Запах груши в конфете и кусок мыла в ванной — химические родственники. И то и другое связано со сложными эфирами — продуктами реакции карбоновой кислоты со спиртом. Жиры, из которых варят мыло, — тоже сложные эфиры, только особенные.
Сложный эфир получается, когда карбоновая кислота отдаёт свою группу –COOH, а спирт — водород из –OH. Общая формула: R–CO–O–R′. Фрагмент –CO–O– в середине — это сложноэфирная группа, по ней узнают весь класс.
Классический пример — этилацетат из уксусной кислоты и этанола:
CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COO–C₂H₅ + H₂O
Название эфира собирают из двух частей: от спирта и от кислоты. Этиловый эфир уксусной кислоты — этилацетат (этилэтаноат). Многие лёгкие эфиры пахнут фруктами, поэтому их добавляют в конфеты и напитки как ароматизаторы.
Этерификация — это соединение кислоты и спирта с выделением воды. Реакция обратимая, поэтому в уравнении ставят знак равновесия ⇌. Если ничего не делать, реакция остановится на середине: в колбе будет смесь всех четырёх веществ.
Чтобы сдвинуть равновесие в сторону эфира, добавляют концентрированную серную кислоту H₂SO₄. Она работает как катализатор и одновременно связывает воду. Продукт уходит из смеси — равновесие смещается вправо.
Деталь, которую любят проверять на экзамене: вода отщепляется из –OH кислоты и –H спирта. Это доказали опытами с «мечеными» атомами кислорода.
Не путай сложный эфир с простым. Простой эфир — это R–O–R′ (например, диэтиловый эфир), он получается из двух молекул спирта, и группы –CO–O– у него нет.
Жир — это сложный эфир трёхатомного спирта глицерина C₃H₅(OH)₃ и высших (жирных) карбоновых кислот. Спирт трёхатомный, поэтому к нему присоединяются сразу три кислотных остатка — получается триглицерид.
Жирные кислоты бывают двух типов:
Отсюда правило: твёрдые жиры (сало, сливочное масло) построены из насыщенных кислот, а жидкие масла (подсолнечное, оливковое) — из ненасыщенных. Двойная связь мешает молекулам плотно упаковаться, поэтому масло жидкое. Ненасыщенные жиры обесцвечивают бромную воду — та же качественная реакция на двойную связь, что и у алкенов.
Жидкое масло можно сделать твёрдым — присоединить водород по двойным связям. Это гидрирование (гидрогенизация) жиров, идёт с катализатором никелем:
(C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅ + 3H₂ → (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅
Остатки олеиновой кислоты становятся остатками стеариновой, и жир твердеет. Так из растительного масла получают маргарин.
Гидролиз — реакция, обратная этерификации: эфир разбирают обратно на кислоту и спирт. У жиров два пути.
Кислотный гидролиз обратим и даёт глицерин и свободные жирные кислоты. Щелочной гидролиз называют омылением — он необратим, потому что кислота сразу превращается в соль.
Натриевые соли жирных кислот, например стеарат натрия C₁₇H₃₅COONa, — это твёрдое мыло. Калиевые соли дают жидкое мыло. Второй продукт — глицерин, его используют в косметике. Узнать глицерин просто: с гидроксидом меди Cu(OH)₂ он даёт ярко-синий раствор — качественная реакция на многоатомные спирты.
Дано: 30 г уксусной кислоты нагрели с избытком этанола (кат. H₂SO₄), получили 26,4 г этилацетата. Найти выход эфира.