Исследовательская работа на тему: "Сложные эфиры"

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 63 п. Чернышевск

Школьная научно-практическая конференция

«Юные исследователи Забайкалья»

Исследовательская работа на тему:

«Использование сложных эфиров как составных частей ароматизаторов»

Автор: Ерошко Диана Андреевна, ученица 10 «а» класса                                                                                                                                                                                                                Руководитель: Горячкина Татьяна Иннокентьевна, учитель химии первой квалификационной категории

п. Чернышевск, 2018г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………...3-4

Глава І. Обзор литературы

1.1. История душистых веществ……………………………………………………………5-8

1.2. Как химики работают с запахами…………………………………………………….8-10

1.3. Сложные эфиры карбоновых кислот…………………………………………………10

3.1. Номенклатура, классификация и состав сложных эфиров………………………10-12

3.2. Физические и химические свойства сложных эфиров…………………………….12-13

3.3. Применение сложных эфиров………………………………………………………..14-15

Глава ІІ. Исследовательская часть…………………………………………15

2.1. Получение сложных эфиров ………………………………………………………….15-17

2.2. Методика исследования………………………………………………………………..17

2.3. Результаты синтеза…………………………………………………………………….17-18

2.4. Приготовление парфюмерной композиции…………………………………………18

2.5 Анализ результатов……………………………………………………………………..18

III. Заключение……………………………………………………………….19-20

IV. Библиографический список……………………………………………..21

V. Приложение………………………………………………………………22-26

Введение

Запахи и ароматы в нашей жизни являются неотъемлемой частью. Мы ежедневно подвергаемся мощному воздействию через обоняние и не задумываясь можем сказать хороший запах или нет. Так сложилось, что многие производители хотят идентифицировать свою продукцию с помощью ароматизатора или отдушки. Огромный выбор ароматизаторов и отдушек помогает "раскрасить" любую продукцию в своё настроение и задать ноту восприятия. Хорошо подобранный ароматизатор или отдушка может убрать или перебить побочный запах продукции, тем самым внести коррекцию или перекинуть акцент истинного запаха компонентов, из которых состоит изделие, придавая узнаваемость и повышая продаваемость товара с помощью третьего чувства. По большому счёту ароматизаторы и отдушки сейчас используются везде: духи, лосьоны, освежители воздуха – это очевидные источники аромата, но мы чувствуем насыщенный запах, открыв упаковку мармелада, конфет, сока, лимонада. Использование натуральных фруктов не даёт такого сильного аромата, следовательно, в перечисленных продуктах находятся искусственные ароматизаторы – фруктовые эссенции, представляющие собой смеси сложных эфиров. По наблюдениям медицинских работников, в настоящее время увеличилось число людей, страдающих от аллергии, в том числе вызванной насыщенными запахами. На сегодняшний день большинство ароматизаторов создают в химических лабораториях и используют в парфюмерной и пищевой промышленности.

  Актуальность исследования: прочитав роман немецкого драматурга и прозаика Патрика Зюскинда «Парфюмер», где главный герой романа обладал гениальной способностью различать запахи, и благодаря своей способности он создавал различные ароматы духов. Мне стало интересно узнать о веществах, которые обладают различными запахами и где кроме парфюмерии находят они свое применение. Сложные эфиры, а это именно об этих веществах говорилось в романе, широко используются в практической деятельности человека, важно знать современные способы их получения, физико-химические свойства, и применение. В рамках школьной программы практическое получение сложных эфиров не запланировано, а меня заинтересовали лабораторные способы получения этих пахучих веществ. Можно ли в кабинете химии из спирта и кислоты получить вещество с ароматами фруктов? Изучив дополнительную литературу и практикумы по химии выяснила, что такой эксперимент возможен.

Объект исследования: сложные эфиры.

Предмет исследования: этерификация - метод синтеза сложных эфиров.

Гипотеза: в кабинете химии можно получить сложные эфиры с фруктовыми запахами.

            Цель работы: исследовать использование сложных эфиров предельных низших карбоновых кислот как составную часть ароматизаторов.

            Задачи:

1. Изучить литературу о сложных эфирах карбоновых кислот и их использовании.
2. Получить сложные эфиры предельных низших карбоновых кислот как составную часть ароматизаторов.
3. Приготовить ароматическую эссенцию с использованием полученного эфира.
4. Сделать выводы.

