Как получить эфир

Химия. 10 класс

Сложные эфиры получают по уже известной вам реакции этерификации. Например, этиловый эфир уксусной кислоты можно получить из этанола и уксусной кислоты:

Серная кислота выступает в роли катализатора. Для проведения данной реакции используют концентрированные (практически не содержащие воду) растворы этилового спирта, уксусной и серной кислот. В результате нагревания смеси исходных веществ, сложный эфир удаляется из реакционной смеси в виде газа и затем конденсируется в пробирке-приёмнике:

Удаление этилового эфира уксусной кислоты из реакционной смеси объясняется тем, что среди всех участвующих в реакции веществ этиловый эфир уксусной кислоты имеет наименьшую температуру кипения t_кип = 77 °С. Сравнительно невысокая температура кипения сложного эфира обусловлена тем, что в его молекуле отсутствуют полярные группы —OH , следовательно, между молекулами эфира не могут образовываться водородные связи. В молекулах воды, этанола, уксусной и серной кислот содержатся группы —OH, поэтому в этих веществах имеются водородные связи и их температуры кипения выше, чем у этилового эфира уксусной кислоты.

Как получить эфир

Согласно тривиальной номенклатуре простые эфиры называют по радикалам, связанным с атомом кислорода, добавляя слово «эфир».

По номенклатуре ИЮПАК эфиры рассматривают как алкоксиалканы. Корень слова определяет самая длинная алкильная группа.

Простые эфиры относятся к числу малореакционноспособных веществ и стабильны по отношению ко многим реагентам, но они чувствительны по отношению к кислороду и легко образуют взрывчатые гидроперекиси, которые являются причиной взрыва при неосторожном обращении.

2.ПОЛУЧЕНИЕ ПРОСТЫХ ЭФИРОВ

Существует три общих метода получения простых эфиров: межмолекулярная дегидратация спиртов, алкоксимеркурирование алкенов и реакция Вильямсона.

А. Межмолекулярная дегидратация спиртов

Это наиболее старый способ получения простых эфиров пригоден для получения симметричных простых эфиров из неразветвленных первичных спиртов.

Третичные спирты в этих условиях образуют алкены в результате внутримолекулярной дегидратации. Межмолекулярная дегидратация имеет крайне ограниченное применение в практике. В промышленности этим способом получают диэтиловый, дибутиловый и ряд простейших эфиров,

Б. Алкоксимеркурирование алкенов

Алкоксимеркурирование алкенов по существу аналогично оксимеркурированию, где роль «внешнего» нуклеофильного агента выполняет спирт, который используют в качестве растворителя. Для получения эфиров, содержащих третичную или вторичную алкильную группу в качестве электрофильного агента целесообразно использовать трифторацетат ртути.

Демеркурирование осуществляет с помощью боргидрида натрия. Суммарный результат соответствует присоединению спирта по двойной связи алкена в соответствии с правилом Марковникова.

Синтез простых эфиров по Вильямсону

Синтез простых эфиров по Вильямсону заключается во взаимодействии алкилгалогенидов с алкоголятами щелочных металлов. По существу реакция Вильямсона представляет собой классический пример S_N2 замещения у насыщенного атома углерода.

Так можно получать как симметричные, так и несимметричные эфиры.

Эта старая реакция неожиданно обрела второе рождение после открытия нового класса простых эфиров-краун-эфиров. Краун-полиэфирами называют макроциклические полиэфиры, содержащие несколько атомов кислорода в цикле. В названиях краун-эфиров первая цифра указывает на размер цикла, а вторая определяет число атомов кислорода в цикле.

Первый краун-полиэфир — дибензо-18-краун-6 был получен в 1967 году с помощью реакции Вильямсона между динатриевой солью пирокатехина и бис-«-хлорэтиловым эфиром.

Другие краун-полиэфиры получают при конденсации дигалогенидов или дисульфонатов с дианионами диолов. В качестве примеров приведем синтез 18-краун-6 — наиболее важного из краун-эфиров и 24-краун-8.

