Диэтиловый эфир тривиальное название. Циклические простые эфиры

Простые эфиры можно рассматривать как производные спиртов и фенолов, в которых атом водорода гидроксильной группы замещен угле­водородным остатком. Общая формула простого эфира R –О– R 1 . В тех случаях, когда с атомом кислорода связаны различные углеводородные остатки, простой эфир называют смешанным, одинаковые остатки – симметричным. В зависимости от природы углеводородного радикада простые эфиры подразделяются на:

простые эфиры с открытой цепью;

циклические;

насыщенные;

ненасыщенные;

ароматические и т. д.

По названиям углеводородных остатков составляют название простого эфира. Примеры простых эфиров и их названий приведены в таблице 14.

Таблица 14 – Классификация и номенклатура простых эфиров

Способы получения простых эфиров

Реакция галогенопроизводных углеводородов с алкоголятами – реакция Вильямсона. В качестве алкилирующих средств в этом синтезе могут быть использованы алкилгалогениды и диалкилсульфаты. Вследствие возможного протекания конкурирующей реакции элиминирования этот способ более пригоден для первичных субстратов и практически не используется для третичных:

Дегидратация спиртов под влиянием кислот. Метод для получения симметричных простых эфиров из первичных спиртов или смешанных эфиров из первичного и третичного спиртов:

Присоединение спиртов к алкинам приводит к образованию виниловых эфиров:

4. Окисление алкенов. Мягкое окисление алкенов надкислотами или кислородом в присутствии серебряного катализатора приводит к образованию трехчленных циклических простых эфиров – оксиранов (эпоксидов) (часть 1, глава 8.2).

Физические свойства простых эфиров. Неспособность молекул простых эфиров образовывать водородные связи делает эти соединения более легколетучими по сравнению со спиртами с близкой молекулярной массой. В смесях с оксисодержащими соединениями, в частности, с водой, простые эфиры образуют водородные связи за счет атома кислорода как донора пары электронов, поэтому низшие эфиры ограниченно растворимы в воде. Циклические простые эфиры, имея более доступный для сольватации атом кислорода, образуют более прочные водородные связи, поэтому они хорошо растворимы в воде (таблица 15).

Таблица 15 – Физические свойства простых эфиров

Химические свойства простых эфиров. Простые эфиры – один из немногих классов органических соединений, обладающих невысокой реакционной способностью. В отличие от спиртов простые эфиры, не имея гидрофильного водорода, не проявляют кислотных свойств, однако остальные типы реакций, характерные для спиртов, присущи и простым эфирам:

Наличие в молекулах простых эфиров на атоме кислорода НЭП определяет их способность участвовать в реакциях в качестве оснований.

Вследствие большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с атомом углерода связь С δ+ –О δ– в простых эфирах подобно связи С–О в спиртах полярна. На углеродном атоме имеется дефицит электронов, что делает возможной нуклеофильную атаку по этому атому с разрывом простой эфирной связи. Однако этот процесс расщепления простого эфира невыгоден по двум причинам:

вследствие электронодонорных свойств углеводородных заместителей, полярность связи С–О невелика;

алкокси-анион, так же как и гидрокси-анион, невыгодная уходящая группа (богата энергией), поскольку в ней нет условий для эффективной делокализации отрицательного заряда.

Следовательно, большинство простых эфиров – довольно инертные химические соединения. Они устойчивы к действию водных растворов кислот, щелочей. Простые эфиры могут расщепляться только некоторыми реагентами, например, при нагревании с концентрированной йодистоводородной кислотой или под действием металлического натрия при повышенной температуре.

1. Основные свойства. Обладая электронной парой на атоме кислорода, простые эфиры могут образовывать координационные комплексы с различными протонными или апротонными кислотами. Однако поскольку атом кислорода обладает довольно высокой электроотрицательностью и стерически мало доступен, он является слабым донором электронной пары. Вследствие этого простые эфиры – слабые основания. Они могут образовывать соли только с сильными кислотами (Н –кислоты и кислоты Льюиса) и в отсутствие воды.

1.1 Взаимодействие с концентрированной серной кислотой . Простые эфиры протонируются, давая растворы оксониевых солей:

В водной среде оксониевые соли легко гидролизуются, регенерируя при этом исходные эфир и кислоту.

