Естери. Будова молекули, властивості.

Мета уроку: навчальна: сформувати в учнів поняття про естери, розширити і поглибити знання учнів про хімічні властивості кислот та спиртів на прикладі реакції естерифікації, показати значення цієї реакції, розглянути практичне значення естерів та їх поширення в природі, продовжувати формувати вміння називати естери, а також розв’язувати розрахункові задачі за їх участю; на прикладі естерів розглянути міжкласову ізомерію органічних речовин; розвиваюча: розвивати вміння порівнювати, робити висновки, узагальнювати; виховна: виховувати критичність мислення, розширювати світогляд учнів.

Очікувані результати навчання -- учень називає загальну формулу та характеристичну (функціональну) групу естерів; називає естери за систематичною номенклатурою ; наводить приклади естерів і їхні тривіальні назви; поширення оксигеновмісних органічних сполук у природі і харчових продуктах.

Діяльнісний компонент учень класифікує оксигеновмісні органічні сполуки за характеристичними групами; складає молекулярні і структурні формули естерів (за назвами і загальною формулою відповідного гомологічного ряду); рівняння реакцій, які описують хімічні властивості естерів (гідроліз); характеризує хімічні властивості естерів; прогнозує хімічні властивості оксигеновмісних органічних сполук на основі знань про властивості характеристичних (функціональних) груп; установлює причинно-наслідкові зв’язки між складом, будовою, властивостями, застосуванням; генетичні зв’язки між оксигеновмісними органічними сполуками; дотримується правил безпечного поводження з органічними речовинами.

Ціннісний компонент учень робить висновки щодо властивостей оксигеновмісних органічних речовин на підставі їхньої будови і про будову оксигеновмісних речовин на підставі їхніх властивостей; на основі спостережень; усвідомлює взаємозв’язок складу, будови, властивостей, застосування оксигеновмісних органічних речовин; оцінює безпечність органічних речовин і приймає обґрунтоване рішення щодо їхнього використання.

Здійснити перетворення: 1. бутан – хлоробутан – бутанол – бутаналь – бутанова кислота – етилбутаноат

2. пропаналь – пропанол – пропілацетат - Пропанова кислота

3. Усне опитування (Бліц)

1. Відчуття опіку після укусу мурашки спричиняє ….

2. Без якої кислоти не приготуєш консерви….

3. Кислота цитрусових плодів….

4. При скисання молока утворюється …

5. У зеленому борщі міститься…

6. Основа рідких жирів…

7. При псуванні масла утворюється…

8. Основа ацетатного волокна…

9. При скисанні вина утворюється …

3. Бесіда:

В чому суть реакції естерифікації?

За яких умов вона відбувається?

Які функціональні групи беруть у ній участь?

Всі з нас полюбляють парфуми. Вважають, що саме їх запах визначає те, як нас сприймають оточуючі. На сьогодні відкрито чимало речовин афродизіаків – ароматичних сполук, запах яких приваблює, хвилює, спокушає. Наприклад, запах жасмину, троянд, бузку, м’яти, лаванди діє на гіпофіз і сприяє виробленню ендорфінів – гормонів щастя. Про ці чарівні речовини ми сьогодні й поговоримо.

Естери – похідні органічних кислот, в яких атом Гідрогену карбоксильної групи заміщений вуглеводневим залишком. R1 – COO –R2 - загальна формула естерів або СnH2nO2 - в молекулярному вигляді Зверніть увагу, така ж загальна формула насичених карбонових кислот Наприклад, СН3СООН і НСООСН3 - приклади міжкласової ізомерії

- COO – функціональна група естерів

Добування естерів (вихідні речовини – кислота та спирт) СН3СООН + НО-С2Н5 = СН3СООС2Н5 + Н2О (в присутності конц. сульфатної кислоти) етиловий естер оцтової кислоти, етилацетат, етилетаноат

НСООН + НО-С2Н5 = НСООС2Н5 + Н2О – етилформіат, етилметаноат

С2Н5СООН + НО-СН3 = С2Н5СООСН3 + Н2О – метилпропаноат

Номенклатура естерів: замісник + алкан + оат (метил +пропан+оат)

Властивості естерів Спробуйте спрогнозувати фізичні властивості естерів: - агрегатний стан (леткі рідини, С більше 10 – тверді)

-запах етилформіат – ром метилбутаноат – яблуко, етилбутаноат – ананас, ізобутилбутаноат – абрикос, бутилбутаноат – банан ізобутилацетат – груша бензилацетат – жасмин, а також мед, троянди, хризантеми.

