Παρασκευή αιθέρων. Αιθέρες και αιθέρες. Εφαρμογές ορισμένων αιθέρων

Οι αιθέρες είναι οργανικές ουσίες στις οποίες τα μόρια περιέχουν ρίζες υδρογονάνθρακα που συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου. Αυτό μπορεί να γραφτεί ως εξής: R"-O-R", όπου τα R" και R" είναι ίδιες ή διαφορετικές ρίζες.

Οι αιθέρες θεωρούνται παράγωγα αλκοολών. Αυτές οι ενώσεις έχουν σύνθετες ονομασίες. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται το όνομα των ριζών (σε αυξανόμενο μοριακό βάρος) και μάλιστα η λέξη CH3OCH3, μεθυλαιθυλαιθέρας C2H5OCH3 κ.ο.κ.

Οι συμμετρικές ενώσεις R-O-R λαμβάνονται με διαμοριακή αφυδάτωση αλκοόλης. Στο ένα μόριο, ο δεσμός Ο-Η σπάει και στο άλλο ο δεσμός C-O. Η αντίδραση μπορεί να θεωρηθεί ως πυρηνόφιλη υποκατάσταση μιας ομάδας HO (σε ένα μόριο) με μια ομάδα RO (από ένα άλλο μόριο).

Οι ασύμμετρες ενώσεις R-O-R σχηματίζονται από την αλληλεπίδραση ενός αλογονάνθρακα και ενός αλκοολικού.

Οι αιθέρες (σε αντίθεση με τις ισομερείς αλκοόλες τους) έχουν χαμηλότερα σημεία τήξης και βρασμού. Οι ενώσεις είναι σχεδόν μη αναμίξιμες με το νερό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι αιθέρες δεν σχηματίζονται λόγω της απουσίας πολικών δεσμών Ο-Η στα μόριά τους.

Οι ενώσεις είναι ανενεργές. Έχουν χαμηλότερη αντιδραστικότητα από τις αλκοόλες.

Οι αιθέρες χρησιμοποιούνται συχνά ως διαλύτες λόγω της ικανότητάς τους να διαλύουν πολλές οργανικές ουσίες.

Οι πιο σημαντικές ενώσεις περιλαμβάνουν ουσίες που περιέχουν ετεροκυκλικό οξύ: διοξάνη και εποξείδιο (αιθυλενοξείδιο).

Το πρώτο είναι ένας καλός διαλύτης. Η διοξάνη είναι αναμίξιμη και με υδρογονάνθρακες και με νερό. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, αυτή η ένωση ονομάζεται επίσης "οργανικό νερό". Το διοξάνιο είναι τοξικό, αλλά ο μεγαλύτερος κίνδυνος είναι τα διβενζοπαράγωγά του που περιέχουν αλογόνο.

Οι αιθέρες κυτταρίνης είναι προϊόντα της αντικατάστασης του ατόμου υδρογόνου στις υδροξυλομάδες του μακρομορίου κυτταρίνης με αλκυλικά ή όξινα υπολείμματα. Η σύνθεση πραγματοποιείται με στόχο τη μετάδοση νέων, ιδιαίτερα θερμοπλαστικότητα και διαλυτότητα. Όταν αντικαθίστανται από όξινα υπολείμματα, σχηματίζονται σύνθετες ενώσεις· όταν αντικαθίστανται από υπολείμματα αλκυλίου, σχηματίζονται απλές ενώσεις.

Τα πρώτα λαμβάνονται μέσω της διαδικασίας ακυλίωσης και εστεροποίησης - μέσω της αλληλεπίδρασης της κυτταρίνης με τα ανόργανα και οργανικά οξέα, τα χλωριούχα οξέα και τους ανυδρίτες τους. Η μεγαλύτερη πρακτική σημασία δίνεται στα ξαθογενικά. Αυτές οι ενώσεις λαμβάνονται με αντίδραση με ανόργανα οξέα και χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ινών σελοφάν και βισκόζης. Τα νιτρικά άλατα της κυτταρίνης είναι επίσης βιομηχανικής σημασίας. Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βερνικιών, μεμβρανών και σκόνης χωρίς καπνό.

Από τις ενώσεις που λαμβάνονται με αλληλεπίδραση με οξικά άλατα κυτταρίνης, οι οξικές κυτταρίνες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία. Χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πλαστικών και μεμβρανών.

Υπάρχουν επίσης μικτοί αιθέρες κυτταρίνης. Περιέχουν διάφορους υποκαταστάτες ακυλίου και αλκυλίου.

Οι ιδιότητες όλων των αιθέρων κυτταρίνης εξαρτώνται από τη φύση της ρίζας. Ο βαθμός υποκατάστασης και πολυμερισμού έχει επίσης σημασία.

Οι απλές ενώσεις χαμηλής υποκατάστασης διαλύονται σε υδατικά αλκαλικά διαλύματα και νερό. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται ως πυκνωτικά και σταθεροποιητές σε γαλακτώματα στις βιομηχανίες λαδιού, χαρτιού, κλωστοϋφαντουργίας, τροφίμων, φαρμακευτικών και άλλων βιομηχανιών. Υψηλή υποκατάσταση και απλή) είναι συμβατά με πλαστικοποιητές. Χρησιμοποιούνται στην κατασκευή πλαστικών και βερνικιών.

Οι αιθέρες κορώνας είναι πολυεστέρες που περιέχουν πολλά άτομα οξυγόνου στον δακτύλιο. Τυπικά, θεωρούνται ως προϊόντα κυκλοολιγομερισμού του αιθυλενοξειδίου. Μια μοναδική ιδιότητα αυτών των ενώσεων είναι η ικανότητα να σχηματίζουν σύμπλοκα με διαφορετικά άλατα.Τα σύμπλοκα αυτά σχηματίζονται λόγω ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης.

Η λειτουργική ομάδα αιθέρα αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου συνδεδεμένο με δύο αλκυλομάδες ή δύο αρωματικές (αρυλο) ομάδες: R-O-R. Οι αλκυλομάδες μπορεί να είναι ίδιες ή διαφορετικές. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 7-1, οι αιθέρες είναι ελαφρώς διαλυτοί στο νερό και, όταν αναμιγνύονται με νερό, σχηματίζουν δύο στοιβάδες. Σε αυτό το γεγονός βασίζεται η μέθοδος διαχωρισμού των οργανικών ουσιών στο εργαστήριο. Εάν ένα μείγμα δύο ουσιών, για παράδειγμα, ισοπροπυλική αλκοόλη και 1-χλωροπροπάνιο, χυθεί σε διαχωριστική χοάνη που περιέχει αιθέρα και νερό, τότε η αλκοόλη θα διαλυθεί κυρίως στο νερό και το αλογονοαλκάνιο, του οποίου τα μόρια είναι χαμηλά πολικά και ανίκανα του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου, θα περάσει πλήρως στο αιθερικό στρώμα. Με την αποστράγγιση του κάτω στρώματος μέσω της βρύσης του χωνιού, το αιθερικό διάλυμα μπορεί να διαχωριστεί από το υδατικό διάλυμα και οι ουσίες μπορούν να απομονωθούν με απόσταξη.

Ονοματολογία των αιθέρων

Οι αιθέρες ονομάζονται συνήθως σύμφωνα με τους κανόνες της ριζοσπαστικής-λειτουργικής ονοματολογίας, προσθέτοντας τη λέξη "αιθέρας" στα ονόματα δύο ριζών:

Σε πιο σύνθετες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται η ονοματολογία IUPAC και η αλκοξυ ομάδα θεωρείται ως υποκαταστάτης. Για παράδειγμα, ο μεθυλκυκλοεξυλαιθέρας θα ονομαζόταν μεθοξυκυκλοεξάνιο. Ενα άλλο παράδειγμα:

Παρασκευή αιθέρων

Μια βολική γενική μέθοδος για την παρασκευή αιθέρων είναι η σύνθεση Williamson (βλ. Κεφάλαιο 5).

Μία από τις δύο ρίζες R πηγαίνει στον αιθέρα από το μόριο της αλκοόλης. Το δεύτερο R προέρχεται από το μόριο αλοαλκανίου. Οι καλύτερες αποδόσεις αιθέρα επιτυγχάνονται εάν το R είναι η κύρια ρίζα. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίδραση προχωρά σύμφωνα με τον Μηχανισμό Για παράδειγμα:

Συμμετρικοί αιθέρες μπορούν να ληφθούν με διαμοριακή αφυδάτωση πρωτοταγών αλκοολών:

Για άλλες αλκοόλες, αυτή η αντίδραση συναγωνίζεται με το σχηματισμό αλκενίων, αλλά μερικές φορές είναι δυνατό να επιλεγούν συνθήκες υπό τις οποίες το κύριο προϊόν της αντίδρασης θα είναι ένας αιθέρας:

Αντιδράσεις αιθέρα

Οι αιθέρες είναι αρκετά αδρανείς ενώσεις. Είναι ανθεκτικά στους αναγωγικούς παράγοντες, τις βάσεις και τα περισσότερα οξέα. Οι αιθέρες καίγονται στον αέρα, παράγοντας νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Αντιδρούν με υδροβρώμιο και υδροιώδιο για να διασπάσουν τον δεσμό της ουρήθρας και να σχηματίσουν ένα αλογονοαλκάνιο και μια αλκοόλη. Η αλκοόλη αντιδρά αμέσως με το δεύτερο μόριο υδροβρωμιούχου, μετατρέποντας επίσης σε αλογονοαλκάνιο:

Για παράδειγμα:

Η αδράνεια των αιθέρων τους καθιστά βολικούς διαλύτες.

Οι αιθέρες συνήθως παρασκευάζονται από αλκοκοειδή ανιόντα και πρωτογενή στενοκένια (σύνθεση του Williamson). Μια άλλη μέθοδος σύνθεσης είναι η διαμοριακή αφυδάτωση των πρωτοταγών αλκοολών. Οι αιθέρες είναι αρκετά αδρανείς, αλλά διασπώνται από υδραλογονίδια.

Διάγραμμα 7-2. Παρασκευή και αντιδράσεις αιθέρων

Πρακτικά σημαντικοί αιθέρες

Ο διαιθυλαιθέρας και οι δύο κυκλικοί αιθέρες, που φαίνονται παρακάτω, χρησιμοποιούνται ευρέως ως διαλύτες:

Οι εστέρες με χαμηλό μοριακό βάρος, όπως το διαιθυλ, είναι πολύ επικίνδυνοι από πλευράς πυρκαγιάς. Είναι εύφλεκτα και καίγονται καλά. Επιπλέον, οι αιθέρες μπορούν να σχηματίσουν εκρηκτικά υπεροξείδια όταν εκτίθενται στον αέρα.

