Презентация по химии на тему Сложные эфиры

Сложные эфиры. Жиры. Мыла

Сложные эфиры (1) Сложными эфирами называют производные карбоновых кислот, в которых атом водорода карбоксильной группы замещен на углеводородный радикал. Их состав соответствует общей формуле:

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Общая формула сложных эфиров такая же, как и у карбоновых кислот:CnH2nO2 Cложные эфиры могут быть образованы как органическим, так и не органическим способом:

Номенклатура сложных эфиров Сложные эфиры в большинстве своем называют по тем кислотам и спиртам, остатки которых участвуют в их образовании. По систематической номенклатуре сложные эфиры называют, прибавляя в качестве приставки название спиртового радикала к названию кислоты, в котором окончание “- овая” заменяется на “- оат”.

Изомерия сложных эфиров Изомерия сложных эфиров определяется изомерией радикалов кислот и спиртов, участвующих в их образовании. Сложные эфиры являются межклассовыми изомерами с карбоновыми кислотами, имея одинаковую общую формулу.

Физические свойства сложных эфиров Сложные эфиры простейших и средних представителей кислот и спиртов - жидкости, легче воды, летучие, в большинстве случаев обладающие приятным запахом фруктов. Температуры кипения и плавления сложных эфиров ниже температур кипения и плавления исходных органических кислот. В воде растворимы лишь сложные эфиры с наименьшим числом углеродных атомов. Большинство сложных эфиров плохо растворяется в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях.

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших одноатомных спиртов — летучие бесцветные жидкости с характерным, зачастую фруктовым запахом. Сложные эфиры высших карбоновых кислот — бесцветные твердые вещества, температура плавления зависит как от длин углеродных цепей ацильного и спиртового остатков, так и от их структуры. В ИК-спектрах сложных эфиров присутствуют характеристические полосы карбоксильной группы — валентных колебаний связей C=O на 1750—1700 см−1 и С—О на 1275—1050 см−1.

Такие реакции с кислородными нуклеофилами (водой и спиртами) зачастую катализируются кислотами за счет протонирования атома кислорода карбонила с образованием высокоэлектрофильного карбокатиона: RCOOR1 + H+ \to RC+OHOR1, который далее реагирует с водой (гидролиз) или спиртом (переэтерификация). Гидролиз сложных эфиров в условиях кислотного катализа является обратимым, гидролиз же в щелочной среде необратим из-за образования карбоксилат-ионов RCOO−, не проявляющих электрофильных свойств. Низшие сложные эфиры реагируют с аммиаком, образуя амиды, уже при комнатной температуре: так, например, этилхлорацетат реагирует с водным аммиаком, образуя хлорацетамид уже при 0 °C[2], в случае высших сложных эфиров аммонолиз идет при более высоких температурах.

Таблица 1. Показатели пожарной опасности сложных эфиров Кислоты Плотность r,кг/м3 tкип tвспышки tсамовосп НТПР ВТПР Метилацетат  СН3СООСН3 927 57,3 – 15 470 – 15 10 Этилацетат   СН3СООС2Н5 884 77,1 2 400 1 31 Бутилацетат СН3СООС4Н9 870 126,1 29 421 25 57 Амилацетат СН3СООС5Н11 877 148,4 25 360 20 58

Этилацетат – жидкость с приятным запахом, легко испаряется, плохо растворяется в воде. С воздухом этилацетат образует взрывоопасные смеси. Эфир способен к электризации. При контакте с сильными окислителями (перманганатом калия КMnO4, хромовым ангидридом CrO3, перекисью натрия Na2O2) самовозгорается.

Синтез эфиров Основные методы получения эфиров

Этерификация  — взаимодействие кислот и спиртов в условиях кислотного катализа, например получение этилацетата из уксусной кислоты и этилового спирта: СН3COOH + C2H5OH = СН3COOC2H5 + H2O Частным случаем реакции этерификации является реакция переэтерификации сложных эфиров спиртами, карбоновыми кислотами или другими сложными эфирами: RCOOR + ROH = RCOOR + ROHRCOOR + RCOOH = RCOOR + RCOOHRCOOR + RCOOR = RCOOR + RCOOR‘ . Реакции этерификации и переэтерификации обратимы, сдвиг равновесия в сторону образования целевых продуктов достигается удалением одного из продуктов из реакционной смеси (чаще всего — отгонкой более летучих спирта, эфира, кислоты или воды, в последнем случае при относительно низких температурах кипения исходных веществ используется отгонка воды в составе азеотропных смесей).