Методы работы: изучение исторической и научной литературы, синтез сложных эфиров, анализ полученных результатов.

Основная часть

Глава І. Обзор литературы

1.1. История душистых веществ

История парфюмерии неразрывно связана с историей человечества. Еще в древние времена люди поняли, что, сжигая дерево и смолы, можно   улучшить   вкус   пищи.  

Парфюмерия в Античности.

Древний Египет. В древнем Египте пахучие вещества играли огромную роль, их применяли в двух сферах: при окуривании и при изготовлении мазей и бальзамов. 

Окуривание происходило достаточно просто: нужно было лишь положить дерево, пряность, плод или смолу на источник тепла и ждать, пока запах распространится. Этот метод был вскоре перенят храмами, где постепенно простые компоненты вытеснялись все более сложными смесями. Что касается мазей и парфюмированных масел, их наносили на здоровую или больную кожу для использования в косметических или терапевтических целях.  Дистилляция была еще неизвестна, а отсюда и чистый спирт, поэтому использовали жиры для поглощения запахов цветов или смол. К этой основе добавляли красители и целебные продукты. Мази хранили в вазах, чаще всего из алебастра, или в сосудах для вина. Находили также маленькие флаконы из фаянса, камня или керамики обычно в форме животных. Позднее появились стеклянные флаконы: кувшины с ручками, амфоры, вазы и сосуды, украшенные разноцветными рисунками. Женщины использовали мази и парфюмированные масла для своих туалетов или для омоложения и не обходились без них во время любовных ритуалов.

Греция. Следуя опыту египтян, греки обогатили гамму ароматизированных продуктов и увеличили их применение, как в религии, так и в повседневной жизни. Во время принятия ванны, до и после еды считалось правилом хорошего тона покрывать свое тело маслами и мазями, как в целях гигиены, так и для удовольствия.

Греки приписывали ароматам божественное происхождение. Усопшие, чьи тела были парфюмированы, погребались вместе с личными предметами, куда обязательно входил флакон с благовониями. Сосуды сферической формы позволяли легко наносить мазь непосредственно на кожу.

Рим. Под влиянием Востока и греческого мира, Римляне поспешили занять достойное место в области парфюмерии, несмотря на то, что Юлий Цезарь сдерживал использование экзотических ароматов. Религиозные и погребальные ритуалы, повседневное применение ароматных продуктов стали настолько популярны, что благодаря расширению торговли их распространение дошло до Индии, Африки и Аравийского полуострова.

Римляне наделяли ароматы целебными свойствами, и продавцы ароматизированных продуктов часто тесно соприкасались с медициной.

Исламский мир. Арабы поддержали искусство парфюмерии торговлей цветочными пряностями, изобретением перегонного куба (по-арабски "al'inbiq" значит "ваза") и улучшением техники дистилляции. Что касается изысканности и места, которое занимали благовония в жизни арабов для того, чтобы их оценить, достаточно лишь взглянуть на сады Альхамбра в Гренаде. И не подтвердил ли это Магомет, сказав, что больше всего на свете он любил "женщин, детей и духи".

 Эпоха просвещения.

Век философов и революции является также и веком парфюмерии, Двор Людовика XV получил названием "парфюмированный двор" благодаря запахам, которые ежедневно распространялись не только от кожи, но и от одежды, вееров и мебели. Ароматические воды продолжают играть немаловажную роль и конкурируют с туалетными уксусами.

Но настоящая революция в XVIII в., которая намного продвинула вперед историю парфюмерии, связана с одеколоном. Эта ароматическая вода со свежим запахом, состоящая из розмарина, бергамота и лимона, имела различное употребление: добавлялась в воду во время принятия ванн (что делают все чаще в XVIII веке), в вино, на сахар, в воду для полоскания рта, в воду для стирки, для инъекций, в пластырь. Одним из самых крупных потребителей этой ароматической воды был Наполеон, который капал ее на сахар.

 На заре современности.

Как в искусстве и промышленности в парфюмерии происходят глубокие изменения в XIX в. Эволюция запахов, с появлением современной химии, позволила получить такую картину ароматов, которую мы наблюдаем сегодня.