Ο διισοπροπυλαιθέρας χρησιμοποιήθηκε για κάποιο χρονικό διάστημα για γενική αναισθησία, αλλά έχει αντικατασταθεί από ασφαλέστερα και αποτελεσματικότερα αναισθητικά όπως το κυκλοπροπάνιο και το θειοπεντάλη νατρίου. Η ευγενόλη, το αρωματικό συστατικό του ελαίου γαρύφαλλου, έχει επίσης μια λειτουργική ομάδα αιθέρα. Τα περισσότερα μη ιονικά τασιενεργά είναι επίσης αιθέρες. Ο τύπος για ένα από αυτά φαίνεται παρακάτω. Αυτή η ουσία χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε καλλυντικές κρέμες για τη δημιουργία αφρού από μείγμα νερού και ελαίων που δεν αναμειγνύονται με νερό. Το σεξουαλικό αγρόκτημα του τσιγγάνου είναι ένας κυκλικός αιθέρας (οξιράνιο, βλέπε επόμενη ενότητα):

Ένας άλλος ενδιαφέρον τύπος αιθέρα είναι ο αιθέρας κορώνας. Έλαβαν αυτό το όνομα επειδή τα μόριά τους έχουν σχήμα κορώνας (από την αγγλική λέξη crown). Ο αιθέρας που φαίνεται παρακάτω ονομάζεται 18-crown-6. Είναι ένας 18μελής κύκλος που περιέχει 6 άτομα οξυγόνου. Μια αξιοσημείωτη ιδιότητα αυτής της ένωσης είναι η ικανότητά της να συντονίζεται με το ιόν καλίου και να κάνει τα άλατα του καλίου διαλυτά σε αλκάνια και άλλους μη πολικούς διαλύτες στους οποίους τα άλατα είναι συνήθως αδιάλυτα. Έτσι, για να οξειδωθεί η κυκλοεξανόλη με υπερμαγγανικό κάλιο, αρκεί να προστεθεί μια μικρή ποσότητα αιθέρα 18-crown-6 στο μίγμα της αντίδρασης

Αυτό θα προκαλέσει τη διάλυση του υπερμαγγανικού στον οργανικό διαλύτη και θα επιταχύνει την αντίδραση.

Oxirans

Οι τριμελείς κυκλικοί αιθέρες ονομάζονται οξυρανάμες (εποξείδια). Είναι σημαντικά ενδιάμεσα στις οργανικές συνθέσεις. Τα οξιράνια είναι πολύ πιο αντιδραστικά από τους συνηθισμένους αιθέρες λόγω της παρουσίας ενός τεταμένου τριμελούς δακτυλίου στα μόριά τους. Τα πυρηνόφιλα αντιδρούν εύκολα με τις oxiranes, προκαλώντας ασταθές άνοιγμα δακτυλίου:

Ένα κοινό υλικό που περιέχει θραύσματα οξιρανίου σε μόρια είναι η εποξική κόλλα. Η δομή των μονομερών έχει ως εξής:

Όταν αναμειχθούν αυτές οι δύο ουσίες, αρχίζει ο πολυμερισμός και σχηματίζεται ένα ισχυρό πολυμερές:

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΧΡ. 7

1. Οι φυσικές ιδιότητες των ενώσεων καθορίζονται από τη δομή τους. Η σημαντική πολικότητα των αλκοολών και ο σχηματισμός δεσμών υδρογόνου είναι ο λόγος για τα υψηλά σημεία βρασμού αυτών των ουσιών και τη διαλυτότητά τους στο νερό. Σε μια σειρά ενώσεων της ίδιας κατηγορίας, ακολουθείται ο κανόνας: όσο μεγαλύτερο είναι το μοριακό βάρος, τόσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού και τόσο χαμηλότερη είναι η διαλυτότητα στο νερό.

2. Σύμφωνα με τους κανόνες της ονοματολογίας IUPAC, οι ονομασίες των αλκοολών αποτελούνται από το όνομα του υδρογονάνθρακα στον οποίο συνδέεται η ομάδα υδροξυλίου, το επίθημα "ol", τον εντοπισμό της ομάδας υδροξυλίου, καθώς και από τους τοποθέτες και τις ονομασίες των υποκαταστατών. Η ονοματολογία ριζοσπαστικής λειτουργίας περιλαμβάνει την προσθήκη στη λέξη «αλκοόλ» ενός επιθέτου που σχηματίζεται από το όνομα μιας ρίζας που συνδέεται με μια ομάδα υδροξυλίου. Χρησιμοποιούνται επίσης ασήμαντα ονόματα.

3. Η αιθυλική αλκοόλη είναι μέρος των αλκοολούχων ποτών. Για τους σκοπούς αυτούς, λαμβάνεται από σπόρους με ενζυματική ζύμωση. Ισχυρή αλκοόλη λαμβάνεται με κλασματική απόσταξη του μίγματος ζύμωσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η αιθανόλη μετουσιώνεται σκόπιμα με την προσθήκη τοξικών ουσιών για να καταστεί μη πόσιμο.

4. Πολλές αλκοόλες παράγονται βιομηχανικά με ενυδάτωση των αντίστοιχων αλκενίων. Η μεθανόλη συντίθεται με την αντίδραση μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Στο εργαστήριο, οι αλκοόλες παράγονται με την αναγωγή αλδεΰδων και κετονών, την ενυδάτωση των αλκενίων και την αντίδραση των αντιδραστηρίων Grignard με αλδεΰδες, κετόνες και εστέρες.

5. Οι αλκοόλες μπορούν να μετατραπούν σε μια ποικιλία άλλων ενώσεων, όπως αλκοξείδια μετάλλων, εστέρες, αλδεΰδες, κετόνες, καρβοξυλικά οξέα, αλκένια, αλογονοαλκάνια.

6. Τα ονόματα των αιθέρων κατασκευάζονται από τα ονόματα των ομάδων που συνδέονται με το άτομο οξυγόνου και τη λέξη «αιθέρας». Οι αιθέρες μπορούν επίσης να αναφέρονται ως αλκοξυ-υποκατεστημένα αλκάνια.

7. Οι αιθέρες λαμβάνονται με την αντίδραση Williamson ή τη διαμοριακή αφυδάτωση των αλκοολών.

8. Οι αιθέρες είναι πολύ αδρανείς, αλλά υπό την επίδραση του υδροβρωμίου και του υδροϊωδίου υφίστανται διάσπαση.

