Эфиры номенклатура. Простые эфиры: строение, номенклатура, изомерия, методы получения и химические свойства

Определение. Общая формула простых эфиров. Физические свойства

Простые эфиры - это органические соединения, в состав которых входят углеводородные радикалы $R$ и $R"$, соединенные атомом кислорода. Простые эфиры можно рассматривать как производные спиртов.

Общая формула эфира $R-O-R"$, $Ar-O-R$ или $Ar-O-Ar$. Углеводородные радикалы могут быть одинаковыми или разными.

$CH_3-O-CH_3$ - диметиловый эфир;

Рисунок 2. Простейший алкилариловый эфир - метилфениловый эфир (анизол). Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

Наиболее важное практическое значение имеют следующие циклические эфиры:

Простые эфиры могут быть:

симметричными, если оба радикала одинаковые (дифениловый, диэтиловый эфиры);
несимметричными, если радикалы разные (метил-этиловый, метилфениловый эфиры).

В простых эфирах угол между связями $C-O-C$ не равен 180$^\circ$С. Поэтому дипольные моменты двух $C-O$-связей не компенсируют друг друга. В результате у простых эфиров небольшой суммарный дипольный момент.

Большинство простых эфиров газообразные или жидкие вещества. Но есть и исключения, например, феноксибензол.

Простые эфиры и алканы с таким же молекулярным весом имеют близкие значения температуры кипения. Однако у простых эфиров температуры кипения и плавления значительно ниже, чем у изомерных спиртов.

Например: температура кипения н -гептана - 98$^\circ$С, метил-н -пентилового эфира - 100$^\circ$С и н -гексилового спирта - 157$^\circ$С.

Рисунок 6. Температуры плавления и кипения некоторых простых эфиров. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ

В простых эфирах водород связан только с углеродом и отсутствуют водородные связи, в отличие от спирта. Поэтому эфиры практически не смешиваются с водой. Однако растворимость спиртов и простых эфиров в воде примерно одинакова.

Например, н -бутиловый спирт и диэтиловый эфир растворяются в воде в соотношении 8 г на 100 г воды. Растворимость простых эфиров в воде обусловлена образованием водородных связей между молекулами воды и молекулами простого эфира.

Простые эфиры хорошо растворяют органические вещества.

Абсолютный эфир

Абсолютный эфир - это эфир, в котором нет следов влаги и спирта (например, диэтиловый эфир $C_2H_5-O-C_2H_5$, используемый в реакции Гриньяра). Абсолютный эфир можно получить перегонкой обычного простого эфира над концентрированной сульфатной кислотой, которая удаляет спирт, воду, перекиси. В последствии абсолютный эфир хранят над металлическим натрием.

Анализ простых эфиров

Химическое поведение алифатических и ароматических простых эфиров соответствует поведению родственных углеводородов. Простые эфиры отличаются от углеводородов по растворимости в холодной концентрированной сульфатной кислоте, что обусловлено способностью простых эфиров образовывать оксониевые соли.

Если простой эфир уже описали, то его можно идентифицировать по физическим свойствам или химически, расщеплением при нагревании с концентрированной иодистоводородной кислотой и последующим распознованием продуктов реакции.

Ароматические эфиры можно перевести в твердые продукты нитрования или бромирования и сравнить их температуры плавления с ранее описанными производными.

Расщепление простого эфира иодистоводородной кислотой используют для определения числа алкоксильных групп в алкилариловом эфире по методу Цейзеля.

Для распознавания простого эфира проводят спектральный анализ. В инфракрасном спектре простого эфира нет характерной $O-H$-полосы спиртов, но присутствует сильная полоса $C-O$ в области 1060-1300 см$^{-1}$: для алкиловых эфиров 1060-1150см$^{-1}$, для ариловых и виниловых эфиров 1200-1275 см$^{-1}$:

Рисунок 7.

Применение некоторых простых эфиров

Применение простых эфиров основано на их свойстве хорошо растворять органические вещества (смолы, жиры и т.д.).

Диэтиловый эфир (техническое название «серный эфир») применяют:

в качестве реакционной среды при проведении органических синтезов;
для экстрагирования некоторых веществ (например, спиртов из водных растворов);
как растворитель синтетических и природных смол, солей целлюлозы при производстве пороха;
как компонент топлива в авиации;
в медицине для ингаляционного и местного наркоза.

