Естері

ЕСТЕРИ Реакція естерифікації. Розглянута в § 5 реакція між оцто­вою кислотою і етиловим спиртом, унаслідок якої утворюється естер, називається реакцією естерифікації.

Експериментальне доведено, що від молекули карбонової кислоти відщеплюється гідроксильна група, а від молекули спирту — атом Гідрогену, за рахунок цього утворюється моле­кула води:

Ця реакція оборотна: одночасно з естерифікацією відбу­вається гідроліз (від грецьк. — розкладання водою) естеру на спирт і кислоту. Після встановлення рівноваги в суміші міс­тяться кислота, спирт, естер і вода.

Оборотність реакції становить певну незручність для до­бування естерів, а тому, щоб збільшити вихід продукту реакції, треба змістити її рівновагу в потрібному напрямі. Для цього можна збільшувати концентрацію однієї з вихідних речовин. Можна також видаляти з зони реакції один із продуктів, тим самим стимулюючи його утворення. Для видалення естеру його відганяють, а воду видаляють за допомогою осушуваль­них засобів.

Тепер уявімо, що наша мета — добути кислоту з естеру за допомогою реакції гідролізу. Для цього треба хімічно зв’язати кислоту або спирт, щоб вони не вступали в реакцію естерифікації, і тим самим змістити рівновагу реакції ліворуч. Для зв’язування кислоти можна використати луг, з яким реагува­тиме кислота, утворюючи сіль. Реакція відбуватиметься таким чином:

Спирт можна відділити відгонкою, а кислоту добути, діючи на сіль сильнішою кислотою, що витісняє оцтову з її солей:

На цьому прикладі ви переконались, як на основі теоре­тичних знань можна спланувати синтез і добути потрібну ре­човину.

Застосування естерів. Як правило, естери мають при­ємний запах і завдяки цьому використовуються в парфумерній та харчовій промисловості. Наприклад, метиловий естер мас­ляної кислоти має запах яблук, а пентиловий естер (від пен-танолу) оцтової кислоти пахне бананами.

З цих та інших естерів виготовляють есенції, які додають до прохолодних напоїв, цукерок, кремів, парфумерних та кос­метичних виробів. Оскільки крім природних запашних речо­вин використовуються і синтетичні, естери добувають у про­мисловості v великій кількості.

Жири. Мило.

Склад і будова молекул жирів. Естери можуть утворю­ватися найрізноманітнішими карбоновими кислотами і спир­тами. Але найбільше значення мають ті, що утворені трьох­атомним спиртом гліцерином і вищими карбоновими кис­лотами. До останніх належать, наприклад, стеаринова кислота складу С17Н35СООН й олеїнова кислота складу С17Н33СООН. Перша — насичена кислота, друга — ненасичена, в її вугле­водневому радикалі є подвійний зв’язок між карбоновими ато­мами, через це у молекулі олеїнової кислоти на два атоми Гідрогену менше:

Естери карбонових кислот та гліцерину називаються жирами.

Якщо формулу карбонової кислоти записати в загальному вигляді:

то утворення жиру можна представити рівнянням реакції естерифікації:

Хімічну природу жирів почали вивчати в першій половині XIX ст. Синтез жиру тристеарину вперше здійснив французь­кий хімік М. Бертло у 1854 р.

Фізичні властивості жирів. Склад і будова вуглеводневих радикалів впливають на властивості жирів.

Ось як, наприклад, змінюються їхні температури плав­лення:

Як бачимо, жир, утворений насиченою кислотою, твердий за звичайних умов, ненасиченою — рідкий. Рідкі жири називають ще оліями. До складу олій (соняшникової, кукурудзяної маслинової та ін.) входять залишки переважно ненасичених кислот, до складу тваринних (яловичого, баранячого та ін) — залишки насичених кислот.

Жири легші за воду і нерозчинні в ній, але розчиняються в органічних розчинниках.

