Esteres

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Química orgánica avanzada Página 1

UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMAUNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCODE TABASCO

División Académica de Ingeniería y Arquitectura División Académica de Ingeniería y Arquitectura

“Esteres”

Asignatura: QUIMICA ORGANICA AVANZADA Y LABORATORIO.

Profesor: Dra. Dora Maria Frias Marquez.

Integrantes del equipo 5:

Claudia Gabriela Mancera Ponce.

Janeth Rebolledo Jiménez.

yahaira

Gregorio Edilberto Aniceto Moscoso.

Guillermo Escobar Escobar.

Edgar Velásquez Cabrera.

Cunduacan tabasco 29/10/2010

Esteres

Esteres

¿Qué es un éster?Un ester es un compuesto formado junto con agua por la reacción de un ácido y un alcohol. Los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico reemplaza a un átomo de hidrógeno o más de uno, en un ácido oxigenado. Un ácido oxigenado es un ácido cuyas moléculas poseen un grupo OH– desde el cual el hidrógeno (H) puede disociarse como un ion protón (H+).Los ésteres más comunes son los ésteres carboxilados, donde el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los ésteres pueden también ser formados por ácidos inorgánicos; por ejemplo, el dimetil sulfato, es un éster, a veces también llamado "ácido sulfúrico, dimetil éster".

Obtención

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Principalmente resultante de la condensación de un ácido carboxílico y un alcohol. El proceso se denomina esterificación:Estos compuestos se pueden obtener a partir de ácidos orgánicos y de ácidos inorgánicos. Por ejemplo, un éster simple, el nitrato de etilo, se puede preparar a partir de etanol y ácido nítrico (un ácido inorgánico), y el etanoato de etilo haciendo reaccionar etanol y ácido etanoico (un ácido orgánico). Otro método de preparar ésteres es emplear no el ácido en sí, sino su cloruro. Por ejemplo, el etanoato de etilo se puede obtener por la acción del alcohol sobre el cloruro del ácido etanoico. Otro método importante de obtención consiste en hacer reaccionar las sales de plata de los ácidos con un halogenuro de alquilo (normalmente de yodo). Por ejemplo, el etanoato de etilo se puede preparar a partir de etanoato de plata y yoduro de etilo.Los ésteres más comúnmente encontrados en la naturaleza son las grasas, que son ésteres de glicerina y ácidos grasos, oleico, etcétera.

Fuentes de esteres

Muchos esteres se encuentran en la naturaleza. Los de bajo peso molecular son bastante volátiles, y muchos tienen olor agradable. Con frecuencia, los esteres forman una fracción del aceite esencial de frutas y flores. Por ejemplo, el aroma de las naranjas que tiene 30 esteres diferentes, junto con 10 ácidos carboxílicos, 34 alcoholes, 34 aldehídos y cetonas y 36 hidrocarburos. Los esteres se encuentran entre las sustancias que emplean los insectos para comunicarse entre sí.Los esteres del glicerol, llamados triesteres, triacigliceroles o triglicéridos son productos naturales abundantes. En el grupo mas importantes de triesteres de glicerol están aquellos de cada grupo acilo no está ramificado y tiene 14 átomos de carbono o más.las grasas y aceites son mezclas de triesteres de glicerol de origen natural. Las grasas son mezclas solidas a temperatura ambiente; los aceites son líquidos. Los ácidos carboxílicos de cadena larga que se obtienen por la hidrolisis de grasas y aceites se llaman ácidos grasos.

Propiedades físicas

Los esteres son moderadamente polares, con sus momentos dipolares en el intervalo de 1.5 a 2 D. las fuerzas de atracción dipolo dipolo ocasionan que los puntos de ebullición de los esteres sean más altos que de los hidrocarburos de forma y peso molecular semejante. Sin embargo, como no se tienen grupos hidroxilo, las moléculas de los esteres no pueden formar puente de Hidrógeno entre sí; en consecuencia lo esteres tienen menos punto de ebullición que los alcoholes de peso molecular comparable.Los esteres pueden participar en puente de Hidrógeno con sustancias que contengan grupos hidroxilos (agua, alcoholes, ácidos carboxílicos). Eso les confiere cierto grado de solubilidad en agua a los esteres de bajo peso molecular. Por ejemplo el acetato de metilo se disuelve en agua hasta 33 g/100 ml. La solubilidad en agua disminuye a medida que aumenta el contenido de carbonos en el ester. Las grasas y los aceites, son los esteres de ácidos de cadena larga con glicerol, prácticamente son insolubles en agua.