В эпоху Директории снова осмелились показать свою склонность к роскошной продукции, в том числе и к духам. Империя поощряла широкое применение парфюмерной продукции, Наполеон и его окружение сами стали ее крупными потребителями. А Жозефину, сохранившую со времен своей креольской юности страсть к сильным запахам, называли "сходящей с ума по мускусу". Ее туалетная комната в Мальмэзоне была настолько пропитана запахами, что даже семьдесят лет спустя этот запах еще чувствовался. Что касается Императора, то его отношение к духам было очень противоречивым. Он их не любил, и часто выходил из будуара Жозефины, т.к. не мог просто дышать таким насыщенным ароматами воздухом. Однако не проходило и дня, чтобы его слуга не мазал его с головы до ног одеколоном. Он покупал до 60 флаконов в месяц, т.к. говорил, что ароматная вода стимулировала работу его "серого вещества".

В период между 1770 и 1900 гг. появились крупные фабрики, названия которых отметили начало промышленного этапа в парфюмерии.

Прогресс XIX в., определивший переход парфюмерии в стадию промышленного производства, обязан органической химии. Она позволила исследователям выделять соединения, запах которых представлял интерес и воссоздавать их синтезом. Парфюмеры могли дать волю своему воображению и создавать сочетания запахов, не существующих в природе. Так родилась новая профессия парфюмера, которая познала всю славу в XX в. и открыла парфюмерии различные пути в выборе творческого стиля.

Парфюмерия XX века.

В конце XIX в. во французской парфюмерной промышленности было занято около 20000 человек, и треть ее товарооборота реализовывалась за счет экспорта, В 1900 г. такому успеху была посвящена универсальная Выставка в Париже. Духи продолжали эволюцию: Франсуа Кош стал первым, кто соединил в композициях натуральные запахи с запахами, созданными искусственно. L'Origanе он создал в 1905 г., - первые из современных духов. В 1917г. он выпустил Chypre (Шипр), ставший впоследствии прародителем для целого семейства запахов, носящих это название и имеющих оттенки дубового мха, ладанника-лабданума, пачули и бергамота. Развивались так называемые восточные и амбровые запахи.

В 1911 г. Поль Пуаре, стал первым, кому пришла в голову идея ароматами дополнить линии одежды. Он назвал свои духи Les Parfums de Rosine в честь своей старшей дочери. Габриель Шанель выпустила духи со своим товарным знаком - легендарные №5, созданные Эрнестом Во, стали первыми духами, содержащими альдегиды, синтетические продукты, обладающие очень интенсивным запахом, и кроме того силой распространения в композициях.

В 50-х годах французская парфюмерия достигла своего апогея. Во Франции работали самые талантливые составители духов - парфюмеры.  В этот период обострилась международная конкуренция с приходом духов из-за Атлантики.

Сегодня парфюмерия является как никогда элитной промышленностью, которая, как и все экономические сферы сталкивается, с некоторыми проблемами. "Носы" не могут больше не считаться с результатами маркетинга и должны уступать все более требовательной клиентуре.

1.2. Как химики работают с запахами

            Все душистые вещества делят на натуральные и синтетические. Натуральные получают из смесей природного происхождения, не подвергая их химическим превращениям. Основные способы выделения душистых веществ из природного сырья — отгонка с паром, экстракция, прессование. Наиболее распространена отгонка с паром: через сырьевую массу пропускают водяной пар, затем смесь паров эфирного масла и воды конденсируют и отделяют масло. При выделении душистых компонентов экстракцией сырье обрабатывают летучими растворителями (например, бензолом), а затем отгоняют его из полученного экстракта. Прессованием цедры (верхнего слоя цитрусовой корки, богатого эфирными маслами) получают масла цитрусовых фруктов. Из природных ароматических веществ сейчас чаще всего используются эфирные масла, мускус и амбра.

Натуральный мускус — продукт, вырабатываемый из желез самца оленя кабарги. Активным компонентом этого вещества, обусловливающим его запах, является мускон (3-метил - циклопентадеканон-1). 

Амбра — воскообразное вещество, образующееся в пищеварительном тракте кашалотов. Основные компоненты амбры (до 70 %) - нелетучие политерпеновые соединения (амбреин, эпикопростанол), служат фиксаторами запаха, поскольку удерживают летучие душистые вещества в растворе, замедляя их испарение из ароматической смеси.

