Nomenklatura i właściwości fizyczne estrów kwasów karboksylowych, Poradniki, Projekty, Badania z Chimica

Pobierz Nomenklatura i właściwości fizyczne estrów kwasów karboksylowych i więcej Poradniki, Projekty, Badania w PDF z Chimica tylko na Docsity! Spis treści 1 Estry 1.1 Nomenklatura i właściwości fizyczne estrów kwasów karboksylowych 1.2 Tłuszcze i woski 1.3 Podstawowe reakcje estrów 1.4 Inne estry Estry Tak, jak to było sygnalizowane w poprzednim rozdziale estry są produktami reakcji kwasów z alkoholami. Ogólny wzór strukturalny estrów kwasów karboksylowych wygląda następująco: W tym wzorze R jest resztą pochodzącą z kwasu, która stanowi wraz z związaną z nią grupą karbonylową tzw. resztę kwasową (acylową). Podstawnik R' pochodzi z alkoholu i stanowi (najczęściej wraz z atomem tlenu) tzw. resztę alkoholową. Nomenklatura i właściwości fizyczne estrów kwasów karboksylowych Nazwy estrów są złożone, odzwierciedlające ich złożoną budowę. Pierwszy człon nazwy charakteryzuje resztę kwasową z końcówką -an lub -ian (zamiast końcówki -owy od nazwy odpowiedniego kwasu), a druga część nazwy określa resztę alkilową pochodzącą od alkoholu. Analogicznie tworzy się nazwy estrów fenoli — drugi człon nazwy określa budowę reszty arylowej pochodzącej od fenolu. Najczęściej używa się nazw zwyczajowych, ale takie same zasady obowiązują przy tworzeniu nazw systematycznych estrów, np. mrówczan metylu to metanian metylu. W przypadkach estrów o skomplikowanej budowie można stosować nazwy opisowe o następującej sekwencji: "ester" — nazwa reszty alkilowej lub arylowej z końcówką -owy — "kwasu" — nazwa kwasu w dopełniaczu. Nazwy przykładowych estrów podane są poniżej na Rys. Figure 1 Figure 1: Budowa i nazwy przykładowych estrów kwasów karboksylowych. wzór nazwa wzór nazwa mrówczan metylu propionian etylu p-nitrobenzoesan metylu octan p-nitrofenylu ester izoamylowy kwasu 5-chloro-2-naftoesowego bursztynian dimetylu dioctan glikolu etylenowego lakton kwasu - hydroksymasłowego laktyd kwasu glikolowego ortomrówczan etylu Figure 2: Właściwości zapachowe wybranych estrów. Nazwa Wzór Zapach maślan n-butylu CH3CH2CH2COOCH2CH2CH2CH3 ananas walerianian izoamylu[1] CH3(CH2)3COOCH2CH2CH(CH3)2 jabłko octan izoamylu[2] CH3COOCH2CH2CH(CH3)2 banan octan n-oktylu CH3COOCH2(CH2)6CH3 pamarańcza propionian izobutylu CH3CH2COOCH2CH(CH3)2 rum octan benzylu CH3COOCH2C6H5 jaśmin kumaryna świeże siano Zwróćmy jeszcze uwagę na trzy ostatnie związki na Rys. 16.1. Laktonami nazywa się estry wewnętrzne — związki cykliczne, które powstają z odpowiednich hydroksykwasów w wyniku wewnątrzcząsteczkowej reakcji estryfikacji. W przypadku kwasów karboksylowych podstawionych grupą hydroksylową w pozycji tworzą się cykliczne laktydy, zawierające w cząsteczce dwa wiązania estrowe. Trzeci związek to przedstawiciel tzw. ortoestrów, czyli pochodnych nie zwykłych kwasów karboksylowych, ale wodzianów kwasów, czyli ortokwasów. Proste estry o liczbie atomów węgla nieprzekraczającej 17 są cieczami, większe są ciałami stałymi na ogół niskotopliwymi. Cząsteczki estrów nie tworzą między sobą wiązań wodorowych i pod względem właściwości fizycznych przypominają etery. Wykazują stosunkowo niską temperaturę wrzenia. Na przykład mrówczan metylu, będący izomerem kwasu octowego, wykazuje temp. wrzenia 31°C wobec 116 °C dla kwasu octowego (porównaj z wartościami dla kwasu octowego). Z