Определение. Общая формула простых эфиров. Физические свойства
Простые эфиры - это органические соединения, в состав которых входят углеводородные радикалы $R$ и $R'$, соединенные атомом кислорода. Простые эфиры можно рассматривать как производные спиртов.
Общая формула эфира $R-O-R'$, $Ar-O-R$ или $Ar-O-Ar$. Углеводородные радикалы могут быть одинаковыми или разными.
$CH_3-O-CH_3$ - диметиловый эфир;
Рисунок 1. Феноксибензол. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 2. Простейший алкилариловый эфир - метилфениловый эфир (анизол). Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Наиболее важное практическое значение имеют следующие циклические эфиры:
Рисунок 3. Эпоксиэтан. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 4. Тетрагидрофуран. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 5. Диоксан. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Простые эфиры могут быть:
- симметричными, если оба радикала одинаковые (дифениловый, диэтиловый эфиры);
- несимметричными, если радикалы разные (метил-этиловый, метилфениловый эфиры).
В простых эфирах угол между связями $C-O-C$ не равен 180$^\circ$С. Поэтому дипольные моменты двух $C-O$-связей не компенсируют друг друга. В результате у простых эфиров небольшой суммарный дипольный момент.
Большинство простых эфиров газообразные или жидкие вещества. Но есть и исключения, например, феноксибензол.
Простые эфиры и алканы с таким же молекулярным весом имеют близкие значения температуры кипения. Однако у простых эфиров температуры кипения и плавления значительно ниже, чем у изомерных спиртов.
Например: температура кипения н-гептана - 98$^\circ$С, метил-н-пентилового эфира - 100$^\circ$С и н-гексилового спирта - 157$^\circ$С.
Рисунок 6. Температуры плавления и кипения некоторых простых эфиров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В простых эфирах водород связан только с углеродом и отсутствуют водородные связи, в отличие от спирта. Поэтому эфиры практически не смешиваются с водой. Однако растворимость спиртов и простых эфиров в воде примерно одинакова.
Например, н-бутиловый спирт и диэтиловый эфир растворяются в воде в соотношении 8 г на 100 г воды. Растворимость простых эфиров в воде обусловлена образованием водородных связей между молекулами воды и молекулами простого эфира.
Простые эфиры хорошо растворяют органические вещества.
Абсолютный эфир
Абсолютный эфир - это эфир, в котором нет следов влаги и спирта (например, диэтиловый эфир $C_2H_5-O-C_2H_5$, используемый в реакции Гриньяра). Абсолютный эфир можно получить перегонкой обычного простого эфира над концентрированной сульфатной кислотой, которая удаляет спирт, воду, перекиси. В последствии абсолютный эфир хранят над металлическим натрием.
Анализ простых эфиров
Химическое поведение алифатических и ароматических простых эфиров соответствует поведению родственных углеводородов. Простые эфиры отличаются от углеводородов по растворимости в холодной концентрированной сульфатной кислоте, что обусловлено способностью простых эфиров образовывать оксониевые соли.
Если простой эфир уже описали, то его можно идентифицировать по физическим свойствам или химически, расщеплением при нагревании с концентрированной иодистоводородной кислотой и последующим распознованием продуктов реакции.
Ароматические эфиры можно перевести в твердые продукты нитрования или бромирования и сравнить их температуры плавления с ранее описанными производными.
Расщепление простого эфира иодистоводородной кислотой используют для определения числа алкоксильных групп в алкилариловом эфире по методу Цейзеля.
Для распознавания простого эфира проводят спектральный анализ. В инфракрасном спектре простого эфира нет характерной $O-H$-полосы спиртов, но присутствует сильная полоса $C-O$ в области 1060-1300 см$^{-1}$: для алкиловых эфиров 1060-1150см$^{-1}$, для ариловых и виниловых эфиров 1200-1275 см$^{-1}$:
Рисунок 7.
Применение некоторых простых эфиров
Применение простых эфиров основано на их свойстве хорошо растворять органические вещества (смолы, жиры и т.д.).
Диэтиловый эфир (техническое название «серный эфир») применяют:
- в качестве реакционной среды при проведении органических синтезов;
- для экстрагирования некоторых веществ (например, спиртов из водных растворов);
- как растворитель синтетических и природных смол, солей целлюлозы при производстве пороха;
- как компонент топлива в авиации;
- в медицине для ингаляционного и местного наркоза.
Диизопропиловый эфир:
- является прекрасным растворителем животных жиров, минеральных и растительных масел, синтетических и природных смол;
- применяют как добавку к моторному топливу, повышая этим октановое число;
- используют для выделения урана от продуктов его деления;
- для экстрагирования уксусной кислоты из водных растворов.
Анизол и фенетол используют как промежуточные соединения при получении лекарств, красителей, душистых веществ. Из фенетола получают фенетидин и его производные, применяемые в медицине как жаропонижающие вещества.
Дифениловый эфир (дифенилоксид) применяют как теплоноситель в качестве смеси даутерм.
Циклический эфир диоксан:
- хороший растворитель ацетилцеллюлозы, растительных и минеральных жиров и масел, восков, красок;
- используют как реакционную среду для органических синтезов;
- применяют при стабилизации 1,1,1-трихлорэтана для его транспортировки в алюминиевых емкостях и хранении.