Проблемне питання: Чому при однаковій загальній формулі спостерігається значна відмінність у фізичних властивостях кислот та естерів? (відсутність водневого зв’язку)

Яким чином це відображається на властивостях естерів? (розчинність, нижчі температури плавлення кипіння, запах, агрегатний стан) Хімічні властивості естерів

1. Окиснення (спалахують легко) НСООСН₃ + 2О₂ → 2СО₂ + 2Н₂О

2. Реакція гідролізу – взаємодія з водою (в лужному середовищі) СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О = СН₃СООН + НО-С₂Н₅; СН₃СООС₂Н₅ + NaОH = СН₃СООNa + НО-С₂Н₅ – необоротна реакція

Застосування естерів: 1. В парфумерії 2. Харчова промисловість 3. Виробництво ліків, вітамінів 4. Розчинники, клей

Мета уроку: навчальна: сформувати знання учнів про жири як естери гліцерину і вищих карбонових кислот, розглянути будову, номенклатуру та властивості жирів, ознайомити учнів з практичним значенням реакцій гідролізу та гідрування жирів, з’ясувати їх біологічну роль та галузі застосування; розвиваюча: розвивати вміння порівнювати, продовжувати розвивати навички роботи з лабораторним обладнанням; виховна: виховувати бережне ставлення до свого здоров’я, розширювати світогляд учнів.

Очікувані результати навчання Знаннєвий компонент учень наводить приклади жирів; поширення оксигеновмісних органічних сполук у природі і харчових продуктах.

Діяльнісний компонент учень розрізняє насичені й ненасичені жири; складає молекулярні і структурні формули жирів; рівняння реакцій, які описують хімічні властивості жирів (гідрування та лужний гідроліз); характеризує хімічні властивості жирів; прогнозує хімічні властивості оксигеновмісних органічних сполук на основі знань про властивості характеристичних (функціональних) груп; установлює причинно-наслідкові зв’язки між складом, будовою, властивостями, застосуванням і впливом на довкілля оксигеновмісних органічних сполук; генетичні зв’язки між оксигеновмісними органічними сполуками; дотримується правил безпечного поводження з органічними речовинами.

Ціннісний компонент учень робить висновки щодо властивостей оксигеновмісних органічних речовин на підставі їхньої будови і про будову оксигеновмісних речовин на підставі їхніх властивостей; на основі спостережень; усвідомлює взаємозв’язок складу, будови, властивостей, застосування оксигеновмісних органічних речовин і їхнього впливу на довкілля; висловлює судження щодо впливу продуктів органічного синтезу на здоров’я людини; розв’язує проблему власного раціонального харчування на основі знань про жири; оцінює біологічне значення жирів для харчування людини; раціональне співвідношення вживання рослинних та тваринних жирів; безпечність органічних речовин і приймає обґрунтоване рішення щодо їхнього використання.

1. Історичні дати. У 1779 р. шведський хімік Карл Вільгельм Шеєле виявив: один з продуктів гідролізу (розкладання під дією води) жирів – гліцерин 114 1817 р. його співвітчизник Шеврель добув з жирів уже відому «солодку олію Шеєле», яку назвав гліцерином. Непересічне значення мало також відкриття ним у продуктах дії водних розчинів лугів і кислот на різноманітні жири раніше невідомих сполук. Ними виявилися вищі карбонові кислоти – стеаринова, пальмітинова, олеїнова Тобто за результатами аналізу продуктів гідролізу Шеврель зміг зробити певні висновки про склад жирів. Сорок років потому Марселен Бертло встановив структуру гліцерину і з нього та вищих карбонових кислот синтезував жир. Отже, склад і структуру природних жирів було доведено експериментально. Жири - природна сировина, з якої шляхом хімічних перетворень вперше добули вищі карбонові кислоти. Найвідоміші поміж них - насичені пальмітинова С15Н31СООН та стеаринова С17Н35СООН кислоти й ненасичена олеїнова кислота С17Н33СООН. Вони входять до складу стеарину, косметичних засобів. За стандартних умов пальмітинова й стеаринова кислоти перебувають у твердому агрегатному стані й зовні нагадують парафін. Олеїнова кислота - рідина.

