Сложные эфиры и жиры
Грушевые леденцы и ананасовая жвачка пахнут сложными эфирами. Изоамиловый эфир уксусной кислоты даёт запах груши, этиловый эфир масляной кислоты — запах ананаса. В природе такие эфиры входят в аромат фруктов и цветов, а пищевые заводы синтезируют те же вещества и добавляют их в конфеты и газированные напитки. Простейший из пахучих эфиров, этилацетат, в школьной лаборатории получают за несколько минут.
Этилацетат получают прямо в пробирке
Учитель наливает в пробирку равные объёмы уксусной кислоты и этилового спирта.
Добавляет несколько капель концентрированной серной кислоты.
Нагревает смесь на водяной бане несколько минут, не доводя до кипения.
Выливает содержимое в стакан с холодным насыщенным раствором поваренной соли.
На поверхности собирается маслянистый слой, и в классе появляется фруктовый запах этилацетата.
Реакция называется этерификацией: CH3COOH + C2H5OH ⇄ CH3COOC2H5 + H2O (H2SO4 конц., t). Она обратима. Концентрированная серная кислота нужна здесь дважды: она ускоряет реакцию как катализатор и связывает воду, сдвигая равновесие в сторону эфира. Этилацетат легче воды и плохо в ней растворяется, поэтому собирается сверху.
Название эфира собирают из спирта и кислоты
Общая формула сложного эфира R–COO–R′, где R — радикал кислоты, R′ — радикал спирта. Названия читают двумя способами. CH3COOC2H5 — этилацетат, или этиловый эфир уксусной кислоты; HCOOCH3 — метилформиат, или метиловый эфир муравьиной кислоты. Первая часть названия идёт от спирта, вторая — от кислоты: ацетат для уксусной, формиат для муравьиной.
У предельных сложных эфиров та же общая формула CnH2nO2, что и у предельных одноосновных кислот, поэтому этилацетат и масляная кислота C3H7COOH — межклассовые изомеры состава C4H8O2.
Гидролиз эфира в щёлочи идёт до конца
Реакция, обратная этерификации, — гидролиз. В кислой среде он обратим и останавливается на равновесии. В щелочной среде кислота сразу превращается в соль, и обратной реакции нет: CH3COOC2H5 + NaOH → CH3COONa + C2H5OH (t). Щелочной гидролиз называют омылением.
Задача 1. Из 12 г уксусной кислоты и избытка этанола получили 13,2 г этилацетата. Вычисли выход эфира.
Уравнение: CH3COOH + C2H5OH ⇄ CH3COOC2H5 + H2O.
n(CH3COOH) = 12 / 60 = 0,2 моль, эфира теоретически столько же.
M(CH3COOC2H5) = 12 · 4 + 1 · 8 + 16 · 2 = 88 г/моль, теоретическая масса 0,2 · 88 = 17,6 г.
Выход: η = 13,2 / 17,6 = 0,75, то есть 75 %.
Ответ: 75 %.
Жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот
В 1854 году Марселен Бертло нагрел глицерин с жирными кислотами и синтезировал жиры. Синтез подтвердил, из чего жир состоит. Это сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот: каждая из трёх групп OH глицерина связана с остатком кислоты, поэтому жиры и называют триглицеридами.
Твёрдые животные жиры содержат в основном остатки предельных кислот, стеариновой C17H35COOH и пальмитиновой C15H31COOH. Жидкие растительные масла построены из остатков непредельных кислот, прежде всего олеиновой C17H33COOH с одной двойной связью. Бывают исключения. Рыбий жир жидкий, а пальмовое масло твёрдое.
Масло можно сделать твёрдым. При гидрогенизации водород присоединяется по двойным связям, и остатки олеиновой кислоты превращаются в стеариновые: (C17H33COO)3C3H5 + 3H2 → (C17H35COO)3C3H5 (t, Ni). Так получают основу маргарина. Растительные масла обесцвечивают бромную воду так же, как алкены, а тристеарин — нет.
Живой урок по этой теме
Этерификацию, гидролиз и задачи на жиры легче освоить, когда учитель разбирает каждое уравнение с тобой. «Моя школа LS» ведёт онлайн-уроки химии для 10 класса в малых группах, с разбором заданий контрольных и ЕГЭ.
Мыло получают омылением жира щёлочью
При кипячении жира с раствором гидроксида натрия образуются глицерин и натриевые соли высших кислот, то есть мыло: (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH → C3H5(OH)3 + 3C17H35COONa. Натриевые соли дают твёрдое мыло, калиевые — жидкое.
У молекулы стеарата натрия две части. Длинный углеводородный хвост C17H35– растворяется в жире, а заряженная группа –COO− тянется к воде, поэтому капля жира обрастает молекулами мыла и уходит с водой. Так мыло и моет.
В работах по эфирам и жирам чаще всего теряют баллы на четырёх вещах.
❌ Жиром называют любой сложный эфир с длинной цепью → ✅ жир — только эфир глицерина и высших карбоновых кислот.
❌ В жидких маслах ищут остатки стеариновой кислоты → ✅ в них преобладает непредельная олеиновая кислота C17H33COOH.
❌ Щелочной гидролиз записывают обратимым, как этерификацию → ✅ в щёлочи гидролиз идёт до конца.
❌ Этилацетат и бутановую кислоту не считают изомерами → ✅ формула у них одна, C4H8O2.
Задача 2. Вычисли массу глицерина, который получится при омылении 89 г тристеарина (C17H35COO)3C3H5 избытком гидроксида натрия.
Уравнение: (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH → C3H5(OH)3 + 3C17H35COONa.
Молекулярная формула жира C57H110O6, M = 12 · 57 + 1 · 110 + 16 · 6 = 890 г/моль.
n(жира) = 89 / 890 = 0,1 моль, глицерина по уравнению столько же.
M(C3H8O3) = 92 г/моль, m = 0,1 · 92 = 9,2 г.
Ответ: 9,2 г глицерина.
Задача 3. Относительная плотность паров сложного эфира по водороду равна 37. Выведи молекулярную формулу, составь структурные формулы всех сложных эфиров этого состава и назови их.
M = 37 · 2 = 74 г/моль.
Для CnH2nO2: 14n + 32 = 74, откуда 14n = 74 − 32 = 42 и n = 42 / 14 = 3.
Состав C3H6O2. Сложных эфиров такого состава два: CH3–COO–CH3 и H–COO–CH2–CH3.
Ответ: C3H6O2; метилацетат (метиловый эфир уксусной кислоты) и этилформиат (этиловый эфир муравьиной кислоты).
Жиры — сложные эфиры одного определённого спирта, глицерина, и высших карбоновых кислот: стеариновой, пальмитиновой, олеиновой. Каждая молекула глицерина связана с тремя остатками кислот, поэтому жиры называют триглицеридами.
На каждую молекулу жира нужны три молекулы NaOH, по одной на сложноэфирную связь. Значит, n(NaOH) = 3 · 2 = 6 моль, а глицерина получится 2 моль.
В жёсткой воде много ионов кальция и магния. Они связывают стеарат натрия в нерастворимую соль: 2C17H35COONa + Ca2+ → (C17H35COO)2Ca↓ + 2Na+. Вместо пены появляются серые хлопья.
Оцените урок:

