Промышленные способы получения сложных эфиров

Сложные эфиры: способы получения и свойства

Сложные эфиры: способы получения, химические и физические свойства, строение.

Сложные эфиры – это органические вещества, в молекулах которых углеводородные радикалы соединены через карбоксильную группу -СОО-, а именно R1-COOH-R2.

Общая формула предельных сложных эфиров: С_nH_2nO₂

Классификация сложных эфиров

По числу карбоксильных групп:

• сложные эфиры одноосновных карбоновых кислот — содержат одну карбоксильную группу -СОО-. Общая формула C_nH_2nO₂.

Например, метилформиат

• сложные эфиры многоосновных карбоновых кислот — содержат две и более карбоксильные группы -СОО-. Например, общая формула сложных эфиров двухосновных карбоновых кислот C_nH_2n-2O₄.

Например, тристеарат глицерина

Номенклатура сложных эфиров

В названии сложного эфира сначала указывают алкильную группу, связанную с кислородом, затем кислоту, заменяя суффикс в названии кислоты (-овая кислота) на суффикс -оат.

Название сложного эфира	Тривиальное название	Формула эфира
Метилметаноат	Метилформиат	HCOOCH3
Этилметаноат	Этилформиат	HCOOC2H5
Метилэтаноат	Метилацетат	CH3COOCH3
Этилэтаноат	Этилацетат	CH3COOC2H5
Пропилэтаноат	Пропилацетат	CH3COOCH2CH2CH3

Химические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры устойчивы в нейтральной среде, но легко разлагаются при нагревании в присутствии кислот или в присутствии щелочей.

В присутствии кислот гидролиз сложных эфиров протекает как реакция, обратная этерификации. при гидролизе сложных эфиров образуются спирты и карбоновые кислоты.

R-COO-R’ + H₂O = R-COOH + R’-OH

Например , при гидролизе метилацетата образуются уксусная кислота и метанол.

При щелочном гидролизе сложных эфиров образуются соли карбоновых кислот и спирты.

Например , при щелочном гидролизе этилформиата образуются этанол и формиат натрия:

При щелочном гидролизе этилацетата образуются ацетат и этанол:

Щелочной гидролиз сложных эфиров — реакция, имеющая промышленное значение. Гидролиз жиров в присутствии оснований — древнейший способ получения мыла. Первые способы получения мыла связаны со смешиванием жира с золой. Один из основных компонентов животного жира — тристеарат глицерина. В щелочной среде тристеарат глицерина разлагается на глицерин и соль стеариновой кислоты:

2. Переэтерификация

Переэтерификация — это реакция превращения одного сложного эфира в другой под действием соответствующих спиртов в присутствии катализатора (кислоты или основания)

R-COO-CH₃ + R’-OH = R-COOR’ + CH₃-OH

3.Восстановление сложных эфиров

Сложные эфиры восстанавливаются с разрывом связи С-О карбоксильной группы. При этом образуется смесь спиртов.

Например, этилбензоат восстанавливается литийалюминийгидридом до бензилового спирта и этанола

Получение сложных эфиров

1. Этерификация карбоновых кислот спиртами

Карбоновые кислоты вступают в реакции с одноатомными и многоатомными спиртами с образованием сложных эфиров.

Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):

2. Соли карбоновых кислот с галогеналканами

При взаимодействии солей карбоновых кислот с галогеналканами образуются сложные эфиры.

Например, при взаимодействии ацетата натрия с хлорметаном образуется метилацетат.

CH₃-COONa + CH₃-Cl = CH₃-COOH + NaCl

Источник

Статьи

Технология производства сложных эфиров

Реакции, приводящие к получению сложных эфиров многоосновных карбоновых кислот, изучены достаточно подробно. Наиболее простым способом получения таких эфиров является прямая этерификация спиртов кислотами в присутствии катализаторов. Реакция протекает достаточно спокойно, быстро, практически без каких-либо побочных реакций и в известных условиях (при выводе из реакционного объема образующейся воды) приводит к выходам около 100% целевых продуктов.

По этому варианту осуществлен в крупных промышленных масштабах синтез некоторых сложных эфиров двухосновных карбоновых кислот и может быть организовано производство и других эфиров.

Подробное изучение реакций этерификации было выполнено еще в 1877-1881 г. Н.А. Меншуткиным. Им изучены основные условия реакции: влияние температуры, равновесное состояние реагирующих компонентов, кинетические закономерности реакций, изучена этерификация первичных, вторичных и третичных одноатомных спиртов с одноосновными кислотами и с двухосновными кислотами, насыщенными и ненасыщенными, алифатическими и ароматическими.

