Сложные эфиры

Содержание

Введение……………………………………………………………………..3

1. Литературный  обзор……………………………………………….……..5

1.1. Строение……………………………………………………….………..5

1.2. Номенклатура и изомерия ……………………………………….…….6

1.3. Физические свойства и нахождение в природе.....................................7

1.4. Химические свойства………………………………………………..….7

1.5. Получение…..…………………………………………………………...8

1.6. Применение ………………….……………………………………….…9    

 1.6.1 Применение сложных эфиров неорганических кислот…….….…9          

 1.6.2 Применение сложных эфиров органических кислот ………..….12          2. Материальный баланс ………………………..……………….………...15  

Заключение …………………………………………………………….….. 19

Литература ……………..…………………………………………………..20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Среди функциональных производных кислот особое место занимают сложные эфиры  - класс соединений на основе минеральных (неорганических) или органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в ОН-группе замещен органической группой R. Прилагательное «сложные» в названии эфиров помогает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами. Если исходная кислота многоосновная, то возможно образование либо полных эфиров, замещены все ОН-группы, либо кислых эфиров, частичное замещение. Для одноосновных кислот возможны только полные эфиры (рис.1).

Рис. 1. Примеры сложных эфиров на основе неорганической и карбоновой кислоты.

      Сложные эфиры делятся в зависимости от того, производной какой кислоты они являются (неорганической или карбоновой). Среди сложных эфиров особое место занимают природные эфиры — жиры и масла, которые образованы трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами, содержащими четное число углеродных атомов.

     Жиры  входят в состав растительных и животных организмов и служат одним из источников энергии живых организмов, которая  выделяется при окислении жиров.  Цель моей работы заключается в подробном ознакомлении с таким классом органических соединений, как сложные эфиры и углублённом рассмотрении области применения отдельных представителей этого класса.  

Задание:

     Составить материальный баланс реактора одностадийного дегидрирования н-бутана. Определить степень одностадийности процесса и состав контактного газа.

     Исходные  данные: производительность установки по бутадиену 

120 000 г/год;  расходный коэффициент по бутану на 1 т бутадиена 2,05; число часов работы установки в году 8200;

конверсия, %: н-бутана - 40; изобутана - 46; бутадиена - 40; состав свежей бутановой фракции, % (масс): изо-С₄Н_]0 - 0,6; н-С₄Н₁₀ - 99,0; С₅ и выше - 0,4,

состав  рециркулируюшей бутан-бутеновой фракции, % (масс): С₃Н₆ —0,1; С_зН₈ - 0,1; С₄Н₆ – 0,5; изо-С₄Н₆ - 5,0; н-С₄Н₈ - 45,0; изо-С₄Н₁₀ - 3,0; н-С₄Н₁₀ - 46,1; С₅ и выше — 0,2;

состав  продуктов разложения, % (масс): Н₂ - 5,0; СН₄ - 9,0; С₂Н₄ —5,0; С₂Н_б -5,2; С₃Н₆-9,3, С₃Н₈-4,2; С₄Н₆ - 52,0, изо-С₄Н₈ —4,0; н-С₄Н₈ - 1,3; С₅ и выше - 1,0; С в СО - 0,5; С в СО₂  - 0,5; кокс – 3,0. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Литературный  обзор

 

1.   Строение

     Общая формула сложных эфиров карбоновых кислот:

  

  где R и R' — углеводородные радикалы (в  сложных эфиpax муравьиной кислоты R — атом водорода).

    Общая формула жиров:

  

  где R', R", R"' — углеродные радикалы.

     Жиры  бывают “простыми” и “смешанными”. В состав простых жиров входят остатки одинаковых кислот (т. е. R’ = R" = R'"), в состав смешанных  — различных. В жирах наиболее часто встречаются следующие  жирные кислоты:

Алкановые кислоты:

1. Масляная  кислота СН₃ — (CH₂)₂ — СООН

2. Капроновая  кислота СН₃ — (CH₂)₄ — СООН

3. Пальмитиновая  кислота СН₃ — (CH₂)₁₄ — СООН

4. Стеариновая  кислота СН₃ — (CH₂)₁₆ — СООН

Алкеновые кислоты:

5. Олеиновая  кислота С₁₇Н₃₃СООН

СН₃—(СН₂)₇—СН === СН—(СН₂)₇—СООН

Алкадиеновые  кислоты:

6. Линолевая  кислота  С₁₇Н₃₁СООН

СН₃—(СН₂)₄—СН = СН—СН₂—СН = СН—СООН 

Алкатриеновые кислоты:

7. Линоленовая  кислота С₁₇Н₂₉СООН

СН₃СН₂СН = CHCH₂CH == CHCH₂CH = СН(СН₂)₄СООН 

2. Номенклатура  и изомерия

     Названия  сложных эфиров производят от названия углеводородного радикала и названия кислоты, в котором вместо окончания -овая используют суффикс -ат, например:

     Для сложных эфиров характерны следующие  виды изомерии:

1. Изомерия  углеродной цепи 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  —СО—О—. Этот вид изомерии начинается  со сложных эфиров, в молекулах  которых содержится не менее  4 атомов углерода, например этилацетат  и метилпропионат.