Краун-полиэфиры образуют стабильные комплексы с катионами непереходных и переходных металлов. Стабильность этих комплексов зависит от соответствия диаметра катиона размеру полости кольца, а также от координационного числа катиона металла. Комплексообразование краун-полиэфиров, их сернистых и азотных аналогов, а также полициклических краун-соединений- так называемых криптандов с катионами металлов составляет самостоятельный раздел современной аналитической химии.

III. СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ЭФИРОВ

В химическом отношении простые эфиры характеризуются высокой инертностью по отношению ко многим реагентам, особенно основной природы. Они не расщепляются металлоорганическими соединениями, гидридами и амидами щелочных металлов, а также комплексными гидридами бора и алюминия. Простые эфиры практически незаменимы в качестве растворителей при получении магнийорганических и других металлоорганических соединений, а также для реакций восстановления алюмогидридами и его производными. Сольватирующая способность эфиров как растворителей основана на их свойствах жестких оснований Льюиса. Эфиры образуют очень прочные комплексы с жесткими кислотами Льюиса — BF₃, AlBr₃, AlR₃, SbCl₅, SbF₅, SnCl₄, ZnCl₂ и т.д. состава 1:1 или 2:1.

Как основания Льюиса простые эфиры образуют комплексы с галогенами, в которых эфир играет роль донора, а галоген акцептора. Раствор иода в эфире окрашен в коричневый цвет в отличие от фиолетовой окраски иода в растворах в алканах.

Сдвиг максимума поглощения при комплексообразовании позволяет оценить прочность комплекса. Кроме того в ультрафиолетовой области появляется новая полоса поглощения, называемой полосой переноса заряда. Такие комплексы получили название комплексов с переносом заряда (КПЗ). Эфиры образуют соли триалкилоксония при взаимодействии с очень сильными алкилирующими агентами.

Триэтилоксонийборфторид легко получается при взаимодействии эфирата трехфтористого бора с эпихлоргидрином в абсолютном эфире.

В настоящее время соли триалкилоксония получают при взаимодействии простых эфиров с алкилтрифлатами или алкилфторсульфонатами. Катион триалкилоксония — сильнейший алкилирующий агент почти для любого, даже слабого нуклеофильного агента.

На способности простых эфиров давать соли оксония основаны способы расщепления простых эфиров под действием бромистоводородной или иодистоводородной кислот, а также тригалогенидов бора.

1. Кислотное расщепление простых эфиров

Простые эфиры расщепляются при нагревании до 120-150 о с концентрированными водной 48% HBr или HI. В столь же жестких условиях расщепляются простые эфиры фенолов.

Однако эфиры, содержащие третичную алкильную группу, расщепляются очень легко.

Кислотное расщепление простых эфиров следует рассматривать как реакцию нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода. В зависимости от природы алкильных групп, связанных с кислородом, реализуется либо S_N1, либо S_N2- механизмы. Если эфир содержит первичные или вторичные алкильные группы, реализуется S_N2- механизм, в котором бромид- или иодид-ион атакует протонированную форму эфира по менее замещенному атому углерода. В этом случае расщепление отличается высокой региоселективностью и, как правило, образуется только один их двух возможных спиртов (вторичный) и первичный алкилгалогенид.

Хлорид- и фторид-ионы в воде сильно сольватированы за счет водородных связей и обладают недостаточной нуклеофильностью для кислотного расщепления простых эфиров по S_N2- механизму.

Простые эфиры с третичной алкильной, бензильной или аллильной группами реагируют по S_N1- механизму с образованием карбокатиона в качестве интермедиата. Эти реакции идут в мягких условиях, а в качестве кислотного агента можно использовать трифторуксусную кислоту.

