Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Самарский  государственный технический университет» 
 
 

Кафедра «Органическая химия» 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине: «Основы биохимии» 
 

Изоамилацетат 
 
 
 
 

Выполнил: студент IV-НТ-13

Сапронов  С.В. 

Консультант:

Журавлева Ю.А. 
 
 

Самара 2011г.

Содержание 
 

 

Введение 
 

     Цель  работы: литературный обзор способов получения сложных эфиров, частности изоамиловый эфир уксусной кислоты; самостоятельное выполнение синтеза изоамилацетата.

     Изоамилацетат (грушевая эссенция); уксусноизоамиловый эфир; амиловый эфир уксусной кислоты; этиловый эфир триметилуксусной кислоты: или . Температура плавления ; температура кипения ; 0,872 – 0,876; 1,400 – 1,405. Хорошо растворим в спиртах, плохо - в воде. Широкое применение изоамилацетат получил в пищевой промышленности при производстве карамели, ликеров, фруктовых вод, различного рода кондитерских изделий. Так же применяется, как растворитель нитроцеллюлозы и триацетата целлюлозы в лакокрасочной, кожевенной и других отраслях промышленности, в производстве кинопленки, целлулоида и так далее. 

 

1. Литературный обзор 

1.1. Способы получения 

     Этерификация - (от греч. aither- эфир и фикация), получение эфиров сложных взаимодействием спиртов с кислотами. Например, в случае карбоновых кислот уравнение этерификации имеет следующий вид: 

       

     Этерификация - обратимая реакция: вода разлагает  сложные эфиры с образованием исходных веществ. Положение равновесия существенным образом зависит от природы и количества кислоты и спирта. Так, для этилового спирта и уксусной кислоты, если они взяты в эквимолекулярных количествах, равновесие устанавливается, когда две трети спирта и кислоты превращаются в эфир (этилацетат). На скорость достижения предела этерификации большое влияние оказывает температура. Так, в указанном примере при комнатной температуре через 368 суток образуется всего 55% эфира, при 100°С через 32 часа - 55,7%, а при 150°С через 24 часа образуется 66% эфира. Реакция ускоряется при добавлении сильных кислот, так как при этом увеличивается концентрация ионов водорода, являющихся катализаторами этерификации. По закону действия масс для повышения выхода сложного эфира необходимо увеличивать концентрацию одного из исходных веществ или удалять из сферы реакции образующийся эфир или воду. В последнем случае в реакционную смесь иногда добавляют вещества, образующие с водой азеотропные смеси, что облегчает ее отгонку. Н. А. Меншуткиным было установлено (1877-79), что легче всего этерифицируются первичные спирты, а наиболее трудно - третичные. В 1938 американские химики Д. Роберте и Г. Юри, используя метод меченых атомов, показали, что гидроксильная группа отщепляется от молекулы кислоты: 

       

     Среди разнообразных методов получения  сложных эфиров этерификация является самым простым и удобным способом, имеющим наибольшее практическое значение. Этерификация - одна из хорошо исследованных и широко применяемых органических реакций; ее изучение впервые было предпринято в 1862-63 П. Бертло. Реакции этерификации широко распространены в живых клетках. Важное значение имеет этерификация для образования сложноэфирной связи между отдельными молекулами нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. Эта связь соединяет остаток фосфорной кислоты у 5-го углеродного атома углевода пентозы одного мононуклеотида со спиртовой группой у 3-го углеродного атома пентозы другого мононуклеотида. Ее образование катализируют специфические ферменты класса лига - аминоацил-РНК-синтетазы. Реакция циклизации с отщеплением пирофосфата при образовании циклических нуклеотидов из соответствующих нуклеозидтрифосфатов по существу представляет собой также этерификацию, происходящую между кислотной и спиртовой группой внутри одной молекулы. Она осуществляется специфическими ферментами - аденилатциклазой и гуанилатциклазой. 
 