nielicznymi wyjątkami estry nie rozpuszczają się w wodzie. Są natomiast dobrymi rozpuszczalnikami wielu związków organicznych. Znajdują dlatego wiele zastosowań w kosmetyce i chemii gospodarczej (np. jako zmywacze do paznokci). Cechą charakterystyczną estrów są ich właściwości zapachowe (patrz Tabela Figure 2). Tłuszcze i woski Spośród naturalnych estrów największe znaczenie mają tłuszcze, które gromadzone są w nasionach Ilustracja reakcji transestryfikacji. Podobnie do hydrolizy estrów w środowisku zasadowym przebiegają reakcje amonolizy (z amoniakiem) i aminolizy (z aminami pierwszo- bądź drugorzędowymi) estrów. Na Rys. Figure 8. pokazano reakcję amonolizy oraz aminolizy pod działaniem aminy pierwszorzędowej. Produktami tych reakcji są amidy. Ilustracja reakcji amono- (u góry) i aminolizy (u dołu) estrów. Rys. Figure 9. pokazuje reakcję kondensacji Claisena. Znaczenie syntetyczne tej reakcji polega na możliwości wydłużania łańcuchów węglowych w związkach organicznych dzięki tworzeniu nowych wiązań C—C (por. z kondensacją aldolową). Pod względem mechanizmu jest to, podobnie jak w wyżej wymienionych reakcjach, substytucja nukleofilowa przy węglu grupy karbonylowej. Pierwszym etapem tej reakcji jest tworzenie się pod działaniem bardzo silnej zasady (etanolanu sodu) karboanionu po oderwaniu wodoru przy węglu w estrze. Silna zasada jest tu konieczna jako katalizator, gdyż właściwości kwasowe atomów wodoru w estrach są słabo zaznaczone. Tak utworzony karboanion (-CH2COOR) stanowi właściwy czynnik nukleofilowy, który atakuje węgiel grupy karbonylowej w drugiej cząsteczce estru. Kondensacja Claisena. Należy dodać, że produkt kondensacji Claisena jest -ketoestrem, czyli zawiera grupę CH2 położoną pomiędzy dwiema grupami karbonylowymi. Atomy wodoru w takiej grupie wykazują silniejsze właściwości kwasowe i mogą być łatwo podstawiane, na przykład z utworzeniem nowego wiązania C—C, co stwarza nowe możliwości syntezy bardziej rozbudowanych związków. Spośród innych właściwości chemicznych estrów można wymienić reakcje redukcji. Najczęściej produktami redukcji estrów są dwa alkohole, jeden pierwszorzędowy powstający z reszty kwasowej estru i drugi pochodzący z odszczepienia reszty alkoholowej. Niektóre estry można zredukować przy zastosowaniu specjalnych katalizatorów do eterów, tzn. bez odszczepienia reszty alkoholowej. Rys. Figure 10. ilustruje te dwie możliwości redukcji estrów: Reakcje redukcji estrów. Inne estry Estry to obszerna klasa związków, do której należą nie tylko pochodne kwasów karboksylowych, ale wiele połączeń innych kwasów, zarówno organicznych jak i nieorganicznych z alkoholami. Kilka wzorów strukturalnych estrów, pochodnych kwasów: węglowego, azotowego(V), siarkowego(VI), ortofosforowego(V) i sulfonowego podano dla przykładu na poniższym Rys. Figure 11.: Figure 11: Budowa i nazwy przykładowych estrów kwasów innych niż karboksylowe. węglan dimetylu triazotan glicerolu (nitrogliceryna) siarczan dimetylu benzenosulfonian metylu fosforan trimetylu ↑ — izoamyl = 3-metylobutyl (alkohole pentylowe noszą zwyczajową nazwę alkoholi1. amylowych, por. również Rys. 16.1.). ↑ — izoamyl = 3-metylobutyl (alkohole pentylowe noszą zwyczajową nazwę alkoholi2. amylowych, por. również Rys. 16.1.). ↑ Zagadnienia matematycznego opisu kinetycznych równowag w reakcjach chemicznych3. wykraczają poza ramy naszych rozważań.