1.2 Взаимодействие с кислотами Льюиса. Эфиры посредством семиполярной связи образуют комплексы:

2. Реакции нуклеофильного замещения. Необходимыми условиями для расщепления простой эфирной связи является наличие сильного нуклеофила и перевод алкокси-аниона в выгодную уходящую группу. Последнее может быть достигнуто, если S N реакцию осуществлять с оксониевой солью эфира, т. е. в присутствии сильной кислоты.

Реакция S N у простых эфиров идет еще труднее, чем у спиртов, т. к. группа RO – является плохой уходящей группой. Однако в кислой среде в результате протонирования по кислороду она превращается в несколько лучшую уходящую группу ROH и нуклеофильное замещение становится возможным.

Природа углеводородного радикала определяет в таких случаях, какой из механизмов – S N 1 или S N 2 – реализуется, причем закономерности здесь такие же, как в случае алкилгалогенидов. В качестве кислот, катализирующих реакции нуклеофильного замещения простых эфиров, обычно используют HI , H 2 SO 4 , НВ r .

В данном случае образуется исключительно фенол, так как связь
прочнее по сравнению
, и последняя разрывается легче.

3. Отщепление (элиминирование) для простых эфиров, аналогично спиртам, можно осуществить действием сильных кислот, в частности, серной кислоты:

Реакции простых эфиров Е2 типа можно осуществить действием очень сильных оснований, в частности, алкилпроизводных щелочных металлов:

3.1 Расщепление простых эфиров при высоких темепратурах активными металлами (Шорыгин, 1910 г.):

4. Окисление простых эфиров идет легко по С–Н связи кислородом воздуха на свету, поэтому их хранят в темных (светонепроницаемых) емкостях. При длительном хранении в присутствии кислорода воздуха на свету у алифатических эфиров происходит свободнорадикальный процесс окисления, приводящий к образованию неустойчивых пероксидов.

Автоокисление эфиров протекает у α -углеродного атома, поскольку в качестве интермедиатов в этом случае выступают свободные радикалы, стабилизированные делокализацией неспаренного электрона с участием НЭП атома кислорода:

Работа с простыми эфирами, не освобожденными от перекисей, требует особой осторожности. Остаток после перегонки может содержать опасные в отношении взрыва концентрации перекисей. Эфиры, очищенные от перекисей, хранят, как правило, над металлическим натрием или гидридом кальция.

Образующиеся в результате реакции друг с другом двух молекул спирта, - это простые эфиры. Связь образуется через кислородный атом. В ходе реакции отщепляется молекула воды (H 2 O), при этом друг с другом взаимодействуют два гидроксила. По номенклатуре симметричные эфиры, то есть состоящие из одинаковых молекул, допускается называть тривиальными названиями. Например, вместо диэтилового - этиловый. Название соединений с разными радиклами строят по алфавиту. По этому правилу метилэтиловый эфир будет звучать верно, наоборот - нет.

Структура

В связи с многообразием спиртов, вступающих в реакцию, при их взаимодействии могут образоваться существенно отличающиеся по своей структуре простые эфиры. Общая формула структуры данных соединений выглядит так: R-O-R ´ . Буквы «R» обозначают радикалы спиртов, то есть, проще говоря, всю остальную углеводородную часть молекулы, кроме гидроксила. Если у спирта таких групп больше одной, то он может образовывать несколько связей с разными соединениями. Молекулы спиртов могут также иметь в своей структуре циклические фрагменты и вообще представлять полимеры. Например, при взаимодействии целлюлозы с метанолом и/или этанолом образуются простые эфиры. Общая формула данных соединений при реакции одинаковых по структуре спиртов выглядит так же (см. выше), но убирается знак дефиса. Во всех остальных случаях он означает, что радикалы в молекуле простого эфира могут быть различными.

Циклические эфиры

Особая разновидность простых эфиров - циклические. Наиболее известными среди них являются оксиэтан и тетрагидрофуран. Образование простых эфиров данной структуры происходит в результате взаимодействия двух гидроксилов одной молекулы многоатомного спирта. В результате формируется цикл. В отличие от линейных эфиров, циклические способны в большей степени образовать водородные связи, и поэтому они менее летучи и лучше растворимы в воде.

Свойства простых эфиров

В физическом плане простые эфиры представляют собой летучие жидкости, но есть достаточно много и кристаллических представителей.

Данные соединения плохо растворимы в воде, и многие из них обладают приятным запахом. Есть одно качество, благодаря которому в лабораториях в качестве органических растворителей активно используют простые эфиры. Химические свойства данных соединений достаточно инертны. Многие из них не подвергаются гидролизу - обратной реакции, происходящей с участием воды и приводящей к образованию двух молекул спирта.

