen både fria karboxylsyror och alkoholer som innehåller stora organiska grupper. Vaxer fuktas inte med vatten, lösliga i bensin, kloroform, bensen.
Den tredje gruppen är fetter. Till skillnad från de tidigare två grupperna baserade på envärda alkoholer ROH, är alla fetter estrar bildade av den trevärda alkoholen glycerol HOCH 2 –CH (OH) –CH 2 OH. Karboxylsyrorna i fetter har typiskt en kolvätekedja med 9-19 kolatomer. Animaliska fetter (koolja, lamm, ister) är lågsmältande ämnen av plast. Vegetabiliska fetter (olivolja, bomullsfrö, solrosolja) är viskösa vätskor. Animaliska fetter består huvudsakligen av en blandning av stearin- och palmitinsyraglycerider (fig. 3A, B). Vegetabiliska oljor innehåller glycerider av syror med en något kortare kolkedja: laurinsyra C 11 H 23 COOH och myristisk C 13 H 27 COOH. (som stearinsyra och palmitinsyra är dessa mättade syror). Sådana oljor kan lagras i luft under lång tid utan att ändra deras konsistens och kallas därför icke-torkande. Däremot innehåller linolja glyceriden av omättad linolsyra (figur 3B). När den appliceras i ett tunt skikt på ytan torkar sådan olja ut under påverkan av atmosfäriskt syre under polymerisation längs dubbelbindningar och bildar således en elastisk film olöslig i vatten och organiska lösningsmedel. På basis av linolja tillverkas naturlig torkande olja.
Figur: 3. GLYCERIDER AV STEAR- OCH PALMITISYRA (A OCH B)- komponenter av animaliskt fett. Linolsyra glycerid (B) är en komponent i linolja.
Estrar av mineralsyror (alkylsulfater, alkylborater som innehåller fragment av lägre alkoholer С 1–8) är oljiga vätskor, estrar av högre alkoholer (börjar med С 9) är fasta föreningar.
Esters kemiska egenskaper.
Det mest karakteristiska för karboxylsyraestrar är hydrolytisk (under inverkan av vatten) klyvning av esterbindningen; i ett neutralt medium går det långsamt och accelereras märkbart i närvaro av syror eller baser, eftersom joner H + och HO - katalyserar denna process (fig. 4A), och hydroxyljoner verkar mer effektivt. Hydrolys i närvaro av alkalier kallas förtvålning. Om vi \u200b\u200btar den mängd alkali som är tillräcklig för att neutralisera all syra som bildas, är estern helt förtvålad. Denna process utförs i industriell skala med produktion av glycerol och högre karboxylsyror (C 15-19) i form av alkalimetallsalter, vilka är tvål (fig. 4B). Fragment av omättade syror som finns i vegetabiliska oljor, som alla omättade föreningar, kan hydreras, väte tillsätts till dubbelbindningar och föreningar som liknar animaliska fetter bildas (figur 4B). Denna metod används i industrin för att erhålla fasta fetter baserade på solros-, sojabönor eller majsolja. Margarin är tillverkat av hydreringsprodukter av vegetabiliska oljor blandade med naturliga animaliska fetter och olika livsmedelstillsatser.
Den huvudsakliga syntesmetoden är interaktionen mellan karboxylsyra och alkohol, katalyserad av syra och åtföljd av frisättning av vatten. Denna reaktion är motsatsen till den som visas i Fig. 3A. För att processen ska gå i rätt riktning (syntes av en ester) destilleras (destilleras av) vatten från reaktionsblandningen. Särskilda studier med märkta atomer har visat att O-atomen, som är en del av det resulterande vattnet, frigörs från syran (markerad med en röd prickad ram) och inte från alkohol (den orealiserade varianten är markerad med en blå prickad ram).
På samma sätt erhålls estrar av oorganiska syror, till exempel nitroglycerin (figur 5B). I stället för syror kan syraklorider användas; metoden är tillämplig på både karboxylsyror (Fig. 5B) och oorganiska syror (Fig. 5D).