Получение природных ароматических веществ — весьма дорогостоящий и трудоёмкий процесс.  Например, чтобы выделить 1 кг разового масла, необходимо переработать около 3 т лепестков розы, а для выработки 1 кг мускуса — уничтожить приблизительно 30 тыс. животных. Поэтому современная парфюмерная промышленность базируется на синтетическом сырье. Синтетические душистые вещества получают химическими методами, как из промышленного, так и из природного сырья. К 2000 г. налажено производство аналогов практически всех натуральных душистых веществ, а также благовоний, которые в природе не встречаются.

Душистые вещества относятся к различным классам органических соединений. До сих пор не удалось установить чёткую взаимосвязь между молекулярным строением вещества и его запахом. Выявлены лишь некоторые закономерности.

У душистых веществ с линейной углеродной цепочкой (спиртов, альдегидов), как правило, менее выраженный запах, чем у их гомологов с разветвленной цепью. При этом приятный аромат присущ соединениям, у которых не более 6 углеродных атомов в цепи, а превышение определённого количества атомов углерода в молекуле ведёт к ослаблению и исчезновению запаха. Альдегиды обладают запахом, схожим с запахом соответствующих спиртов, но более интенсивным. У соединений с разветвлённой цепью, содержащих 7 - 12 углеродных атомов — жирный запах с лимонным или апельсиновым оттенком. По мере удлинения углеродной цепи до 14 атомов в запахе альдегидов появляется цветочная нота.  Фруктово - цветочным или фруктовым запахом обладают и сложные эфиры. На запах ароматических альдегидов большое влияние оказывают положение и природа заместителя в ароматическом кольце. Например, ванилаль (4-гидрокси-З-этоксибен-зальдегид) имеет запах в 2-2,5 раза сильнее, чем ванилин (4-гидрокси-З-метоксибензатьдегид), а 3,4-димет-оксибензальдегид - в 16 раз.

Существенно влияют на силу и характер запахов различные формы изомерии. Так, у изоментола, неоментола и неоизоментола мятный запах выражен слабее и присутствует оттенок камфары. Запах душистых веществ иногда зависит от их концентрации. Например, иногда в концентрированном виде имеет отталкивающий запах, тогда как его сильно разбавленные растворы обладают ароматом жасмина.

1.3. Сложные эфиры карбоновых кислот

3.1. Номенклатура, классификация и состав сложных эфиров

Сложные эфиры – класс соединений на основе минеральных (неорганических) или органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в НО-группе замещен на углеводородный радикал R.

Номенклатура сложных эфиров.

Название создается следующим образом: вначале указывается группа R, присоединенная к кислоте, затем – название кислоты с суффиксом «ат».

Сложные эфиры обычно рассматривают как продукты реакции между кислотой и спиртом. Если используют тривиальное название исходной кислоты, то в название соединения включают слово «эфир», например,

С₃Н ₇СООС₅Н₁₁ – амиловый эфир масляной кислоты.

Классификация и состав сложных эфиров.

Среди изученных и широко применяемых сложных эфиров большинство представляют соединения, полученные на основе карбоновых кислот. 

Когда число атомов С в исходных карбоновой кислоте и спирте не превышает 6–8, соответствующие сложные эфиры представляют собой бесцветные маслянистые жидкости, чаще всего с фруктовым запахом. Они составляют группу фруктовых эфиров. Если в образовании сложного эфира участвует ароматический спирт (содержащий ароматическое ядро), то такие соединения обладают, как правило, не фруктовым, а цветочным запахом. Все соединения этой группы практически нерастворимы в воде, но легко растворимы в большинстве органических растворителей. Интересны эти соединения широким спектром приятных ароматов (табл. 1), некоторые из них вначале были выделены из растений, а позже синтезированы искусственно.

Формула сложного эфира	Название	Аромат
СН3СООС4Н9	Бутилацетат	грушевый
С3Н7СООСН3	Метиловый эфир масляной кислоты	яблочный
С3Н7СООС2Н5	Этиловый эфир масляной кислоты	ананасовый
С4Н9СООС2Н5	Этиловый эфир изовалериановой кислоты	малиновый
С4Н9СООС5Н11	Изоамиловый эфир изовалериановой кислоты	банановый
СН3СООСН2С6Н5	Бензилацетат	жасминовый
С6Н5СООСН2С6Н5	Бензилбензоат	цветочный

