ブタン酸エステル。 エステル - 命名法、調製、化学的性質。 脂肪。 石鹸。 エステルの応用
命名法
エステルの名前は、炭化水素基 a と酸の名前に由来しており、末尾の「-oic 酸」の代わりに接尾辞「at」が使用されます (無機塩の名前: 炭酸ナトリウム、硝酸クロム）、例：
(分子の断片と対応する名前の断片は同じ色で強調表示されます。)
エステルは通常、酸とアルコールの反応生成物と考えられており、たとえば、プロピオン酸ブチルはプロピオン酸とブタノールの反応の結果として考えられます。
出発酸の俗称を使用する場合、例えば、C 3 H 7 COOC 5 H 11 - 酪酸のアミルエステルのように、「エステル」という単語が化合物の名前に含まれます。
相同系列
異性化
エステルは 3 種類の異性によって特徴付けられます。
1. 炭素鎖の異性は、ブタン酸では酸残基から始まり、プロピルアルコールではアルコール残基から始まります。例:
2. エステル基 -CO-O- の位置の異性。 このタイプの異性は、分子に少なくとも 4 個の炭素原子が含まれるエステルから始まります。例:
3. クラス間異性、エステル (アルカン酸アルキル) は飽和モノカルボン酸の異性体です。 例えば：
不飽和酸または不飽和アルコールを含むエステルの場合、さらに 2 種類の異性が考えられます。多重結合の位置の異性です。 シス-トランス異性。
物理的特性
酸やアルコールの低級同族体のエステルは、心地よい臭気のある無色の低沸点の液体です。 食品や香水の芳香添加物として使用されます。 エステルは水によく溶けません。
入手方法
1. 天然物から抽出
2. 酸とアルコールの相互作用（エステル化反応）; 例えば：
化学的特性
1. エステルの最も典型的な反応は、酸またはアルカリの加水分解 (ケン化) です。 これらはエステル化反応の逆の反応です。 例えば：
2. 錯体エーテルの還元（水素化）。その結果、アルコール（1 つまたは 2 つ）が形成されます。 例えば：
エステル– カルボン酸の機能的誘導体、
ヒドロキシル基 (-OH) がアルコール残基 (-OR) に置き換わった分子内
カルボン酸のエステル – 一般式を持つ化合物
R-COOR」,ここで、R および R" は炭化水素基です。
飽和一塩基性カルボン酸のエステル 一般的な式があります:
物理的特性：
揮発性の無色の液体
・水に溶けにくい
· ほとんどの場合、心地よい香りがします
水より軽い
エステルは花、果物、果実に含まれています。 彼らは彼らの特有の匂いを決定します。
それらはエッセンシャルオイルの成分です（オレンジ、ラベンダー、ローズなど、約3000種類が知られています）。
低級カルボン酸と低級一価アルコールのエステルは、花、ベリー、フルーツの心地よい香りを持っています。 高級一塩基酸と高級一価アルコールのエステルは、天然ワックスの基礎です。 たとえば、ミツロウにはパルミチン酸とミリシルアルコールのエステル (パルミチン酸ミリシル) が含まれています。
CH 3 (CH 2) 14 -CO-O-(CH 2) 29 CH 3
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香り。 構造式。 |
エステル名 |
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りんご
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エチルエーテル 2-メチルブタン酸 |
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チェリー
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アミルギ酸エステル |
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梨
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酢酸イソアミルエステル |
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パイナップル |
酪酸エチルエステル (酪酸エチル) |
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バナナ
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酢酸イソブチルエステル (y 酢酸イソアミルもバナナの香りに似ています） |
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ジャスミン
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酢酸ベンジルエーテル（酢酸ベンジル） |
エステルの短縮名は、アルコール残基のラジカル (R") の名前と酸残基の RCOO 基の名前に基づいています。たとえば、酢酸エチル CH3COOC2H5呼ばれた 酢酸エチル.
応用
· 食品および香水（石鹸、香水、クリームの製造）産業における芳香剤および臭気増強剤として。
· 可塑剤としてプラスチックおよびゴムの製造に。
可塑剤 – 加工および操作中に弾性および可塑性を付与（または増加）するためにポリマー材料の組成に導入される物質。
医学への応用
19 世紀末から 20 世紀初頭、有機合成が最初の一歩を踏み出したとき、多くのエステルが合成され、薬理学者によって試験されました。 これらはサロール、バリドールなどの医薬品の基礎となりました。サリチル酸メチルは局所刺激剤および鎮痛剤として広く使用されていましたが、現在ではより効果的な薬剤に実質的に置き換えられています。
エステルの調製
エステルはカルボン酸とアルコール（ エステル化反応）。 触媒は鉱酸です。
ビデオ「エチルアセチルエーテルの調製」
ビデオ「ボロンエチルエーテルの調製」
酸触媒によるエステル化反応は可逆的です。 逆のプロセス - 水の作用下でエステルが開裂してカルボン酸とアルコールを形成する - と呼ばれます。 エステル加水分解.
