1 Experimentalvortrag von Alexander Achenbach WS 07/08 am 16.01.2008 Ester.

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Experimentalvortrag von Alexander Achenbach

WS 07/08 am 16.01.2008

Ester

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GliederungGliederung1. Einleitung 2. Carbonsäureester

2.1 Vorkommen 2.2 Struktur und Nomenklatur 2.3 Physikalische Eigenschaften 2.4 Darstellung 2.5 Verseifung 2.6 CH-acide Ester 2.7 Verwendung

3. Ester anorganischer Säuren4. Schulrelevanz

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1. Einleitung1. Einleitung

Stoffgruppe organischer Verbindungen

Entstehung durch Reaktion von Sauerstoffsäuren mit Alkoholen

Es gibt Ester organischer und anorganischer Säuren

Ester sind Derivate dieser Säuren

1. Einleitung

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1. Einleitung1. Einleitung Organische Ester sind Carbonsäure-Derivate

Ersatz der Hydroxylgruppe (-OH) durch eine Alkoxygruppe (-OR)

Ester anorganischer Säuren leiten sich analog her

1. Einleitung

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2.1 Vorkommen2.1 Vorkommen

Vorkommen in der Natur:

Fette und Öle:

2. Carbonsäureester

Ester höherer aliphatischer, gesättigter oder ungesättigter Monocarbonsäuren

Glycerin ist dreiwertige Alkoholkomponente

Glycerin = 1,2,3-PropantriolGlycerin = 1,2,3-Propantriol

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Wachse:


Ester höherer einwertiger Alkohole und höherer einwertiger Carbonsäuren

Palmitinsäuremyrizylester C15H31-CO-OC30H61 zu 72 % in Bienenwachs

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Riechstoffe:


Ester in vielen ätherischen Ölen enthalten

Verantwortlich für zahlreiche Düfte von Früchten und Blüten

Meist Ester niederer Alkohole und Carbonsäuren

flüchtig

Pyrola unifloraPyrola uniflora

(Einblütiges Wintergrün)(Einblütiges Wintergrün)

enthält Salicylsäuremethylesterenthält Salicylsäuremethylester

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklatur Struktur: Moleküle enthalten Carbonsäure-Teil und Alkohol-Teil

Carbonsäureester besitzen die funktionelle Gruppe

-COOR (Als Substituent: Alkoxycarbonyl)


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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturNamen der Carbonsäureester hängen von den beteiligten Kohlenstoffgerüsten der eingesetzten Säuren und Alkohole ab:

Mehrere Möglichkeiten:

Systematisch (IUPAC)

Alternativ (gebräuchlich)

Trivialnamen


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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturSystematische Nomenklatur nach IUPAC:

Ester sind nach IUPAC also Alkanoate


Beispiel:

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturAlternative Nomenklatur (gebräuchlich):


Beispiel:

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklatur Ein cyclischer Ester wird Lacton genannt: Entstehung durch intermolekulare Veresterung

Systematisch: Oxa-2-cyclo alkanon:


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2.3 Physikalische 2.3 Physikalische EigenschaftenEigenschaftenNiedermolekulare Ester:

Höher molekulare Ester:

Siedepunkte:


Flüssig und farblos

Brennbar

Niedrig siedend

Fest / wachsartig

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2.32.3 PhysikalischePhysikalische EigenschaftenEigenschaften

Polarität:

Die funktionelle Gruppe der Ester enthält eine Carbonylgruppe:


Carbonylsauerstoff ist größtenteils für Polarität verantwortlich

Polarität = schwach

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D2 Löslichkeit von StyroporD2 Löslichkeit von Styropor

Styropor (Polystyrol) löst sich gut in Essigsäureetylester:

Prinzip: Gleiche Polarität

„Similia similibus solvuntur“

(Gleiches löst sich in Gleichem)


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V1 Wasserlöslichkeit vonV1 Wasserlöslichkeit vonEssigsäureethylesterEssigsäureethylester

Geringe Wasserlöslichkeit von Essigsäureethylester Wechselwirkung des Carbonylsauerstoffs mit dem

Wasserstoff im Wasser

Mit wachsendem Alkylrest sinkt Wasserlöslichkeit


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V1 Wasserlöslichkeit von V1 Wasserlöslichkeit von EssigsäureethylesterEssigsäureethylester

Aussalzen:

Ionen des Salzes werden solvatisiert Solvatation benötigt Wassermoleküle Diese stehen dann zur Solvatation anderer

Moleküle nicht mehr zur Verfügung


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2.4 Darstellung2.4 Darstellung

Carbonsäuren und Alkohole reagieren

langsam miteinander

Mineralsäure als Katalysator

Erhitzen


Hermann Emil Fischer

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2.4 Darstellung2.4 Darstellung

Frage: Woher stammt der Sauerstoff ?