2. Утворення жиру

Фізичні властивості жирів. Деякі жири при звичайній температурі – тверді речовини, бараняче, свиняче; Інші рідкі, так звані олії(соняшникова, кукурудзяна, лляна…). Жири в яких переважають насичені кислоти – тверді; Олеїнова кислота – основний компонент оливкової олії при звичайних температурах є рідкою, бо її температура плавлення – 13,4 градуси цельсія. Тоді як пальмітинова і стеаринова відповідно – 63,1 і 69,6 градусів. Жири погано розчиняються у воді, але добре розчинні у бензині, спирті і інших розчинниках.

Звичайний жир складається з ліпідів, не жирових та азотовмісних речовин, вуглеводів та мінеральних елементів. Чистий жир являє собою естером триатомного спирту гліцерину СН₂ОН — СНОН — СН₂ОН і різноманітних жирних кислот. Серед них можуть бути як:

• насичені жирні кислоти, наприклад пальмітинова С₁₅Н₃₁СООН і стеаринова С₁₇Н₃₅СООН,

ненасичені жири (у тому разі з одним подвійним зв'язком — наприклад олеїнова кислота С₁₇Н₃₃СООН); з двома — лінолева кислота і з трьома подвійними зв'язками (ліноленова кислота), а також з потрійним зв'язком, наприклад тариринова кислота С₁₇Н₃₁СООН), або навіть чотири (як у арахідонової кислоти) подвійні зв'язки між атомами вуглецю, — і трапляються лише в рослинних жирах і так званому риб'ячому жирі, в організмі людини не синтезуються, але потрібні для багатьох біохімічних процесів, і тому їх відносять до незамінних продуктів живлення. Суміш ненасичених жирних кислот називають вітаміном F^[5].

Жирно-кислотний спектр жирів різноманітний. У рослинному й тваринному світі налічується близько 1300 видів жирів, але елементний склад їх відносно мало коливається й дорівнює в середньому,%:

С — 76 — 79, Н — 11 — 13 і О — 10 — 12.

Шляхом гідролізу (омилення) жири легко розщеплюються на гліцерин і жирні кислоти, причому різні кислоти проявляють неоднакову стійкість до дії високих температур і мікроорганізмів. Так, насичені жирні кислоти досить стійкі не тільки при звичайних температурах, але й при нагріванні навіть до 400 °C вони важко втрачають свою карбоксильну групу й не розкладаються.

Досить стійкими є й ненасичені жирні кислоти з одним подвійним зв'язком (типу олеїнової).

Ненасичені жирні кислоти із двома й більшим числом подвійних зв'язків менш стійкі; вони окислюються, твердіють, стають темними, набирають неприємного запаху. На це потрібно звертати увагу при використанні їх. Вони легко окислюються й полімеризуються, а при нагріванні до 300 °C розпадаються з розривом вуглецевого ланцюга й утворенням суміші насичених і ненасичених вуглеводнів жирного ряду.

Для хімічної характеристики жирів й інших ліпідів визначаються температура плавлення й числа — йодне, омилення й кислотності.

Гідрогенізація жирів

Методом каталітичної гідрогенізації (з використанням нікелевих каталізаторів), рослинні олії і рідкі тваринні жири: морських ссавців, риби, переводять у тверді жири. Продукт реакції називається саломасою («штучним салом»). Саломаси використовуються як основа для виготовлення маргарину, інших харчових жирів, мила. Вперше гідрогенізацію жирів здійснив С.Фокін в 1906 році.

Хімічні властивості. Під час тривалого зберігання на повітрі під дією тепла, світла, ферментів, що виробляються мікроорганізмами, які містяться в повітрі, жири гіркнуть, у них з’являються неприємні запах і смак. Це результат процесів окиснення та гідролізу жирів, що супроводжуються утворенням вільних жирних кислот, альдегідів, кетонів. Щоб уповільнити процес окиснення жирів у харчових продуктах, до них додають антиоксиданти.