Диизопропиловый эфир:

является прекрасным растворителем животных жиров, минеральных и растительных масел, синтетических и природных смол;
применяют как добавку к моторному топливу, повышая этим октановое число;
используют для выделения урана от продуктов его деления;
для экстрагирования уксусной кислоты из водных растворов.

Анизол и фенетол используют как промежуточные соединения при получении лекарств, красителей, душистых веществ. Из фенетола получают фенетидин и его производные, применяемые в медицине как жаропонижающие вещества.

Дифениловый эфир (дифенилоксид) применяют как теплоноситель в качестве смеси даутерм.

Циклический эфир диоксан:

хороший растворитель ацетилцеллюлозы, растительных и минеральных жиров и масел, восков, красок;
используют как реакционную среду для органических синтезов;
применяют при стабилизации 1,1,1-трихлорэтана для его транспортировки в алюминиевых емкостях и хранении.

Простые эфиры (окиси алканов) можно представить как соединения, образованные замещением обоих атомов водорода молекулы воды двумя алкильными радикалами или замещением гидроксильного спирта алкильным радикалом.

Изомерия и номенклатура. Общая формула простых эфировROR(I) ((C n H 2 n +1) 2 O) илиC n H 2 n +1 OC k H 2 k +1 , гдеnk(R 1 OR 2) (II). Последние часто называют смешанными эфирами, хотя (I) частный случай (II).

Простые эфиры изомерны спиртам (изомерия функциональной группы). Приведем примеры таких соединений:

Н 3 С О СН 3 диметиловый эфир; С 2 Н 5 ОН этиловый спирт;

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 диэтиловый эфир; С 4 Н 9 ОН бутиловый спирт;

Н 5 С 2  О С 3 Н 7 этилпропиловый эфир; С 5 Н 11 ОН амиловый спирт.

Кроме того, для простых эфиров распространена изомерия углеродного скелета (метилпропиловый эфир и метилизопропиловый эфир). Оптически активные эфиры немногочисленны.

Способы получения простых эфиров

1. Взаимодействие галогенпроизводных с алкоголятами (реакция Вильямсона).

С 2 Н 5 ОNa+I C 2 H 5 Н 5 С 2  О С 2 Н 5 +NaI

2. Дегидратация спиртов в присутствии ионов водорода как катализаторов.

2С 2 Н 5 ОHН 5 С 2  О С 2 Н 5

3. Частная реакция получения диэтилового эфира.

Первая стадия:

Вторая стадия:

Физические свойства простых эфиров

Два первых простейших представителя – диметиловый и метилэтиловый эфиры – при обычных условиях газы, все остальные – жидкости. Их Т кип много ниже, чем соответствующих спиртов. Так, температура кипения этанола – 78,3С, а Н 3 СОСН 3 – 24С, соответственно (С 2 Н 5) 2 О – 35,6С. Дело в том, что простые эфиры не способны к образованию молекулярных водородных связей, а, следовательно, и к ассоциации молекул.

Химические свойства простых эфиров

1. Взаимодействие с кислотами.

(С 2 Н 5) 2 О +HCl[(С 2 Н 5) 2 ОH + ]Cl  .

Эфир играет роль основания.

2. Ацидолиз – взаимодействие с сильными кислотами.

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 + 2H 2 SO 4 2С 2 Н 5 OSO 3 H

этилсерная кислота

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 +HIС 2 Н 5 OH+ С 2 Н 5 I

3. Взаимодействие со щелочными металлами.

Н 5 С 2  О С 2 Н 5 + 2NaС 2 Н 5 ONa+ С 2 Н 5 Na

Отдельные представители

Этиловый эфир (диэтиловый эфир) – бецветная прозрачная жидкость, малорастворимая в воде. С этиловым спиртом смешивается в любых отношениях. Т пл =116,3С, давление насыщенного пара 2,6610 4 Па (2,2С) и 5,3210 4 Па (17,9С). Криоскопическая константа 1,79, эбулиоскопическая –1,84. Температура воспламенения – 9,4С, образует с воздухом взрывоопасную смесь при 1,71 об. % (нижний предел) – 48,0 об. % (верхний предел). Вызывает набухание резин. Широко применяется в качестве растворителя, в медицине (ингаляционный наркоз), вызывает привыкание человека, ядовит.

Сложные эфиры карбоновых кислот Получение сложных эфиров карбоновых кислот

1. Этерификация кислот спиртами.