В препаративном отношении гораздо более удобными реагентами для расщепления эфиров являются BCl₃ или BBr₃. В этих случаях расщепление проходит уже при -20 о С. Это особенно необходимо при наличии других функциональных групп или тогда, когда возможна изомеризация углеродного скелета.

2. Радикальные реакции простых эфиров

Подобно алканам простые эфиры вступают в реакции радикального замещения, однако галогенирование эфиров отличается региоселективностью и осуществляется в a-положение по отношению к атому кислороду. Столь высокая региоселективность галогенирования объясняется относительной стабильностью радикала

где неспаренный электрон на 2р-орбитали перекрывается с неподеленной парой 2р-электронов атома кислорода.

Атом галогена в a-галогензамещенных эфирах легко замещается под действием различных нуклеофилов, например:

Простые эфиры проявляют повышенную склонность к автоокислению в присутствии кислорода с образованием перекисей. Эта реакция протекает по цепному радикальному механизму.

Аутоокисление эфиров представляет большую опасность при работе с эфирами, поскольку гидроперекиси, накапливающиеся при перегонке, могут детонировать при слабом нагреве. Поэтому они должны быть тщательно удалены из любого простого эфира до перегонке с помощью восстановителей: солей железа (II) или олова (II).

3. Получение и применение сложных эфиров

В природе сложные эфиры встречаются в составе эфирных масел многих растений и их плодов, они придают им специфический запах. Однако выделить их из фруктов и цветов в техническом отношении довольно сложно.

Основным способом получения эфиров в лаборатории является процесс этерификации.

при небольшом нагревании смеси уксусной кислоты и этанола в присутствии концентрированной серной кислоты, выступающей в качестве катализатора, наблюдается появление сладковатого запаха этилового эфира уксусной кислоты:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ⇄ H + CH 3 COO C 2 H 5 + H 2 O .

Реакция этерификации является обратимой. Для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира из реакционной смеси удаляют один из продуктов реакции. Для этого отгоняют эфир или добавляют водоотнимающие реагенты для связывания воды.

Применение сложных эфиров

Благодаря специфическому запаху многие сложные эфиры нашли широкое применение в пищевой промышленности и парфюмерии. Некоторые эфиры также применяются в медицине, производстве пластмасс и в качестве растворителей.

Этилацетат (этиловый эфир уксусной кислоты)

Этилацетат является соединением, имеющим органическое происхождение. Он широко применяется в разных отраслях промышленности. Имеет жидкую форму, специфический запах. В данной статье рассмотрим, какими свойствами обладает вещество этилацетат, как его используют.

Формула и названия

Если рассматривать с химической точки зрения этилацетат, формула будет такой: C4H8O2. Используемые названия и наименования: уксусный эфир, этиловый эфир этановой кислоты, этилацетат, эфир уксусной кислоты, этилэтаноат, уксусно-этиловый эфир, этиловый эфир уксусной кислоты. В пищевой промышленности, где соединение применяют в качестве добавки, присвоен код E1504.

Получение этилацетата

Этилацетат, производство которого осуществляется на специализированных фабриках и заводах, можно получать разными способами. Для крупномасштабного изготовления для разных направлений промышленности используют такие методы:

• Этерификация этилацетата. Способ заключается в перегонке смеси из трёх компонентов – уксусной кислоты (CH3COOH), этанола (C2H5OH) и чистой серной кислоты с формулой H2SO4.

• Синтез из карбометилена, именуемого кетеном, и используемого в описанном выше способе этанола.
• Выделение из уксусного альдегида. Этилацетат образуется при взаимодействии исходного вещества ацетальдегида с катализатором при проведении реакции Тищенко. Для катализа применяют алкоголят алюминия. Температура, необходимая для протекания химического процесса, составляет от 0℃ до максимальных 5 градусов.
• Дегидратация – выведение из состава этилового спирта воды. Для такой реакции нужно создать высокое давление и поддерживать повышенные температуры.

Получить этилацетат в лаборатории возможно, соединив уксусный ангидрид либо хлористый ацетил с применяемым в других методиках этанолом.