Химические реакции с участием эфиров

Химические реакции простых эфиров в основном осуществимы только при высокой температуре. Например, при нагреве до температуры выше 100 о С метилфениловый эфир (C 6 H 5 -O-CH 3) взаимодействует с бромоводородной (HBr) или йодоводородной кислотой (HI) с образованием фенола и бромметила (СН 3 Br) или йодметила (СН 3 I), соответственно.

Таким же образом могут реагировать многие представители данной группы соединений, в частности метилэтиловый и диэтиловый эфир. Галоген, как правило, присоединяется к более короткому радикалу, например:

• С 2 Н 5 -O-СН 3 + HBr → СН 3 Br + С 2 Н 5 OH.

Другой реакцией, в которую вступают простые эфиры, является взаимодействие с кислотами Льюиса. Таким термином называют молекулу или ион, который является акцептором и соединяется с донором, имеющим неподеленную пару электронов. Так, в качестве таких соединений могут выступать фторид бора (BF 3), хлорид олова (SnCI 4). Взаимодействуя с ними, эфиры образуют комплексы, называемые оксониевыми солями, к примеру:

• C 2 H 5 -O-CH 3 + BF 3 → -B(-)F 3 .

Способы получения простых эфиров

Получение простых эфиров происходит разными путями. Один из способов заключается в дегидратации спиртов с использованием в качестве водоотнимающего средства концентрированной серной кислоты (H 2 SO 4). Реакция протекает при 140 о С. Таким способом получают только соединения из одного спирта. Например:

• С 2 Н 5 ОН + H 2 SO 4 → С 2 Н 5 SO 4 Н + Н 2 O;
  С 2 Н 5 SO 4 Н + НОС 2 Н 5 → С 2 Н 5 -О-С 2 Н 5 + H 2 SO 4 .

Как видно из уравнений, синтез диэтилового эфира протекает в 2 ступени.

Другой способ синтеза простых эфиров происходит по реакции Вильямсона. Суть ее заключается во взаимодействии алкоголята калия или натрия. Так называются продукты замещения протона гидроксильной группы спирта на металл. Например, этилат натрия, изопропилат калия и прочее. Вот пример данной реакции:

• СН 3 ONa + С 2 Н 5 Cl → СН 3 -О-С 2 Н 5 + KCl.

Эфиры с двойными связями и циклические представители

Как в других группах органических соединений, среди простых эфиров обнаруживаются соединения с двойными связями. Среди способов получения данных веществ есть особые, не характерные для насыщенных структур. Заключаются они в использовании алкинов, по тройной связи которых происходит присоединение кислорода и образование виниловых эфиров.

Учеными описано получение простых эфиров циклической структуры (оксиранов) с использованием способа окисления алкенов надкислотами, содержащими вместо гидроксильной группы перекисный остаток. Данная реакция также проводится под действием кислорода в присутствии серебряного катализатора.

Применение простых эфиров в лабораториях заключается в активном использовании данных соединений в качестве химических растворителей. Популярным в этом плане является диэтиловый эфир. Как и все соединения данной группы, он инертен, не реагирует с растворяемыми в нем веществами. Температура его кипения составляет чуть более 35 о С, что удобно при необходимости быстрого упаривания.

В простых эфирах легко растворяются такие соединения, как смолы, лаки, красители, жиры. Производные фенола применяются в косметической промышленности в качестве консервантов и антиоксиданстов. Кроме того, эфиры добавляются в моющие средства. Среди данных соединений обнаружены представители, обладающие выраженным инсектицидным действием.

Циклические эфиры сложной структуры применяются при получении полимеров (гликолида, лактида, в частности), используемых в медицине. Они выполняют функцию биосорбируемого материала, который, например, используется для шунтирования сосудов.

Эфиры целлюлозы применяются во многих сферах человеческой деятельности, в том числе в процессе реставрации. Их функция заключается в проклеивании и укреплении изделия. Они применяются при восстановлении бумажных материалов, живописи, тканей. Существует особая методика, заключающаяся в опускании ветхой бумаги в слабый (2%) раствор метилцеллюлозы. Эфиры данного полимера являются устойчивыми к действию химических реагентов и экстремальных условий окружающей среды, негорючи, поэтому применяются для придания прочности каким-либо материалам.