「RCOOR」+H2O (H+)↔ RCOOH + R"OH
アルカリの存在下での加水分解は不可逆的です (結果として生じる負に帯電したカルボン酸アニオン RCOO は求核試薬であるアルコールと反応しないため)。
この反応はと呼ばれます エステルのケン化（石鹸を製造する際の脂肪のエステル結合のアルカリ加水分解との類似による）。
エステルの最も重要な代表は脂肪です。
脂肪、油
脂肪- これらはグリセロールのエステルであり、より高級な単原子です。 このような化合物の一般名はトリグリセリドまたはトリアシルグリセロールであり、アシルはカルボン酸残基-C(O)Rです。 天然トリグリセリドの組成には、飽和酸（パルミチン酸 C 15 H 31 COOH、ステアリン酸 C 17 H 35 COOH）および不飽和酸（オレイン酸 C 17 H 33 COOH、リノール酸 C 17 H 31 COOH）の残基が含まれます。 脂肪の一部である高級カルボン酸は、常に偶数の炭素原子 (C 8 ～ C 18) と非分岐の炭化水素残基を持っています。 天然油脂は高級カルボン酸のグリセリドの混合物です。
脂肪の組成と構造は、次の一般式で反映されます。
エステル化- エステルの形成反応。
脂肪の組成には、飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸の両方の残基がさまざまな組み合わせで含まれる場合があります。
通常の状態では、不飽和酸の残留物を含む脂肪はほとんどの場合液体です。 という 油。 基本的に、これらは植物由来の脂肪、つまり亜麻仁、麻、ヒマワリ、その他の油です（パーム油とココナッツ油を除く - 通常の状態では固体です）。 魚油などの動物由来の液体脂肪はあまり一般的ではありません。 通常の状態では、動物由来の天然脂肪のほとんどは固体 (低融点) 物質であり、主に飽和カルボン酸の残留物が含まれています (たとえば、子羊の脂肪)。
脂肪の組成によって、脂肪の物理的および化学的特性が決まります。
脂肪の物性
脂肪は水に溶けず、明確な融点がなく、溶けると体積が大幅に増加します。
脂肪の凝集状態は固体です。これは、脂肪には飽和酸の残留物が含まれており、脂肪分子は高密度に充填できるという事実によるものです。 油の組成にはシス配置の不飽和酸の残基が含まれているため、分子の緻密な充填は不可能であり、凝集した状態は液体です。
脂肪の化学的性質
脂肪（油）はエステルであり、エステル反応によって特徴付けられます。
不飽和カルボン酸の残基を含む脂肪の場合、不飽和化合物のすべての反応が特徴的であることは明らかです。 これらは臭素水を脱色し、他の付加反応を開始します。 実用上最も重要な反応は脂肪の水素化です。 固体エステルは、液体脂肪の水素添加によって得られます。 植物油からの固体脂肪であるマーガリンの製造の基礎となるのはこの反応です。 従来、このプロセスは次の反応式で説明できます。
すべての脂肪は、他のエステルと同様に加水分解を受けます。
エステルの加水分解は可逆反応です。 加水分解生成物の形成を確実にするために、加水分解はアルカリ環境（アルカリまたは Na 2 CO 3 の存在下）で行われます。 これらの条件下では、脂肪の加水分解が可逆的に起こり、カルボン酸と呼ばれる塩の形成につながります。 アルカリ性環境にある脂肪はと呼ばれます。 脂肪のケン化.