Очистка

Изготавливаемый для промышленности этилацетат может содержать примеси – уксусную кислоту, воду, спирт. Если необходимо очищенное, высококачественное вещество, то для удаления посторонних компонентов и эффективной промывки в него вводят такой же объём карбоната натрия концентрации 5%. Далее осуществляется сушка с помощью хлорида кальция. Следующий этап очистки – перегонка.

Если к конечному веществу предъявляются более жёсткие требования по содержанию воды, то в исходный уксусный эфир порционно вводят фосфорный ангидрид. Далее выполняется фильтрация с последующей перегонкой. Также для дегидратации используются молекулярные сита: через из поры проходят молекулы воды, а более крупные частицы задерживаются. Для дальнейшей защиты от влаги очищенное вещество следует хранить только в герметичной таре.

Свойства вещества

Форма этилацетата – это бесцветная жидкость со свойствами летучести. Она имеет специфический запах, который обладает фруктовыми нотами, отдалённо напоминает ананас или грушу. Но аромат довольно резкий, с оттенком ацетона или эфира.

Уксусный эфир начинает закипать, достигая температуры 77 градусов Цельсия. Плавится вещество уже при 83℃. А при нагревании до 486,1 градуса и выше происходит самовоспламенение. Замерзает органическое соединение при понижении температурного значения до -83,6℃.

Этилацетат хорошо растворяется в воде при комнатных температурах. Растворимость при пониженных температурных показателях лучше, чем при увеличенных. Уксусно-этиловый эфир хорошо смешивается с бензолом, многими спиртами (этиловым, изопропиловым, метиловым), хлороформом, метилтрихлоридом, циклогексаном, диэтиловым эфиром, толуолом, различными прочими растворителями из категории органических.

Вещество может впитывать воду – около 3,3% по массе. Оно разлагается при воздействии ультрафиолета, а также при контактах с основаниями, кислотами. По отношению к некоторым пластикам и металлам (алюминию) этилацетат агрессивен – способен разрушать материалы. Уксусный эфир способен вступать в химические реакции с сильными основаниями, окислителями, кислотными соединениями. При нагреве соединение распадается с образованием уксусной концентрированной кислоты и этилового спирта, с выделением едких паров.

Важно! Уксусный эфир быстро воспламеняется при попадании искр, хорошо горит. А смесь с атмосферным воздухом обладает взрывоопасностью.

Применение этилацетата в качестве растворителя

Взаимодействие этилацетата с различными веществами, полярность молекул в его структуре, относительная дешевизна, не очень резкий запах, а также отсутствие выраженного токсического воздействия – такие свойства обусловливают широкое применение в качестве растворителя. Соединение хорошо растворяет большинство смол, восков, полимеров, жиров, спиртов, хлоркаучуков, масел, сложных эфиров многоатомных кислот, а также целлюлозу. Для усиления свойств можно добавлять немного любого спирта.

Растворитель этилацетат используют в таких отраслях:

• Производство различной лакокрасочной продукции. Это лаки, эмали, краски разных видов: нитроглифталевые, масляно-смоляные, полиэстерные, полиэфирные, кремнийорганические, эпоксидные, перхлорвиниловые. В этилацетатной среде быстро и эффективно растворяются пигменты, а также связующие компоненты, плёнкообразователи.
• Получение целлюлозных волокон, применяемых для производства картона, отделочных материалов, бумажной продукции, материалов для изготовления некоторых тканей, таблетированных форм медикаментов. Этиловый эфир этановой кислоты хорошо растворяет нитроцеллюлозу, ацетилцеллюлозу.
• Производство чернил, применяемых в принтерах, сканерах, печатных машинах и прочих специализированных устройствах для печати, включая термопечать.
• Изготовление кожзаменителей. Вещество применяют для получения искусственной кожи, используемой для производства верхней одежды, различных аксессуаров.
• Изготовление изделий из резины, полиуретана, полиэтилена и прочих полимеров, которые уксусный эфир растворяет до нужной консистенции с целью последующей формовки, обработки. Из таких материалов производят предметы быта, повседневного обихода.
• Производство различных растворителей, которыми разбавляют эмали и краски, удаляют с поверхностей старые покрытия.