Гидроксил кислоты выделяется в составе воды, спирт же отдает лишь атом водорода. Реакция обратима, те же катионы катализируют и обратную реакцию.

2. Взаимодействие ангидридов кислот со спиртами.

3. Взаимодействие галогенангидридов со спиртами.

Некоторые физические свойства сложных эфиров приведены в табли- це 12.

Таблица 12

Некоторые физические свойства ряда сложных эфиров

Строение радикала	Название	Плотность
	метилформиат
	этилформиат
	метилацетат
	этилацетат
	н-пропилацетат
	н-бутилацетат

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших спиртов – жидкости с освежающим фруктовым запахом. Употребляются как отдушки для приготовления напитков. Многие эфиры (уксусноэтиловый, уксуснобутиловый) широко применяются как растворители, особенно лаков.

Эфиры - это один из видов кислородосодержащих углеводородных соединений. Эфиры делятся на два больших класса: сложные (о них мы расскажем в следующей статье) и простые.

Простые эфиры оказывают на человека наркотическое воздействие, раздражают слизистую органов дыхания и глаз, вызывают головную боль, тошноту, слезотечение; влияют на нервную систему, вызывая сначала возбуждение, потом сонливость и глубокий сон. В организм реактивы попадают, как правило, через органы дыхания. При регулярном воздействии могут служить причиной бронхита, трахеита, пневмонии, снижения уровня гемоглобина, болезней почек и сердечно-сосудистой системы.

Большая часть простых эфиров относится к четвертому классу опасности, и не требуют специальных средств защиты на производстве.

Применение простых эфиров

Как растворитель в органическом синтезе, экстракции; растворитель для масел, жиров, красок и лаков.
- Антиоксидант при производстве каучуков и резин.
- Необходимый ингредиент при изготовлении высокомолекулярных полимеров.
- Поверхностно-активные вещества (ПАВ) в бытовой химии.
- Средство наркоза в медицине.
- Добавка в топливо для увеличения октанового числа; промежуточный продукт в синтезе лекарств, ароматизаторов, красителей.

На нашем сайте можно купить реактивы , относящиеся к классу простых эфиров, например, . Это циклический простой эфир, один из самых востребованных простых эфиров. Используется как растворитель красок, органических и неорганических масел, солей лития; в качестве стабилизатора хлорных растворителей.

Простыми эфирами называются производные спиртов и фенолов, в которых атом водорода гидроксильной группы заменен на углеводородный радикал. Общая формула простых эфиров.

Строение. Строение и изомерия простых эфиров определяется особенностями строения и состава радикалов, входящих в эфир. Углеводородные радикалы могут быть одинаковые и разные: если они одинаковые, то эфир симметричный (а); если разные, то эфир смешанный (б), например:

а) C 2 H 5 – O – C 2 H 5 б) CH 3 – O – C 2 H 5

Диэтиловый эфир Метилэтиловый эфир

Изомерия. Для простых эфиров характерны следующие виды изомерии:

а) изомерия углеводородной цепи

CH 3 – CH 2 – CH 2 – O – CH 3 и

Метилпропиловый эфир

Изопропилметиловый эфир

б) метамерия. Изомерные эфиры отличаются друг от друга положением кислорода в молекуле:

CH 3 CH 2 CH 2 OCH 3 и CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3

Метилпропиловый эфир Диэтиловый эфир

в) изомерия классов:

C 2 H 5 OC 2 H 5 и С 4 H 9 – OH

Этиловый эфир Бутиловый спирт

Номенклатура. Названия эфиров часто составляют по радикало-функциональной номенклатуре , перечисляя в алфавитном порядке и добавляя название класса - эфир (приведены в скобках).

При составлении названия простого эфира по заместительной номенклатуре за основу берут старший (более длинный или наиболее разветвленный) радикал, к названию которого прибавляют приставку алкокси- или орилокси- (для ароматических групп), например:

Метоксибутан Этоксипропан Этоксибензол

(Бутилметиловый (Пропилэтиловый (Фенилэтиловый

эфир) эфир) эфир)

CH 3 OCH 2 CH 2 OCH 3

1-Метокси-3-метилбутан 1,2-Диметоксиэтан

В ароматическом ряду сохраняются многие тривиальные названия: анизол C 6 H 5 OCH 3 , фенетол C 6 H 5 OC 2 H 5 и т.д.