Табл. 1. Некоторые сложные эфиры, обладающие фруктовым или цветочным ароматом

При увеличении размеров органических групп, входящих в состав сложных эфиров, до С₁₅–С₃₀ соединения приобретают консистенцию пластичных, легко размягчающихся веществ. Эту группу называют восками, они, как правило, не обладают запахом. Пчелиный воск содержит смесь различных сложных эфиров, один из компонентов воска, который удалось выделить и определить его состав, представляет собой мирициловый эфир пальмитиновой кислоты С₁₅Н₃₁СООС₃₁Н₆₃. Китайский воск (продукт выделения кошенили – насекомых Восточной Азии) содержит цериловый эфир церотиновой кислоты С₂₅Н₅₁СООС₂₆Н₅₃. Кроме того, воски содержат и свободные карбоновые кислоты и спирты, включающие большие органические группы. Воски не смачиваются водой, растворимы в бензине, хлороформе, бензоле.

Третья группа – жиры. В отличие от предыдущих двух групп на основе одноатомных спиртов ROH, все жиры представляют собой сложные эфиры, образованные из трехатомного спирта глицерина НОСН₂–СН(ОН)–СН₂ОН. Карбоновые кислоты, входящие в состав жиров, как правило, имеют углеводородную цепь с 9–19 атомами углерода. Животные жиры (коровье масло, баранье, свиное сало) – пластичные легкоплавкие вещества. Растительные жиры (оливковое, хлопковое, подсолнечное масло) – вязкие жидкости. Животные жиры, в основном, состоят из смеси глицеридов стеариновой и пальмитиновой кислоты. Растительные масла содержат глицериды кислот с несколько меньшей длиной углеродной цепи: лауриновой С₁₁Н₂₃СООН и миристиновой С₁₃Н₂₇СООН. (как и стеариновая и пальмитиновая – это насыщенные кислоты). Такие масла могут долго храниться на воздухе, не меняя своей консистенции, и потому называются невысыхающими. В отличие от них, льняное масло содержит глицерид ненасыщенной линолевой кислоты. При нанесении тонким слоем на поверхность такое масло под действием кислорода воздуха высыхает в ходе полимеризации по двойным связям, при этом образуется эластичная пленка, не растворимая в воде и органических растворителях. На основе льняного масла изготавливают натуральную олифу.

3.2. Физические и химические свойства сложных эфиров

Физические свойства. Сложные эфиры могут быть как жидкими, так и твердыми веществами в зависимости от молекулярного веса образующих их кислоты и спирта. Сложные эфиры низших и средних гомологов – летучие жидкости с характерным, часто приятным запахом. Многие из них являются носителями запаха различных плодов, овощей и фруктов. Сложные эфиры труднее растворимы в воде, чем образующие их спирты и кислоты. Так, этиловый спирт и уксусная кислота смешиваются с водой во всех отношениях, тогда как уксусноэтиловый эфир трудно растворим в воде. В органических растворителях сложные эфиры растворяются хорошо.

Химические свойства. Наиболее характерно для эфиров карбоновых кислот гидролитическое (под действием воды) расщепление сложноэфирной связи, в нейтральной среде оно протекает медленно и заметно ускоряется в присутствии кислот или оснований, т.к. ионы Н⁺ и НО^- катализируют этот процесс (рис. 1А), причем гидроксильные ионы действуют более эффективно. Гидролиз в присутствии щелочей называют омылением. Если взять количество щелочи, достаточное для нейтрализации всей образующейся кислоты, то происходит полное омыление сложного эфира. Такой процесс проводят в промышленном масштабе, при этом получают глицерин и высшие карбоновые кислоты (С₁₅–С₁₉) в виде солей щелочных металлов, представляющих собой мыло (рис. 1Б). Содержащиеся в растительных маслах фрагменты ненасыщенных кислот, как и любые ненасыщенные соединения, могут быть прогидрированы, водород присоединяется к двойным связям, и образуются соединения, близкие к животным жирам (рис. 1В). Этим способом в промышленности получают твердые жиры на основе подсолнечного, соевого или кукурузного масла. Из продуктов гидрирования растительных масел, смешанных с природными животными жирами и различными пищевыми добавками, изготавливают маргарин.

Рис. 1. Реакции с участием сложных жиров. А – гидролиз сложных эфиров (сдвоенные стрелки означают, что реакция обратима). Б – омыление жира. В – гидрирование растительного масла.

Основной способ синтеза – взаимодействие карбоновой кислоты и спирта, катализируемое кислотой и сопровождаемое выделением воды. 

3.3. Применение сложных эфиров

Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислот используют в пищевой промышленности при создании фруктовых эссенций, а сложные эфиры на основе ароматических спиртов – в парфюмерной промышленности.

Из восков изготавливают политуры, смазки, пропиточные составы для бумаги (вощеная бумага) и кожи, они входят и в состав косметических кремов и лекарственных мазей.

Нитроглицерин  – известный лекарственный препарат и взрывчатое вещество, основа динамита.

Сложные эфиры широко используются в качестве растворителей, пластификаторов, ароматизаторов.

Эфиры муравьиной кислоты

HCOOCH₃ — метилформиат, t кип = 32 °C; растворитель жиров, минеральных и растительных масел, целлюлозы, жирных кислот; ацилирующий агент; используют в производстве некоторых уретанов, формамида.

HCOOC₂H₅ — этилформиат, t кип = 53 °C; растворитель нитрата и ацетата целлюлозы; ацилирующий агент; отдушка для мыла, его добавляют к некоторым сортам рома, чтобы придать ему характерный аромат; применяют в производстве витаминов B1, A, E.

HCOOCH₂CH(CH₃)₂ — изобутилформиат несколько напоминает запах ягод малины.

HCOOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ — изоамилформиат (изопентилформиат) растворитель смол и нитроцеллюлозы.

HCOOCH₂C₆H₅ — бензилформиат, t кип = 202 °C; имеет запах жасмина; используется как растворитель лаков и красителей.

HCOOCH₂CH₂C₆H₅ — 2-фенилэтилформиат имеет запах хризантем.

Эфиры уксусной кислоты

CH₃COOCH₃ — метилацетат, t кип = 58 °C; по растворяющей способности аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как его заменитель, однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон.

CH₃COOC₂H₅ — этилацетат, t кип = 78 °C; подобно ацетону растворяет большинство полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество в более высокой температуре кипения (меньшей летучести).

CH₃COOC₃H₇ — н-пропилацетат, t кип = 102 °C; по растворяющей способности подобен этилацетату.

CH₃COOCH(CH₃)₂ — изопропилацетат, t кип = 88 °C; по растворяющим свойствам занимает промежуточное положение между этил - и пропилацетатом.

CH₃COOC₅H₁₁ — н-амилацетат (н-пентилацетат), t кип = 148 °C; напоминает по запаху грушу, применяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чем этилацетат.

CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ — изоамилацетат (изопентилацетат) напоминает по запаху бананы.

CH₃COOC₈H₁₇ — н-октилацетат имеет запах апельсинов.

Эфиры масляной кислоты

C₃H₇COOCH₃ — метилбутират, t кип = 102,5 °C; по запаху напоминает ранет.

C₃H₇COOC₂H₅ — этилбутират, t кип = 121,5 °C; имеет характерный запах ананасов.

C₃H₇COOC₄H₉ — бутилбутират, t кип = 166,4 °C;

C₃H₇COOC₅H₁₁ — н-амилбутират (н-пентилбутират) и C₃H₇COOCH₃CH₃CH(CH₃)₂ — изоамилбутират (изопентилбутират) имеют запах груш, а также служат растворителями в лаках для ногтей.

Эфиры изовалериановой кислоты

(CH₃)₂CHCH₂COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ — изоамилизовалерат (изопентилизовалерат) имеет запах яблока.

Глава ІІ. Исследовательская часть

2.1. Получение сложных эфиров

В 1759г Л. де Лаурагваис впервые получил этилацетат путем перегонки уксусной кислоты с винным спиртом:

СН₃СООН + С₂Н₅ОН → СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

В 1777 г был получен второй эфир – этиловый эфир муравьиной кислоты (этилформиат). В 1782г Карл Вильгельм Шееле впервые применил термин «Эфиры» в труде «Исследования и заметки об эфире». [2] Прошло более 250 лет, а способы получения сложных эфиров в принципе не изменились. Наиболее известные методы синтеза сложных эфиров:

1.      Реакция этерификации Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры.

2.      Взаимодействие ангидридов кислот со спиртами.

3.       Взаимодействие  галоидангидридов кислот со спиртами.