У молекулах рідких жирів на відміну від твердих є подвійні карбон-карбонові зв’язки. Як вам добре відомо, за місцем подвійного зв’язку можлива реакція приєднання, зокрема Гідрогену. У результаті цієї реакції ненасичена сполука перетворюється на насичену, а рідкий жир — на твердий:

Процес тверднення (гідрування) жирів покладено в основу виробництва маргарину (від грец. μαργαροζ — перламутр). На маргарин переробляють олії, риб’ячий і китовий жири. Гідруванням цих дешевих продуктів добувають тверді жири, подібні до вершкового масла. Щоб зробити гідрований жир придатним до вживання, до нього добавляють смакові, ароматичні речовини, барвники.

Жири як естери піддаються гідролізу, внаслідок якого утворюються гліцерол і карбонові кислоти. Якщо проводити гідроліз тригліцериду за наявності лугу, то утворюються солі вищих карбонових кислот, відомі під назвою мила:

Оскільки лужним гідролізом жиру добувають мило, цю реакцію називають омиленням жиру.

Натрієві солі вищих карбонових кислот — основна складова твердого мила, солі Калію — рідкого мила.

Для добування мила з жиру в промисловості замість лугу використовують соду Na₂CO₃. Мило, добуте безпосередньо внаслідок реакції жиру із содою, називається ядровим, воно відоме як господарське. Туалетне мило відрізняється від господарського наявністю добавок: барвників, ароматизаторів, антисептиків тощо.

Існує думка про шкідливість систематичного споживання не повністю гідрованих олій (транс-жирів) і продуктів на їх основі (печиво, чипси, картопля фрі) для людини. Вони збільшують ризик ішемічних захворювань на серце, мозок, сприяють іншим видам атеросклерозу, викликає порушення процесів синтезу холестеролу.

На перших етапах вживання гідрованих олій, кількість транс-карбонових кислот в складі маргаринів досягала 50%, що не дозволяло уникнути негативних наслідків для здоров'я. Для зниження рівня транскарбованих кислот в маргарини додають більшу кількість нативних рослинних олій, таким чином кількість транс-карбонових кислот в кінцевому продукті може досягати 15-20%.

Біологічне значення жирів

Біологічне значення жирів зумовлене тим, що вони є носіями таких життєво необхідних для організму речовин, як поліненасичені жирні кислоти, жиророзчинні вітаміни, фосфоліпіди, стероли. Отже, біологічна роль жирів залежить від жирнокислотного складу та наявності інших компонентів — фосфоліпідів, вітамінів тощо.

У харчуванні

Жири — важливий продукт харчування людини. Вони становлять головний компонент таких продуктів харчування, як вершкове масло, рослинні олії, маргарин, смалець. Багато жирів міститься у свинячому салі та у сирі.

Значення жирів у харчуванні різноманітне. Недостатнє надходження жирів у їжу негативно впливає на різні види обміну речовин, функціональний стан окремих органів і систем і, у підсумку, на працездатність і опірність організму несприятливим чинникам навколишнього середовища, у тому числі інфекційним агентам. Недостатня енергетична цінність раціонів харчування призводить до виснаження жирових депо у підшкірній основі.

Підшкірна основа виконує низку важливих функцій в організмі: теплоізоляційну (захищає глибоко розміщені тканини від надмірного впливу холоду і тепла), амортизаційну (охороняє кістки, тканини і внутрішні органи від поштовхів і ударів), естетичну (надає формам тіла ніжну округлість). Жири є найважливішим енергетичним компонентом харчового раціону — 1 г жирів дає 37,7 кДж (9 ккал) енергії, їх біологічне значення зумовлене тим, що вони є носіями таких життєвонеобхідних для організму речовин, як поліненасичені жирні кислоти, жиророзчинні вітаміни (віт. D, E і К; тобто вітаміни, які можуть тільки перетравлюватися, всмоктуватися, і транспортуватися в поєднанні з жирами), фосфоліпіди, стероли. Вони поліпшують смакові якості їжі, впливають на засвоюваність низки нутрієнтів. Так, засвоюваність каротину у присутності оптимальної кількості жиру в їжі досягає 80-90%, тоді як за умови його недостачі β-каротин майже не засвоюється. Однак надмірне споживання жирів погіршує засвоюваність білків, кальцію, магнію, підвищує потребу у вітамінах, що беруть участь у жировому обміні. Надмірне споживання жирів гальмує секрецію шлунка і затримує евакуацію з нього їжі, спричиняючи перенапруження функцій інших органів травлення.