Так как на основе минеральных масел или растительных жиров известными способами, в том числе и добавкой присадок, невозможно получить смазочные масла такого высокого качества, как на основе сложных эфиров, то понятен и большой интерес к исследовательским работам в области синтеза и испытания сложных эфиров. Только фирмой И.Г. Фарбениндустри в течение 1938-1944 г. было синтезировано и испытано более 3500 различных сложных эфиров, а в Морской исследовательской лаборатории США было синтезировано и испытано около 100 различных антиокислителей для сложных эфиров, причем число синтезированных производных только фентиазина — одного из наиболее эффективных антиокислителей из всех испытанных — превышает 20.

Сырьем для синтеза сложных эфиров двухосновных карбоновых кислот являются алифатические одноатомные спирты и двухосновные карбоновые кислоты. Производятся спирты различного строения и различного молекулярного веса и их количество, очевидно, может полностью удовлетворить все требования промышленности сложных эфиров. Из двухосновных кислот для получения сложных эфиров требующихся качеств пригодны главным образом глутаровая, адипиновая, метиладипиновая, азелаиновая, себациновая; из трехосновных кислот — трикарбаллиловая. Однако источники получения большей части этих кислот весьма ограничены.

В настоящее время промышленных масштабов достигло производство себациновой кислоты из касторового масла, адипиновой кислоты из фенола и метиладипиновой кислоты из крезола. Небольшое количество источников двухосновных карбоновых кислот ограничивает и производство соответствующих сложных эфиров.

Из эфиров многоатомных спиртов наибольший интерес представляют в основном эфиры триметилолэтана и триметилолпропана; спирты, необходимые для таких эфиров, производятся в промышленных масштабах путем оксосинтеза.

Сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот и одноатомных спиртов, а также и одноосновных кислот и многоатомных спиртов получаются в промышленных масштабах по одной и той же схеме. Для примера ниже приводится краткое изложение технологического регламента процесса производства диизооктилсебацината (ДОС).

Производство диизооктилсебацината состоит из следующих стадий:

1) этирфикация (с катализатором);

2) нейтрализация ДОС-сырца;

1. Этерификация производится в вакууме 600-650 мм. рт. ст. при температуре в конце процесса 140-150С и продолжается 8 час. После этерификации спирт отгоняют так же в вакууме (при 600-650 мм рт. ст.) при 150-165С и контролируют полноту отгонки по плотности оставшегося эфира, затем эфир охлождают до 60-80С и направляют в нейтрализатор.

2. Нейтрализация ДОС-сырца. В нейтрализатор подают ДОС-сырец, затем из напорного мерника — раствор каустической соды крепостью 0,6-1%. Смесь перемешивают в течение 1 часа, кислотное число в течение 1-2 час. до полного разделения смеси и подогревают ее до 80-90С. Если кислотное число более 0,2 нейтрализацию повторяют. После нейтрализации и отстоя водный слой и эмульсионный продукт сливают (в свой сборник), а эфир перепускают на промывку.

3. Промывка. В мешалку загружают эфир и воду, нагретую до 60-80С, смесь перемешивают 30 мин., мешалку останавливают и оставляют смесь для отстоя в течение 1-2 час., замет воду сливают. Промывку повторяют до достижения нейтральной реакции; эфир отстаивают 3-4 часа для полного отделения воды, после чего эфир перепускают в хранилище.

4. Отгон в кубе с вакуумом. Эфир загружают в куб и подают в куб пар. Остаточное давление в кубе — не более 6 мм. рт. ст. При 50С начинается отгон следов воды и октилового спирта. По мере отгона температура в кубе повышается до 160-162С при том же остаточном давлении.

По прекращении отгона спирта эфир выдерживают в кубе еще 1 час и отбирают пробу на температуру вспышки. По достижении температуры вспышки 215С отгон прекращают. Продолжительность отгона 7 час.

5. Фильтрация. ДОС из куба. ДОС из куба, охлажденный до 80-100С, сливают на путч-фильтр, где он отделяется от механических примесей. Фильтрующий материал — шинельное сукно или миткаль. Иногда ДОС фильтруют дважды. Чтобы не увеличивать кислотное число, ДОС при поступлении в вакуум-приемник нутч-фильтра пропускают через змеевик, где он охлаждается до 25-30С.

Если ДОС не соответствует имеющимся ТУ, его направляют на нейтрализацию и все последующие этапы очистки.

Источник

Получение сложных эфиров и эфирных масел

Дата публикации: 12.01.2018 2018-01-12

Статья просмотрена: 2257 раз

Библиографическое описание:

Матвеева, Е. В. Получение сложных эфиров и эфирных масел / Е. В. Матвеева, Р. З. Марданова. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2018. — № 1 (15). — С. 71-76. — URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1089/ (дата обращения: 18.11.2021).

