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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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2.1 Vorkommen2.1 Vorkommen
Wachse:
2. Carbonsäureester
Ester höherer einwertiger Alkohole und höherer einwertiger Carbonsäuren
Palmitinsäuremyrizylester C15H31-CO-OC30H61 zu 72 % in Bienenwachs
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2.1 Vorkommen2.1 Vorkommen
Riechstoffe:
2. Carbonsäureester
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)
2. Carbonsäureester
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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
2. Carbonsäureester
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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturSystematische Nomenklatur nach IUPAC:
Ester sind nach IUPAC also Alkanoate
2. Carbonsäureester
Beispiel:
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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturAlternative Nomenklatur (gebräuchlich):
2. Carbonsäureester
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:
2. Carbonsäureester
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2.3 Physikalische 2.3 Physikalische EigenschaftenEigenschaftenNiedermolekulare Ester:
Höher molekulare Ester:
Siedepunkte:
2. Carbonsäureester
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:
2. Carbonsäureester
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)
2. Carbonsäureester
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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
2. Carbonsäureester
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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
2. Carbonsäureester
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2.4 Darstellung2.4 Darstellung
Carbonsäuren und Alkohole reagieren
langsam miteinander
Mineralsäure als Katalysator
Erhitzen
2. Carbonsäureester
Hermann Emil Fischer
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2.4 Darstellung2.4 Darstellung
Frage: Woher stammt der Sauerstoff ?
Isotopenmarkierung:
2. Carbonsäureester
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
2. Carbonsäureester
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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
2. Carbonsäureester
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
2. Carbonsäureester
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V4 Quantitative Hydrolyse V4 Quantitative Hydrolyse von Oxalsäurediethylestervon Oxalsäurediethylester
Es handelt sich um einen Gleichgewichtsprozess:
2. Carbonsäureester
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
2. Carbonsäureester
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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.
2. Carbonsäureester
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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.“
2. Carbonsäureester
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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
2. Carbonsäureester
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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie Orange-rote Färbung durch Zugabe von Eisen(III)-chlorid
2. Carbonsäureester
Chelat-Komplex
Oktaedrisch koordiniert
Eisentrienolat
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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-TautomerieTrans-Addition von Brom an C-C-Doppelbindung:
2. Carbonsäureester
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2.7 Verwendung2.7 Verwendung
Aromastoffe:
Lösungsmittel:
Emulgatoren/
Konservierungstoffe:
- Nahrungsmittel
- Parfüme
- Lacke
- Klebstoffe
- Haushaltsreiniger
- Fischkonserven
(PHB-Ester)
2. Carbonsäureester
PHB-Ester = para-HydroxybenzoesäureesterPHB-Ester = para-Hydroxybenzoesäureester
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2.7 Verwendung2.7 VerwendungMedizin:
2. Carbonsäureester
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)
2. Carbonsäureester
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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters
Vorgehensweise:
2. Carbonsäureester
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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters
Citronensäure
3 Carboxylgruppen 1 Hydroxylgruppe
Ricinusöl
Enthält zu ca. 85 %
Ricinolsäure
2. Carbonsäureester
OHO
HO 129 18
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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters
Es findet eine Polykondensation statt:
2. Carbonsäureester
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:
3. Ester anorganischer Säuren
Natürlich vorkommend: Als Phosphorsäurediester sind in der DNA die Nucleotide miteinander verbunden
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SchwefelsäureesterSchwefelsäureesterEster der Schwefelsäure:
3. Ester anorganischer Säuren
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:
3. Ester anorganischer Säuren
Schwefelsäure katalysiert die Reaktion und entfernt Wasser aus dem Gleichgewicht
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V7 Flammenfärbung mit V7 Flammenfärbung mit BorsäuretrimethylesterBorsäuretrimethylester
3. Ester anorganischer Säuren
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
52
EndeEnde
Vielen DankVielen Dank
für Ihrefür Ihre
AufmerksamkeitAufmerksamkeit