Жири разом із білками та вуглеводами належать до біоло­гічно активних речовин. Вони входять до складу клітин рос­линних і тваринних організмів і є для них джерелом енергії У результаті окиснення 1 г жиру виділяється 37,7 кДж енергії що удвічі більше, ніж під час окиснення 1 г білка чи вуглеводу Основна кількість жирів, що споживаються людиною міс­титься у м’ясі, рибі, молочних і зернових продуктах. У разі коли в організм людини надходить більше енергії, ніж витра­чається нею, утворюються жироподібні речовини, що відкладаються в тканинах організму. Таким чином він акумулює енергію.

Згідно з даними сучасної медицини вживання жирів, утво­рених насиченими кислотами, тобто тваринних жирів, може призвести до накопичення речовин, що утруднюють рух крові в артеріях, зокрема тих, що постачають кров’ю мозок. Корис­нішими для вживання визнаються жири, утворені ненасиченими кислотами, тобто олії. У складі соняшникової олії, наприклад, міститься 91% ненасичених карбонових кислот.

Хімічні властивості жирів. У молекулах рідких жирів на відміну від твердих є подвійні карбон-карбонові зв’язки. Як вам уже відомо, за місцем подвійного зв’язку можлива реакція приєднання, зокрема Гідрогену. У результаті цієї реакції ненасичена сполука перетворюється на насичену, а рідкий жир — на твердий.

Процес тверднення (гідрування) жирів лежить в основі ви­робництва маргарину (від грецьк. слова, що означає - «пер­лина»). Негідровані жири прогіркають, окиснюючись за по­двійними зв’язками, у них з’являється неприємний запах і смак. Гідрування уповільнює ці процеси, крім того, дає змогу з дешевих олій добувати більш цінні тверді жири.

Жири як естери піддаються гідролізу.

Жири гідролізуються з утворенням трьохатомного спирту гліцерину і карбонових кислот.

Якщо проводити гідроліз тристеарину за наявності лугу, утворюється сіль стеаринової кислоти, відома як основа мила:

Оскільки в результаті лужного гідролізу жиру утворюється мило, ця реакція називається омиленням жиру.

Натрієві солі вищих карбонових кислот — основна складо­ва частина твердого мила, солі калію — рідкого мила.

Для добування мила з жиру в промисловості замість лугу використовують соду Na2CO3. Мило, добуте безпосередньо внаслідок цієї реакції, називається ядровим милом і відоме як господарське. Туалетне мило відрізняється від господарського наявністю добавок: барвників, запашних речовин, антисепти­ків тощо.

Мийна дія мила — складний фізико-хімічний процес. Мило є посередником між полярними молекулами води і непо­лярними часточками бруду, нерозчинного у воді. Якщо по­значити вуглеводневий радикал буквою R, то склад мила виражається формулою R-COONa. За хімічною природою мило — це сіль, йонна сполука. Крім полярної частиниCOONa+, у його складі є неполярний радикалR, до складу якого можуть входити 12−17 атомів Карбону. Під час миття молекули мила так орієнтуються на забрудненій поверх­ні, що полярні групи звернені до полярних молекул води, а неполярні вуглеводневі радикали — до неполярних часток бруду. Останні ніби потрапляють в оточення молекул мила і легко змиваються з поверхні водою.

У твердій воді утворюються нерозчинні магнієві та каль­цієві солі карбонових кислот, через це мило втрачає свою мий­ну дію, а солі осідають на поверхні виробу:

Синтетичні мийні засоби, за всієї різноманітності їх хіміч­ного складу, мають подібну до мила будову молекул, в яких є розчинна у воді полярна частина і нерозчинний неполярний вуглеводневий радикал. Але вони, на відміну від мила, є соля­ми іншої хімічної природи й у твердій воді не утворюють не­розчинних сполук. У цьому полягає перевага синтетичних мийних засобів над натуральним милом.

Мило і синтетичні мийні засоби належать до так званих поверхнево-активних речовин (ПАР), їхнє широке застосуван­ня часто пов’язують із забрудненням навколишнього середо­вища, зокрема водойм. Річ у тім, що до мийних засобів дода­ють фосфати, які у водоймах перетворюються на речовини, що живлять мікроорганізми, чиє бурхливе розмноження може спричинити заболочення водойми. Через це сучасні ПАР по­винні хімічно чи біологічно розкладатися після використання на нешкідливі речовини, що не забруднюють стоки.