Сложные эфиры

Сложные эфиры широко распространены в природе; многие из них входят в состав эфирных масел и являются основой жиров, восков и спермацета. Сложные эфиры — продукты замещения атомов водорода в кислотах (для карбоновых кислот — водорода гидроксильной группы) алкильными, алкенильными или арильными радикалами. Многоосновные кислоты могут давать продукты полного и неполного замещения (кислые эфиры).

Применяются как промежуточные продукты в органическом синтезе, растворители, экстрагенты, ацилирующие средства, инсектициды, гербициды, флотоагенты, пластификаторы, присадки к маслам и т. д. Полиэфиры полифункциональных кислот и ненасыщенные сложные эфиры — для производства синтетических смол, пластмасс, органических стекол, эластомеров, волокон, фармацевтических препаратов и т. д.

Физические и химические свойства. Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших спиртов — бесцветные летучие жидкости, часто с приятным запахом фруктов. Сложные эфиры высших карбоновых кислот — твердые бесцветные вещества. Температуры кипения эфиров низших спиртов ниже, чем у соответствующих кислот, с ростом цепи спирта температуры кипения повышаются. Сложные эфиры ароматического ряда — малолетучие жидкости с высокой температурой кипения или кристаллические вещества. Нерастворимы в воде и обычно хорошо растворимы в органических растворителях (в этиловом спирте и диэтиловом эфире — неограниченно). Низшие алифатические сложные эфиры легче воды и, как правило, хорошие растворители для многих соединений.

В отсутствие влаги сложные эфиры относительно стабильны к нагреванию, термическая устойчивость их существенно зависит от длины цепи и степени разветвленности радикалов.

Для сложных эфиров карбоновых кислот наиболее характерен разрыв связи ацил—кислород в реакциях нуклеофильного замещения. Склонность к ацилированию возрастает с увеличением кислотности спиртового остатка. Характерными примерами таких реакций являются омыление (гидролиз) и переэтерификация (алкоголиз). Многие сложные эфиры водой гидролизуются очень медленно; омыление катализируется кислотами или щелочами, связывающими образующуюся при гидролизе кислоту. Для многих сложных эфиров (главным образом жиров) гидролиз может быть вызван действием энзимов (липаз). Сложные эфиры хорошо реагируют с аммиаком и аминами с образованием амидов кислот. Устойчивы к действию окислителей и температуры до 300 °С.

Токсическое действие. Сложные эфиры действуют прежде всего молекулой в целом и обладают наркотическими свойствами. Но на действие молекулы могут оказывать влияние и входящие в ее состав особые группы. Сложные эфиры частично гидролизуются в организме, поэтому характер их действия в значительной степени зависит от образующейся из них кислоты, в меньшей степени от спирта. Характер и место действия определяются скоростью гидролиза. Эфиры сильных кислот, гидролизующиеся быстро и освобождающие большое количество ионов водорода, раздражают преимущественно слизистые оболочки дыхательных путей. Типичные примеры — сложные эфиры галогензамещенных кислот (хлормуравьиной или хлоругольной, галогенуксусных). Некоторые из этих соединений обладают и высокой общей ядовитостью, объясняемой высокой токсичностью продуктов их распада (например, в случае эфиров хлормуравьиной или хлоругольной кислоты — фосгена).

Сложные эфиры жирных кислот обладают лишь слабыми раздражающими свойствами. Вследствие высокого коэффициента распределения паров накопление в организме до высоких концентраций происходит довольно медленно и проявляется сравнительно слабым наркотическим эффектом. Опасность внезапных острых отравлений обычно не так велика, как при вдыхании углеводородов.

Раздражающее действие увеличивается для сложных эфиров, образованных взаимодействием кислот с непредельными спиртами (винилацетат гораздо сильнее раздражает, чем этилацетат). Еще сильнее раздражающее действие эфиров галогензамещенных спиртов. Наличие двойной связи в кислотном радикале, по-видимому, меньше влияет на усиление раздражающих свойств (судя по действию эфиров акриловой и метакриловой кислот) [88].

Несколько особняком среди сложных эфиров жирных кислот стоят сложные эфиры муравьиной кислоты, которые, очевидно, более токсичны, а также метиловые сложные эфиры. У сложных эфиров этиленгликоля или его производных также имеются особенности, частично связанные с образованием из них в организме щавелевой кислоты. Сложные эфиры ароматических кислот малолетучи и поэтому сравнительно менее опасны. Сложный эфир фталевой кислоты при длительном действии оказывают токсический нейротропный эффект.

Превращения в организме. Сложные эфиры низших кислот и низкомолекулярных спиртов, как правило, расщепляются по эфирной связи (омыляются на кислотную и спиртовую часть) под влиянием эстераз. Скорость расщепления у разных видов животных различна (Филов). Скорость омыления различна и внутри гомологического ряда; в ряду метиловых и этиловых сложных эфиров разных кислот скорость наибольшая у средних членов ряда, содержащих в кислотной части 4—6 атомов углерода; медленно происходит омыление низших членов ряда, почти не омыляются высшие (Matlack, Tucher). В ряду ацетатов скорость гидролиза увеличивается от метил- до амилацетата. Очень велика скорость омыления сложных эфиров винилового спирта и жирных кислот; образующийся в результате расщепления виниловый спирт изомеризуется в ацетальдегид (Филов). Сравнительно быстро гидролизуется также бензилбутират (Sabalitschka et al.). Сложные эфиры п-гидроксибензойной кислоты образуют у человека соединения с серной кислотой (Sabalitschka et al.).

Определение в воздухе. Для сложных эфиров одноосновных органических кислот основано на реакции взаимодействия их с гидроксиламином и последующем колориметрическом определении образованных гидроксамовых кислот с солями железа (III). Мешают формальдегид, ангидриды и хлорангидриды органических кислот. Метод не специфичен и применяется обычно с некоторыми уточнениями для определения индивидуальных сложных эфиров. Определение метиловых и бутиловых эфиров карбоновых кислот основано часто на определении метилового и бутилового спирта. Для определения виниловых эфиров низших карбоновых кислот разработан полярографический метод или же их определяют по ацетальдегиду, образующемуся при изомеризации винилового спирта.

Определение в организме основано на тех же реакциях, что и определение в воздухе. В силу быстрого гидролиза сложных эфиров в организме большое значение может иметь определение их метаболитов. При отравлении метиловыми эфирами карбоновых кислот определяют метиловый спирт в крови и моче (Кузьменко), при отравлении виниловыми эфирами — ацетальдегид в крови (Филов). Ход анализов см. [4].