Некоторые примеры использования конкретных представителей эфиров

Простые эфиры применяются во многих областях человеческой деятельности. Например, в качестве добавки к моторному маслу (диизопропиловый эфир), теплоносителя (дифенилоксид). Кроме того, данные соединения используются как промежуточные продукты для получения лекарств, красителей, ароматических добавок (метилфениловый и этилфениловый эфиры).

Интересным эфиром является диоксан, отличающийся хорошей растворимостью и в воде, и позволяющий смешивать данную жидкость с маслами. Особенность его получения заключается в том, что две молекулы этиленгликоля соединяются друг с другом по гидроксильным группам. В результате образуется шестичленный гетероцикл с двумя атомами кислорода. Он образуется под действием концентрированной серной кислоты при 140 о С.

Таким образом, простые эфиры, как и все классы органической химии, отличаются большим разнообразием. Их особенностью является химическая инертность. Связано это с тем, что, в отличие от спиртов, они не имеют атома водорода у кислорода, поэтому он не является столь активным. По этой же причине простые эфиры не образуют водородные связи. Именно вследствие таких свойств они способны смешиваться с различного рода гидрофобными компонентами.

В заключение хотелось бы отметить, что диэтиловый эфир применяется в экспериментах по генетике для усыпления мух дрозофил. Это лишь малая часть того, где используются данные соединения. Вполне возможно, что на основе простых эфиров в будущем изготовят ряд новых прочных полимеров с улучшенной структурой по сравнению с существующими.

Циклические простые эфиры содержат внутримолекулярную эфирную связь и по структуре представляют собой гетероциклические кислородсодержащие соединения. Они могут быть классифицированы в зависимости от размера цикла и числа кислородных атомов. Для названия циклических простых эфиров применяются заместительная, радикало-функциональная, заменительная номенклатуры (гл. 1.5) и номенклатура гетероциклических соединений. При этом для полиэфиров, т.е. для соединений, содержащих несколько атомов кислорода, применяются как заменительная номенклатура (гл. 1.5.3), так и номенклатура гетероциклических соединений (гл. 12.1).

По заместительной номенклатуре используется неотделяемая приставка «эпокси-» с указанием цифровыми локантами атомов углерода, связанных с кислородным мостиком.

По радикало-функциональной номенклатуре к названию двухвалентного углеводородного радикала, связанного с кислородным атомом, прибавляют используемое здесь название функционального класса «оксид».

Основой названия по заменительной номенклатуре является циклический углеводород (гл. 8.1) и используется заменительная приставка «окса-».

По номенклатуре гетероциклических соединений название первого представителя циклических простых эфиров оксиран .

Примеры циклических простых моноэфиров и их названий:

1,2-эпоксиэтан, 1,2-эпоксибутан, 1,4-эпоксибутан,

этиленоксид, бутиленоксид, тетраметиленоксид,

оксиран этилоксиран тетрагидрофуран.

3.4.4.1. Особенности строения и свойств 1,2-эпоксисоединений
(оксиранов)

Эпоксиэтан представляет собой почти правильный треугольник со значительно деформированными валентными углами (» 60°), сильно отличающихся от углов в обычных простых эфирах. Напомним, что в диалкиловых эфирах ÐСОС составляет 109 – 112°, а валентные углы насыщенного атома углерода также близки к 109°.

Химические свойства оксиранов определяются наличием в молекуле полярных связей С–О , атома кислорода с неподелёнными парами электронов и угловым напряжением в трёхчленном цикле. Принципиальное отличие их превращений лишь в том, что реакции, характерные для простых эфиров здесь протекают легко и сопровождаются раскрытием цикла, т.е. образуются продукты присоединения.

Реакции могут протекать и со слабыми нуклеофилами без катализатора, например с водой, но при повышенной температуре; с сильными нуклеофилами (амины, металлорганические соединения) взаимодействие протекает легко:

Кислотный катализ значительно увеличивает реакционную способность эпоксидов за счёт увеличения полярности связи С–О в исходном субстрате:

настолько, что присоединение воды и спиртов протекает легко.

В тех случаях, когда R и R ¢являются разными углеводородными радикалами, направление расщепления эпоксидного цикла определяется механизмом реакции. Если механизм бимолекулярный, то нуклеофил атакует менее экранированный (замещённый) атом углерода. Если же в присутствии кислот может образоваться стабилизированный карбокатион, то реакция протекает по мономолекулярному механизму, первой стадией которой является разрыв одной из С–О -связей субстрата, и нуклеофил затем присоединяется по карбокатионному центру. Например:

Кислоты Льюиса в безводных средах вызывают димеризацию, олигомеризацию и полимеризацию 1,2-эпоксисоединений:

3.4.4.2. Способы получения 1,2-эпоксисоединений

Оксираны можно получить внутримолекулярным алкилированием a-галогенозамещённых спиртов (галогенгидринов) и прямым окислением алкенов.