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Los ésteres pueden participar en los enlaces de hidrógeno como aceptadores, pero no pueden participar como dadores en este tipo de enlaces, a diferencia de los alcoholes de los que derivan. Esta capacidad de participar en los enlaces de hidrógeno les convierte en más hidrosolubles que los hidrocarburos de los que derivan. Pero las ilimitaciones de sus enlaces de hidrógeno los hace más hidrofóbicos que los alcoholes o ácidos de los que derivan. Esta falta de capacidad de actuar como dador de enlace de hidrógeno ocasiona el que no pueda formar enlaces de hidrógeno entre moléculas de ésteres, lo que los hace más volátiles que un ácido o alcohol de similar peso molecular.Los de bajo peso molar son líquidos de olor agradable, similar al de la esencia de las frutas que los contienen. Los ésteres de ácidos superiores son sólidos cristalinos, inodoros. Solubles en solventes orgánicos e insolubles en agua. Su densidad es menor que la del agua.

Propiedades quimicas

En las reacciones de los ésteres, la cadena se rompe siempre en un enlace sencillo, ya sea entre el oxígeno y el alcohol o R, ya sea entre el oxígeno y el grupo R-CO-, eliminando así el alcohol o uno de sus derivados. La saponificación de los ésteres, llamada así por su analogía con la formación de jabones a partir de las grasas, es la reacción inversa a la esterificación: Los ésteres se hidrogenan más fácilmente que los ácidos, empleándose generalmente el éster etílico tratado con una mezcla de sodio y alcohol, y se condensan entre sí en presencia de sodio y con las cetonas.Los ésteres se pueden hidrolizar a su ácido y su alcohol precursores. Recordar que en la reacción de hidrólisis, una molécula de agua se rompe y se adiciona a otra molécula. Para aumentar la velocidad de las reacciones de hidrólisis de los ésteres se agregan ácidos o bases inorgánicas y se calienta la mezcla.Si los ésteres se hidrolizan en una solución alcalina, la reacción de hidrólisis se denomina saponificación. El término saponificación significa fabricación de jabón. Los jabones, o sea las sales solubles de los ácidos grasos, se preparan calentando las grasas de plantas o animales en una solución básica de alcohol y agua.

En la química, los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico (simbolizado por R' en este artículo) reemplaza a un átomo de hidrógeno (o más de uno) en un ácido oxigenado. Un oxoácido es un ácido inorgánico cuyas moléculas poseen un grupo hidroxilo (–OH) desde el cual el hidrógeno (H) puede disociarse como un ión hidrógeno, hidrón o comúnmente protón, (H+). Etimológicamente, la palabra "éster" proviene del alemán Essig-Äther (éter de vinagre), como se llamaba antiguamente al acetato de etilo.En los ésteres más comunes el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los ésteres también se pueden formar con ácidos inorgánicos, como el ácido carbónico (origina ésteres carbónicos), el ácido fosfórico (ésteres fosfóricos) o el ácido sulfúrico. Por ejemplo, el sulfato de dimetilo es un éster, a veces llamado "éster dimetílico del ácido sulfúrico".

Hidrólisis ácida:

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Por calentamiento con agua se descompone en el alcohol y el ácido de los que proviene.

Éster + agua  ácido  + alcohol

Con un exceso de agua la reacción es total. Es un proceso inverso a la esterificación.En presencia de un hidróxido y con exceso de agua y calor, se produce una reacción que da como productos el alcohol y la sal del ácido del que proviene. Esta sal es el jabón lo que da el nombre a la reacción.

Éster + hidróxido sal de ácido + alcohol.

Usos

Los ésteres son compuestos líquidos y sólidos que poseen olores agradables, los cuales se encuentran distribuidos ampliamente en la naturaleza en flores y frutas. En el comercio son utilizados como materia prima en perfumes y esencias saborizantes, confiterías, solventes, agentes sintéticos, y para la preparación de plásticos. Las industrias químicas producen cantidades de esteres, del orden de centenares de millones de kg por año. Son de especial importancia el acetato de etilo, acetato de butilo, dibutilftalato, acetato y xantogenato de celulosa, trinitrato de glicerilo, acetato de vinilo y nitrato de celulosa. El salicilato de metilo se emplea principalmente como agente aromatizante y posee la ventaja de que se absorbe a través de la piel. Una vez absorbido, el salicilato de metilo puede hidrolizarse a ácido salicílico, el cual actúa como analgésico. Este producto puede extraerse de varias plantas medicinales capaces de aliviar el dolor. El ácido acetilsalicílico o aspirina, como es conocido comercialmente, es el más popular de los medicamentos sintéticos, esto se debe a su acción analgésica, antipirética, anti-inflamatoria y antirreumática, además de ser utilizada en la prevención del infarto de miocardio, su bajo costo, obtención y adquisición, aunque se conocen numerosos compuestos con dichas propiedades analgésicas, en la aspirina se encuentran presentes ambos efectos. Es por ello que la aspirina se usa en muchas preparaciones conjuntamente con un gran número de otros medicamentos. Muchos ésteres tienen un aroma característico, lo que hace que se utilicen ampliamente como sabores y fragancias artificiales. Por ejemplo:

Butanoato de metilo: olor a Piña Salicilato de metilo (aceite de siempre verde o menta): olor de las

pomadas Germolene™ y Ralgex™ Octanoato de heptilo: olor a frambuesa Etanoato de pentilo: olor a plátano Pentanoato de pentilo: olor a manzana Butanoato de pentilo: olor a pera o a albaricoque Etanoato de octilo: olor a naranja.

Los ésteres también participan en la hidrólisis esterárica: la ruptura de un éster por agua. Los ésteres también pueden ser descompuestos por ácidos o bases fuertes.

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Nomenclatura

Los ésteres proceden de condensar ácidos con alcoholes y se nombran como sales del ácido del que provienen. La nomenclatura IUPAC cambia la terminación -oico del ácido por -oato, terminando con el nombre del grupo alquilo unido al oxígeno. 

Los esteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos, nitrilos, amidas y haluros de alcanoilo. Estos grupos se nombran como sustituyentes siendo el éster el grupo funcional.

Ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres, que pasan a nombrarse como sustituyentes (alcoxicarbonil......)

Cuando el grupo éster va unido a un ciclo, se nombra el ciclo como cadena principal y se emplea la terminación -carboxilato de alquilo para nombrar el éster.

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Hidrólisis acida

Los ésteres se hidrolizan en medios acuosos, bajo catálisis ácida o básica, para rendir ácidos carboxílicos y alcoholes. En medios ácidos la hidrólisis de ésteres se puede escribir mediante la siguiente ecuación química:

El mecanismo de la hidrolisis ácida transcurre en las etapas siguientes:

Etapa 1. Protonación del éster

Etapa 2. Adición nucleófila del agua al carbonilo

Etapa 3. Equlibrio ácido-base, que transforma el metóxido en buen grupo saliente (metanol).

Etapa 4. Eliminación de metanol

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Hidrólisis básicas(saponificación)

Los ésteres se hidrolizan en medios acuosos, bajo catálisis ácida o básica, para rendir ácidos carboxílicos y alcoholes.  La hidrólisis básica recibe el nombre de saponificación y transforma ésteres en carboxilatos.

El mecanismo de la hidrolisis básica transcurre en las etapas siguientes:

Etapa 1. Adición nucleófila del agua al carbonilo

Etapa 2. Eliminación de metóxido

Etapa 3. Equilibrio ácido base entre el ácido carboxílico y el metóxido.  Este equilibrio muy favorable desplaza los equilbrios anteriores hacia el producto final.