Актуальность Сложные эфиры и эфирные масла широко используются в практической деятельности человека, но получение их — процесс дорогостоящий. Поэтому зная способы их получения, свойства, биологическое воздействие, можно найти более дешевые способы получения эфиров, находить новые сферы их применения.

Цель: Поиск дешевых методов получения сложных эфиров, выделения эфирных масел из растений и химических реактивов.

Гипотеза: Возможно, полученные в школьной лаборатории и в домашних условиях сложные эфиры и эфирные масла можно использовать для создания духов и в качестве лекарственных средств.

Новизна: Изготовление модели установки для выделения эфирных масел в домашних условиях, поиск дешевых методов получения эфирных масел.

Объект исследования: сложные эфиры и эфирные масла.

Методы исследования. При проведении исследовательской работы использовались: поисково-аналитический метод и известные методы органического синтеза сложных эфиров-этерификация, методы экстракции эфирных масел из растительного сырья, моделирование. Ароматическая композиция создавалась с использованием полученных сложных эфиров и эфирных масел

Результаты

1. Изучены методы получения сложных эфиров: в промышленности [8], в лаборатории [6], [4], извлечением из растений [1], [2], [3], [5], [9].

Получение эфиров в промышленных масштабах мы изучали во время экскурсии в Амзинский лесокомбинат (рис.1).

Рис. 1. Цех по производству этилацетата

Рис. 2. Схема установки получения этилацетата

Получение эфира в промышленности очень сложный процесс. Мы выяснили, что химическая реакция происходит в реакторе (куб-этерефикатор), обогреваемом через змеевики. Реакционная смесь (СН₃СООН, С₂Н₅ОН, катализатор серная кислота(_конц.) перед попаданием в куб разогревается, только затем поступает в него. Куб нагревает смесь с помощью змеевика (нагревание происходит паром), образуется дистиллят — пары реакционной смеси. Дистиллят охлаждается и поступает во флорентину, где он расслаивается на эфир-сырец и водно-эфирно-спиртовый слой, идущий на регенерацию.

Этилацетат-сырец проходит несколько стадий очисток: промывка, нейтрализация раствором соды, сушка. Сухой эфир направляют на ректификацию. После ректификации эфир охлаждается и поступает в цистерны (баки) — готовый товарный продукт, содержание в нем эфира должно быть не менее 90–97 % и должна отсутствовать вода [8].

1. Получены методом этерификации [6], [4] 5 сложных эфиров уксусной кислоты: этилацетат, изоамилацетат, изобутилацетат, метилацетат, бутилацетат.

Рис. 3. Синтез сложных эфиров методом этерификации

Рис. 4. Синтезированные сложные эфиры

Синтезированные сложные эфиры

Название эфира, формула

Исходное сырье для получения эфира, уравнение реакции

Свойства полученного эфира

Уксусная кислота и метиловый спирт,

жидкость с приятным освежающим фруктовым запахом

Уксусная кислота и метиловый спирт,

жидкость с фруктовым запахом перечной мяты

Уксусная кислота и бутиловый спирт,

бесцветная жидкость с приятным освежающим запахом

Уксусная кислота и изобутиловый спирт, (CH3)2CHCH2OH

бесцветная маслянистая жидкость с приятным грушевым запахом

Уксусная кислота и изо-амиловый спирт,

с фруктово-грушевым запахом.

1. Выделены эфирные масла из различных частей растений методом перегонки с водяным паром [6], экстракции спиртом [7], [9], [11], [19], и получены настоянные масла [12], [13], [14], [15], [16], [18].

Подобрали растительное сырье со специфическими запахами и возможно, по литературным данным, содержащие эфирные масла [17].

Собрали прибор. В 1-ю колбу наливали воду и кипелки для равномерного нагревания смеси, во 2-ю растительное сырье и воду. Полученный эфир пропускается через холодильник и собирается в капельной воронке. В результате, методом перегонки с водяным паром получены эфирные масла: мяты перечной, корицы, тмина, ванилина.

Рис. 5. Выделение эфирных масел методом перегонки с водяным паром

Рис. 6. Полученные эфиры

Экстракционные методы рекомендуют применять в тех случаях, когда извлекаемые душистые вещества термически малостойкие и не выдерживают даже температур перегонки с водяным паром [11]. Взяли фрукты, обладающие специфическими ароматами: лимон, апельсин, мандарин, банан, киви. Отделили кожуру фруктов, залили спиртом, выстояли в холодильнике в течении 2-х недель, затем отфильтровали полученные вытяжки.

Свойства спиртовых вытяжек

Спиртовые вытяжки из кожуры фруктов

Свойства

Настойка с приятным ароматом лимона. Хранится долго, до года, не теряя свой аромат.

Настойка с приятным ароматом апельсина. Хранится долго, до полугода, не теряя свой аромат.

