Эфир — органическое соединение¶

Эфир — класс органических соединений, молекулы которых содержат функциональную группу R–O–R′, где R и R′ — углеводородные радикалы (алкильные или арильные), связанные через атом кислорода. Эфиры являются производными спиртов и фенолов, в которых гидроксильная группа замещена на алкокси- или арилоксигруппу. Общая формула алифатических эфиров — CnH2n+2O.

¶История

Диэтиловый эфир (CH3CH2–O–CH2CH3) — наиболее известный представитель класса — был впервые получен в XII веке алхимиком Раймундом Луллом перегонкой смеси этилового спирта и серной кислоты. В XVI веке немецкий врач и алхимик Валериус Кордус описал его под названием «витриольного масла» (oleum vitrioli), а впоследствии вещество получило название «эфир» — в честь эфира древнегреческой мифологии, тонкой невещественной среды. В 1540 году Кордус опубликовал описание способа получения, и вещество стало известно в европейской химической практике.

В XIX веке диэтиловый эфир нашёл применение в медицине как анестетик: в 1846 году американский хирург Уильям Мортон продемонстрировал его действие при хирургической операции, что произвело революцию в анестезиологии.

¶Классификация

Эфиры подразделяются по нескольким признакам.

По строению радикалов:

• Простые (симметричные) — оба радикала одинаковы: диэтиловый эфир (C2H5–O–C2H5), диметиловый эфир (CH3–O–CH3).
• Сложные (несимметричные) — радикалы различны: метилэтиловый эфир (CH3–O–C2H5).

По типу радикалов:

• Алифатические — оба радикала алифатические: диизопропиловый эфир.
• Аро­матические — хотя бы один радикал ароматический: анизол (C6H5–O–CH3), фенолэфир.
• Гетероциклические — кислород входит в цикл: тетрагидрофуран, диоксан.
• Ненасыщенные — содержат кратные связи: аллиловый эфир (CH2=CH–CH2–O–CH2–CH=CH2).
• Галогензамещённые — содержат атомы галогенов: фторхлоруглеродные эфиры (используются в анестезиологии).

¶Физические свойства

Низшие алифатические эфиры — бесцветные летучие жидкости с характерным запахом. Диметиловый эфир при нормальных условиях — газ (кипит при −24,8 °C), диэтиловый эфир — жидкость с точкой кипения 34,6 °C. Эфиры малорастворимы в воде (гидрофобны), но хорошо смешиваются с органическими растворителями. Диэтиловый эфир растворяется в воде в объёмном соотношении примерно 1:10.

В отличие от спиртов, молекулы эфиров не образуют водородных связей между собой, поэтому их температуры кипения существенно ниже, чем у изомерных спиртов (так, диэтиловый эфир кипит при 34,6 °C, а бутанол — при 117,7 °C). Однако атом кислорода в эфирной группе способен акцептировать протон, что обуславливает ограниченную растворимость в воде и образование водородных связей с молекулами воды.

¶Химические свойства

Эфиры относятся к числу химически инертных соединений. Основные типы реакций:

• Реакции гидролиза — под действием кислот или щелочей эфиры разлагаются до спиртов и кислот (или их солей). Кислотный гидролиз обратим, щелочной — необратим.
• Реакции с галогеноводородными кислотами — эфиры реагируют с HI и HBr с образованием алкилгалогенидов и спиртов; реакция с избытком HHI приводит к полному расщеплению.
• Реакции алкилирования — под действием сильных кислот (например, BF3, AlCl3) эфиры выступают алкилирующими агентами в реакциях Фридела — Крафтса.
• Реакции с щелочными металлами — эфиры не реагируют с натрием и калием, в отличие от спиртов.
• Гидро­ли­тическое расщепление по реакции Вильямсона — основной метод синтеза эфиров: реакция алкоксида натрия с первичным алкилгалогенидом.

Эфиры склонны к образованию перекисей при длительном хранении на воздухе (окисление по механизму радикального замещения в α-положении), что делает их пожаро- и взрывоопасными.

¶Получение

Основные методы синтеза эфиров:

1. Дегидратация спиртов — взаимодействие двух молекул спирта при 140 °C в присутствии концентрированной серной кислоты (метод межмолекулярной дегидратации). При 170 °C преобладает внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов.
2. Реакция Вильямсона — алкилирование спиртов (или их солей) алкилгалогенидами.
3. Алкилирование спиртов алкенами — промышленный метод, катализируемый кислотами (например, ионообменными смолами).
4. Реакция Уильямсона для арилалкиловых эфиров — феноляты с алкилгалогенидами.

¶Применение

Диэтиловый эфир широко применяется в качестве растворителя в лабораторной и промышленной химии, для экстракции жиров и масел, в производстве нитроцеллюлозы (коллоксилина). Диметиловый эфир используется как пропеллент в аэрозольных упаковках и как альтернативное дизельное топливо. Тетрагидрофуран и диоксан — распространённые лабораторные растворители. Полиэфиры (полиэтиленгликоль, полиэтилентерефталат) образуют основу производства пластмасс и синтетических волокон. Фторсодержащие эфиры (севофлюран, десфлюран) применяются в современной ингаляционной анестезии.

¶Безопасность

Диэтиловый эфир чрезвычайно пожароопасен: его пары образуют взрывоопасные смеси с воздухом (температура вспышки −45 °C). При длительном хранении на свету и воздухе эфир образует нестабильные перекиси, способные взрываться при перегонке. В медицинских целях эфир вызывает угнетение центральной нервной системы, раздражает дыхательные пути.

¶Источники

• Химическая энциклопедия / Под ред. Кнунянца И. Л. — М.: Большая Российская энциклопедия.
• Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала органической химии.
• Дроздов А. С., Толкачёв В. В. Курс органической химии.
• Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии.