EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Esterbildung und Esterspaltung – Gleichgewichte 210 210 8.5 Ester Esterbildung Ester entstehen durch Reaktion zwischen Alkohol und Carbonsäuren. Die Reak- tion wird durch starke Säuren katalysiert. Häufig setzt man für die Esterbil- dung allerdings auch Säurechloride bzw. Säureanhydride ein. (Die Reaktions- freudigkeit der Carbonsäurederivate zeigt Abb. 210–2.) Ester können als Alkylsalze der Carbonsäuren aufgefasst werden. Eine mög- liche Benennung ist daher die „Salzbenennung“ Abb. 209–1). Hydroxycarbonsäuren können bei günstiger Lage der funktionellen Gruppen innerhalb des Moleküls Ester bilden. Diese cyclischen Ester nennt man Lactone. Esterbildung – Gleichgewichtsreaktion Die Esterbildung zählt zu den typischen Gleichgewichtsreaktionen (Gleichgewicht „liegt in der Mitte“). Um die Esterausbeute zu erhöhen, muss man entweder die Ausgangsstoffe im Überschuss zusetzen oder den gebilde- ten Ester abdestillieren. Beispiele 1 mol Ethanol wird mit 1 mol Essigsäure umgesetzt. Im Gleichgewicht sind noch 0,33 mol Essigsäure vorhanden. Berechne die Stoffmenge der übrigen Stoffe und die Gleichgewichtskonstante K . Essigsäure + Ethanol → Ethylacetat + Wasser zu Beginn: 1 mol 1 mol 0 mol 0 mol im Gleichgewicht: 0,33 mol 0,33 mol 0,67 mol 0,67 mol K = 0,67 2 /0,33 2 = 4,12 Setzt man die doppelte Stoffmenge an Essigsäure ein, erhöht sich die Ester- ausbeute. Essigsäure + Ethanol → Ethylacetat + Wasser zu Beginn: 2 mol 1 mol 0 mol 0 mol im Gleichgewicht: 2–x mol 1–x mol x mol x mol K = 4,12 = x 2 /[(1–x) . (2–x)] c x 1 = 0,85 und x 2 = 3,11 Ergebnis: Essigsäure … 1,15 mol, Ethanol … 0,15 mol, Ethylacetat … 0,85 mol, Wasser … 0,85 mol Esterspaltung – Verseifung Die Umkehrung der Reaktion – Spaltung des Esters in Säure und Alkohole – nennt man Hydrolyse . Unter Hydrolyse versteht man allgemein eine Bindungsspaltung mit Hilfe von Wasser. Die Esterspaltung wird begünstigt, wenn man anstelle von Wasser stark basische Lösungen (zB NaOH) verwendet. (Die bei der Spaltung gebil- dete konjugierte Base der Carbonsäuren geht praktisch keine Rückreaktion zum Ester ein.) Alkalisalze von langkettigen Carbonsäuren (Fettsäuren) sind Seifen . Aus diesem Grund nennt man die basenkatalysierte Hydrolyse häufig auch Verseifung. (Der Begriff Verseifung wird allerdings oft synonym mit Hy- drolyse verwendet.) Abb. 210–1: Esterbildung und Esterspaltung Alkohol Carbonsäure Esterspaltung Veresterung H 2 O Ester H 2 O [NaOH] [H 2 SO 4 ] R C O O H R C H O R O O R Abb. 210–2: Reaktivität der Carbon- säurederivate Cl C R O O C R O C R O O C R O R O C R O H C R O O Reaktivität Carbonsäure- chlorid Carbonsäure- anhydrid Carbonsäure- ester Carbonsäure Carboxylat-Ion Üb Übungen 210.1 und 210.2 O C H 3 C O C 2 H 5 O C H 3 C O H H O C 2 H 5 H O H + + 1. Zeichne die Strukturformeln sämtlicher möglicher Ester der Carbonsäuren Pro- pansäure und Cyclohexancarbonsäure mit den Alkoholen Methanol, Ethanol und Propan-2-ol und benenne die Ester, wenn möglich, systematisch. 2. Zeichne die Strukutrformeln aller mög- lichen Ester zwischen Methansäure und Propan-1,2-3-triol Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv