Теоретические основы

Процессы этерификации, гидролиза, гидратации и дегидрата­ции в промышленности основного органического и нефтехимичес­кого синтеза находят широкое применение для производства одноатомных и многоатомных спиртов, простых и сложных эфиров, одноосновных и многоосновных карбоновых кислот, ангидридов кислот, ненасыщенных соединений, фенолов, σ-оксидов и многих других ценных веществ. Кроме того, эти процессы часто являют­ся промежуточными этапами в многостадийных синтезах других важных соединений.

Сложные эфиры применяют в качестве растворителей, пласти­фикаторов, в производстве синтетических смазочных масел, гид­равлических жидкостей, поверхностно-активных веществ, в пар­фюмерии и т. д. Сложные эфиры образуются в результате взаи­модействия спиртов с карбоновыми кислотами, ангидридами и хлорангидридами карбоновых кислот:

 

 

Если в этерификации участвует двухосновная кислота, то в зависимости от мольного соотношения спирта и кислоты может образоваться продукт как неполной, так и полной этерификации:

 

 

Полные и неполные эфиры образуются и тогда, когда взаимо­действуют многоатомные спирты и одноосновные кислоты. Выход полных и неполных эфиров и в этом случае зависит от исходно­го мольного соотношения реагентов:

 

Если же кислоты и спирты содержат две и более функцио­нальных групп, процесс протекает с образованием полиэфиров линейной или пространственной структуры.

Подавляющее большинство реакций этерификации являются равновесными, причем обратная реакция представляет собой гид­ролиз сложных эфиров. К классу этерификации относят и реак­ции алкоголиза, ацидолиза, переэтерификации, которые также равновесны:

 

 

Все перечисленные реакции хорошо катализируются сильными кислотами (например, H₂SO₄, HC1) и только в случае алкоголиза сложных эфиров более эффективными катализаторами являются³ вещества основного характера (алкоголяты, щелочи и др.).

Спирты с карбоновыми кислотами взаимодействуют практи­чески без выделения или поглощения тепла, и поэтому константа равновесия этих реакций мало зависит от температуры. На кон­станту равновесия влияет как строение спирта, так и строение кислоты.

Существует несколько способов для смещения равновесия в сторону образования эфира. В жидкофазных процессах этерифи­кации высокой степени конверсии исходных реагентов достига­ют при отгонке из реакционной массы воды или эфира, а если это невозможно, то повышают концентрацию одного из исход­ных компонентов. Последний способ применяют и в процессах газофазной этерификации.

Механизм реакции этерификации в присутствии протонодонорных кислот можно представить следующей схемой:

 

В этой системе равновесных превращений самой медленной является реакция спирта с протонированной кислотой, а в обрат­ном направлении (при гидролизе или алкоголизе) реакция воды с протонированным эфиром.

Этерификация н -бутилового (пентилового) спирта уксусной кислотой