Кислотные свойства галогенгидринов повышены вследствие акцепторного влияния галогена, и в присутствии сильных оснований происходит образование аниона, в котором протекает нуклеофильное замещение:

Прямое окисление алкенов протекает по схеме:

.

Например, эпоксиэтан образуется при окислении этена кислородом воздуха на серебряном катализаторе при 520 К :

.

Эта реакция имеет большое промышленное значение. Мировое производство этиленоксида составляет 5 млн. т в год.

Эпоксипроизводные других алкенов можно получить применением органических пероксикислот (RCOOOH ) - реакция Прилежаева * (гл. 4.1.4.3, 6.4.6).

3.4.4.3. Краун-эфиры

Краун-эфиры - циклические полиэфиры, содержащие 9 – 60 атомов в цикле, в том числе от 3 до 20 эфирных атомов кислорода. Они открыты Чарльзом Педерсеном в 1960-х годах, за что ему в 1987 году (совместно с Дональдом Крамом и Жан-Мари Лёном) была присуждена Нобелевская премия.

Эти макроэфиры представляют собой бесцветные кристаллические или маслообразные вещества, устойчивые к действию кислот и оснований.

Ч. Педерсеном была предложена также и номенклатура краун-эфиров, общие правила которой заключаются в следующем. Название краун-эфира включает: 1) общее число атомов макроцикла, 2) термин «краун», 3) число атомов кислорода, то есть, число эфирных звеньев в кольце краун-соединения. Имеющиеся в этой молекуле ароматические или циклогексановые кольца обозначают приставками «бензо-» и «циклогексил-». Например:

дибензо-18-краун-6.

Эти номенклатурные правила не всегда точно могут описать тип связей в соединении и положение заместителей, однако они очень удобны для обычных краун-эфиров с симметричными и сравнительно простыми структурами.

Самое важное свойство краун-эфиров - образование комплексов с металлами. Полость внутренней части, например такой молекулы

,

достаточна по размеру для того, чтобы там разместился ион калия, а наличие шести атомов кислорода обеспечивает возможность образования прочной системы координационных связей:

Чем ближе ионный диаметр металла к диаметру полости макроцикла, тем устойчивее комплекс. Так, краун-6 больше подходит для ионов калия, а краун-5 - для ионов натрия. Поэтому комплексы такого типа достаточно хорошо растворимы в органических растворителях.

В общем случае, наличие полости в центре макроциклической полиэфирной системы обусловливает способность таких соединений поглощать неорганический катион, размер которого соответствует размеру этой полости, и удерживать его там за счёт сильных ион-дипольных взаимодействий положительного заряда иона с неподелёнными электронными парами шести атомов кислорода, обрамляющих полость.

Применение краун-эфиров в органических реакциях связано с образованием таких катионных комплексов, что делает возможным растворение неорганических солей в неполярных растворителях и способствует образованию несольватированного аниона. Это приводит к возрастанию основности аниона и, кроме того, за счёт малого размера несольватированный анион в качестве нуклеофила способен атаковать пространственно затруднённые реакционные центры.

В определённой степени краун-эфиры моделируют действие некоторых природных веществ (например, антибиотика пептидной природы валиномицина), облегчающих транспорт ионов через клеточные мембраны.

Синтезируют краун-эфиры алкилированием этиленгликоля,
диэтиленгликоля НОСН 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ОН ,
триэтиленгликоля НОCН 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ОН подходящими реагентами, например, 2,2¢-дихлордиэтиловым эфиром O(CH 2 CH 2 Cl) 2 .

