Простые эфиры в органической химии¶

Простые эфиры — класс органических соединений общей формулы R—O—R′, в которых два углеводородных радикала соединены через атом кислорода. К простым эфирам относят также циклические соединения (эпоксиды, тетрагидрофуран), где кислород замыкает цикл. Они не содержат гидроксильной группы, связанной с атомом водорода, чем принципиально отличаются от спиртов, и не образуют водородных связей между своими молекулами.

¶Номенклатура и строение

По систематической номенклатуре ИЮПАК эфиры называют как алкоксиалканы: например, CH₃—O—CH₂CH₃ — метоксиэтан. Исторически распространены радикально-функциональные названия: диэтиловый эфир, метилэтиловый эфир. Атом кислорода имеет две неподелённые электронные пары и валентный угол C—O—C около 110–112°, близкий к тетраэдрическому. Связь C—O полярна, но молекула в целом слабополярна, так как дипольные моменты двух связей частично компенсируются.

¶Физические свойства

Из-за отсутствия межмолекулярных водородных связей температуры кипения эфиров значительно ниже, чем у изомерных спиртов: диэтиловый эфир кипит при 34,6 °C, а бутанол-1 — при 117,7 °C. Низшие эфиры — легкоподвижные летучие жидкости с характерным запахом, плохо растворимые в воде, но хорошо растворяющие многие органические вещества. Эфиры огнеопасны, их пары тяжелее воздуха и образуют с ним взрывоопасные смеси.

¶Химические свойства

Простые эфиры химически довольно инертны, что делает их удобными растворителями. Основные реакции:

• Расщепление кислотами. При нагревании с концентрированными HI или HBr эфиры расщепляются с образованием спирта и галогеналкана.
• Образование оксониевых солей. С сильными кислотами эфиры дают соли, например диэтилоксоний.
• Окисление. На свету и в присутствии кислорода воздуха образуют взрывоопасные пероксиды, поэтому диэтиловый эфир хранят с ингибиторами.
• Комплексообразование. Неподелённые пары кислорода позволяют эфирам связывать катионы металлов (краун-эфиры, глимы).

¶Получение

Основные лабораторные и промышленные методы:

1. Межмолекулярная дегидратация спиртов в присутствии серной кислоты при 130–140 °C (для симметричных эфиров).
2. Реакция Вильямсона — взаимодействие алкоголятов с галогеналканами; основной способ синтеза несимметричных эфиров.
3. Алкоксимеркурирование алкенов и родственные реакции присоединения спиртов к двойной связи.

¶Применение

Диэтиловый эфир долго использовался как ингаляционный наркоз (с 1846 года) и как экстрагент. Тетрагидрофуран и 1,4-диоксан — распространённые апротонные растворители в синтезе и полимерной химии. Метил-трет-бутиловый эфир применяется как антидетонационная добавка к бензинам. Полиэтиленгликоли и краун-эфиры используются в фазовом катализе и разделении ионов.

¶Биологическое значение и безопасность

Ряд природных соединений содержит эфирные связи: лигнаны, некоторые антибиотики, эфирные масла. Многие простые эфиры токсичны, наркотически действуют на центральную нервную систему, а их пероксиды взрывоопасны при концентрировании. Работа с ними требует вытяжной вентиляции и защиты от источников воспламенения.