взаимодействие ангидридов или галогенангидридов карбоновых кислот со спиртами, например получение этилацетата из уксусного ангидрида и этилового спирта: (CH3CO)2O + 2 C2H5OH = 2 СН3COOC2H5 + H2O взаимодействие солей кислот с алкилгалогенидами RCOOMe + RHal = RCOOR + MeHal Присоединение карбоновых кислот к алкенам в условиях кислотного катализа (в том числе и кислотами Льюиса): RCOOH + RCH=CHR = RCOOCHRCH2R

Алкоголиз нитрилов в присутствии кислот: RCN + H+ RC+=NHRC+=NH + R’OH RC(OR)=N+H2RC(OR)=N+H2 + H2O RCOOR + +NH4 Алкилирование карбоновых кислот арилиакилтриазенами: ArN=NNHR + R1COOH R1COOR+ ArNH2 + N2

Применение Эфиры муравьиной кислоты: HCOOCH3 — метилформиат, tкип = 32 °C, растворитель жиров, минеральных и растительных масел, целлюлозы, жирных кислот, ацилирующий агент, используют в производстве некоторых уретанов, формамида. HCOOC2H5 — этилформиат, tкип = 53 °C, растворитель нитрата и ацетата целлюлозы, ацилирующий агент, отдушка для мыла, его добавляют к некоторым сортам рома, чтобы придать ему характерный аромат, применяют в производстве витаминов B1, A, E. HCOOCH2CH(CH3)2 — изобутилформиат несколько напоминает запах ягод малины. HCOOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилформиат (изопентилформиат) растворитель смол и нитроцеллюлозы. HCOOCH2C6H5 — бензилформиат, tкип = 202 °C, имеет запах жасмина, используется как растворитель лаков и красителей. HCOOCH2CH2C6H5 — 2-фенилэтилформиат имеет запах хризантем.

Эфиры уксусной кислоты: CH3COOCH3 — метилацетат, tкип = 58 °C, по растворяющей способности аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как его заменитель, однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон. CH3COOC2H5 — этилацетат, tкип = 78 °C, подобно ацетону растворяет большинство полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество в более высокой температуре кипения (меньшей летучести). CH3COOC3H7 — н-пропилацетат, tкип = 102 °C, по растворяющей способности подобен этилацетату. CH3COOCH(CH3)2 — изопропилацетат, tкип = 88 °C, по растворяющим свойствам занимает промежуточное положение между этил- и пропилацетатом. CH3COOC5H11 — н-амилацетат (н-пентилацетат), tкип = 148 °C, напоминает по запаху грушу, применяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чем этилацетат. CH3COOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилацетат (изопентилацетат), используется как компонент грушевой и банановой эссенций. CH3COOC8H17 — н-октилацетат имеет запах апельсинов.

Эфиры масляной кислоты: C3H7COOCH3 — метилбутират, tкип = 102,5 °C, по запаху напоминает ранет. C3H7COOC2H5 — этилбутират, tкип = 121,5 °C, имеет характерный запах ананасов. C3H7COOC4H9 — бутилбутират, tкип = 166,4 °C, C3H7COOC5H11 — н-амилбутират (н-пентилбутират) и C3H7COOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилбутират (изопентилбутират) имеют запах груш, а также служат растворителями в лаках для ногтей. Эфиры изовалериановой кислоты: (CH3)2CHCH2COOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилизовалерат (изопентилизовалерат) имеет запах яблока.

Применение в медицине В конце XIX — начале XX века, когда органический синтез делал свои первые шаги, множество сложных эфиров было синтезировано и испытано фармакологами. Они стали основой таких лекарственных средств, как салол, валидол и др. Как местнораздражающее и обезболивающее средство широко использовался метилсалицилат, в настоящее время практически вытесненный более эффективными

Жиры(2)

Жиры́, или триглицери́ды — природные органические соединения, полные сложных эфиров глицерина и одноосновных жирных кислот, входят в класс липидов. В живых организмах выполняют, прежде всего, структурную и энергетическую функции: они являются основным компонентом клеточной мембраны, а в жировых клетках сохраняется энергетический запас организма. Наряду с углеводами и белками, жиры — один из главных компонентов питания. Жидкие жиры растительного происхождения обычно называют маслами — так же, как и сливочное масло.

Состав жиров Состав жиров определили французские ученые М. Шеврель и М. Бертло. В 1811 году М. Шеврель установил, что при нагревании смеси жира с водой в щелочной среде образуются глицерин и карбоновые кислоты(стеариновая и олеиновая). В 1854 году химик М. Бертло осуществил обратную реакцию и впервые синтезировал жир, нагревая смесь глицерина и карбоновых кислот R¹, R² и R³ — радикалы (одинаковых или различных) жирных кислот.

Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала, имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода (содержание «нечетных» кислотных радикалов в жирах обычно менее 0,1 %). Жиры гидрофобны, практически нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях и частично растворимы в этаноле (5—10 %).

Природные жиры чаще всего содержат следующие жирные кислоты: Насыщенные: Алкановые кислоты: стеариновая (C17H35COOH) маргариновая (C16H33COOH) пальмитиновая (C15H31COOH) капроновая (C5H11COOH) масляная (C3H7COOH)

Ненасыщенные: 1)Алкеновые кислоты: пальмитолеиновая (C15H29COOH, 1 двойная связь) олеиновая (C17H33COOH, 1 двойная связь) 2)Алкадиеновые кислоты: линолевая (C17H31COOH, 2 двойные связи) 3)Алкадиеновые кислоты: линоленовая (C17H29COOH, 3 двойные связи) арахидоновая (C19H31COOH, 4 двойные связи, реже встречается) В состав некоторых входят остатки и насыщенных, и ненасыщенных карбоновых кислот.

Животные жиры Чаще всего в животных жирах встречаются стеариновая и пальмитиновая кислоты, ненасыщенные жирные кислоты представлены в основном олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами. Физико-химические и химические свойства жиров в значительной мере определяются соотношением входящих в их состав насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.

Растительные масла В растениях жиры содержатся в сравнительно небольших количествах, за исключением семян масличных растений, в которых содержание жиров может быть более 50 %.

Свойства жиров Энергетическая ценность жира приблизительно равна 9,3 ккал на грамм, что соответствует 39 кДж/г. Таким образом, энергия, выделяемая при расходовании 1 грамма жира, приблизительно соответствует, с учетом ускорения свободного падения, поднятию груза весом 39000 Н (массой ≈ 4000 кг) на высоту 1 метр. При сильном взбалтывании с водой жидкие (или расплавленные) жиры образуют более или менее устойчивые эмульсии (см. гомогенизация). Природной эмульсией жира в воде является молоко.

Кислоты в жирах

Физические свойства Жиры — вязкие жидкости или твёрдые вещества, легче воды. Их плотность колеблется в пределах 0,9—0,95 г/см³. В воде не растворяются, но растворяются во многих органических растворителях (бензол, дихлорэтан, эфир и др.)

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.

Гидролиз жиров Гидролиз для жиров характерен, так как они являются сложными эфирами. Он осуществляется под действием минеральных кислот и щелочей при нагревании. Гидролиз жиров в живых организмах происходит под влиянием ферментов. Результат гидролиза — образование глицерина и соответствующих карбоновых кислот: С3H5(COO)3-R + 3H2O ↔ C3H5(OH)3 + 3RCOOH Расщепление жиров на глицерин и соли высших карбоновых кислот проводится обработкой их щёлочью — (едким натром), перегретым паром, иногда — минеральными кислотами. Этот процесс называется омыление жиров. С3H5(COO)3-(C17H35)3 + 3NaOH → C3H5(OH)3 + 3C17H35COONa тристеарин (жир) + едкий натр → глицерин + стеарат натрия (мыло)

Гидрирование жиров В составе растительных масел содержатся остатки ненасыщенных карбоновых кислот, поэтому они могут подвергаться гидрированию. Через нагретую смесь масла с тонко измельченным никелевым катализатором пропускают водород, который присоединяется по месту двойных связей ненасыщенных углеводородных радикалов. В результате реакции жидкое масло превращается в твёрдый жир. Этот жир называется саломасом, или комбинированным жиром.

Пищевые свойства жиров Жиры являются одним из основных источников энергии для млекопитающих. Эмульгирование жиров в кишечнике (необходимое условие их всасывания) осуществляется при участии солей жёлчных кислот. Энергетическая ценность жиров примерно в 2 раза выше, чем углеводов, при условии их биологической доступности и здорового усвоения организмом. Насыщенные жиры расщепляются в организме на 25—30 %, а ненасыщенные жиры расщепляются полностью. Благодаря крайне низкой теплопроводности жир, откладываемый в подкожной жировой клетчатке, служит термоизолятором, предохраняющим организм от потери тепла (у китов, тюленей и др.).