9. Οι οξιράνες, οι τριμελείς αιθέρες, σε αντίθεση με άλλους αιθέρες, αντιδρούν με διάφορα αντιδραστήρια για να σχηματίσουν προϊόντα τριμελούς ανοίγματος δακτυλίου. Οι εποξειδικές ρητίνες και οι κόλλες παράγονται με βάση τις oxiranes.

Λέξεις-κλειδιά

Αυτά είναι αιθέρες που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης δύο μορίων αλκοόλης μεταξύ τους. Ο δεσμός σχηματίζεται μέσω ενός ατόμου οξυγόνου. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, ένα μόριο νερού (Η2Ο) διασπάται και δύο υδροξύλια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σύμφωνα με την ονοματολογία, οι συμμετρικοί αιθέρες, δηλαδή, που αποτελούνται από πανομοιότυπα μόρια, μπορούν να ονομάζονται με ασήμαντα ονόματα. Για παράδειγμα, αντί για διαιθυλ - αιθύλιο. Τα ονόματα των ενώσεων με διαφορετικές ρίζες είναι ταξινομημένα αλφαβητικά. Σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, ο μεθυλαιθυλαιθέρας θα ακούγεται σωστός, αλλά το αντίστροφο όχι.

Δομή

Λόγω της ποικιλίας των αλκοολών που αντιδρούν, η αλληλεπίδρασή τους μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό αιθέρων που διαφέρουν σημαντικά στη δομή. Ο γενικός τύπος για τη δομή αυτών των ενώσεων μοιάζει με αυτόν: R-O-R ´. Τα γράμματα "R" αντιπροσωπεύουν τις ρίζες αλκοόλης, δηλαδή, με απλά λόγια, το υπόλοιπο υδρογονανθρακικό μέρος του μορίου εκτός από το υδροξύλιο. Εάν μια αλκοόλη έχει περισσότερες από μία τέτοιες ομάδες, μπορεί να σχηματίσει αρκετούς δεσμούς με διαφορετικές ενώσεις. Τα μόρια αλκοόλης μπορούν επίσης να έχουν κυκλικά θραύσματα στη δομή τους και γενικά να αντιπροσωπεύουν πολυμερή. Για παράδειγμα, όταν η κυτταρίνη αντιδρά με μεθανόλη και/ή αιθανόλη, σχηματίζονται αιθέρες. Ο γενικός τύπος αυτών των ενώσεων όταν αντιδρούν με αλκοόλες της ίδιας δομής φαίνεται ο ίδιος (βλ. παραπάνω), αλλά η παύλα αφαιρείται. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, σημαίνει ότι οι ρίζες στο μόριο του αιθέρα μπορεί να είναι διαφορετικές.

Κυκλικοί αιθέρες

Ένας ειδικός τύπος αιθέρων είναι κυκλικοί. Τα πιο γνωστά μεταξύ αυτών είναι το οξυαιθάνιο και το τετραϋδροφουράνιο. Ο σχηματισμός αιθέρων αυτής της δομής συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης δύο υδροξυλίων ενός μορίου μιας πολυϋδρικής αλκοόλης. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένας κύκλος. Σε αντίθεση με τους γραμμικούς αιθέρες, οι κυκλικοί εστέρες είναι πιο ικανοί να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου και επομένως είναι λιγότερο πτητικές και πιο διαλυτοί στο νερό.

Ιδιότητες των αιθέρων

Από φυσική άποψη, οι αιθέρες είναι πτητικά υγρά, αλλά υπάρχουν πολλοί κρυσταλλικοί εκπρόσωποι.

Αυτές οι ενώσεις είναι ελάχιστα διαλυτές στο νερό και πολλές από αυτές έχουν ευχάριστη οσμή. Υπάρχει μια ποιότητα λόγω της οποίας οι αιθέρες χρησιμοποιούνται ενεργά ως οργανικοί διαλύτες στα εργαστήρια. Οι χημικές ιδιότητες αυτών των ενώσεων είναι αρκετά αδρανείς. Πολλά από αυτά δεν υφίστανται υδρόλυση - η αντίστροφη αντίδραση που συμβαίνει με τη συμμετοχή νερού και οδηγεί στο σχηματισμό δύο μορίων αλκοόλης.

Χημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αιθέρες

Οι χημικές αντιδράσεις των αιθέρων είναι γενικά εφικτές μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, όταν θερμαίνεται σε θερμοκρασία πάνω από 100 o C, ο μεθυλφαινυλαιθέρας (C6H5-O-CH3) αντιδρά με υδροβρωμικό (HBr) ή υδροϊωδικό οξύ (HI) για να σχηματίσει φαινόλη και βρωμομεθύλιο (CH 3 Br) ή ιωδομεθυλ. (CH 3 I), αντίστοιχα.

Πολλοί εκπρόσωποι αυτής της ομάδας ενώσεων, ιδιαίτερα ο μεθυλαιθυλαιθέρας και ο διαιθυλαιθέρας, μπορούν να αντιδράσουν με τον ίδιο τρόπο. Ένα αλογόνο συνήθως συνδέεται με μια βραχύτερη ρίζα, για παράδειγμα:

• C 2 H 5 -O-CH 3 + HBr → CH 3 Br + C 2 H 5 OH.

Μια άλλη αντίδραση που υφίστανται οι αιθέρες είναι η αλληλεπίδραση με τα οξέα Lewis. Αυτός ο όρος αναφέρεται σε ένα μόριο ή ιόν που είναι δέκτης και συνδυάζεται με έναν δότη που έχει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων. Έτσι, το φθοριούχο βόριο (BF 3) και ο χλωριούχος κασσίτερος (SnCI 4) μπορούν να δράσουν ως τέτοιες ενώσεις. Αλληλεπιδρώντας μαζί τους, οι αιθέρες σχηματίζουν σύμπλοκα που ονομάζονται άλατα οξωνίου, για παράδειγμα:

• C2H5-O-CH3 + BF3 → -B(-)F 3.

Μέθοδοι παρασκευής αιθέρων

Η παρασκευή των αιθέρων γίνεται με διαφορετικούς τρόπους. Μία μέθοδος είναι η αφυδάτωση των αλκοολών χρησιμοποιώντας πυκνό θειικό οξύ (H2SO4) ως παράγοντα αφυδάτωσης. Η αντίδραση γίνεται στους 140 o C. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνονται μόνο ενώσεις από μία αλκοόλη. Για παράδειγμα:

• C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 → C 2 H 5 SO 4 H + H 2 O;
  C 2 H 5 SO 4 H + HOC 2 H 5 → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 SO 4.

Όπως φαίνεται από τις εξισώσεις, η σύνθεση του διαιθυλαιθέρα γίνεται σε 2 στάδια.

Μια άλλη μέθοδος για τη σύνθεση των αιθέρων είναι η αντίδραση Williamson. Η ουσία του έγκειται στην αλληλεπίδραση αλκοολικού καλίου ή νατρίου. Έτσι ονομάζονται τα προϊόντα αντικατάστασης του πρωτονίου της υδροξυλομάδας μιας αλκοόλης με ένα μέταλλο. Για παράδειγμα, αιθοξείδιο του νατρίου, ισοπροπυλικό κάλιο κ.λπ. Εδώ είναι ένα παράδειγμα αυτής της αντίδρασης:

• CH 3 ONa + C 2 H 5 Cl → CH 3 -O-C 2 H 5 + KCl.

Εστέρες με διπλούς δεσμούς και κυκλικούς αντιπροσώπους

Όπως και σε άλλες ομάδες οργανικών ενώσεων, ενώσεις με διπλούς δεσμούς βρίσκονται μεταξύ των αιθέρων. Μεταξύ των μεθόδων για τη λήψη αυτών των ουσιών υπάρχουν ειδικές που δεν είναι τυπικές για κορεσμένες δομές. Περιλαμβάνουν τη χρήση αλκυνίων, στον τριπλό δεσμό των οποίων προστίθεται οξυγόνο και σχηματίζονται βινυλεστέρες.

Οι επιστήμονες έχουν περιγράψει την παρασκευή αιθέρων κυκλικής δομής (οξιράνες) χρησιμοποιώντας τη μέθοδο οξείδωσης αλκενίων με υπεροξέα που περιέχουν ένα υπόλειμμα υπεροξειδίου αντί για μια ομάδα υδροξυλίου. Αυτή η αντίδραση πραγματοποιείται επίσης υπό την επίδραση οξυγόνου παρουσία ενός καταλύτη αργύρου.

Η χρήση των αιθέρων στα εργαστήρια περιλαμβάνει την ενεργό χρήση αυτών των ενώσεων ως χημικών διαλυτών. Ο διαιθυλαιθέρας είναι δημοφιλής από αυτή την άποψη. Όπως όλες οι ενώσεις αυτής της ομάδας, είναι αδρανές και δεν αντιδρά με ουσίες που είναι διαλυμένες σε αυτό. Το σημείο βρασμού του είναι λίγο πάνω από 35 o C, κάτι που είναι βολικό όταν απαιτείται γρήγορη εξάτμιση.

Ενώσεις όπως ρητίνες, βερνίκια, βαφές και λίπη διαλύονται εύκολα στους αιθέρες. Τα παράγωγα φαινόλης χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία καλλυντικών ως συντηρητικά και αντιοξειδωτικά. Επιπλέον, στα απορρυπαντικά προστίθενται εστέρες. Μεταξύ αυτών των ενώσεων, βρέθηκαν εκπρόσωποι με έντονο εντομοκτόνο αποτέλεσμα.

Οι κυκλικοί αιθέρες πολύπλοκης δομής χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πολυμερών (γλυκολίδιο, λακτίδιο, ιδιαίτερα) που χρησιμοποιούνται στην ιατρική. Εκτελούν τη λειτουργία ενός βιοαπορροφήσιμου υλικού, το οποίο, για παράδειγμα, χρησιμοποιείται για αγγειακή παράκαμψη.

Οι αιθέρες κυτταρίνης χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας, συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας αποκατάστασης. Η λειτουργία τους είναι να κολλάνε και να ενισχύουν το προϊόν. Χρησιμοποιούνται στην αποκατάσταση χάρτινων υλικών, ζωγραφικής και υφασμάτων. Υπάρχει μια ειδική τεχνική που περιλαμβάνει την εμβάπτιση παλιού χαρτιού σε ένα ασθενές (2%) διάλυμα μεθυλοκυτταρίνης. Οι εστέρες αυτού του πολυμερούς είναι ανθεκτικοί σε χημικά αντιδραστήρια και ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, μη εύφλεκτοι και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται για να προσδώσουν αντοχή σε οποιοδήποτε υλικό.

Μερικά παραδείγματα χρήσης συγκεκριμένων εκπροσώπων αιθέρων

Οι αιθέρες χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Για παράδειγμα, ως πρόσθετο σε λάδι κινητήρα (διισοπροπυλαιθέρας), ψυκτικό (διφαινυλοξείδιο). Επιπλέον, αυτές οι ενώσεις χρησιμοποιούνται ως ενδιάμεσα προϊόντα για την παραγωγή φαρμάκων, βαφών και αρωματικών προσθέτων (μεθυλφαινυλ και αιθυλφαινυλαιθέρες).

Ένας ενδιαφέρον αιθέρας είναι η διοξάνη, η οποία έχει καλή διαλυτότητα στο νερό και επιτρέπει σε αυτό το υγρό να αναμιχθεί με έλαια. Η ιδιαιτερότητα της παραγωγής του είναι ότι δύο μόρια αιθυλενογλυκόλης συνδέονται μεταξύ τους μέσω ομάδων υδροξυλίου. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένας εξαμελής ετερόκυκλος με δύο άτομα οξυγόνου. Σχηματίζεται υπό τη δράση πυκνού θειικού οξέος στους 140 o C.