Циклические простые эфиры - органические окиси. Название их строят следующим образом: к названию углеводорода прибавляют приставку эпокси-, с указанием двух номеров соответствующих углеродных атомов цикла:

1,2-Эпоксипропан 4-Хлор-2,3-эпоксипентан

Способы получения. Простые эфиры получают, в основном, двумя способами.

Межмолекулярная дегидратация спиртов. Этот метод был рассмотрен на стр. 15.

Взаимодействие алкоголятов с алкилгалогенидами . При этом выделяется соль галогеноводородной кислоты и образуется простой эфир. Этот метод, предложенный Вильямсоном (1850), особенно удобен для получения смешанных простых эфиров. Например:

Физические свойства. Простые эфиры (метиловый, метилэтиловый) при обычных условиях - газообразные вещества. Начиная с диэтилового эфира, алифатические простые эфиры представляют собой бесцветные жидкости, плотность которых меньше единицы. Высшие эфиры (C 17 H 35 OC 17 H 35 и более) - твердые вещества. Ароматические эфиры - часто твердые вещества.

Несмотря на большую молекулярную массу, простые эфиры кипят при более низкой температуре, чем соответствующие спирты, например:

метиловый эфир -23,7 0 С метиловый спирт 65 0 С

этиловый эфир 34,48 0 С этиловый спирт 78,3 0 С

Это объясняется тем, что простые эфиры, в отличие от спиртов, не образуют водородной связи между молекулами, как молекулы спирта.

Эфиры не смешиваются с водой, но частично растворяются в ней. Так, растворимость диэтилового эфира равна 7,0 %, а дипропилового всего лишь 0, 25 %.

Эфиры - хорошие растворители органических веществ, имеют приятный запах.

Химические свойства. Эфиры характеризуются малой реакционной способностью. Они не гидролизуются, не реагируют с щелочами, разбавленными кислотами, с пентахлоридом фосфора. Металлический натрий при низких температурах (с простыми эфирами) также не вступает в реакцию.

Расщепление простых эфиров. П.П. Шорыгин открыл, что металлический натрий при нагревании расщепляет простые эфиры с образованием алкоголята и натрийорганического соединения:

C 2 H 5 OC 2 H 5 + 2Na → C 2 H 5 ONa + C 2 H 5 Na

Диэтиловый Этилат Этилнатрий

эфир натрия

Действие сильных концентрированных минеральных кислот. Иодистоводородная и серная кислоты расщепляют простые эфиры по реакции:

Диэтиловый эфир Этилсерная Этиловый

кислота спирт

C 2 H 5 OCH 3 + HJ → C 2 H 5 OH + CH 3 J

Метоксиэтан Этанол Иодметан

В более жестких условиях - при нагревании простого эфира в избытке иодистоводородной кислоты - образуются две молекулы галогеналкана:

C 2 H 5 OCH 3 + HJ → CH 3 J + C 2 H 5 J

Метоксиэтан Иодметан Иодэтан

Алкилариловые эфиры расщепляются иодоводородной кислотой до соответствующего фенола и галогеналкана:

C 6 H 5 OCH 3 + HJ → C 6 H 5 OH + CH 3 J

Этоксибензол Фенол Иодметан

Образование оксониевых соединений. Простые эфиры при взаимодействии с разбавленными минеральными кислотами реагируют как основания, способные образовывать координационные соединения. Эфиры присоединяют кислоты за счет неподеленных электронов эфирного кислорода. Образуется комплексная соль:

Метилэтил оксоний-иодид

Это обычно промежуточные продукты в реакциях эфиров, в присутствии кислот, которые подвергаются распаду:

Иодид-ион (нуклеофил) будет атаковать тот атом углерода, у которого частичный положительный заряд больше, т.е. атом метильной группы. Поэтому в результате реакции образуется иодметан, а не иодэтан.

Окисление простых эфиров. При хранении на свету, простые эфиры медленно окисляются кислородом воздуха с образованием пероксидов и гидропероксидов.

Общая формула пероксидов R – O – O – R .

Гидропероксидами называются соединения, содержащие в молекуле группировку – O – O – H. Общая формула гидропероксидов: ROOH.

В диэтиловом эфире образуется смесь пероксидных соединений, среди них 1-гидроксиэтилперексид (пероксид дигидроксиэтила):

Пероксид дигидроксиэтила

При разложении последнего образуются гидропероксид и гидрат альдегид:

Гидропероксид Гидрат ацеталь-

гидроксиэтила дегида

Последний, отщепляя молекулы воды, превращается в альдегид:

Ацетальдегид

Пероксидные соединения взрывоопасны при нагревании. Для разрушения их эфир обрабатывают раствором щелочи или восстановителей - сульфита натрия, сульфата железа (II).