Если группы R и R" в простом эфире одинаковы, то его называют симметричным, если разные – несимметричным. В название эфира включают названия органических групп, упоминая их в алфавитном порядке, и добавляют слово эфир, например, C 2 H 5 OC 3 H 7 – пропилэтиловый эфир. Для симметричных эфиров перед названием органической группы вводят приставку «ди», например, C 2 H 5 OC 2 H 5 – диэтиловый эфир. Для многих эфиров часто используют тривиальные (упрощенные) названия, сложившиеся исторически. К простым эфирам иногда относят соединения, которые содержат эфирный фрагмент С–О–С в составе циклической молекулы (рис. 1), одновременно их причисляют к другому классу соединений – гетероциклическим соединениям. Есть также соединения (см. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ), в состав которых входит фрагмент С–О–С, но к классу эфиров их не относят, это полуацетали – соединения, содержащие одновременно алкокси- и гидрокси-группу у одного атома углерода: >C(OH)OR, а также ацетали – соединения, где у одного атома углерода находятся одновременно две RО-группы: >C(OR) 2 (рис. 1). Наличие у одного атома углерода сразу двух химически связанных атомов О делает эти соединения непохожими по химическим свойствам на простые эфиры.

Рис. 1. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ , содержащие эфирный фрагмент в составе циклической молекулы (чаще такие соединения относят к гетероциклическим), а также полуацетали и ацетали, содержащие эфирный фрагмент, но не относящиеся к классу простых эфиров.

Химические свойства простых эфиров.

Простые эфиры представляют собой бесцветные жидкости с характерным (так называемым эфирным) запахом, практически не смешиваются с водой и неограниченно смешиваются с большинством органических растворителей. В сравнении со спиртами и альдегидами простые эфиры химически менее активны, например, они устойчивы к действию щелочей и щелочных металлов (металлический Na применяют даже для удаления следов воды из эфиров). В отличие от щелочей, кислоты расщепляют эфирный фрагмент, для этого чаще применяют галоидоводороды, особенно эффективен HI. При комнатной температуре образуется и спирт, и йодистый алкил (рис. 2А), а при нагревании – йодистый алкил и вода (рис.2А), т.е. реакция протекает более глубоко. Простые эфиры, содержащие ароматические циклы, более устойчивы к расщеплению, для них возможна только стадия, аналогичная А, образуется фенол, а йод к ароматическому ядру не присоединяется (рис. 2В).

Рис. 2. РАСЩЕПЛЕНИЕ ЭФИРНОГО ФРАГМЕНТА при действии HI

Атом кислорода в эфирном фрагменте содержит свободную электронную пару С–Ö–C , благодаря этому эфиры оказываются способными присоединять различные нейтральные молекулы, склонные к образованию донорно-акцепторных связей, атом кислорода дает для образования связи электронную пару (донор), роль акцептора, принимающего эту пару, играет присоединяющаяся молекула или ион (см . АМИНЫ). В результате возникают комплексные соединения (рис. 3).

Рис. 3. ОБРАЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С УЧАСТИЕМ ПРОСТЫХ ЭФИРОВ

В присутствии кислорода воздуха на свету эфиры частично окисляются с образованием перекисных соединений R–O–O–R", которые способны взрываться даже при слабом нагреве, поэтому, приступая к перегонке эфира, его предварительно обрабатывают восстановителями, разрушающими перекиси, часто вполне достаточно хранить эфир над металлическим Na.

Получение простых эфиров.

Наиболее удобный способ – взаимодействие алкоголятов щелочных металлов R"ONa с алкилгалогенидами RHal, таким методом можно получать как симметричные (рис. 4А), так и несимметричные простые эфиры (рис. 4Б). В промышленности симметричные простые эфиры получают дегидратацией (отщеплением воды) спиртов с помощью серной кислоты (рис. 4В), этот метод позволяет получать эфиры, у которых в органической группе R не более 5 атомов С.

Рис. 4. ПОЛУЧЕНИЕ ПРОСТЫХ ЭФИРОВ

Применение простых эфиров

определяется, в основном, тем, что они очень хорошо растворяют многие жиры, смолы и лаки. Наиболее широко используют ДИЭТИЛОВЫЙ ЭФИР (С 2 Н 5) 2 О, техническое название – «серный эфир», поскольку его получают в присутствии серной кислоты (рис. 4В). Помимо применения в качестве растворителя, а также в роли реакционной среды при проведении различных органических синтезов его используют и для экстрагирования (извлечения) некоторых органических веществ, например, спиртов, из водных растворов, поскольку сам эфир очень мало растворим в воде. В медицине серный эфир применяют для наркоза.

Диизопропиловый эфир (СН 3) 2 СНОСН(СН 3) 2 используют как растворитель и как добавку к моторному топливу для повышения октанового числа.

Анизол С 6 Н 5 ОСН 3 (рис. 4) и ФЕНЕТОЛ С 6 Н 5 ОС 2 Н 5 (рис. 3) используют в качестве промежуточных продуктов при получении красителей, лекарств и душистых веществ.

