LCH 1 Zajęcia nr 31 Estry – budowa i właściwości. 1. Pojęcie estrów

LCH 1 Zajęcia nr 31
Estry – budowa i właściwości.
1. Pojęcie estrów – są to produkty reakcji kwasów karboksylowych (lub tlenowych kwasów
nieorganicznych) z alkoholami lub fenolami, w których wodór grupy hydroksylowej
zastępowany jest grupą acylową lub grupą pochodzącą z kwasu nieorganicznego. Estry
kwasów organicznych są także definiowane jako produkty reakcji kwasów z alkoholami, w
których wodór grupy karboksylowej zastępowany jest grupą alkilową lub arylową pochodzącą
z alkoholu. Zachodzącą reakcję nazywamy reakcją estryfikacji.
2. Podział estrów:
a. Estry organiczne – powstają podczas reakcji alkoholi z kwasami karboksylowymi
b. Estry kwasów nieorganicznych – powstają podczas reakcji alkoholi z kwasami
nieorganicznymi.
c. Do estrów zaliczane są również tłuszcze roślinne i zwierzęce. Różnią się one jednak od
innych estrów właściwościami oraz rolą w procesach życiowych.
3. Nazewnictwo estrów – Nazwy estrów są dwuczłonowe:
a. pierwszym członem nazwy estru jest nazwa kwasu (systematyczna lub zwyczajowa) z
koocówką –an, lub –ian (np. mrówczan, metanian),
b. drugim członem jest nazwa rodnika węglowodorowego, pochodząca z cząsteczki
alkoholu z koocówką –ylu.
4. Przykłady estrów.
Mrówczan metylu / metanian metylu
Octan etylu / etanian etylu
Octan 2-pentylu / etanian 2-pentylu
Wodorosiarczan (VI) etylu
Ortofosforan (V) trimetylu
5. Ogólny schemat reakcji estryfikacji:
O
O
R1
+
C
HO
R2
R1
OH
+
C
O
H2O
R2
a. Reakcja alkoholu metylowego z kwasem mrówkowym w środowisku H2SO4
b. Reakcja kwasu octowego z alkoholem etylowym
6. Równowaga reakcji estryfikacji – reakcja estryfikacji jest reakcją odwracalną, czyli powstający
ester ulega natychmiast w obecności wody hydrolizie. Reakcje biegną w obydwie strony, aż do
osiągnięcia tzw. stanu równowagi dynamicznej tzn. w jednostce czasu powstaje tyle samo
estru ile ulega hydrolizie. Stan ten opisuje stała równowagi K, którą w danych warunkach
wyraża się wzorem:
Przesunięcie równowagi – równowagę reakcji można przesunąd w kierunku tworzenia estru
jeżeli:
zwiększy się ilośd jednego z substratów;
będzie usuwad jeden z produktów reakcji – np. dodanie silnie higroskopijnego
stężonego kwasu siarkowego (VI) wiąże wodę.
7. Oblicz stężenie molowe estru otrzymanego podczas reakcji kwasu octowego o stężeniu
1 mol/dm3 i alkoholu etylowego o stężeniu 1mol/dm3, jeżeli stała równowagi K=4
C0 – stężenia początkowe reagentów
C1 – stężenia reagentów w stanie równowagi
C0 CH3COOH = 1mol/dm3 C1 CH3COOH=1-x
C0 C2H5OH = 1 mol/dm3 C1 C2H5OH = 1-x
C0 CH3COOC2H5 = 0
C1 CH3COOC2H5 = X
C0 H2O = 0
C1 H2O = x
Spośród otrzymanych wyników odrzucamy wyniki nie należące do dziedziny, tzn. takie które
są niemożliwe do otrzymania np.:
wyniki ze znakiem ujemnym (stężenie roztworu nie może byd ujemne);
wyniki o wyższej wartości niż wartości możliwe do uzyskania przy 100% wydajności
reakcji (zgodnie ze stechiometrią reakcji);
Spośród możliwych rozwiązao zadania powyższego odrzucamy wynik x2 ponieważ
stężenie molowe produktu nie może byd wyższe od 1mol/dm3
8. Właściwości fizyczne estrów.
a. Estry prostych kwasów monokarboksylowych i alkoholi to lotne ciecze, lżejsze od
wody. Temperatury topnienia i wrzenia estrów są niższe niż odpowiednich kwasów
karboksylowych. Przyczyną tej różnicy jest fakt, że cząsteczki estrów nie zawierają
grupy –OH i nie mogą tworzyd wiązao wodorowych między sobą.
b. W wodzie rozpuszczają się jedynie estry o niskich masach molowych (dzięki
tworzeniu wiązao wodorowych między –COO– a cząsteczkami wody) większośd
estrów charakteryzuje się przyjemnym zapachem.
9. Właściwości chemiczne estrów
a. Ulegają hydrolizie kwasowej – jest to reakcja odwracalna:
O
H3C
C
H+
O
C2H5
+
H2O
O
H3C
C
OH
+
H3C
CH2 OH
W trakcie estryfikacji układ dąży do uzyskania równowagi dynamicznej (pkt 6)
b. Ulegają hydrolizie zasadowej
O
H3C
C
H2O
O
C 2 H5
+
NaOH
O
H3C
C
ONa
+
H3C
CH2 OH
Reakcja ta jest nieodwracalna ponieważ alkohole nie reagują z solami!!
10. Zastosowanie estrów
a. Dodatki do napojów orzeźwiających, cukierków
b. Przemysł kosmetyczny i perfumeryjny (składniki zapachowe)
c. Rozpuszczalniki farb i lakierów (octan etylu, octan butylu)
d. mrówczan etylu – (ciecz rozpuszczalna w wodzie i etanolu)znajduje zastosowanie jako
rozpuszczalnik azotanu i octanu celulozy, oraz jako środek do perfumowania mydeł,
jest także składnikiem esencji spożywczych
e. octan etylu – ciecz – rozpuszczalnik estrów celulozy, tłuszczów, wosków, klejów (np.
modelarskich), składnik zmywacza do paznokci
11. Estry nieorganiczne
a. jednym z najbardziej znanych jest tri azotan glicerolu zwany niesłusznie nitrogliceryną
związek ten jest silnym środkiem wybuchowych, jest składnikiem dynamitu
(mieszanina tri azotanu (V) glicerolu, wypełniacza proszkowego i prochu
bezdymnego). Jest szeroko stosowany w medycynie jako 1% roztwór przy
schorzeniach układu krążenia i serca.
b. Estry kwasu siarkowego (VI) mają zastosowanie jako detergenty.
12. Laktony – estry powstałe na skutek wewnątrzcząstecznowej estryfikacji gamma, omega
hydroksykwasów tzn. – 4, 5 – (i więcej):
O
H3C
CH2 CH
OH
CH2 CH2 C
H+
OH
CH2
H2C
CH
H5C2
O
C
O
+
H2O