3. Межклассовая  изомерия, например, метилацетату изомерна  пропановая кислота.Для сложных  эфиров, содержащих непредельную  кислоту или непредельный спирт,  возможны еще два вида изомерии: изомерия положения кратной связи  и цис-, транс-изомерия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.   Физические свойства и нахождение в природе

 

 

 

  Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой летучие, нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный запах. Так, например, бутилбутират имеет запах ананаса, изоамилацетат - груши и т. д.   

  Сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов - воскообразные вещества, не имеют запаха, в воде не растворимы.  

  Приятный аромат цветов, плодов, ягод в значительной степени обусловлен присутствием в них тех или иных сложных эфиров.  

  Жиры широко распространены в природе. Наряду с углеводородами и белками они входят в состав всех растительных и животных организмов и составляют одну из основных частей нашей пищи.  

  По агрегатному состоянию при комнатной температуре жиры делятся на жидкие и твердые. Твердые жиры, как правило, образованы предельными кислотами, жидкие жиры (их часто называют маслами) — непредельными. Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде. 

4. Химические  свойства

 

1. Реакция  гидролиза, или омыления. Так,  как реакция этерификации является  обратимой, поэтому в присутствии  кислот протекает обратная реакция  гидролиза:

Реакция гидролиза катализируется и щелочами; в этом случае гидролиз необратим, так  как получающаяся кислота со щелочью  образует соль:

2. Реакция  присоединения. Сложные эфиры,  имеющие в своем составе непредельную  кислоту или спирт, способны  к реакциям присоединения. 

3. Реакция  восстановления. Восстановление сложных  эфиров водородом приводит к  образованию двух спиртов:

4. Реакция  образования амидов. Под действием  аммиака сложные эфиры превращаются  в амиды кислот и спирты:

-химические  свойства сложных эфиров 

         1.5.     Получение  

      1. Реакция этерификации:

Спирты  вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя  сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных  эфиров).

Реакционная способность одноатомных спиртов  в этих реакциях убывает от первичных  к третичным.

        2. Взаимодействием ангидридов кислот со спиртами:

         

   
 

3. Взаимодействием  галоидангидридов кислот со спиртами:

1.6.Применение   

1.6.1. Применение сложных эфиров неорганических кислот  

  

     Эфиры борной кислоты — триалкилбораты — легко получаются нагреванием  спирта и борной кислоты с добавкой концентрированной серной кислоты. Борнометиловый эфир (триметилборат) кипит  при 65° С, борноэтиловый (триэтилборат) — при 119° С. Эфиры  борной кислоты легко гидролизуются водой.  

  Реакция с борной кислотой служит для установления конфигурации многоатомных спиртов и была неоднократно использована при изучении сахаров.  

  Ортокремневые эфиры — жидкости. Метиловый эфир кипит при 122° С, этиловый при 156° С. Гидролиз водой проходит легко уже на холоду, но идет постепенно и при недостатке воды приводит к образованию высокомолекулярных ангидридных форм, в которых атомы кремния соединены друг с другом через кислород (силоксановые группировки):

    Эти высокомолекулярные вещества (полиалкоксисилоксаны) находят применение в качестве связующих, выдерживающих довольно высокую температуру, в частности для покрытия поверхности форм для точной отливки металла.   

   

     Аналогично  SiCl₄  реагируют диалкилдихлорсиланы, например ((СН₃)₂SiCl₂, образуя диалкоксильные производные:

   

  Их гидролиз при недостатке воды дает так называемые полиалкилсилоксаны:

  

  Они обладают разным (но очень значительным) молекулярным весом и представляют собой вязкие жидкости, используемые в качестве термостойких смазок, а при еще более длинных силоксановых скелетах - термостойкие электроизоляционные смолы и каучуки.   

  Эфиры ортотитановой кислоты. Их получают аналогично ортокремневым эфирам по реакции:

  

  Это жидкости, легко гидролизующиеся до метилового спирта и TiO₂ применяются для пропитки тканей с целью придания им водонепроницаемости.