Έτσι, οι αιθέρες, όπως όλες οι τάξεις της οργανικής χημείας, διακρίνονται από μεγάλη ποικιλομορφία. Το χαρακτηριστικό τους είναι η χημική αδράνεια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, σε αντίθεση με τις αλκοόλες, δεν έχουν άτομο υδρογόνου στο οξυγόνο, επομένως δεν είναι τόσο ενεργό. Για τον ίδιο λόγο, οι αιθέρες δεν σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου. Εξαιτίας αυτών των ιδιοτήτων μπορούν να αναμειχθούν με διάφορα είδη υδρόφοβων συστατικών.

Εν κατακλείδι, θα ήθελα να σημειώσω ότι ο διαιθυλαιθέρας χρησιμοποιείται σε γενετικά πειράματα για την ευθανασία των μυγών. Αυτό είναι μόνο ένα μικρό μέρος όπου χρησιμοποιούνται αυτές οι συνδέσεις. Είναι πολύ πιθανό στο μέλλον, με βάση τους αιθέρες, να παραχθεί μια σειρά από νέα ανθεκτικά πολυμερή με βελτιωμένη δομή σε σχέση με τα υπάρχοντα.

Οι αιθέρες (αιθέρες) είναι ενώσεις του γενικού τύπου ROR." Σύμφωνα με την ονοματολογία IUPAC, οι αιθέρες θεωρούνται αλκοξυαλκάνια. Σε αυτήν την περίπτωση, η μεγαλύτερη ρίζα θεωρείται βασική. Για τους αιθέρες, η ονοματολογία με λειτουργικές ρίζες χρησιμοποιείται συχνότερα από ό,τι για άλλες κατηγορίες Σε αυτήν την περίπτωση, τα ονόματα σχηματίζονται από τα ονόματα των ριζών R και R' που σχετίζονται με ένα άτομο οξυγόνου, προσθέτοντας τη λέξη "αιθέρας":

ή ή

Αιθοξυαιθάνιο 2-μεθοξυ-2-μεθυλοπροπάνιο

(διαιθυλαιθέρας) ( τρίβει-βουτυλομεθυλαιθέρας, TBME)

Καλοί πρωτικοί διαλύτες για τη διεξαγωγή αντιδράσεων είναι η κυτταρίνη και η μεθυλοκυτταρίνη. Ένας καλός διαλύτης για αντιδράσεις υδροβορίωσης και για αναγωγή με όξινο βορικό νάτριο είναι το diglyme.

2-μεθοξυαιθανόλη 2-αιθοξυαιθανόλη διαιθυλενογλυκόλη διαιθυλαιθέρας

(methyl cellosolve) (cellosolve) (diglyme)

Οι κυκλικοί αιθέρες χρησιμοποιούνται ευρέως:

αιθυλενοξείδιο τετραϋδροφουράνιο τετραϋδροπυράνιο 1,4-διοξάνιο

Οι αιθέρες έχουν την ίδια γεωμετρία με το H 2 O (Gillespie). Η γωνία δεσμού C-O-C αντιστοιχεί σε 112 o για CH 3 OCH 3, η οποία είναι κοντά στην τετραεδρική γωνία και υποδεικνύει sp 3-υβριδισμός του ατόμου οξυγόνου.

Τα μόρια του αιθέρα δεν μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ τους και επομένως είναι πολύ πιο πτητικά από τις αλκοόλες με τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα. Η πυκνότητα των αιθέρων είναι μικρότερη από αυτή του νερού. Η διαλυτότητά τους στο νερό, με την οποία μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου, είναι σχεδόν ίδια με αυτή των ισομερών αλκοολών τους, για παράδειγμα, διαιθυλαιθέρας και 1-βουτανόλη διαλύονται στο νερό σε ποσότητα περίπου 8 g ανά 100 ml νερού.

Οι εστέρες είναι χημικά αρκετά αδρανείς και επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως ως διαλύτες. Πολλοί εστέρες έχουν ευχάριστη μυρωδιά και χρησιμοποιούνται στην αρωματοποιία.

Ασκηση 1.Σχεδιάστε τύπους σκελετού και ονομάστε τους ακόλουθους εστέρες χρησιμοποιώντας IUPAC και κοινά ονόματα:

(σι) (V) (μι)

Απάντηση:

(α) 2-μεθοξυ-2-μεθυλοπροπάνιο ( τρίβει-βουτυλομεθυλαιθέρας), (β) 2-μεθοξυ-2-μεθυλοπροπάνιο ( τρίβει-βουτυλ αιθυλαιθέρας), (γ) έκσταση-2-αιθοξυκυκλοεξανόλη, (δ) μεθοξυαιθένιο (βινυλομεθυλαιθέρας).

1. Παρασκευή αιθέρων

Υπάρχουν τρεις γενικές μέθοδοι για την παρασκευή αιθέρων: η διαμοριακή αφυδάτωση των αλκοολών, η αντίδραση των αλκοολών με αλκεναμίες και η αντίδραση Williamson.