Isotopenmarkierung:


O

OH

+ H O CH3

O

O CH3

+ H2O

Benzoesäure MethylbenzoatMethanol

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18

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V2 Darstellung von V2 Darstellung von EssigsäureethylesterEssigsäureethylester


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2.5 Verseifung2.5 Verseifung Unter „Verseifung“ versteht man zunächst die basische

Hydrolyse eines Esters

Der Begriff „Verseifung“ kommt aus der Nutzung dieses Reaktionstyps zur Herstellung von Seife aus Fett


Andere Variante:

Erhitzen von Estern mit Überschuss von Wasser in Gegenwart von Mineralsäuren

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V3 Alkalische VerseifungV3 Alkalische Verseifung

Esterhydrolyse durch Umsetzung mit starker Base:

Über tetraedrische Zwischenstufe Letzter Schritt ist irreversibel


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V4 Quantitative Hydrolyse V4 Quantitative Hydrolyse von Oxalsäurediethylestervon Oxalsäurediethylester

Es handelt sich um einen Gleichgewichtsprozess:


Wasserüberschuss zwingt System zu neuer Gleichgewichtseinstellung

Carbonsäure kann durch Neutralisation aus Gleichgewicht entfernt werden

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V4 Quantitative Hydrolyse V4 Quantitative Hydrolyse von Oxalsäurediethylestervon Oxalsäurediethylester

Neutralisation:

Mittels vollständiger Neutralisation kann über den

Verbrauch an Natronlauge die Stoffmenge n des

eingesetzten Esters berechnet werden


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2.6 CH-acide Ester2.6 CH-acide Ester

Ester verfügen über eine schwache Acidität des

–Wasserstoffatoms

Besonders CH-acide Ester verdanken ihre Eigenschaft der Mesomeriestabilisierung des gebildeten Anions durch elektronenziehende CO-Gruppen in -Stellung.


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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie

Definition: Tautomerie

„Das Vorhandensein zweier im Gleichgewicht

stehender Molekülformen,

die sich nur durch die Stellung eines Protons

(mit der entsprechenden Verschiebung der Bindungen)

unterscheiden,

wird als Tautomerie bezeichnet.“


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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie Das mesomeriestabilisierte Enolat-Anion steht im

Gleichgewicht mit der tautomeren Enol-Form

Acetessigsäureethylester ist ein

-Keto-Carbonsäureester


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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie Orange-rote Färbung durch Zugabe von Eisen(III)-chlorid


Chelat-Komplex

Oktaedrisch koordiniert

Eisentrienolat

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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-TautomerieTrans-Addition von Brom an C-C-Doppelbindung:


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2.7 Verwendung2.7 Verwendung

Aromastoffe:

Lösungsmittel:

Emulgatoren/

Konservierungstoffe:

- Nahrungsmittel

- Parfüme

- Lacke

- Klebstoffe

- Haushaltsreiniger

- Fischkonserven

(PHB-Ester)


PHB-Ester = para-HydroxybenzoesäureesterPHB-Ester = para-Hydroxybenzoesäureester

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2.7 Verwendung2.7 VerwendungMedizin:


Acetylsalicylsäure

1899 wurde Aspirin zum Patent angemeldet

Hemmt Prostaglandinsynthese im Körper

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2.7 Verwendung2.7 Verwendung

Kunststoffe: - PET

Polyethylenterephtalat

(Verpackungen)

- Phtalsäureester

- Fettsäureester

- Citronensäureester

(Weichmacher für PVC)


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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters

Vorgehensweise:


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Citronensäure

3 Carboxylgruppen 1 Hydroxylgruppe

Ricinusöl

Enthält zu ca. 85 %

Ricinolsäure


OHO

HO 129 18

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Es findet eine Polykondensation statt:


R1-CO-OH R2-OH R1-CO-OR2 H2O

Dreidimensional vernetztes Harz (Wassereinschlüsse)!

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3. Ester anorganischer 3. Ester anorganischer SäurenSäurenEntstehung durch formale oder tatsächliche Kondensationsreaktion zwischen Säure und Alkohol

Im Folgenden: Bekannte Beispiele für:

Phosphorsäureester Schwefelsäureester Salpetersäureester Borsäureester

3. Ester anorganischer Säuren

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PhosphorsäureesterPhosphorsäureesterEster der ortho-Phosphorsäure:


Natürlich vorkommend: Als Phosphorsäurediester sind in der DNA die Nucleotide miteinander verbunden

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SchwefelsäureesterSchwefelsäureesterEster der Schwefelsäure:


Natürlich vorkommend: Carrageen (E 407) aus Rotalgen

(Geliermittel: z.B. in Babynahrung)

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SalpetersäureesterSalpetersäureester3. Ester anorganischer Säuren

Ester der Salpetersäure:

Salpetersäureester von Polyalkoholen sind Explosivstoffe

Nitroglycerin:

(Propan-1,2,3-trioltrinitrat)

Darstellung durch Veresterung der drei OH-Gruppen des Glycerols mit Nitriersäure

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V7 Flammenfärbung mitV7 Flammenfärbung mitBorsäuretrimethylesterBorsäuretrimethylester

Trimethylborat entsteht durch Veresterung von ortho-Borsäure mit Methanol:


Schwefelsäure katalysiert die Reaktion und entfernt Wasser aus dem Gleichgewicht

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V7 Flammenfärbung mit V7 Flammenfärbung mit BorsäuretrimethylesterBorsäuretrimethylester


Trimethylborat verbrennt als borhaltige Verbindung mit grüner Flamme:

2 BO3(CH3)3 (g) + 9 O2 (g) B2O3 (g) + 6 CO2 (g) + 9 H2O

Keine C-C-Bindungen

Kein Ruß, welcher glüht

Keine Überdeckung der Flammenfärbung

+3 -2 0 +3 -2 +4 -2 +1 -2

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4. Schulrelevanz4. SchulrelevanzGymnasialer Bildungsgang (G8) Hessen:

11G.1: Alkansäuren und ihre Derivate11G.2: Naturstoffe: Fette (Eigenschaften und Reaktionen) Synthese von Makromolekülen (Polykondensation)

12G.1: Umkehrbare Reaktionen Chemisches Gleichgewicht (MWG)

Prinzip vom Zwang: Beeinflussung der Lage des Gleichgewichts

5. Schulrelevanz

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EndeEnde

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für Ihrefür Ihre

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