Настойка с приятным ароматом мандарина. Хранится долго, до полугода, не теряя свой аромат.

Настойка с очень слабым приятным ароматом банана. Неустойчив при хранении. Даже в холодильнике через месяц появляется налет и неприятный запах.

Настойка с очень слабым ароматом киви. Неустойчив при хранении. В холодильнике через месяц появляется неприятный запах.

Настойка с очень-очень слабым приятным ароматом груши. Неустойчив при хранении. В настойке через 1,5 месяца появляется налет и неприятный запах.

Собранное растительное сырье: трава чистотела, зверобоя, корни одуванчика, листья подорожника, хвоя пихты, цветы ромашки, плоды облепихи, также измельчались при помощи ножниц и заливались спиртом [10]. Настаивали в холодильнике в течении 2-х недель. Затем все отфильтровывали через слой марли.

Свойства спиртовых вытяжек лекарственных растений

Настойки лекарственных растений

Свойства

Настойка листьев подорожника

Темно-зеленый цвет, специфический приятный запах

Настойка травы чистотела

Темно-зеленый цвет, специфический запах чистотела

Настойка цветов ромашки

Темно-зеленый цвет, приятный запах ромашки

Настойка плодов облепихи

Оранжевый цвет, приятный облепиховый запах

Настойка корней одуванчика

Светло-желтый цвет, очень неприятный запах

Настойка хвои пихты

Темно-зеленый цвет, приятный запах пихты

Настойка травы зверобоя

Темно-коричневый цвет, слабый приятный запах зверобоя

Спиртовые вытяжки все имеют приятный внешний вид, без налетов. Однако т. к. настойка одуванчика имеет неприятный запах, его в качестве компонента для добавления к ароматической композиции использовать нельзя.

Настоянные масла отличаются от эфирных масел и по качеству, и по методу получения. Этот метод использовался в течение сотен лет, еще задолго до того, как были изобретены методы извлечения эфирных масел из растений. В странах Востока и Средиземноморья горшки просто оставляли на солнце до завершения процесса, но в странах с более прохладным климатом понадобится источник тепла. Иногда флягу с маслом ставят в поддон с водой и нагревают ее, но в этом случае масло получается не такое хорошее, как при медленном настаивании [15]. Приготовили настоянные масла из плодов облепихи, цветов ромашки, листьев подорожника, хвои пихты, корня репейника, травы чистотела, зверобоя.

Рис. 7. Извлечение эфиров из растений экстракционным методом

Рис. 8. Полученные вытяжки

1. Изготовлена установка для выделения эфирных масел в домашних условиях.

Модель установки для получения эфира в домашних условиях была создана на основе прибора для выделения эфирных масел. Получали эфир на обычной газовой плите, нагревая баночки с веществами на водяной бане, в качестве холодильника использовали кастрюлю со снегом. Выделили около 4 мл эфира из гвоздики

Рис. 9. Извлечение эфирных масел в домашних условиях

Рис. 10. Выделенный эфир из корицы

1. Созданы 4 ароматические композиции с применением полученных эфиров.

На основе полученных вытяжек из растительного сырья и синтезированных сложных эфиров, путем различных комбинаций, создали ароматические композиции ([12].

Рис. 11. Получение ароматических композиций

Рис. 12. Полученные ароматические композиции

1. Изучены физико-химические свойства некоторых сложных эфиров.
2. Выявлено, что эфирное масло пихты обладает антимикробным действием, этилацетат губительно воздействует на биологические объекты.

Заключение: Рассмотренные методы извлечения эфирных масел просты и не требуют дорогостоящего оборудования. Любому человеку, имеющему доступ к свежим растениям или цветам, можно приготовить их даже в домашних условиях. Выделенные композиции из растительных вытяжек безопасны для организма человека.

Полученные композиции из синтетических эфиров требуют продолжения исследований медицинского характера.

Направление использования результатов проекта: Полученные вытяжки из лекарственных растений могут быть использованы в качестве медицинских препаратов для

наружного использования, в качестве косметических средств, ароматические композиции — для изготовления мыла, духов, ароматизации воздуха в помещении.

1. Войткевич С. А. 865 душистых веществ для парфюмерии и бытовой химии. М.: Пищ. Пром-сть, 1994.
2. Войткевич С. А. Эфирные масла для парфюмерии и ароматерапии. М.: Пищ. Промыш., 2001.
3. Войткевич С. А., Хейфич Л. А. От древних благовоний до современной парфюмерии и косметики. М.: Пищ. Пром-сть, 1997.
4. Голодников Г. В. Практические работы по органическому синтезу. Л.: ЛГУ, 1966г. 373
5. Г. М. Свиридоновы «Растения и здоровье лечебные и пищевые свойства», М. Профиздат, 1992г-272с.

Источник