1.1. Διαμοριακή αφυδάτωση αλκοολών

Παρουσία πυκνού θειικού οξέος, ανύδρου φωσφορικού οξέος ή καταλυτών όπως οξείδιο ή φωσφορικό αλουμίνιο, το νερό διασπάται από δύο μόρια αλκοόλης:

(1)

διαιθυλαιθέρας

Μηχανισμός S N 2:

αιθυλυδροξόνιο (M 1)

Διαιθυλυδροξόνιο

Η μέθοδος είναι κατάλληλη για την παρασκευή συμμετρικών αιθέρων από μη διακλαδισμένες πρωτοταγείς αλκοόλες:

(2)

β-βρωμοαιθυλική αλκοόλη β-διβρωμοαιθυλαιθέρες

Η αφυδάτωση της 1,4-βουτανοδιόλης παρουσία φωσφορικού οξέος οδηγεί στον σχηματισμό κυκλικού τετραϋδροφουρανικού εστέρα (THF):

(3)

1,4-βουτανοδιόλη τετραϋδροφουράνιο (THF)

Η εξεταζόμενη μέθοδος είναι κατάλληλη μόνο για την παρασκευή συμμετρικών αιθέρων από μη διακλαδισμένες πρωτοταγείς αλκοόλες, με εξαίρεση την περίπτωση που η μία αλκοόλη είναι τριτοταγής και η δεύτερη είναι πρωτοταγής:

(4)

τρίβει-βουτανόλη 1-βουτανόλη βουτυλ- τρίβει-βουτυλαιθέρας

Στη βιομηχανία, το διαιθυλ, το διβουτύλιο και ένας αριθμός άλλων απλών αιθέρων λαμβάνονται με διαμοριακή αφυδάτωση αλκοολών.

Άσκηση 2.Περιγράψτε τον μηχανισμό της αντίδρασης:

Απάντηση:

Άσκηση 3.Γράψτε τις αντιδράσεις για την παρασκευή (α) διαιθυλ, (β) διβουτυλ και (γ) β-διβρωμοαιθυλαιθέρων και (δ) τετραϋδροφουρανίου (THF) και περιγράψτε τον μηχανισμό τους.

1.2. Σύνθεση εστέρων χρησιμοποιώντας την αντίδραση Williamson

Αυτή η αντίδραση εξετάστηκε προηγουμένως στη μελέτη αλκυλαλογονιδίων.

Οι αλκοολικές ενώσεις μετάλλων υφίστανται εύκολα αντιδράσεις πυρηνόφιλης υποκατάστασης, παρέχοντας ανιόντα αλκοξειδίου RO - . Εάν είναι απαραίτητο να ληφθούν ασύμμετροι εστέρες, πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά η δυνατότητα χρήσης αλογονωμένων υδρογονανθράκων και αλκοολικών αλκοολών.

(5)

2-μεθοξυπροπάνιο

(6)

βενζυλ- τρίβει-βουτυλαιθέρας

Κατά τη σύνθεση αλκυλαρυλαιθέρων, είναι απαραίτητο να υποβληθεί σε επεξεργασία το φαινολικό άλας με ένα αλκυλαλογονίδιο, καθώς τα αρυλαλογονίδια δεν αντιδρούν με αλκοολικά άλατα.

Άσκηση 4.Καταγράψτε τις αντιδράσεις για την παραγωγή των ακόλουθων εστέρων:

(σι)

Άσκηση 5.Από ποιες ενώσεις σύμφωνα με τον Williamson μπορεί κανείς να λάβει

(α) μεθυλ ισοπροπυλαιθέρας, (β) τριτ-βουτυλ αιθυλαιθέρας

(γ) προπυλφαινυλαιθέρας; Εξηγήστε την επιλογή των αντιδραστηρίων.

1.3. Προσθήκη αλκοολών σε αλκένια

Παρουσία ενός οξέος, οι αλκοόλες συνδυάζονται με αλκένια για να σχηματίσουν εστέρες. Ο μηχανισμός αντίδρασης μοιάζει με τον μηχανισμό ενυδάτωσης των αλκενίων.

(7)

τριτ-βουτυλομεθυλαιθέρας

Μηχανισμός:

(Μ 2)

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά για την προστασία της υδροξυλικής ομάδας των πρωτοταγών αλκοολών κατά τη διεξαγωγή αντιδράσεων με άλλες λειτουργικές ομάδες του ίδιου μορίου, επειδή τρίβειΗ ομάδα -βουτυλίου μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί με τη δράση του οξέος.

Άσκηση 6.Έχοντας στη διάθεσή σας 3-βρωμο-1-προπανόλη και ακετυλενίδιο του νατρίου, προτείνετε ένα σχέδιο για τη λήψη πρώτα 4-πεντιν-1-όλης και στη συνέχεια

Οι αιθέρες είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο στις οποίες δύο ατομικές ομάδες (οργανικές ή οργανικές και ανόργανες) συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου.

Οι εστέρες μπορεί να είναι απλοί (I) και σύνθετοι (II):

Ανάλογα με τη φύση της ρίζας που σχετίζεται με το άτομο οξυγόνου, οι αιθέρες μπορεί να είναι κορεσμένοι ή ακόρεστοι:

ΑΙΘΕΡΕΣ (ΑΛΚΥΛΟ ΟΞΕΙΔΙΑ)

Οι αιθέρες είναι οργανικές ενώσεις στις οποίες δύο ρίζες υδρογονάνθρακα συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου (γέφυρα οξυγόνου).

Γενικός τύπος αιθέρων R-O-R

Δομή. Οι αιθέρες μπορούν να θεωρηθούν ως προϊόντα της αντικατάστασης δύο ατόμων υδρογόνου σε ένα μόριο νερού με ρίζες υδρογονάνθρακα:

ή αντικατάσταση του υδροξυλικού υδρογόνου σε ένα μόριο αλκοόλης από μία ρίζα:

Οι αιθέρες είναι ισομερείς ως προς τις αλκοόλες. Για παράδειγμα, ο μοριακός τύπος του CrHbO αντιστοιχεί στον απλό αιθέρα - διμεθυλ CH I -0-CH 3 και αιθυλική αλκοόλη C2H5OH.

Η ηλεκτρονική δομή του διμεθυλαιθέρα μπορεί να αναπαρασταθεί από τον τύπο:

Ονοματολογία. Τα ονόματα των αιθέρων συνήθως συνδέονται με τα ονόματα των ριζών που συνδέονται με το άτομο οξυγόνου:

Σύμφωνα με τη συστηματική ονοματολογία, η αλκοξυ ομάδα (R-0 -) ονομάζεται πρώτα και μετά ο υδρογονάνθρακας με τον οποίο συνδέεται:

Εάν δύο ρίζες που συνδέονται με το οξυγόνο είναι ίδιες, τότε το πρόθεμα δι-χαμηλωμένο. Για παράδειγμα, ο διμεθυλαιθέρας ονομάζεται μεθυλαιθέρας, ο διαιθυλαιθέρας ονομάζεται αιθυλαιθέρας.

Ισομέρεια. Η δομική ισομέρεια των αιθέρων εξαρτάται από την ισομέρεια των ριζών υδρογονάνθρακα που σχετίζονται με το οξυγόνο:

Παραλαβή. Οι αιθέρες δεν υπάρχουν στη φύση. Λαμβάνονται συνθετικά:

1. Αφυδάτωση αλκοολών υπό την επίδραση ανόργανων οξέων.

Ο μηχανισμός αυτής της αντίδρασης είναι ο ακόλουθος. Ένα πρωτόνιο προσθέτει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε ένα άτομο οξυγόνου. Σχηματίζεται μια ένωση οξωνίου:

Ένα μόριο νερού διασπάται από μια ασταθή ένωση οξωνίου και σχηματίζεται ένα καρβοκατιόν:

Αυτό το καρβοκατιόν επιτίθεται ηλεκτροφιλικά στο δεύτερο μόριο αλκοόλης, το οποίο παρέχει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να σχηματίσει τον δεσμό 0-C:

Η αντίδραση τελειώνει με την απομάκρυνση ενός πρωτονίου:

2. Αλληλεπίδραση αλογονοαλκυλίου με αλκοολικά:

Φυσικές ιδιότητες. Οι διμεθυλ και μεθυλ αιθυλαιθέρες είναι αέρια, ξεκινώντας από τον διαιθυλαιθέρα, άχρωμα, εύφλεκτα υγρά που εξατμίζονται εύκολα. Οι ανώτεροι αιθέρες είναι στερεά. Οι αιθέρες είναι ελάχιστα διαλυτοί στο νερό. Χρησιμεύουν ως καλοί διαλύτες για οργανικές ουσίες. Λόγω της έλλειψης δεσμών υδρογόνου μεταξύ των μορίων του αιθέρα, τα σημεία βρασμού τους είναι πολύ χαμηλότερα από αυτά των αντίστοιχων αλκοολών.

Χημικές ιδιότητες. Οι απλοί κορεσμένοι αιθέρες είναι αρκετά αδρανείς ενώσεις. Σε αντίθεση με τους εστέρες, δεν υδρολύονται (δεν σαπωνοποιούνται). Ωστόσο, το πυκνό θειικό οξύ αποσυνθέτει αυτούς τους εστέρες:

Το μέταλλο νατρίου διασπά επίσης τους αιθέρες όταν θερμαίνεται:

Όταν ένας αιθέρας αντιδρά με πυκνό HI, σχηματίζεται αλκοόλη και αλκυλοϊωδίδιο:

Οι ακόρεστοι αιθέρες (σε αντίθεση με τους κορεσμένους αιθέρες) υδρολύονται εύκολα σε όξινο περιβάλλον:

Μεμονωμένοι εκπρόσωποι. Ο διαιθυλαιθέρας, ή ο αιθυλαιθέρας, C2H5-O - C2H5, είναι ένα πολύ κινητό, εξαιρετικά εύφλεκτο υγρό με έντονη «αιθερική» οσμή. Τ. κιπ. 34,5 °C. Οι ατμοί του αιθέρα είναι 2,5 φορές βαρύτεροι από τον αέρα, επομένως μπορούν να «απλωθούν» στην επιφάνεια και μπορούν να αναφλεγούν από την παραμικρή σπίθα ακόμα και από απόσταση. Ο αιθέρας σχηματίζει ένα εκρηκτικό μείγμα με τον αέρα. Όταν οξειδώνεται (ειδικά στο φως), σχηματίζει υδροϋπεροξείδιο, το οποίο αποσυντίθεται εκρηκτικά. Για να απαλλαγείτε από το υδροϋπεροξείδιο, απλώς ανακινήστε τον αιθέρα με ένα διάλυμα καυστικού αλκαλίου ή θειικού σιδήρου. Για να πραγματοποιηθούν ορισμένες συνθέσεις, απαιτείται συχνά όχι μόνο καθαρός αλλά και άνυδρος αιθέρας (απόλυτος).Για να αποκτήσετε έναν τέτοιο εστέρα, πρέπει πρώτα να τον ελέγξετε για απουσία υδροϋπεροξειδίων και στη συνέχεια να τον ανακινήσετε με νερό για να εξαφανιστούν τα ίχνη αλκοόλ. Στη συνέχεια, το νερό διαχωρίζεται σε διαχωριστική χοάνη και τα ίχνη του αφαιρούνται χρησιμοποιώντας μέταλλο νατρίου. Ο αιθυλαιθέρας χρησιμοποιείται ως διαλύτης στην παραγωγή σκόνης χωρίς καπνό και τεχνητού μεταξιού. Χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική.

Βινυλ βουτυλαιθέρας CH2=CH-0-C4H9 - υγρό bp. 94,1 °C, ελάχιστα διαλυτό στο νερό. Λαμβάνεται με αντίδραση ακετυλενίου με βουτυλική αλκοόλη. Χρησιμοποιείται για τη λήψη ορισμένων συμπολυμερών, καθώς και για τη σύνθεση πολυβινυλοβουτυλαιθέρας:

Αυτός ο πολυεστέρας είναι γνωστός ως Βάλσαμο Shostakovskaya,που χρησιμοποιείται στη θεραπεία τραυμάτων και ελκών.