Transesterificacion acida

Los ésteres reaccionan con alcoholes en medios ácidos reemplazando su grupo alcoxi por el alcohol correspondiente, como puede observarse en la siguiente reacción. Esta reacción se denomina transesterificación.

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El mecanismo de la transesterificación ácida transcurre en las etapas siguientes:

Etapa 1. Protonación del éster

Etapa 2. Adición nucleófila del alcohol al carbonilo

Etapa 3. Equilibrio ácido-base, que transforma el metóxido en buen grupo saliente (metanol).

Etapa 4. Eliminación de metanol

Transesterificacion en medio básico

Los ésteres transesterifican en presencia de alcóxidos, según al reacción:

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El etanoato de metilo [1] reacciona con etóxido de sodio para formar etanoato de etilo [2] y metóxido de sodio [3]

El mecanismo de la transesterificación básica transcurre en las etapas siguientes:

Etapa 1. Adición nucleófila del agua al carbonilo

Etapa 2. Eliminación de metanol

Síntesis de ésteres a partir de ácidos carboxílicos.

Los ésteres se obtienen por reacción de ácidos carboxílicos y alcoholes en presencia de ácidos minerales.  La reacción se realiza en exceso de alcohol para desplazar los equilibrios a la derecha.  La presencia de agua es perjudicial puesto que hidroliza el éster formado.

La reacción que prepara ésteres a partir de ácidos carboxílicos recibe el nombre de esterificación y tiene el siguiente mecanismo:

Etapa 1. Protonación del grupo carboxilo

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Etapa 2. Ataque nucleófio del metanol al carbono del grupo carboxilo (Adición)

Etapa 3. Eliminación de agua

Otro método de síntesis consiste en una sustitución nucleófila, utilizando como nucleófilo el ion carboxilato

Esta reacción funciona bien con sustratos primarios y secundarios.

Reacción de esteres organometalicos Dos equivalentes de organometálico de magnesio se adicionan al ester, para formar alcoholes terciarios en los cuales dos sustituyentes son iguales. El mecanismo consiste en la adición nucleófila del organometálico al carbonilo del éster. Después de la primera adición se forma una cetona que vuelve a ser atacada por un segundo equivalente de magnesiano para formar el alcohol final.

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El mecanismo de la reacción transcurre en los siguientes pasos:

La cetona es más reactiva que el éster y un segundo equivalente de magnesiano le ataca para formar el alcohol.

Reducción de esteres a aldehídos: Dibal

Los ésteres se reducen a aldehídos con el hidruro de diisobutilaluminio (DIBAL) a -78ºC. Debe utilizarse un sólo equivalente para detener la reacción en el aldehído, evitando la reducción de este a alcohol.

El DIBAL tiene la siguiente estructura:

Mecanismo de la reacción:

Los ésteres cíclicos (lactonas) reducen con DIBAL para dar moléculas con los grupos aldehído y alcohol.

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Anolatos de esteres

Los ésteres tienen en su posición a hidrógenos ácidos con pKa=25, que pueden ser sustraidos empleando bases.  La base conjugada es un enolato de éster, especie muy nucleófila que ataca a un variado número de electrófilos.

Reacción de enolatos de éster con haloalcanos primariosEl enolato de éster actúa como nucleófilo, reaccionando con haloalcanos primarios mediante mecanismo SN2.  Los haloalcanos secundarios y terciarios dan mayoritariamente eliminaciones, debida a la importante basicidad del enolato.

Reacción de enolatos de éster con oxaciclopropanos (epóxidos)Los enolatos de éster atacan y abren oxaciclopropano.  El oxaciclopropano aporta al carbono a del enolato una cadena con dos carbonos, que contiene un -OH en el segundo carbono.

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Reacción de enolatos de éster con aldehídos y cetonasEl producto final en condiciones adecuadas puede ciclar formando una lactona.

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