Гидролиз виниловых эфиров. В кислой среде виниловые эфиры гидролизуются до спирта и ацетальдегида:

Важнейшие представители простых эфиров. Диэтиловый эфир (C 2 H 5) 2 O. Это бесцветная жидкость с приятным запахом, т. пл. -116,2 0 С, т. кип. 34,48 0 С, = 0,7135. Эфир малорастворим в воде (~ 7 %), легко смешивается со спиртом в любых соотношениях, легко испаряется и воспламеняется (т.воспл. - 43 0 С). Получают его дегидратацией диэтилового спирта. Применяют в качестве растворителя многих органических веществ, жиров и масел, а также нитратов целлюлозы и поэтому используют при изготовлении бездымных порохов и твердых ракетных топлив.

Диэтиловый эфир является прекрасным экстрагентом при переработке ядерного горючего, для разделения плутония и продуктов его деления, выделения урана из руд. В медицине его употребляют в качестве наркотического средства.

Этиленоксид , оксид этилена, можно рассматривать как

внутренний циклический простой эфир двухатомного спирта - этиленгликоля.

Этиленоксид - газообразное, легко сжижающееся вещество, т. кип. 10,7 0 С, = 0,897; очень хорошо растворим в воде. Это очень активное соединение, оно применяется для синтеза различных веществ, например, этиленгликоля. В промышленности этиленоксид получают прямым окислением этилена воздухом в присутствии серебряного катализатора при 350 0 С:

Этилен Этиленоксид

В качестве флотореагентов - вспенивателей используют значительное число простых эфиров, которые носят кодовое название (см. табл.4).

Оксаль - первичный метиловый эфир изобутила, или 1,4-Диоксаль; Э-1 - этиловый эфир н-бутила, ОПСБ - изопропиловый эфир н-бутила; ТЭБ - триэтиловый эфир н-бутила.

Вопросы и упражнения

1. Напишите структурные формулы: а) этилбутилового эфира; б) 2-эпок-сипропана; в) монометилового эфира этиленгликоля; г) бутилвинилового эфира; д) окиси пропилена; е) 1,2-эпокси-2-метил-пропана.

2. Какие вещества образуются при нагревании этилпропилового эфира с концентрированной иодистоводородной кислотой, взятой в избытке?

3. На бутиловый спирт подействуйте трехлористым фосфором, затем на полученное соединение - этилатом натрия. Напишите схемы реакций полученного соединения: а) ; б) металлическим натрием; в) .

4. Напишите схемы получения важнейших пенообразователей: а) циклогексанола; б)оксаля; в) ОПСБ; г) Э-1; д) Д-3. Пользуйтесь табл. 4.

Простые эфиры.

Строение простых эфиров

Простыми эфирами называют органические соединения, молекулы которых состоят из двух углеводородных радикалов, связанных атомом кислорода.

Простые эфиры можно получить из спиртов путём объединения двух молекул спирта и выделения одной молекулы воды. Например, молекула диэтилового эфира получается объединением двух молекул этилового спирта:

В разговорной речи, когда произносят слово «эфир», то имеют в виду именно диэтиловый эфир .

В случае диэтилового эфира оба радикала в составе молекулы одинаковые. Общая формула таких соединений R-O-R .

Но радикалы могут быть и различными. Простые эфиры с различными радикалами назывются смешанными эфирами. Их общая формула: R-O-R" . Пример такого соединения – метилэтиловый эфир :

Свойства простых эфиров.

Большинство простых эфиров – жидкости, почти нерастворимые в воде. Они довольно инертны в химическом отношении. В отличие от спиртов они не имеют подвижного водорода, поэтому не реагируют с металическим натрием; в отличие от сложных эфиров не подвергаются гидролизу.

Диэтиловый эфир.

Наиболее важным из простых эфиров является диэтиловый эфир (С 2 Н 5) 2 O . Он легко испаряется, имеет сильный характерный запах, горюч. Температура его кипения
35,6 град С.

Диэтиловый эфир широко используется как растворитель. Особенно хорошо он растворяет жиры, благодаря чему его можно использовать для очистки кожи.

В медицине он используется как составная часть некоторых лекарств. Раньше его широко использовали во время хирургических операций, в качестве наркоза.