Чтобы получить сложные эфиры в малых количествах, используется прибор (см.приложение№1)

Такими способами получают следующие эфиры:

1)     Этилформиат, образующийся   из   этанола и   муравьиной кислоты. Этот эфир добавляют к некоторым сортам рома, чтобы придать ему характерный аромат.

2)     Бутилэтанат - из бутанола и уксусной кислоты.

3)     Уксусноизобутиловый эфир образуется соответственно из изобутилового спирта и уксусной кислоты. 2 и 3 эфиры имеют сильный фруктовый запах и являются составной частью парфюмерных композиций с ароматом лаванды, гиацинтов и роз.

4)     Уксусноамиловый эфир - из пентанола и уксусной кислоты.

5)     Уксусноизоамиловый эфир – из изоамилового спирта и уксусной кислоты. Эти два эфира в разбавленном растворе имеют запах груш. Они входят в состав фантазийных духов и служат растворителями в лаках для ногтей.

6)     Метилбутанат - из метанола и бутановой кислоты. Запах его напоминает ранет.

7)     Этилбутанат - из этилового спирта и бутановой кислоты. Он имеет характерный запах ананасов.

8)     Пентилбутанат (масляноамиловый эфир) - из пентанола и бутановой кислоты.

9)     Изопентилбутанат (масляноизоамиловый эфир) - из З-метилбутанола-1  и бутановой кислоты. Два последних эфира имеют запах груш.

Среди эфиров ароматических кислот тоже есть вещества с приятным ароматом. В отличие от фруктового запаха сложных эфиров алифатического ряда у них преобладают бальзамические, так называемые животные запахи или запахи экзотических цветов.          Этилсалицилат напоминает по запаху масло зеленого барвинка. Он применяется для изготовления духов с ароматом кассии и духов типа "Шипр". Пентилсалицилат (амилсалицилат) и изопентилсалицилат (изоамилсалицилат) имеют сильный запах орхидей. Они часто применяются для создания аромата клевера, орхидей, камелий и гвоздики, а также фантазийных ароматов, особенно при отдушивании мыла.

2.2. Методика исследования

Синтез сложных эфиров проводили на основе следующей методики:

С целью получения чистого образца эфира опыт ставят следующим образом (см.приложение№2)

Рис.2 Лабораторная установка для проведения реакции этерификации

Реакция этерификации: RСООН + НОR^/ à  RСООR^/ + Н₂O

В пробирку наливают 2мл изоамилового (изопентилового) спирта, в эту же пробирку доливают 2 мл уксусной кислоты и 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Закрывают пробирку газоотводной трубкой и нагревают на водяной бане в течении нескольких минут. После охлаждения добавляют в пробирку несколько миллилитров воды. При этом выделяется слой изоамилового эфира уксусной кислоты (изоамилацетат) с характерным запахом грушевой эссенции.

 2.3. Результаты синтеза

Опыт № 1

Получение изоамилового эфира уксусной кислоты (см.приложение№4,№5,№6)

По методике синтеза из раздела 2.2, соблюдая правила техники безопасности, выполнила синтез изоамилового эфира уксусной кислоты из изоамилового спирта и уксусной кислоты. Реакция проходила быстро, эфир отгонялся очень хорошо, запах груш почувствовался практически сразу.

Уравнение реакции:

Опыт № 2

Получение этилового эфира бензойной кислоты ц

По методике синтеза из раздела 2.1, соблюдая правила техники безопасности, мы выполнили синтез этилового эфира бензойной кислоты из этанола и бензойной кислоты (ароматическая кислота). Реакция проходила со средней скоростью, эфир отгонялся в соответствии с нормами. Полученный запах слабо напоминает мяту, но не является резким.

Уравнение реакции:

2.4. Приготовление парфюмерной композиции

(см.приложение№7,№8,№9,№10)

Для приготовления парфюмерной композиции мы использовали эфирное масло апельсина, изоамиловый эфир уксусной кислоты с запахом груши и ванильный сахар.

Цедру апельсина натерли на терке, в протертом виде завернули в кусочек прочной материи и тщательно выдавили. При этом через ткань просочилась мутная жидкость, состоящая из воды и капелек масла. Смешали 1 мл этой жидкости с 1 мл, изоамилового эфира уксусной кислоты с запахом груши и добавили небольшое количество ванильного сахара.  В заключении растворили эту смесь в 20 мл чистого спирта.