Дифениловый эфир (дифенилоксид) (С 6 Н 5) 2 О из-за высокой температуры кипения (259,3° С) и химической устойчивости применяют как теплоноситель. Чтобы при остывании до комнатной температуры он не переходил в твердое состояние (его т. пл. 28–29° С), в него добавляют дифенил (С 6 Н 5) 2 . Такая смесь, называемая в технике даутермом, может работать как теплоноситель в широком диапазоне температур.

Диоксан, циклический эфир (СН 2 СН 2 О) 2 (рис.), по химическим свойствам близок обычным простым эфирам, но в отличие от них неограниченно смешивается с водой и большинством органических растворителей. Растворяет жиры, воски, масла, эфиры, целлюлозы, его широко применяют и как реакционную среду при проведении различных органических синтезов.

Михаил Левицкий

важнейшие способы получения простых эфиров связаны с нуклеофильными реакциями спиртов и их производных (алкоголятов) - гл. 3.3.3.1 и 3.2.2.1. Этими способами являются:

Межмолекулярная дегидратация спиртов:

2 R -ОН  R - O - R

Однако такой способ в наибольшей степени подходит для получения симметричных эфиров, так как при попытке получить смешанный эфир ROR  из спиртов R -ОН и R -ОН в реакционной смеси будут обнаружены значительные количества примесей эфиров состава ROR и R О R .

Реакция Вильямсона - способ, пригодный для получения как симметричных, так и смешанных эфиров:

R-X + R -O ¯Na +  R-O-R  + NaX

Для получения метилалкиловых эфиров применяют метилирование спиртов, для чего используется диметилсульфат (гл. 3.5.1) или диазометан.

R- ОН + (С H 3 ) 2 SO 4 + NaOH  R-O-CH 3 + NaCH 3 SO 4 + H 2 O

диметилсульфат

диазометан

3.4.4. Циклические простые эфиры

Циклические простые эфиры содержат внутримолекулярную эфирную связь и по структуре представляют собой гетероциклические кислородсодержащие соединения. Они могут быть классифицированы в зависимости от размера цикла и числа кислородных атомов. Для названия циклических простых эфиров применяются заместительная, радикало-функциональная, заменительная номенклатуры (гл. 1.5) и номенклатура гетероциклических соединений. При этом для полиэфиров, т. е. для соединений, содержащих несколько атомов кислорода, применяются как заменительная номенклатура (гл. 1.5.3), так и номенклатура гетероциклических соединений (гл. 12.1).

По заместительной номенклатуре используется неотделяемая приставка эпокси - с указанием цифровыми локантами атомов углерода, связанных с кислородным мостиком.

По радикало-функциональной номенклатуре к названию двухвалентного углеводородного радикала, связанного с кислородным атомом, прибавляют используемое здесь название функционального класса «оксид».

Основой названия по заменительной номенклатуре является циклический углеводород (гл. 8.1) и используется заменительная приставка окса -.

По номенклатуре гетероциклических соединений название первого представителя циклических простых эфиров оксиран .

Примеры циклических простых моноэфиров и их названий:

1,2-эпоксиэтан, 1,2-эпоксибутан, 1,4-эпоксибутан,

этиленоксид, бутиленоксид, тетраметиленоксид,

оксиран этилоксиран тетрагидрофуран

3.4.4.1. Особенности строения и свойств 1,2-эпоксисоединений (оксиранов)

Эпоксиэтан представляет собой почти правильный треугольник со значительно деформированными валентными углами ( 60), сильно отличающимися от углов в обычных простых эфирах. Напомним, что в диалкиловых эфирах СОС составляет 109-112, а валентные углы насыщенного атома углерода также близки к 109.

Химические свойства оксиранов определяются наличием в молекуле полярных связей С–О , атома кислорода с неподелёнными парами электронов и угловым напряжением в трёхчленном цикле. Принципиальное отличие их превращений лишь в том, что реакции, характерные для простых эфиров, здесь протекают легко и сопровождаются раскрытием цикла, т.е. образуются продукты присоединения.

Реакции могут протекать и со слабыми нуклеофилами без катализатора, например с водой, но при повышенной температуре; с сильными нуклеофилами (амины, металлорганические соединения) взаимодействие протекает легко:

Кислотный катализ значительно увеличивает реакционную способность эпоксидов за счёт увеличения полярности связи С–О в исходном субстрате:

настолько, что присоединение воды и спиртов протекает легко.

