Сначала изучите: Карбоновые кислоты и сложные эфиры
Сложные эфиры — продукты взаимодействия карбоновых кислот и спиртов, то есть «дети» кислоты и спирта. Ароматы фруктов и цветов, жиры и растительные масла, воски — всё это сложные эфиры. Их применяют в пищевой промышленности как ароматизаторы, как растворители для лаков и красок, как сырьё для производства мыла и маргарина. Жиры — важнейший источник энергии для организма. В этой теме главное место занимают реакция этерификации и обратная ей реакция — гидролиз (особенно щелочной гидролиз, то есть омыление); в расчётных задачах часто спрашивают мольные соотношения жира, щёлочи и глицерина.
Общая формула R–COO–R′; эфиры предельных одноосновных кислот и одноатомных спиртов CₙH₂ₙO₂ — межклассовые изомеры карбоновых кислот
В молекуле сложного эфира группа –OH кислоты замещена на группу –OR′ спирта. Название: название радикала спирта + название кислотного остатка. CH₃COOC₂H₅ — этилацетат (этилэтаноат), HCOOCH₃ — метилформиат (метилметаноат), CH₃COOCH₃ — метилацетат.
Изомерия: по распределению атомов углерода между кислотной и спиртовой частью (C₃H₆O₂: метилацетат и этилформиат), по строению радикалов, а также межклассовая изомерия с карбоновыми кислотами (C₂H₄O₂: уксусная кислота и метилформиат).
Физические свойства: низшие эфиры — летучие жидкости с приятным запахом, мало растворимы в воде, поскольку между их молекулами нет водородных связей; поэтому они кипят значительно ниже изомерных кислот. Примеры душистых эфиров: изоамилацетат (запах груши), этилбутират (запах ананаса), изоамилизовалерат (запах яблок). Этилацетат — растворитель лаков и клеев.
Не путайте их с простыми эфирами (R–O–R′, например диэтиловый эфир C₂H₅–O–C₂H₅): их получают дегидратацией спиртов, и они изомерны спиртам.
CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O (конц. H₂SO₄, нагревание)
Реакция обратимая и медленная; концентрированная серная кислота служит катализатором и водоотнимающим средством. Опыт с меченым изотопом кислорода (¹⁸O) показал, что кислород выделяющейся воды берётся из группы –OH кислоты, а водород — из гидроксила спирта; кислород спирта остаётся в эфире.
Способы сместить равновесие в сторону эфира (принцип Ле Шателье): связывать воду (конц. H₂SO₄), брать один из реагентов в избытке, отгонять образующийся эфир.
12 г уксусной кислоты нагрели с избытком этанола, выход эфира 60 %. Сколько граммов этилацетата получено?
Гидролиз — разложение эфира водой на кислоту и спирт:
CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH
Для эфира одноосновной кислоты и одноатомного спирта n(эфира) = n(NaOH). Из этого соотношения удобно находить молярную массу эфира.
На омыление 7,4 г предельного сложного эфира израсходовано 0,1 моль NaOH. Найдите формулу эфира и назовите его изомеры.
Жир (триглицерид) — сложный эфир трёхатомного спирта глицерина и высших жирных кислот
В каждой молекуле жира три кислотных остатка. Важнейшие жирные кислоты: стеариновая C₁₇H₃₅COOH и пальмитиновая C₁₅H₃₁COOH (предельные), олеиновая C₁₇H₃₃COOH (одна двойная связь), линолевая C₁₇H₃₁COOH (две двойные связи).
Жиры не растворяются в воде, легче её, хорошо растворимы в органических растворителях. Непредельные жиры обесцвечивают бромную воду; йодное число — мера непредельности жира.
Гидрирование — превращение жидкого масла в твёрдый жир (маргарин, саломас): триолеин + 3H₂ → тристеарин (Ni, нагревание).
В организме жиры гидролизуются под действием фермента (липазы); при окислении 1 г жира выделяется около 39 кДж энергии — более чем вдвое больше, чем у белков и углеводов.
Функции жиров в организме: запас энергии, теплоизолирующий слой, защита внутренних органов, растворитель жирорастворимых витаминов (A, D, E, K). Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека и должны поступать с пищей. Воски — тоже сложные эфиры, но в них высшая жирная кислота связана не с глицерином, а с длинноцепочечным одноатомным спиртом (например, пчелиный воск). При долгом хранении на воздухе масла окисляются, появляются горький вкус и неприятный запах — это прогоркание жира.
Кислотный гидролиз: триолеин + 3H₂O ⇌ 3C₁₇H₃₃COOH + глицерин
Щелочной гидролиз (омыление): тристеарин + 3NaOH → 3C₁₇H₃₅COONa + глицерин
Мольное соотношение: жир : NaOH : глицерин : мыло = 1 : 3 : 1 : 3
Натриевые соли высших жирных кислот — твёрдое мыло, калиевые — жидкое мыло. Длинный углеводородный «хвост» молекулы мыла растворяется в жире, а ионная «головка» — в воде, поэтому мыло переводит грязь в воду. В жёсткой воде мыло образует с ионами Ca²⁺ и Mg²⁺ нерастворимые стеараты кальция и магния и не пенится. Синтетические моющие средства (сульфонаты) хорошо работают и в жёсткой воде. При производстве мыла жир кипятят с раствором щёлочи, затем добавляют поваренную соль, чтобы выделить мыло (высаливание), а из оставшегося раствора получают глицерин.
89 г тристеарина (M = 890) полностью омылили. Найдите массы мыла и глицерина.
Сколько литров H₂ (н.у.) нужно для полного гидрирования 0,1 моль триолеина (M = 884)?