Достатня кількість жирів у харчовому раціоні забезпечує його енергетичну адекватність енерговитратам організму і високу інтенсивність пластичних процесів, зокрема синтез білка. Вони входять до складу тканин тварин, рослин. Вегетативні частини рослин накопичують не більше 5% ліпідів, насіння — до 50% і більше. В організмі людини в нормі міститься 10-20% жиру, але за наявності деяких порушень жирового обміну його кількість може змінюватися. На відміну від вуглеводів і тим більше білків, жири відкладаються у великих кількостях у депо (підшкірна основа, сальник) і створюють в організмі великі запаси енергії. Нормальної комплекції доросла людина має у своєму організмі 9-12 кг жиру, що відповідає 251000-377000 кДж (60000-90000 ккал). Ця енергія витрачається у всіх випадках недостатнього харчування.

Безпосередньо з лікарською метою на жирах готують мазі, емульсії, пасти, які сприяють поглинанню активних речовин організмом, пом'якшують і продовжують їхню дію.

У промисловості

Деякі жири (здебільшого рослинного походження) використовуються для виробництва мила.

ДЗ Завдання для самоконтролю

1. Яка хімічна будова жирів? До якого класу сполук вони належать?

2. У результаті якої хімічної реакції утворюються жири?

3. Чим різняться за складом рідкі й тверді жири?

4. Які речовини утворюються внаслідок окиснення жирів?

5. Яку хімічну реакцію покладено в основу виготовлення маргарину?

6.Запишіть рівняння гідролізу тристеарату.

7. Як на вашу думку, чим краще прати у жорсткій воді? Відповідь обгрунтуйте.

8. Чим відрізняється за хімічним складом: тверде мило від рідкого; господарське від туалетного?

9. Поясніть мийну дію мила.

10. Чи можна випрати білизну в морській воді з милом? Відповідь поясніть.

11. Укажіть переваги СМЗ порівняно з милом.

Додаткові завдання

12. Яку сполуку ви можете запропонувати як ароматизатор для виготовлення мила із запахом ананаса? Складіть формулу цієї сполуки.

13. У результаті реакції між бензойною кислотою та бензиловим спиртом утворюється естер, що його використовують у медицині для лікування корости. Складіть рівняння реакції утворення цього естеру. Назвіть його.

14. Бензилетаноат має запах жасмину. Складіть рівняння послідовних реакцій добування цього естеру з метану.

15. Як хімічним шляхом добути етиловий естер етанової кислоти, виходячи з етену? Складіть рівняння послідовних реакцій.

16. Запропонуйте хімічний дослід, за допомогою якого можна відрізнити олію від мінерального мастила.

17. Щоб надати маргарину запаху вершкового масла, використовують сполуку діацетил

До якого класу, на вашу думку, належить ця сполука?

18. На упаковці маргарину написано: «Містить лише рослинні олії». Чи правильно це?

19. Мило є сіллю слабкої кислоти й сильної основи, СМЗ — сіль сильної кислоти й сильної основи. Яке значення має ця обставина для прання?

20. Де в побуті відбувається така реакція:

Натрій пальмітиноат — Кальцій пальмітиноат?

21. Визначте кількість речовини трипальмітину, необхідного для добування рідкого мила масою 1 кг.

А 1,26 моль

Б 1,13моль

В 2,26 моль

22. Чому жири можна віднести до естерів? Доведіть, написавши структурну формулу будь-якого жиру.

23.Існує думка, що жири дуже шкідливі для організму людини. Чи вірна ця думка? Обгрунтуйте біологічне значення жирів для нашого організму.

24. Чому мило за хімічною природою належить до солей?

25. Чому маргарин не можна назвати маслом?

 26Поясніть значення 3-,6-, 9-омегажирних кислот для організму людини?