Interaktionen mellan karboxylsyrasalter och alkylhalider RCl leder också till estrar (fig. 5D), reaktionen är bekväm genom att den är irreversibel - det frisatta oorganiska saltet avlägsnas omedelbart från det organiska reaktionsmediet i form av en fällning.
Användningen av estrar.
Etylformiat НСООС 2 Н 5 och etylacetat Н 3 СООС 2 Н 5 används som lösningsmedel för cellulosa lacker (baserade på nitrocellulosa och cellulosaacetat).
Estrar baserade på lägre alkoholer och syror (tabell 1) används i livsmedelsindustrin för att skapa fruktessenser och estrar baserade på aromatiska alkoholer - i parfymindustrin.
Vaxar används för att göra polermedel, smörjmedel, impregneringskompositioner för papper (vaxpapper) och läder, och de ingår också i kosmetiska krämer och medicinska salvor.
Fetter tillsammans med kolhydrater och proteiner utgör en uppsättning livsmedel som är nödvändiga för näring, de är en del av alla växt- och djurceller, dessutom ackumuleras de i kroppen, de spelar rollen som en energireserv. På grund av den låga värmeledningsförmågan skyddar fettlagret djur (i synnerhet havsdjur - valar eller valrossar) från hypotermi.
Animaliska och vegetabiliska fetter är råvaror för att erhålla högre karboxylsyror, rengöringsmedel och glycerin (fig. 4), som används inom den kosmetiska industrin och som en komponent i olika smörjmedel.
Nitroglycerin (fig. 4) är ett välkänt läkemedel och explosivt, grunden för dynamit.
På basis av vegetabiliska oljor tillverkas torkande oljor (fig. 3), som utgör basen för oljefärger.
Svavelsyraestrar (fig. 2) används i organisk syntes som alkyleringsreagens (införande av en alkylgrupp i föreningen) och fosforsyraestrar (fig. 5) används som insekticider, liksom tillsatser till smörjoljor.
Mikhail Levitsky
Estrar är termiskt instabila: vid uppvärmning upp till 200 - 250 о С de sönderdelas i mycket mer stabil karboxylsyror och alkener, t.ex:
Om den första kolatomen i esterns alkoholdel har förgrening, erhålls två olika alken, och var och en av dem kan erhållas i form av två cis- och trans - isomerer:
Estrar kan hydrolyseras i sura, neutrala och alkaliska miljöer. Reaktionen är reversibel och dess hastighet beror på koncentrationen av den tillsatta starka syran. De kinetiska kurvorna, det vill säga kurvorna i tidskoncentrationskoordinater, är en fallande exponent för estern och samma stigande exponent för alkohol och karboxylsyra. Nedan följer ett diagram för hydrolysreaktionen i allmänhet:
Om ingen syra tillsätts observeras en autokatalytisk process: först börjar hydrolysen mycket långsamt, men samtidigt bildas en karboxylsyra - katalysatorn och processen accelererar och efter ett tag sjunker dess hastighet igen och koncentrationen av estern når jämvikt. Denna jämviktskoncentration, allt annat lika, skiljer sig inte på något sätt från den jämviktskoncentration som erhålls genom katalys med starka syror. Men tiden för att nå halveringstiden (t 1/2 ) mycket större:
Under verkan av alkalier "hydrolyserar" estrar också, men här är alkalin inte en katalysator utan ett reagens:
Estrar går in i en transförestringsreaktion med både alkoholer och syror:
För att flytta jämvikten mot bildandet av målestern tas alkohol - startreagenset i ett stort överskott. Vid interesterifiering med syra tas det i stort överskott.
Estrar reagerar med ammoniak och aminer... Jämvikten i dessa reaktioner förskjuts mycket starkt mot bildandet av syraamider och alkylamider: ett överskott av ammoniak eller amin behövs inte (!!!)
