3. Естери

Складні ефіри (естери) – R–CO–OR₁ похідні карбонових кислот, в яких атом гідрогену гідроксильної групи карбонових та мінеральних кислот заміщений на вуглеводневий радикал.

Розрізняють моно-, ди-, та поліефіри. Для моноосновних кислот існують моноефіри, для дво- та багатоосновних – повні та кислі ефіри:

Ізомерія. Характерна ізомерія карбонового ланцюга та метамерія.

Номенклатура. Для найменувань ефірів найчастіше використовують історичну або тривіальну номенклатуру. Згідно з раціональною номенклатурою назва естеру складається з назви кислоти та спиртового залишку. Систематична номенклатура передбачає додавання до назви кислоти назву спиртового радикалу та одночасну заміну закінчення назви кислоти – ова на –оат, наприклад:

4. Добування естерів

Естери поширені в природі, однак переважно у незначних кількостях. Проте такі естери, як воски, естери етерних олій, зустрічаються в помітних кількостях. Складні ефіри низькомолекулярних та середніх карбонових кислот гомологічного ряду є складовими частинами ефірних олій багатьох рослин, а складні ефіри гліцерину та ВЖК є хімічною основою жирів та олій.

Синтетичні способи добування естерів карбонових кислот передбачають взаємодію гідроксильних похідних вуглеводнів з карбоновими кислотами, ацилгалогенідами й ангідридами або алкілування солей карбонових кислот.

1. Реакція естерифікації. Відбувається внаслідок взаємодії карбонових або мінеральних кислот зі спиртами за присутності як каталізатора сульфатної кислоти:

2. Одержання з срібних солей та галогеналкілів:

3. Взаємодія галогенангідридів з алкоголятами або спиртами:

Фізичні властивості

Естери низько- та середньомолекулярних кислот і спиртів – безбарвні рідини з приємним запахом, високомолекулярних – тверді, іноді кристалічні речовини без запаху. Естери майже не розчинні у воді. Температури кипіння естерів нижчі, ніж температури кипіння відповідних кислот, через відсутність міжмолекулярних водневих зв’язків.

Хімічні властивості.

1. Реакція гідролізу (омилення) – оборотна реакції етерифікації. Відбувається повільно, тому аби прискорити швидкість реакції додають суміш мінеральних кислот або лугів.

Ця реакція використовується для виокремлення складних ефірів з сумішей: складні ефіри гідролізуються в лужному середовищі, прості – в кислому, ацеталі – в кислому.

2. Реакція переетерифікації. При нагріванні складних ефірів зі спиртами в присутності сірчаної кислоти або алкоголятів (в лужному середовищі) відбувається обмін алкоксигрупами:

3. Реакції відновлення. Відновниками найчастіше бувають алюмогідрати літію, натрію в киплячому спирті або водень у складі міднохромового каталізатора:

4. Аміноліз складних ефірів. При дії аміаку на холоді молекула складного ефіру розщеплюється з утворенням амідів кислот:

Окремі представники естерів

Більшість естерів мають приємний запах, нетоксичні, а тому широко використовуються у харчовій та парфумерній промисловості: етилметаноат НСООС₂Н₅ – ромова есенція; амілметаноат НСООС₅Н₁₁ – вишнева есенція; ізоамілметаноат НСООСН₂СН₂СН(СН₃)₂ – сливова есенція; етилбутаноат СН₃СН₂СН₂СООС₂Н₅ – ананасова есенція; СН₃СООСН₂СН₂СН(СН₃)₂ – ізоамілетаноат – грушева есенція; ізоаміл-2-метилбутаноат (СН₃)₂СНСН₂СООСН₂СН₂СН(СН₃)₂ – яблучна есенція.

Оцтовоетиловий ефір (етилацетат) – безбарвна рідина з фруктовим запахом, погано розчиняється у воді, добре в органічних розчинниках. Використовують як розчинник нітрату целюлози у виробництві фото- та кіноплівки, бездимного пороху, компонент фруктових есенцій.

Оцтовоізоаміловий ефір (ізоамілацетат) – безбарвна рідина з запахом груш, погано розчинна у воді, добре – в етанолі, діетиловому ефірі. Використовують як запашну та смакову речовину у харчовій промисловості та як розчинник у парфумерії.

Тринітрогліцерин – масляниста рідина, солодка на смак, погано розчинна у воді, добре – в ацетоні та бензолі, при нагріванні та ударі – вибухає. Одержують нітруванням гліцерину концентрованими сульфатною та нітратною кислотами. Тринітрогліцерин – складова частина динаміту, а 1% розчин в етанолі – кардіологічний лікарський засіб.

Метилсірчана кислота (метилсульфат) СН₃–О–SO₃H – сироподібна речовина, погано розчинна у воді, добре – в ефірі. Одержують взаємодією метанолу та хлорсульфонової кислоти:

Використовується як метилюючий агент у органічному синтезі.

Гліцерофосфати – солі гліцерину, фосфорної кислоти та лужних металів. Практичне значення має гліцерофосфат кальцію, що використовується як стимулюючий та загальнозміцнюючий засіб.

Гліцерофосфати – продукти проміжного обміну вуглеводів та ліпідів у тварин та людини. З них у тканинах та клітинах утворюються нейтральні жири, фосфатиди, глюкоза, глікоген. Гліцерофосфати – джерело хімічної енергії що виділяється у вигляді АТФ та її аналогів:

Особливу роль в живих організмах відіграють фосфатиди – гліцериди монокарбонових кислот, у яких третій гідроксил гліцерину естерифікований фосфатною кислотою, а остання своїм гідроксилом утворює естер з аміноспиртом. Фосфатиди близькі за структурою до жирів. Їх загальна формула:

При нестачі фосфороліпідного комплексу у продуктах харчування призводить до порушення засвоєння жиророзчинних вітамінів. Фосфороліпідний комплекс потрібний для підтримки нормального вмісту холестерину в крові. Його надлишок призводить до ураження судин атеросклеротичними бляшками.