Esterleşme

Ester

Bir esterin yapısı, bir tarafında bir alkil veya aril grubu (R) bulunan bir karbonil ve diğer tarafında başka bir alkil veya aril grubuna (R') bağlı bir oksijendir ve genel formülle temsil edilir: RCOOR'. Esterler yaygın olarak bir karboksilik asit ile bir alkol arasındaki bir esterleştirme reaksiyonu ile türetilebilir. Karboksilik asidin hidroksil grubu, bir alkil veya aril grubu ile değiştirilir. Düşük molekül ağırlığına ve küçük R ve R' fonksiyonel gruplarına sahip olan basit esterler, meyve ve çiçeklerin koku ve tatlarına sahiptir.

En basit karboksilik asit formik asittir (HCOOH), en basit alkol ise metanoldür. Bu nedenle, bu iki molekülün esterleşmesinden oluşan en basit ester metil formattır (HCOOCH₃). Metil format, formik asidin bir türevi olarak kabul edilir, çünkü OH grubu_OCH3 grubu ile değiştirilir. Metil format ve formik asit arasındaki yapısal farklılıklar, özelliklerindeki farkı belirler. Bunun nedeni, molekülün özelliklerinin büyük ölçüde R ve R' gruplarına bağlı olmasıdır.

Meyvelerde ve çiçeklerde bulunan esterler, diğer esterlere kıyasla yapılarının düşük karmaşıklığı nedeniyle basit esterler olarak bilinir. Bu esterlerde bulunan alkil ve aril grupları, yaydıkları kokuyu büyük ölçüde etkiler; Bu nedenle, bir karbon veya farklı bir fonksiyonel grubun eklenmesi, ester tarafından üretilen kokuyu etkileyebilir. Örneğin, propil asetat (C5H10O2) armut kokusuna sahiptir. Bununla birlikte, zincirinde sadece bir karbon daha bulunan butil asetat (C₆H₁₂O₂) elma gibi kokar.

Uzun zincirli esterler, yani uzun alkil zincirlerine sahip olanlara yağ asitleri denir. Yağ asitleri, belirli biyolojik süreçler için gerekli olan önemli biyolojik bileşiklerdir. Yağ asitleri aynı zamanda biyolojik bir enerji depolama şeklidir. Üç yağ asidi gliserol ile reaksiyona girdiğinde, yağ asitlerinin en yaygın şekli olan bir trigliserit oluştururlar. Trigliseritler çok yüksek bir moleküler ağırlığa sahiptir ve oldukça dallı olabilir. İşlevleri ve özellikleri, yapılarına dahil edilen alkil zincirlerinin uzunluğuna ve türlerine bağlıdır. Trigliseritlerin en yaygın endüstriyel kullanımlarından biri sabun ve deterjan üretimidir.

Esterleşme Reaksiyonu

Esterler, bir esterleştirme reaksiyonundan oluşur ve basit esterler, Fisher esterifikasyonu yoluyla oluşturulur. Bu reaksiyon, bir karboksilik asit ve alkolü, yan ürün olarak su ile bir estere dönüştürür. Fisher esterleşmesi, çok yavaş ilerleyen tersinir bir reaksiyondur. Tipik olarak sülfürik asit formunda bir asit katalizörü, reaksiyonun hızını artırmak ve aynı zamanda bir dehidrasyon maddesi olarak işlev görmek için eklenir.

Bir Fisher esterifikasyonu için etki mekanizması, karbonil oksijenin sülfürik aside saldırması ve OH grubunu protondan arındırmasıyla başlar. Bu, pozitif yüklü bir karbonil oksijene yol açar. Pozitif yükü daha iyi stabilize etmek için, karbonil çift bağının bir elektron çifti karbonil oksijene itilirken aynı anda elektron bakımından fakir bir karbon merkezi oluşturulur. Daha sonra, alkolün hidroksi grubu bir nükleofil görevi görür ve elektron bakımından fakir karbona - elektrofil - saldırır ve bir ara madde oluşturur. Daha sonra, alkolden gelen pozitif yüklü hidroksil grubu, karboksilik asidin hidroksil grubu tarafından protondan arındırılır ve alkolün oksijen atomunu stabilize eder. Son adımda, karbonil oksijen, konjuge baz tarafından protondan arındırılır ve protonlanmış karboksil grubu bir su molekülü olarak ayrılırken serbest elektron çifti karbonil merkezine doğru hareket ettirilir.

Esterleştirme reaksiyonu geri dönüşümlü olduğundan, karboksilik asit ve alkolün 1:1 karışımı, esterin yaklaşık %70 verimi ile dengeye ulaşacaktır. Bununla birlikte, herhangi bir denge işleminde olduğu gibi, reaktiflerin konsantrasyonu, basıncı, sıcaklığı veya hacmi değiştirilerek reaksiyon bir yönde sürülebilir. Bu değişim, Le Chatelier ilkesinin temeli olan değişime karşı koymak için reaksiyonun yeni bir dengeye uyum sağlamasına neden olur.