 
 
 

       Ацилирование - введение ацильной группы (ацила) RCO в молекулу органического соединения путем замещения атома водорода. В широком смысле ацилирование это замещение любого атома или группы атомов на ацил. В зависимости от атома к которому присоединяют ацил различают C-, N-, O-, S- ацилирование.

     Ацилирование  спиртов и фенолов хлорангидридами  карбоновых кислот. Чаще всего, эту реакцию проводят в присутствии оснований для нейтрализации выделяющегося HCl

     Ароматические ацилгалогениды реагируют медленнее, чем алифатические. По методу Шоттена-Баумана реакции ацилирования хлорангидридами проводят в водных растворах щелочей.

Ацилирование  легко гидролизующимися хлорангидридами алифатических карбоновых кислот следует проводить в инертных растворителях и при охлаждении. Этот метод ацилирования часто применяют в промышленных и препаративных лабораторных синтезах.

Ацилирование  спиртов и фенолов ангидридами карбоновых кислот:

Этим методом  обычно получают эфиры уксусной кислоты (ацетаты), г) Присоединение спиртов и фенолов к кетенам:

 

     Сложные эфиры могут быть получены с помощью  переэтерификации,

катализируемой  кислотами или основаниями. Смесь  сложного эфира и большогоизбытка спирта нагревают в присутствии кислотного или основного катализатора.

Реакция имеет практическое значение только в том случае, когда оба сложных эфира можно легко разделить перегонкой. Этот метод особенно полезен для получения метиловых и этиловых эфиров высших карбоновых кислот при переэтерификации жиров, а также для синтеза сложных эфиров третичных спиртов. 

Исключительно удобный путь синтеза сложных  эфиров в нейтральных

условиях  состоит в этерификации карбоновых кислот с помощью ортомуравьиного эфира или диэтилацеталя диметилформамида.

1.2. Гидролиз. 

     Сложные эфиры весьма устойчивы в нейтральной  водной среде, но легко расщепляются, будучи нагреты с водой в присутствии сильных кислот или оснований. Гидролиз сложных эфиров в присутствии минеральной кислоты протекает как реакция, обратная реакции этерификации Фишера-Шпайера:

Как и  в общей схеме кислотно-катализируемого  гидролиза производных карбоновых кислот, гидролиз сложного эфира в  присутствии сильной минеральной кислоты начинается с протонирования эфира по карбонильной группе.

       Гидролиз  сложных эфиров карбоновых кислот в присутствии оснований приводит к получению солей карбоновых кислот и называется омылением. В противоположность кислотно-катализируемому гидролизу омыление сложных эфиров идет необратимо.

Механизм  основно-катализируемого гидролиза  сложных эфиров карбоновых кислот показан на примере этилацетата:

 ,

       Основно-катализируемый гидролиз сложных эфиров имеет практическое применение, поскольку эта реакция лежит в основе мыловаренного производства. Еще в древние времена люди умели изготавливать мыло, нагревая животный жир с золой. В животном жире, как уже отмечалось, содержатся значительные количества тристеарата глицерина, а древесная зола является источником поташа К₂С0₃.

Получаемая  в ходе гидролиза калиевая соль стеариновой  кислоты идет на изготовление жидкого мыла, а из натриевой соли получают твердые мыла.

1.3. Восстановление.

 

     Сложные эфиры при взаимодействии с алюмогидридом  лития легко

восстанавливаются до первичных: 

Сложные эфиры  менее реакционноспособны по отношению  к алюмогидриду по сравнению с альдегидами. Поэтому с этим мощным восстановителем реакцию невозможно остановить на стадии образования альдегида и продуктом

восстановления  оказывается первичный спирт. К  тому же результату приводит восстановление сложных эфиров боргидридом лития. 

Боргидрид лития  получают реакцией обмена боргидрида натрия их хлорида лития в совершенно безводном этаноле. 