В тех случаях, когда R и R  являются разными углеводородными радикалами, направление расщепления эпоксидного цикла определяется механизмом реакции. Если механизм бимолекулярный, то нуклеофил атакует менее экранированный (замещённый) атом углерода. Если же в присутствии кислот может образоваться стабилизированный карбокатион, то реакция протекает по мономолекулярному механизму, первой стадией которой является разрыв одной из С–О -связей субстрата, и нуклеофил затем присоединяется по карбокатионному центру. Например:

Кислоты Льюиса в безводных средах вызывают димеризацию, олигомеризацию и полимеризацию 1,2-эпоксисоединений:

3.4.4.2. Способы получения 1,2-эпоксисоединений

Оксираны можно получить внутримолекулярным алкилированием -галогенозамещённых спиртов (галогенгидринов) и прямым окислением алкенов.

Кислотные свойства галогенгидринов повышены вследствие акцепторного влияния галогена, и в присутствии сильных оснований происходит образование аниона, в котором протекает нуклеофильное замещение:

Прямое окисление алкенов протекает по схеме:

Например, эпоксиэтан образуется при окислении этена кислородом воздуха на серебряном катализаторе при 520 К :

Эта реакция имеет большое промышленное значение. Мировое производство этиленоксида составляет 5 млн т в год.

Эпоксипроизводные других алкенов можно получить применением органических пероксикислот (RCOOOH ) - реакция Прилежаева * (гл. 4.1.4.3, 6.4.6).

3.4. 4 .3. Краун-эфиры

Краун-эфиры - циклические полиэфиры, содержащие 9-60 атомов в цикле, в том числе от 3 до 20 эфирных атомов кислорода. Они открыты Чарльзом Педерсеном в 1960-х годах, за что ему в 1987 году (совместно с Дональдом Крамом и Жан-Мари Лёном) была присуждена Нобелевская премия.

Эти макроэфиры представляют собой бесцветные кристаллические или маслообразные вещества, устойчивые к действию кислот и оснований.

Ч. Педерсеном была предложена также и номенклатура краун-эфиров, общие правила которой заключаются в следующем. Название краун-эфира включает: 1) общее число атомов макроцикла, 2) термин «краун», 3) число атомов кислорода, то есть число эфирных звеньев в кольце краун-соединения. Имеющиеся в этой молекуле ароматические или циклогексановые кольца обозначают приставками бензо - и циклогексил -. Например:

дибензо-18-краун-6

Эти номенклатурные правила не всегда точно могут описать тип связей в соединении и положение заместителей, однако они очень удобны для обычных краун-эфиров с симметричными и сравнительно простыми структурами.

Самое важное свойство краун-эфиров - образование комплексов с металлами. Полость внутренней части, например, такой молекулы:

достаточна по размеру для того, чтобы там разместился ион калия, а наличие шести атомов кислорода обеспечивает возможность образования прочной системы координационных связей:

Чем ближе ионный диаметр металла к диаметру полости макроцикла, тем устойчивее комплекс. Так, 18-краун-6 больше подходит для ионов калия, а 15-краун-5 - для ионов натрия. Поэтому комплексы такого типа достаточно хорошо растворимы в органических растворителях.

В общем случае наличие полости в центре макроциклической полиэфирной системы обусловливает способность таких соединений поглощать неорганический катион, размер которого соответствует размеру этой полости, и удерживать его там за счёт сильных ион-дипольных взаимодействий положительного заряда иона с неподелёнными электронными парами шести атомов кислорода, обрамляющих полость.

Применение краун-эфиров в органических реакциях связано с образованием таких катионных комплексов, что делает возможным растворение неорганических солей в неполярных растворителях и способствует образованию несольватированного аниона. Это приводит к возрастанию основности аниона и, кроме того, за счёт малого размера несольватированный анион в качестве нуклеофила способен атаковать пространственно затруднённые реакционные центры.

В определённой степени краун-эфиры моделируют действие некоторых природных веществ (например, антибиотика пептидной природы валиномицина), облегчающих транспорт ионов через клеточные мембраны.

Синтезируют краун-эфиры алкилированием этиленгликоля, диэтиленгликоля НОСН 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ОН , триэтиленгликоля НО C Н 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ОСН 2 СН 2 ОН подходящими реагентами, например, 2,2-дихлордиэтиловым эфиром O (CH 2 CH 2 Cl ) 2 .

Главная » Значение слов » Диэтиловый эфир тривиальное название. Циклические простые эфиры