Применение в промышленностях

Этилацетат применение получил в разных отраслях промышленности, таких как:

• Пищевые производства. С помощью этилового эфира этановой кислоты из кофе выделяют кофеин для получения бескофеиновых напитков. Также вещество используют для производства фруктовых концентратов и эссенций, для ароматизации, улучшения вкусовых качеств безалкогольных напитков, кондитерской продукции, ликёров. В водку и прочий крепкий алкоголь этилацетат при производстве добавляется с целью нейтрализации резкого спиртового запаха, а также для смягчения, облагораживания вкуса.
• Радиоэлектроника. В данной отрасли этилацетатом обезжиривают, качественно очищают печатные платы и иные поверхности.
• Производство продукции из алюминия. Веществом обрабатывают алюминиевые тонкие листы, фольгу для обезжиривания.
• Текстильная промышленность – производство так называемой экокожи, материалов на основе целлюлозных волокон.
• Фармацевтика – выпуск отдельных медикаментозных препаратов, например, антибиотиков.
• Изготовление взрывчатых веществ. Уксусный эфир придаёт им желеобразную стабильную консистенцию.
• Печатные производства: изготовление кино- и фотоплёнок, нанесение надписей или изображений на гибкие основания, например, упаковки.
• Косметология – выпуск средств для снятия лаков для ногтей.

Другие области применения

Этилацетат нередко применяют при лабораторных исследованиях. Он помогает экстрагировать некоторые органические соединения – извлекать их из различных сухих составов, жидкостных растворов. Экстрагент эфир уксусной кислоты практически не вступает во взаимодействие с исходными смесями. Другие сферы применения в лабораториях – хроматография (тонкослойная, колоночная), растворение химических элементов и смесей при протекании реакций или при исследованиях.

Ещё одно направление – энтомология, то есть изучение строения, жизнедеятельности насекомых. Этилацетатом обрабатывают существ для дальнейшего препарирования. И такой способ обеспечивает податливость насекомых, в отличие от применения хлороформа.

Правила хранения

Хранить этилацетат следует в специальной таре – герметично закрывающихся ёмкостях, предназначенных для легковоспламеняющихся жидкостей. Держать резервуары надо в помещениях, защищённых от прямых лучей солнца, детей, огня. Нельзя допускать контактов с кислотами, водой, основаниями, окислителями.

Меры предосторожности при использовании этилацетата

Уксусно-этиловому эфиру присвоен 4-й класс опасности. Это значит, что соединение является малоопасным. Но при прямых контактах с кожей оно провоцирует её сухость, шелушение, трещины, иногда даже дерматиты. Концентрированные пары при вдыхании и попадании на слизистые вызывают жжение глаз, их покраснение и слезотечение, головокружение, слабость, сонливость, потерю сознания (в тяжёлых случаях).

При работе с уксусным эфиром нужно соблюдать такие правила:

1. Надевать средства индивидуальной защиты – перчатки, костюм, респиратор, очки.
2. Работать в специальных вытяжных шкафах или в помещениях с мощной вентиляцией.
3. Не допускать случайного проглатывания, попадания жидкости на слизистые оболочки, в органы дыхания, на кожу.

Этилацетат – химическое органическое вещество, которое благодаря своим свойствам получило широкое применение в разных областях. Оно производится в заводских или лабораторных условиях. При работе с уксусным эфиром важно соблюдать меры безопасности для предупреждения нежелательных последствий.

В нашем интернет-магазине вы можете приобрести широкий ассортимент антисептиков и дезинфицирующих средств по низким ценам. Обращайтесь!