脂肪がケン化されると、高級カルボン酸のナトリウム塩とカリウム塩であるグリセリンと石鹸が形成されます。
けん化– 脂肪のアルカリ加水分解、石鹸の製造。
石鹸– 高級飽和カルボン酸のナトリウム（カリウム）塩の混合物（ナトリウム石鹸 - 固体、カリウム石鹸 - 液体）。
石鹸は界面活性剤（界面活性剤、洗剤と略されます）です。 石鹸の洗浄効果は、石鹸が脂肪を乳化するという事実によるものです。 石鹸は汚染物質とミセルを形成します（比較的、これらはさまざまな含有物を含む脂肪です）。
石鹸分子の親油性部分は汚染物質に溶解し、親水性部分はミセルの表面に残ります。 ミセルは同じように帯電しているため、反発し、汚染物質と水はエマルション（実際には汚れた水）に変わります。
石鹸は水にも発生し、アルカリ性環境を作り出します。
生成するステアリン酸カルシウム（マグネシウム）は水に溶けないため、石鹸は硬水や海水では使用できません。
エステルには次の官能基が含まれています。
ここで、ＲおよびＲ”は、同じまたは異なる基である。
エステルは、カルボキシル基の水素原子が炭化水素ラジカル (R") に置き換わった酸の誘導体と考えることもできます。
物理的特性
低級カルボン酸とアルコールのエステルは揮発性で水に不溶性の液体です。 それらの多くは心地よい香りを持っています。 たとえば、酪酸ブチルはパイナップルのような香りがし、酢酸イソアミルは洋ナシのような香りがします。
高級脂肪酸とアルコールのエステルはワックス状の物質で、無臭で水に不溶です。 花やベリーの心地よい香りは主に、それらに含まれる特定のエステルの存在によるものです。
脂肪は自然界に広く分布しています。 炭化水素やタンパク質とともに、それらはすべての動植物の一部であり、私たちの食品の主要部分の 1 つを構成します。
脂肪は室温での凝集状態により液体と固体に分けられます。 一般に、固体脂肪は飽和酸によって形成され、液体脂肪（油と呼ばれることが多い）は不飽和酸によって形成されます。 脂肪は有機溶媒に溶けますが、水には溶けません。
エステルを入手するための基本的な方法:
エステル化 - カルボン酸とアルコールの相互作用。たとえば、酢酸とエチルアルコールから酢酸エチルを生成します。
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
化学的特性
1. 加水分解またはケン化反応。
前述したように、エステル化反応は可逆的であるため、酸の存在下では加水分解と呼ばれる逆反応が起こり、元の脂肪酸とアルコールが生成されます。
加水分解反応はアルカリによっても触媒されます。 この場合、加水分解は不可逆的です。
得られたカルボン酸はアルカリと塩を形成するため、
CH 3 – COOH + NaOH → CH 3 – COONa + H 2 O
2. 付加反応。
不飽和酸またはアルコールを含むエステルは付加反応が可能です。 たとえば、接触水素化中に水素が追加されます。
3. 回復反応。
水素によるエステルの還元により、2 つのアルコールが生成されます。
4. アミドの形成反応。
アンモニアの影響下で、エステルは酸アミドとアルコールに変換されます。
CH 3 -CO-O C 2 H 5 + NH 3 → CH 3 -CO-NH 2 + C 2 H 5 OH。
56) 脂肪- これらは、三価アルコール グリセロールと高級脂肪酸によって形成されるエステルの混合物です。 脂肪の一般式 (R は高級脂肪酸の基):
ほとんどの場合、脂肪の組成には飽和酸: パルミチン酸 C 15 H 31 COOH およびステアリン酸 C 17 H 35 COOH、および不飽和酸: オレイン酸 C 17 H 33 COOH およびリノール酸 C 17 H 31 COOH が含まれます。
カルボン酸とグリセロールの化合物の一般名はトリグリセリドです。
テクノロジーにおける脂肪の加水分解 (脂肪のケン化)。 脂肪は技術的に非常に重要であり、石鹸やグリセリンの製造に必要な材料として機能します。 石鹸は高級脂肪酸の塩であり、その溶液には洗浄効果があります。 最も普及しているのはナトリウム石鹸で、テクノロジーや日常生活で洗剤として使用されています。 石鹸作りの本質は、加熱時に水酸化ナトリウム溶液で脂肪をケン化することです。 この場合、脂肪はグリセリンと石鹸に分解されます。
脂肪の加水分解またはケン化は、水 (可逆的) またはアルカリ (不可逆的) の影響下で発生します。
つまり、石鹸は高級カルボン酸の塩です。 従来の石鹸は主にパルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸の塩の混合物から構成されています。 ナトリウム塩は固体石鹸を形成し、カリウム塩は液体石鹸を形成します。