Reaktanlardan birinin konsantrasyonu arttığında, denge, konsantrasyonunu azaltacak yönde kayar. Böylece, bir reaktantın konsantrasyonunu artırarak, denge daha fazla ürün üretir, böylece ester ürününün daha yüksek bir verimi ile sonuçlanır.

Organik kimya laboratuvarlarında kullanılan yaygın bir yöntem, reaktiflerden birinin, tipik olarak alkolün fazla miktarda sağlanmasıdır. Daha önce de belirtildiği gibi, Fisher esterifikasyonu sülfürik asidi bir katalizör olarak kullanabilir. Bununla birlikte, sülfürik asidin diğer işlevlerinden biri, su moleküllerini reaksiyondan uzaklaştıran bir dehidrasyon maddesi olarak hareket etmektir. Le Chatelier'in prensibini uygulamak, ürünlerden biri çıkarıldığında - bu durumda su - reaksiyonun daha fazla ürün yapmaya itildiğini gösterir. Bu, oluşan esterin verimini arttırır.

referans

1. Streitwieser, A., Heathcock, C.H., Kosower, E.M. (1998). Organik Kimyaya Giriş. Yukarı Saddle Nehri, NJ: Prentice Salonu.

Esterler, meyveli veya çiçekli bir aromaya sahip olabilen bir organik molekül sınıfıdır. Bir esterin yapısı, bir tarafında bir alkil veya aril grubu ve diğer tarafında başka bir alkil veya aril grubuna bağlı bir oksijen bulunan bir karbonildir.

Alkil veya aril gruplarına bağlı olarak, ester birçok farklı özellik alabilir. Örneğin, karboksilik asitler olan gliserol ve üç yağ asidinin uzun alkil zincirleri ile reaksiyonu, üç ester grubuna sahip bir trigliserit ile sonuçlanır. Yağ asitlerinden gelen uzun alkil zincirleri, trigliseritlere çok yüksek bir moleküler ağırlık verir. Buna karşılık, basit esterler düşük moleküler ağırlığa ve küçük fonksiyonel gruplara sahiptir.

Meyve ve çiçeklerin kokuları ve tatları basit esterlere atfedilir. Basit bir esterin yapısındaki küçük değişiklikler bile kokusunu büyük ölçüde etkiler. Örneğin, bir hidroksil grubunu bir amine dönüştürmek, bu esterin kokusunu kış yeşilinden üzüme değiştirir. Benzer şekilde, propil asetat armut gibi kokarken, zincirinde sadece bir karbon daha bulunan butil asetat elma gibi kokar.

Bir ester yapmanın yaygın bir yolu, bir karboksilik asit ve bir alkolün, ester ve suyu oluşturmak için bir asit katalizörü varlığında reaksiyona girdiği Fischer esterifikasyonudur. R grubu ve karbonil, karboksilik asitten gelir ve R' ile alkoksi veya ariloksi grubu alkolden gelir. Bu esterleşme reaksiyonu tersine çevrilebilir. 1'e 1 karboksilik asit ve alkol karışımı ile, en iyi ihtimalle yaklaşık% 70'lik bir ester verimi ile dengeye ulaşma eğilimindedir.

Bununla birlikte, Le Chatelier'in prensibi, esterin verimini bunun ötesine çıkarmamıza izin verir. Le Chatelier ilkesi, konsantrasyon, basınç, sıcaklık veya hacimde bir değişikliğe maruz kalan kimyasal dengedeki herhangi bir sistemin, değişime karşı koyan yeni bir dengeye uyum sağlayacağını belirtir.

Dolayısıyla, tersinir bir reaksiyonda reaktanlardan birinin konsantrasyonunu arttırırsak, denge konsantrasyonunu azaltan yönde kayacaktır. Bu, dengede ester ürününün daha yüksek bir verimi ile sonuçlanır. Böylece, karboksilik asidin alkole 3:1 veya 1:3 molar oranını kullanarak esterleştirme verimini artırabiliriz.

Bu deneyde, fazla alkol ve katalizör olarak sülfürik asit kullanılarak bir Fischer esterifikasyonu gerçekleştirilecektir. Bu reaksiyonda, karboksilik asit reaktivitesi, karbonilin oksijenini protonlayan sülfürik asit ile arttırılır. Alkol, bir ara ürün oluşturmak için karbonilin karbonuna saldıran bir nükleofildir. Daha sonra, alkolün hidrojeni yakındaki bir hidroksil'e aktarılır. Karbonil daha sonra yeniden şekillenir ve bir su molekülünü ortadan kaldırır. Son olarak, protondan arındırma nötr bir ester ile sonuçlanır.

Bu laboratuvarda, bilinmeyen bir alkol ve karboksilik asit ile 3:1 molar oranında bir Fischer esterleştirme reaksiyonu gerçekleştireceksiniz. Daha sonra kokusunu kullanarak esteri tanımlayacak, verimi belirleyecek ve esterin yapısına göre bilinmeyen iki reaktifi tanımlayacaksınız.