Оба этих метода очень широко используются в  органическом синтезе.  
2. Экспериментальная часть 

2.1 Методика синтеза

 

      (СН₃)₂CHCH₂CH₂OH+CH₃COOH           CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ + H₂O     

     Уксусная  кислота (ледяная) – 20 мл. (0,33 моля).

     Изоамиловый спирт – 30 г. (0,34 моля).

     Серная  кислота; раствор соды; сернокислый  натрий (прокаленный).

     В круглодонную колбу емкостью 100мл. помещают смесь 20мл. ледяной уксусной кислоты (или соответствующее количество 80% кислоты) и 30г. изоамилового спирта; прибавляют 2мл. концентрированной серной кислоты (катализатор). Колбу соединяют посредством двурогого форштоса с обратным холодильником, между ними помещается "ловушка" для воды, образующейся при реакции. Смесь нагревают на песчаной бане. В "ловушке" собирается вода, которую сливают в мерный цилиндр и измеряют. Спирт и эфир, попавшие в "ловушку", возвращают обратно в колбу. Реакция считается законченной, когда выделится все количество воды (вычисленное по уравнению) или когда слой воды в "ловушке" перестанет изменяться.

     Полученный  эфир промывают сначала водой (в  делительной воронке), затем раствором  соды до нейтральной реакции по лакмусу  и вновь водой. Отделив эфир от водного слоя, высушивают его прокаленным сернокислым натрием и перегоняют с дефлегматором. При перегонке продукта реакции главную фракцию собирают при . Выход продукта – 30г. (70%). По литературным данным, т. кип. ; показатель преломления .

     Из  двух приведенных выше методик синтеза, выбираем методику В, так как исходя из наличия исходных соединений, простоты выполнения эксперимента и безопасности процесса эта методика является наиболее оптимальной. 

2.2 Реагенты и оборудование 

     Реактивы.

     Уксусная  кислота (ледяная) – 11,6 мл. (0,19147 моля).

     Изоамиловый спирт – 12,29 г. (0,1972 моля).

     Серная  кислота; раствор соды; сернокислый  натрий (прокаленный).

     Оборудование.

     1. Колба круглодонная на 100мл.

     2. Двурогий форштос

     3. Обратный холодильник

     4. Нисходящий холодильник

     5. "Ловушка" для воды

     6. Мерный цилиндр

     7. Делительная воронка

     8. Капельная воронка

     9. Колба Вюрца

     10. Дефлегматор 

       

 

2.3. Методика эксперимента

       

      (СН₃)₂CHCH₂CH₂OH+CH₃COOH           CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ + H₂O     

     В круглодонную колбу емкостью 100мл. помещают смесь 11,6 мл. (0,19147 моля) ледяной уксусной кислоты (или соответствующее количество 80% кислоты) и 12,29 г. (0,1972 моля) изоамилового спирта; прибавляют 1.16 мл. (0,023 моль) концентрированной серной кислоты (катализатор). Колбу соединяют посредством двурогого форштоса с обратным холодильником, между ними помещается "ловушка" для воды, образующейся при реакции. Смесь нагревают на песчаной бане. В "ловушке" собирается вода, которую сливают в мерный цилиндр и измеряют. Спирт и эфир, попавшие в "ловушку", возвращают обратно в колбу. Реакция считается законченной, когда выделится все количество воды (вычисленное по уравнению) или когда слой воды в "ловушке" перестанет изменяться. Полученный эфир промывают сначала водой (в делительной воронке), затем раствором соды до нейтральной реакции по лакмусу и вновь водой. Отделив эфир от водного слоя, высушивают его прокаленным сернокислым натрием и перегоняют с дефлегматором. При перегонке продукта реакции главную фракцию собирают при . Выход продукта составил 15мл. (17,2г.), что составляет 69% от теоретического выхода. Температура кипения , показатель преломления =1,440 [1,400 – 1,405].