得られたグリセリンと石鹸の混合物を分離するには、塩化ナトリウム水溶液を加えますが、同じナトリウムイオンを含む電解質と同様に、石鹸は非常に溶けにくくなります。 その結果、層間剥離が発生します。上には石鹸液の層があり、下にはグリセリンと塩化ナトリウムの溶液があります。 石鹸液を型に流し込み固めます。 グリセロールの水溶液を蒸発させ、塩化ナトリウムから分離し、蒸留により精製する。
石鹸の製造には、ラード、バターなどのさまざまな脂肪が使用されます。現在、石鹸の製造には非食品原料が使用されています。 これに必要な酸は、パラフィンを構成する炭化水素を酸化することによって工業規模で製造されます。
化学的特性
1. 酸性環境での加水分解
脂肪の応用
脂肪は食品として利用されます。 一部の油は化粧品（クリーム、マスク、軟膏）の製造に使用されます。
ヒマシ油、シーバックソーン油、魚油、ガチョウの脂肪など、多くの脂肪には薬効があります。
ニシン魚からの油とアザラシ油は家畜の餌として使用されます。
乾性植物油は乾性油の製造に使用されます。
マーガリンの原料は多くの植物油と鯨油です。
動物性脂肪は石鹸やステアリンキャンドルの製造に使用されます。
脂肪はグリセリンや潤滑剤の製造に使用されます。
鉱物（無機）または有機カルボン酸をベースとした化合物のクラスで、HO 基の水素原子が有機基で置き換えられています。 R 。 エステルの名前にある「複合体」という形容詞は、エステルとエーテルと呼ばれる化合物を区別するのに役立ちます。出発酸が多塩基性の場合、すべての HO 基が置換された完全エステルの形成、または部分置換された酸エステルの形成が可能です。 一塩基酸の場合、完全エステルのみが可能です (図 1)。
米。 1. エステルの例無機酸とカルボン酸をベースにした
エステルの命名法。 名前は次のように作成されます。最初にグループが示されます。 R 、酸に付加され、その後に接尾辞「at」が付いた酸の名前（無機塩の名前のように、炭素） でナトリウム、硝酸塩 でクロム）。 図の例2
trivial ( cm。 物質の通称) が出発酸の名前である場合、化合物の名前には「エステル」という単語が含まれます (例: 酪酸の C 3 H 7 COOC 5 H 11 アミル エステル)。
エステルの分類と組成。 研究され広く使用されているエステルのうち、大部分はカルボン酸から誘導された化合物です。 鉱酸 (無機) 酸をベースにしたエステルはそれほど多様ではありません。 鉱酸の種類はカルボン酸ほど多くありません（化合物の多様性が特徴の 1 つです） 有機化学).元のカルボン酸とアルコールの C 原子の数が 68 個を超えない場合、対応するエステルは無色の油状の液体となり、ほとんどの場合フルーティーな香りがします。 それらはフルーツエステルのグループを形成します。 芳香族アルコール（芳香核を含む）がエステルの形成に関与している場合、そのような化合物は通常、フルーティーな香りではなく花のような香りを持ちます。 このグループのすべての化合物は水にはほとんど溶けませんが、ほとんどの有機溶媒には容易に溶けます。 これらの化合物は、広範囲にわたる心地よい香りがあるため興味深いものであり (表 1)、その一部は最初に植物から単離され、後に人工的に合成されました。
| テーブル 1. いくつかのエステルフルーティーまたはフローラルな香りを持ちます（化合物の式および名前に含まれる元のアルコールの断片は太字で強調表示されています） | ||
| エステルフォーミュラ | 名前 | 香り |
| CH3COO C4H9 | ブチルアセテート | 梨 |
| C3H7COO CH3 | メチル酪酸エステル | りんご |
| C3H7COO C2H5 | エチル酪酸エステル | パイナップル |
| C4H9COO C2H5 | エチル | 真紅 |
| C4H9COO C5H11 | イソアミルイソ吉草酸エステル | バナナ |
| CH3COO CH2C6H5 | ベンジルアセテート | ジャスミン |
| C6H5COO CH2C6H5 | ベンジル安息香酸塩 | 花柄 |
3番目のグループは脂肪です。 一価アルコールに基づく前の 2 つのグループとは異なります。
ロー 、すべての脂肪はグリセロールアルコールHOCH 2 CH(OH)CH 2 OHのエステルです。 脂肪を構成するカルボン酸は、通常、炭素数 919 の炭化水素鎖を持っています。 動物性脂肪（牛のバター、子羊の肉、ラード）プラスチック、可融性物質。 植物性脂肪（オリーブ油、綿実油、ひまわり油）粘稠な液体。 動物性脂肪は主にステアリン酸とパルミチン酸のグリセリドの混合物で構成されています（図 3A、B）。 植物油には、炭素鎖長がわずかに短い酸のグリセリド、つまりラウリン酸 C 11 H 23 COOH およびミリスチン酸 C 13 H 27 COOH が含まれています。 (ステアリン酸やパルミチン酸と同様、これらは飽和酸です)。 このような油は、粘稠度を変えることなく空気中に長期間保存できるため、不乾性油と呼ばれます。 対照的に、亜麻仁油には不飽和リノール酸グリセリドが含まれています (図 3B)。 このようなオイルを表面に薄層で塗布すると、二重結合に沿った重合中に大気中の酸素の影響で乾燥し、水や有機溶剤に不溶な弾性フィルムが形成されます。 天然乾性油は亜麻仁油から作られます。
米。 3. ステアリン酸およびパルミチン酸のグリセリド (A および B)動物性脂肪の成分。 亜麻仁油のリノール酸グリセリド(B)成分。
鉱酸のエステル（C 18 の低級アルコールのフラグメントを含むアルキル硫酸塩、アルキルホウ酸塩）油状液体、高級アルコールのエステル（C 9 から始まる）固体化合物。
エステルの化学的性質。 カルボン酸のエステルの最も特徴的なのは、エステル結合の加水分解 (水の影響下での) 開裂です。中性環境ではゆっくりと進行しますが、酸または塩基の存在下では顕著に加速します。 H + および H2O イオンはこのプロセスを触媒し (図 4A)、ヒドロキシルイオンはより効率的に作用します。 アルカリの存在下で加水分解することをケン化といいます。 形成されたすべての酸を中和するのに十分な量のアルカリを摂取すると、エステルの完全なけん化が起こります。 このプロセスは工業規模で行われ、グリセリンと高級カルボン酸 (C 1519) が石鹸であるアルカリ金属塩の形で得られます (図 4B)。 他の不飽和化合物と同様に、植物油に含まれる不飽和酸のフラグメントは水素化され、水素が二重結合に結合し、動物性脂肪に似た化合物が形成されます (図 4B)。 この方法を使用すると、ヒマワリ油、大豆油、またはコーン油に基づいて固形脂肪が工業的に製造されます。 マーガリンは、天然動物性脂肪およびさまざまな食品添加物を混合した植物油の水素添加生成物から作られます。主な合成方法は、酸による触媒作用と水の放出を伴うカルボン酸とアルコールの相互作用です。 この反応は図の反応とは逆の反応です。 3A. プロセスを目的の方向（エステル合成）に進めるために、反応混合物から水を蒸留（蒸留）します。 標識原子を使用した特別な研究により、合成プロセス中に、生成する水の一部である O 原子がアルコールからではなく、酸 (赤い点線の枠でマーク) から切り離されることを証明することができました (未実現のオプションは青い点線の枠で強調表示されます)。
同じスキームを使用して、無機酸のエステル、たとえばニトログリセリンが得られます (図 5B)。 酸の代わりに酸塩化物を使用することもでき、この方法はカルボン酸 (図 5C) と無機酸 (図 5D) の両方に適用できます。
カルボン酸塩とハロゲン化アルキルとの相互作用
RCl エステルも生成しますが (図 5D)、この反応は不可逆的であるため都合がよく、放出された無機塩は沈殿物の形で有機反応媒体から直ちに除去されます。エステルの使用。 ギ酸エチル HCOOC 2 H 5 および酢酸エチル H 3 COOC 2 H 5 は、セルロースワニス (ニトロセルロースおよび酢酸セルロースベース) の溶媒として使用されます。低級アルコールと酸をベースにしたエステル (表 1) は食品業界でフルーツ エッセンスを作成するために使用され、芳香族アルコールをベースにしたエステルは香水業界で使用されます。
艶出し剤、潤滑剤、紙（ワックスペーパー）や皮革用の含浸組成物はワックスから作られており、化粧品クリームや薬用軟膏にも含まれています。
脂肪は炭水化物やタンパク質とともに栄養に必要な一連の食品を構成し、すべての植物および動物の細胞の一部であり、さらに体内に蓄積するとエネルギー貯蔵の役割を果たします。 脂肪層は熱伝導率が低いため、動物 (特にウミクジラやセイウチ) を低体温症から守ります。
動物性脂肪と植物性脂肪は、高級カルボン酸、洗剤、グリセロールの製造原料であり（図 4）、化粧品業界やさまざまな潤滑剤の成分として使用されます。
ニトログリセリン (図 4) はよく知られた薬物であり、ダイナマイトの基礎となる爆発物です。
乾性油は植物油から作られます（図3）。油絵の具の基礎となります。
硫酸のエステル (図 2) は有機合成においてアルキル化 (化合物にアルキル基を導入) 試薬として使用され、リン酸のエステル (図 5) は殺虫剤や潤滑油への添加剤として使用されます。
ミハイル・レビツキー
文学 カルツォワ A.A. 物質の征服。 有機化学。 ヒミズダット出版社、1999 年プストバロワ L.M. 有機化学。 フェニックス、2003
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