Étery sú kyslíkaté deriváty uhľovodíkov, ktoré vznikajú formálnym nahradením jedného alebo viacerých atómov vodíka v uhľovodíku alkyloxyskupinou (R–O–) alebo aryloxyskupinou (Ar–O–). Zároveň ich možno odvodiť od alkoholov a fenolov nahradením atómu vodíka v hydroxylovej skupine (–OH) alkylovým alebo arylovým uhľovodíkovým zvyškom. Ich všeobecný vzorec je R₁–O–R₂, pričom viazané uhľovodíkové zvyšky môžu byť rovnaké (symetrické étery, napríklad dietyléter CH₃–CH₂–O–CH₂–CH₃) alebo rozličné (nesymetrické étery, napríklad etyl(metyl)éter CH₃–CH₂–O–CH₃).
V charakteristickej éterovej skupine (C–O–C) sú atómy uhlíka a kyslíka viazané jednoduchými kovalentnými väzbami. Väzbový uhol na atóme kyslíka má hodnotu približne 110°, čo je blízke uhlu, ktorý zvierajú hybridné orbitály v stave sp³. Na atóme kyslíka sa nachádzajú voľné elektrónové páry a v dôsledku jeho vyššej elektronegativity v porovnaní s uhlíkom je väzba \( \ce{C^{\delta+}-O^{\delta-}} \) polárna.
Sírnymi analógmi éterov sú sulfidy (tioétery) so všeobecným vzorcom R₁–S–R₂, ktoré namiesto atómu kyslíka obsahujú dvojväzbový atóm síry (napríklad etyl(metyl)sulfid CH₃–CH₂–S–CH₃).
Izoméria éterov link
Pre étery sú typické tieto druhy konštitučnej izomérie, pri ktorých majú zlúčeniny rovnaký sumárny vzorec, ale odlišné poradie viazania atómov v molekule:
- izoméria funkčných skupín – jednosýtne alkoholy a acyklické nasýtené étery s rovnakým počtom atómov uhlíka sú vzájomné konštitučné izoméry. Napríklad sumárnemu vzorcu C₂H₆O zodpovedá dimetyléter (CH₃–O–CH₃) aj etanol (CH₃–CH₂–OH).
- metaméria – osobitný druh konštitučnej izomérie, ktorý vyplýva z rôznej polohy atómu kyslíka v uhlíkovom reťazci, v dôsledku čoho sú na kyslík viazané rozličné uhľovodíkové zvyšky pri rovnakom sumárnom vzorci. Napríklad sumárnemu vzorcu C₄H₁₀O zodpovedajú metaméry dietyléter (CH₃–CH₂–O–CH₂–CH₃) a metyl(propyl)éter (CH₃–O–CH₂–CH₂–CH₃).
- reťazová izoméria – uhľovodíkový zvyšok môže byť nerozvetvený alebo rozvetvený. Napríklad metyl(propyl)éter a izopropyl(metyl)éter (CH₃–CH(CH₃)–O–CH₃) sa líšia len rozvetvením trojuhlíkového zvyšku.
Názvoslovie éterov link
Acyklické a aromatické étery sa pomenúvajú substitučnými alebo skupinovými názvami, cyklické étery názvami heterocyklických zlúčenín a pri mnohých éteroch sa používajú aj triviálne názvy:
- substitučné názvoslovie – tvorba názvov pomocou predpôn alkyloxy- a aryloxy-
- skupinové názvoslovie – tvorba názvov éterov s jedným atómom kyslíka pomocou prípony -éter
- cyklické étery – heterocyklické názvy zlúčenín s atómom kyslíka v cykle
Substitučné názvoslovie link
Substitučné názvy sa uprednostňujú najmä pri zložitejších éteroch a zlúčeninách s viacerými charakteristickými skupinami. Názov sa tvorí pomocou predpony alkyloxy- alebo aryloxy- (v abecednom poradí) a názvu základného uhľovodíka s dlhším alebo zložitejším reťazcom. Pri najjednoduchších skupinách metyloxy-, etyloxy-, propyloxy- a butyloxy- sa v názve vynecháva slabika -yl-, čím vznikajú skrátené predpony metoxy-, etoxy-, propoxy- a butoxy- (podobne pri skupine odvodenej od benzénu sa používa tvar fenoxy-).
Éterová skupina (–OR) má v názvoslovnej hierarchii nízku prioritu a vyjadruje sa vždy predponou. Ak molekula obsahuje aj nadradenú charakteristickú skupinu (napríklad hydroxylovú skupinu –OH), táto skupina tvorí príponu hlavného názvu:
| Systematický názov | Racionálny vzorec | Štruktúrny vzorec |
|---|---|---|
| metoxyetán | CH₃–CH₂–O–CH₃ |  |
| butoxybenzén | C₆H₅–O–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃ |  |
| 1-etoxy-4-metoxycyklohexán | CH₃–O–C₆H₁₀–O–CH₂–CH₃ |  |
| 2-etoxyetán-1-ol | CH₃–CH₂–O–CH₂–CH₂–OH |  |
Skupinové názvoslovie link
Skupinové názvy sa používajú pre étery, ktoré v molekule obsahujú iba jeden éterový atóm kyslíka. Názov pozostáva z abecedne zoradených názvov uhľovodíkových zvyškov naviazaných na kyslíku a prípony -éter, pričom sa v slovenčine píšu bez medzier. Ak sú oba uhľovodíkové zvyšky rovnaké, vyjadria sa násobnou predponou di-.
| Skupinový názov (systematický) | Racionálny vzorec | Štruktúrny vzorec |
|---|---|---|
| dimetyléter (metoxymetán) | CH₃–O–CH₃ |  |
| metyl(propyl)éter (1-metoxypropán) | CH₃–CH₂–CH₂–O–CH₃ |  |
| fenyl(izopropyl)éter (izopropoxybenzén) | C₆H₅–O–CH(CH₃)₂ |  |
Cyklické étery link
Cyklické étery majú atóm kyslíka zabudovaný priamo v uhlíkovom cykle a z hľadiska názvoslovia sa zaraďujú medzi kyslíkaté heterocyklické zlúčeniny.
| Systematický názov (triviálny) | Cyklus | Štruktúrny vzorec |
|---|---|---|
| oxirán (etylénoxid) | trojčlánkový, 1 atóm O |  |
| oxolán (tetrahydrofurán) | päťčlánkový, 1 atóm O |  |
| 1,4-dioxán | šesťčlánkový, 2 atómy O |  |
Fyzikálne vlastnosti link
Fyzikálne vlastnosti éterov priamo súvisia so stavbou ich molekuly a neprítomnosťou väzby O–H:
- medzimolekulové interakcie a teplota varu – na rozdiel od alkoholov a fenolov neobsahujú étery na atóme kyslíka viazaný atóm vodíka, a preto medzi svojimi molekulami nemôžu vytvárať vodíkové väzby (vodíkové mostíky). V dôsledku toho sú étery značne prchavé a majú podstatne nižšie teploty varu ako izomérne alkoholy s porovnateľnou molekulovou hmotnosťou (napríklad dimetyléter vrie pri -25 °C a dietyléter pri 35 °C, kým etanol má teplotu varu 78 °C). Ich teploty varu sú blízke teplotám varu uhľovodíkov s podobnou molekulovou hmotnosťou.
- rozpustnosť – atóm kyslíka éteru môže prijať vodíkovú väzbu od molekuly vody (je jej akceptorom), preto sa nižšie acyklické étery vo vode čiastočne rozpúšťajú. Vyššie étery sú vo vode prakticky nerozpustné (s vodou sa nemiešajú), pretože v ich molekule prevládajú nepolárne uhľovodíkové zvyšky. Výnimku tvoria cyklické étery tetrahydrofurán a 1,4-dioxán, ktoré sa s vodou miešajú v ľubovoľnom pomere. Étery sa dobre rozpúšťajú v organických rozpúšťadlách. Voľný elektrónový pár na atóme kyslíka im umožňuje vytvárať koordinačné väzby s viacerými organickými i anorganickými látkami, vďaka čomu slúžia ako účinné rozpúšťadlá a extrahovadlá (napríklad pri príprave Grignardových činidiel reakciou halogénderivátov s horčíkom v bezvodom éteri).
- horľavosť a fyziologické účinky – kvapalné étery sú vysoko zápalné látky a ich pary tvoria so vzduchom výbušné zmesi. Pri vdychovaní pôsobia narkoticky na nervovú sústavu.
Príprava éterov link
V laboratórnych a priemyselných podmienkach sa étery pripravujú niekoľkými spôsobmi:
- kyslo katalyzovaná dehydratácia alkoholov – medzimolekulové odštiepenie vody z alkoholov za vzniku symetrických alebo cyklických éterov
- nukleofilná substitúcia halogénderivátov alkoholátmi alebo fenolátmi – reakcia alkalického alkoxidu alebo fenoxidu s halogénderivátom (Williamsonova syntéza)
- adícia alkoholov na alkíny – nukleofilná adícia alkoholu na trojitú väzbu za vzniku nenasýtených éterov
Kyslo katalyzovaná dehydratácia alkoholov link
Pri zahrievaní primárnych alkoholov v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej (H₂SO₄) pri nižšej teplote dochádza k medzimolekulovému odštiepeniu vody (dehydratácii) za vzniku symetrického éteru. Takto sa pripravujú len symetrické étery, pretože zo zmesi dvoch rôznych alkoholov by vznikla zmes troch éterov. Napríklad dehydratáciou etanolu pri teplote 130 °C vzniká dietyléter (pri zvýšení teploty na 170 °C prebieha vnútromolekulová eliminácia na etén):
\( \ce{2 CH3-CH2-OH ->[H2SO4][130 °C] CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O} \)
Analogicky vzniká dehydratáciou dvojsýtneho alkoholu etylénglykolu (etán-1,2-diolu) cyklický 1,4-dioxán.
Nukleofilná substitúcia halogénderivátov alkoholátmi alebo fenolátmi link
Williamsonovou syntézou, teda reakciou alkalického alkoholátu (alkoxidu) alebo fenolátu (fenoxidu) s halogénderivátom, sa zavádza alkoxidová alebo fenoxidová skupina do organickej molekuly, čo umožňuje pripravovať symetrické aj nesymetrické étery:
\( \ce{CH3-CH2-O^-Na^+ + CH3-CH2-Br -> CH3-CH2-O-CH2-CH3 + NaBr} \)
\( \ce{C6H5-O^-K^+ + CH3-CH2-Br -> C6H5-O-CH2-CH3 + KBr} \)
Adícia alkoholov na alkíny link
Nukleofilnou adíciou alkoholu na trojitú väzbu alkínu vznikajú nenasýtené étery (vinylétery). Reakcia prebieha za prítomnosti zásaditého katalyzátora (KOH alebo alkoholátu) pri zvýšenej teplote a tlaku. Napríklad reakciou etínu (acetylénu) s metanolom vzniká metoxyetén (metyl(vinyl)éter):
\( \ce{H-C#C-H + CH3-O-H ->[KOH] CH2=CH-O-CH3} \)
Chemické vlastnosti a reaktivita link
Étery sú za bežných podmienok chemicky pomerne stále a málo reaktívne zlúčeniny. Nereagujú s alkalickými hydroxidmi, amoniakom ani so zriedenými kyselinami, takže bežné bázicky katalyzované nukleofilné substitúcie (napríklad s OH⁻ alebo NH₃) pri nich neprebiehajú.
Chemické reakcie éterov možno rozdeliť do 3 skupín:
- zásaditosť a tvorba oxóniových solí – protónizácia voľného elektrónového páru kyslíka v silných kyselinách
- štiepenie éterov halogénvodíkovými kyselinami – zánik väzby C–O pôsobením koncentrovanej HI alebo HBr
- oxidácia vzdušným kyslíkom – pomalý vznik nestálych a výbušných organických peroxidov
Zásaditosť a tvorba oxóniových solí link
Keďže étery nemajú kyslý atóm vodíka viazaný na kyslíku, nemajú kyslé vlastnosti a vystupujú výlučne ako zásady. Dva uhľovodíkové zvyšky s kladným indukčným efektom (\( +I \) efektom) zvyšujú elektrónovú hustotu na kyslíku, preto sú étery v plynnej fáze silnejšími zásadami než alkoholy. Vo vodnom roztoku sú však mierne slabšími zásadami, lebo ich protónovaná forma má iba jeden atóm vodíka na tvorbu vodíkových väzieb s vodou, a je preto horšie stabilizovaná. Zásaditosť éterov rastie s veľkosťou kladného indukčného efektu naviazaných skupín a závisí aj od priestorového prístupu k voľnému elektrónovému páru na atóme kyslíka v poradí:
\( \ce{CH3-O-CH3 < CH3-CH2-O-CH2-CH3 < CH3-CH2-O-C(CH3)3 < \text{oxolán (tetrahydrofurán)}} \)
V koncentrovaných roztokoch silných minerálnych kyselín (napríklad HCl, H₂SO₄) sa étery rozpúšťajú, pričom viažu protón H⁺ na voľný elektrónový pár kyslíka za vzniku nestálych oxóniových (dialkyloxóniových) solí:
\( \ce{R1-O-R2 + H3O^+ -> [R1-\overset{+}{O}(H)-R2] + H2O} \)
\( \ce{CH3-O-CH3 + HCl -> [CH3-\overset{+}{O}(H)-CH3]Cl^-} \)
Reakciou dietyléteru s kyselinou sírovou vzniká dietyloxóniumhydrogénsíran [(CH₃CH₂)₂OH]⁺HSO₄⁻ alebo dietyloxóniumsíran [(CH₃CH₂)₂OH]₂SO₄.
Štiepenie éterov halogénvodíkovými kyselinami link
Polárny charakter väzby \( \ce{C^{\delta+}-O^{\delta-}} \) umožňuje v silne kyslom prostredí nukleofilnú substitúciu alkyloxyskupiny. Pôsobením koncentrovanej kyseliny jódvodíkovej (HI) alebo brómvodíkovej (HBr) za tepla dochádza k štiepeniu väzby C–O v éteroch. Najprv vzniká alkyljodid (alkylbromid) a alkohol:
Pri nadbytku kyseliny reaguje ďalej aj vzniknutý alkohol, takže z éteru napokon vzniknú dva alkyljodidy (alkylbromidy) a voda:
Ak je v molekule zmiešaného éteru jeden z uhľovodíkových zvyškov aromatický (aryl), zapojením voľného elektrónového páru kyslíka do konjugácie s aromatickým jadrom (\( +M \) efekt kyslíka) sa väzba Cₐᵣ–O posilňuje. Štiepenie preto prebieha vždy na väzbe medzi kyslíkom a alifatickým uhlíkom a produktom reakcie je fenol a alkyljodid:
Oxidácia vzdušným kyslíkom link
Pri dlhodobom vystavení účinkom vzduchu a svetla reagujú niektoré étery pomaly so vzdušným kyslíkom radikálovým mechanizmom (autooxidáciou). Kyslík napáda väzbu C–H na α-uhlíku, teda na uhlíku viazanom priamo na éterový kyslík, a vznikajú hydroperoxidy a ďalšie organické peroxidy, ktoré obsahujú peroxidovú väzbu O–O. Peroxidy vznikajúce z nízkomolekulových éterov (napríklad z diizopropyléteru alebo tetrahydrofuránu) sú nestále a pri zahrievaní alebo mechanickom náraze vybuchujú už v malých množstvách, preto sa étery v laboratóriách nesmú skladovať dlhodobo.
Dietyléter link
Dietyléter (etoxyetán, často označovaný len ako éter, CH₃–CH₂–O–CH₂–CH₃) je bezfarebná, prchavá a extrémne horľavá kvapalina s teplotou varu 35 °C. Jeho pary v zmesi so vzduchom vybuchujú. Používa sa ako laboratórne a priemyselné rozpúšťadlo a v lekárstve sa využíval na celkovú inhalačnú narkózu.
Diizopropyléter link
Diizopropyléter (2-izopropoxypropán, (CH₃)₂CH–O–CH(CH₃)₂) je kvapalný éter, ktorý sa pridáva do automobilových benzínov ako antidetonačná prísada na zvýšenie oktánového čísla.
Fenyl(metyl)éter link
Fenyl(metyl)éter (metoxybenzén, triviálne anizol, C₆H₅–O–CH₃) je aromaticko-alifatický éter príjemnej vône, ktorý tvorí hlavnú súčasť anízového oleja.
Etylénoxid link
Etylénoxid (oxirán, epoxyetán) je jedovatý plyn vyrábaný z eténu, ktorý patrí medzi základné suroviny chemického priemyslu. Trojčlánkový cyklus je silno napätý (väzbové uhly asi 60° namiesto 109,5°), preto sa ľahko otvára a etylénoxid je veľmi reaktívny. Jeho kyslo katalyzovanou hydratáciou (reakciou s vodou) sa vyrába etylénglykol a vyššie glykoly:
1,4-dioxán a tetrahydrofurán link
1,4-dioxán a tetrahydrofurán (oxolán) sú kvapalné cyklické étery miešateľné s vodou, ktoré sa využívajú ako rozpúšťadlá organických látok, pričom 1,4-dioxán je jedovatý.
Epoxidové živice link
Epoxidové živice sú makromolekulové látky, ktoré zo štruktúrneho hľadiska patria medzi polyétery. Vyrábajú sa najčastejšie z bisfenolu A a epichlórhydrínu a na koncoch reťazcov nesú reaktívne epoxidové (oxiránové) skupiny. Po zmiešaní s tvrdidlom (napríklad s polyamínom) sa reťazce priestorovo zosieťujú na tvrdý a odolný materiál, preto sa živice využívajú na výrobu syntetických lakov a dvojzložkových lepidiel.