Estrar kan oxideras med starka oxidanter i en sur miljö. Uppenbarligen äger hydrolysen sig först och i själva verket oxideras endast den alkohol som bildas i denna process. Till exempel:
Estrar kan reduceras till alkoholer med natriummetall i ett alkoholmedium. Reaktionen föreslogs 1903 och studerades i detalj 1906 av de franska kemikerna Bouveau och Blanc och bär deras namn. Till exempel:
I två steg kan estrarna reduceras till alkoholer med användning av komplexa metallhydrider. I det första steget, vid användning av natriumtetrahydroborat, erhålles borsyraester och natriumalkoholat, i det andra steget hydrolyseras de till alkoholer:
I fallet med användning av litiumtetrahydridaluminat erhålls i det första steget aluminium och litiumalkoholater, och i det andra steget hydrolyseras de också till alkoholer:
| Ämnesnamn eller ämnesavsnitt | P. nr |
| Esters. Definition. | |
| Klassificering av estrar | |
| Ester nomenklatur | |
| Esters isomerism | |
| Interfunktionella isomerer av estrar | |
| Elektronisk och rumslig struktur av estrar på exemplet metylacetat | |
| Metoder för beredning av estrar | |
| Produktion av estrar genom växelverkan mellan karboxylsyror och alkener. | |
| Produktion av estrar genom växelverkan mellan karboxylsyror och alkyner. | |
| Framställning av estrar genom växelverkan mellan alkyner, kolmonoxid och alkoholer. | |
| Framställningen av estrar genom växelverkan mellan karboxylsyror och alkoholer är en förestringsreaktion. | |
| Erhållande av estrar genom växelverkan mellan klor (halogen) karboxylsyraanhydrider och alkoholer. | |
| Erhållande av estrar genom växelverkan mellan syrahalogenider och alkoholater. | |
| Produktion av estrar genom växelverkan mellan karboxylsyraanhydrider och alkoholer. | |
| Framställning av estrar genom växelverkan mellan karboxylsyraanhydrider och alkoholater | |
| Erhållande av estrar genom växelverkan mellan anhydrider och halider av karboxylsyror med fenoler. | |
| Framställning av estrar genom växelverkan mellan anhydrider och halider av karboxylsyror med fenolater (naftolater). | |
| Framställning av estrar genom interaktion av salter av karboxylsyror och halidalkyler | |
| Framställning av estrar från andra estrar genom syraförestringsreaktioner | |
| Framställning av estrar från andra estrar genom alkoholförestringsreaktioner. | |
| Att erhålla estrar från etrar genom att reagera dem med kolmonoxid | |
| Fysiska egenskaper, tillämpning och medico-biologisk betydelse av estrar | |
| Esters fysikaliska egenskaper | |
| Förhållandet mellan estrar och ljus | |
| Aggregerat tillstånd av estrar | |
| Beroendet av esters smält- och kokpunkter på antalet kolatomer i dem och strukturen. Tabell 1 | |
| Beroendet av esters kokpunkter på strukturen hos radikalen i deras alkoholdel. Tabell nr 2 | |
| Esters löslighet och lösningsmedelskraft | |
| Löslighet av estrar i vatten, etanol och dietyleter vid 20 ° C. Tabell 3 | |
| Esters upplösningsförmåga i förhållande till lack och färg samt till oorganiska salter | |
| Lukt av estrar. | |
| Lukten av estrar, deras användning, i naturen och giftiga egenskaper. Tabell 4 | |
| Biomedicinsk betydelse av estrar | |
| Esterformler - medicinska och biologiskt aktiva preparat | |
| Esters kemiska egenskaper | |
| Termisk nedbrytning av estrar i karboxylsyror och alkener | |
| Hydrolys av estrar i en sur miljö. Kinetiska kurvor. | |
| Hydrolys av estrar i vatten. Kinetiska kurvor för autokatalys. | |
| Reaktion av estrar med alkalier. Kinetiska kurvor. | |
| Transförestringsreaktionen av estrar med alkoholer och syror. | |
| Reaktion av estrar med ammoniak och aminer - erhållande av syraamider. | |
| Oxidationsreaktion av estrar med starka oxidanter i ett surt medium. | |
| Reduktionsreaktionen av estrar till alkoholer enligt Bouveau och Blanc | |
| Reduktionsreaktion av estrar till alkoholer med komplexa metallhydrider | |
| Innehåll |