Применение жиров Пищевая промышленность (в частности, кондитерская). Фармацевтика Производство мыла и косметических изделий Производство смазочных материалов

Мыла(3)

— жидкий или твёрдый продукт, содержащий поверхностно-активные вещества, в соединении с водой используемый либо как косметическое средство — для очищения кожи и ухода за ней (туалетное мыло), либо как средство бытовой химии — в качестве моющего средства (хозяйственное мыло). Мыла, соли высших жирных (С8-С18), нафтеновых и смоляных кислот, одни из основных моющих средств. Технические смеси водорастворимых (калиевых, натриевых, аммониевых и три-этаноламмониевых) солей этих кислот называют щелочными мылами, водонерастворимые соли, содержащие металлы II, III и других групп (например, Са, Mg, Ni, Mn, Al, Co, Pb и других) - металлическими. Щелочные мыла получают главным образом из стеариновой, пальмитиновой, лауриновой, олеиновой, нафтеновых кислот, канифоли и таллового масла.

Состав В химическом отношении основным компонентом твёрдого мыла является смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые, реже — калиевые и аммониевые соли таких кислот, как стеариновая, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая. Один из вариантов химического состава твёрдого мыла — C17H35COONa (жидкого — C17H35COOK). Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, обладающие моющим действием, а также ароматизаторы, красители и порошки.

С увеличением молярной массы растворимость мыла в воде уменьшается. Растворимость высокомолекулярных мыл повышается в присутствии низкомолекулярных. В зависимости от природы катиона мыла по растворимости в воде располагают в ряд: NH+4 >, К+ >, Na+ >, Li+. мыла в водных растворах гидролизуются. С повышением температуры и понижением концентрации и величины рН гидролиз усиливается: водные растворы мыла имеют щелочную реакцию. С увеличением молярной массы способность мыла к гидролизу возрастает, причем мыла насыщенных жирных кислот подвергаются гидролизу сильнее, чем ненасыщенных, добавление щелочи к раствору мыла подавляет гидролиз. Под действием минеральных кислот мыла разлагаются с выделением свободных жирных кислот.

КРИТИЧЕСКИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ НЕКОТОРЫХ МЫЛ

Виды мыла 1)Хозяйственное мыло При охлаждении клеевого мыла получается хозяйственное мыло. Твёрдое мыло содержит 40−72 % основного вещества, 0,1−0,2 % свободной щёлочи, 1−2 % свободных карбонатов Na или К, 0,5−1,5 % нерастворимого в воде остатка.

2)Мыло ручной работы Мыло возможно производить вручную несколькими способами. При этом в него могут добавляться эфирные масла, тёртые орехи, молотый кофе, кокосовое масло и т. п., отдушки и ароматизаторы. Один из способов — перетирание и расплавление уже готового мыла (например, детского). Кусок мыла измельчают на тёрке или ножом, разбавляют водой или иной желаемой жидкостью (например, отвары трав), затем вся масса растапливается на водяной бане. Когда масса становится однородной, её снимают с огня и добавляют эфирные масла и другие ингредиенты по желанию. Трудность этого способа состоит в том, что готовое мыло, используемое мыловаром, довольно тугоплавко и процесс его переваривания долгий. Этот способ используется новичками в мыловарении, поскольку не требует значительных финансовых затрат.

Мыло ручной работы может быть также сделано из специальной мыльной основы, продающейся в специализированных магазинах. Основа также может быть растоплена на водяной бане или в микроволновой печи. В отличие от мыла, полученного промышленным путём, мыло ручной работы хуже мылится, поскольку входящие в состав мыльной основы ингредиенты более щадящие и мягкие. По той же причине оно быстрее истрачивается, чем аналогичного веса промышленное мыло. Мыло, произведённое из непосредственно щёлочи и жиров вручную, требует от мыловара соблюдения техники безопасности при работе с щёлочью. С другой стороны, полный контроль за процессом создания мыла позволяет мыловару создать именно тот продукт, который ему нужен.

3)Жидкое мыло По консистенции является вязкой жидкостью. По химическому составу большинство сортов жидкого мыла заметно отличаются от твёрдого мыла и ближе к шампуням, в частности, включают синтетические ПАВ, а также смягчающие кожу средства и отдушки. Жидкое мыло используется в качестве моющего средства, для мытья рук, как гель для ухода за телом и антибактериальное средство.

Дозаторы Дозатор позволяет использовать различные виды жидкого мыла. Дозатор является несложным механизмом, устроенным так, что при нажатии на клапан из ёмкости вытекает порция мыла. Дозаторы могут быть установлены в умывальных и ванных комнатах на предприятиях, в гостиницах, ресторанах, школах, общественных туалетах, в быту, крепятся на стену или помещаются на горизонтальную поверхность (флакон). Некоторые сорта жидкого мыла выпускаются уже во флаконах с дозаторами.

дозатор