2.5. Анализ результатов

С помощью реакции этерификации получила два сложных эфира. После проведения двух реакций синтеза сложных эфиров, можно сказать, что в условиях школьной химической лаборатории нам удалось получить два вещества, соответствующих ожидаемым результатам. К сожалению нам удалось осуществить только два опыта получения сложных эфиров, другие эфиры получить не получилось из-за отсутствия в школьной лаборатории других спиртов и карбоновых кислот. При получении эфиров из этих экспериментов не возникло никаких проблем, вещества получились с очень приятным запахом, похожим на натуральные ароматы.    

Кроме сложных эфиров удалось получить эссенцию с приятным фруктовым запахом и использовать ее для ароматизации кабинета химии и школьной лаборатории.

III. Заключение

              В процессе написания работы проанализировала более десяти литературных источников и Интернет-ресурсов.  Работа состоит из 2-х частей: теоретической и практической. В теоретической части были рассмотрены данные, необходимые для полного понимания актуальности и результатов работы. Отмечу, что практическое получение сложных эфиров не запланировано в учебную программу по органической химии, которая рассчитана на 1 час изучения органической химии, их получают на специализированных предприятиях для нужд пищевой и парфюмерной промышленности. Нам, в условиях обычной школьной химической лаборатории, удалось самостоятельно получить сложные эфиры с различными запахами, подобные веществам промышленного производства.

При анализе результатов практической части исследования сделала следующие выводы:

1.Многие известные душистые вещества относятся к классу сложных эфиров. Последние широко распространены в природе и дают самые разнообразные оттенки запахов, от запахов тропических орхидей до характерного аромата хорошо знакомых нам фруктов. Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислот используют в пищевой промышленности при создании фруктовых эссенций, а сложные эфиры на основе ароматических спиртов – в парфюмерной промышленности.

2.Сложные эфиры можно получить, применяя оборудование, методику синтеза и реактивы, имеющиеся в школьной химической лаборатории.   

3.Сложные эфиры находят широкое применение, как в быту, так и в промышленности по причине невысокой себестоимости, по сравнению с дорогостоящими ароматическими веществами растительного и животного происхождения.

4.Некоторые из сложных эфиров готовятся искусственно и под названием «фруктовых эссенций» широко применяются в кондитерском деле, в производстве прохладительных напитков, в парфюмерии и во многих других отраслях.

5.Людям, страдающим аллергией, при покупке продуктов питания в магазине, следует выбирать те, на упаковке которых указаны натуральные ароматизаторы, а не идентичные натуральным. Последние были синтезированы в химической лаборатории и могут представлять опасность для здоровья человека.

IV. Библиографический список

1)     Артеменко А.И. Удивительный мир органической химии /. – М.: Дрофа, 2004. – 256 с.: ил.

2)     Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. Под редакцией Кузнецовой Г.И. — М.: Высшая школа, 1991. — 656 c.

3)     Гуревич П.А., Кабешов М.А.  Органическая химия. Полезные сведения для школьников и учителей – теория, история, задачи и решения.// Под ред. Члена-корреспондента РАН, профессора Синяшина О.Г. Издание 2-е, переработанное и дополненное. – Казань: РИЦ «Школа», 2004. – 348 с.

4)     Цветков Л.Л.  Эксперимент по органической химии: Методика и техника / Пособие для учителей. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Школьная Пресса, 2000. — 192 с.

5)     http://alhimik.ru/read/grosse20.html

6)     http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B

7)     http://www.bestreferat.ru/referat-61047.html

8)     http://www.lambre-online.com/parfumarticles/parfum/history_parfum.html

9)     http://www.rouge.okis.ru/history2.html

Приложения

               

Приложение №1 Прибор для получения

сложного эфира                                                                  Приложение №2 Прибор для      получения сложного эфира

 приложение №3 Реактивы для получения сложных эфиров изоамилацетата и этилбензоата

  Приложение №4 получение изоамилового эфира уксусной кислоты

 Приложение №5 Получение изоамилового эфира уксусной кислоты

Приложение №6 Отделение сложного эфира с помощью холодной воды

Приложение №7 Приготовление цедры апельсина

Приложение №8 Готовая цедра апельсина

Приложение №9 Компоненты, необходимые для приготовления парфюмерной композиции

приложение №10 Забор изоэтилбутаната

Приложение №11 Добавление ванилина к сложному эфиру и апельсиновой цедре