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Ester
Experimentalvortrag von
Alexander Achenbach
WS 07/08
am 16.01.2008
1
Gliederung
1.
Einleitung
2.
Carbonsäureester
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3.
4.
Vorkommen
Struktur und Nomenklatur
Physikalische Eigenschaften
Darstellung
Verseifung
CH-acide Ester
Verwendung
Ester anorganischer Säuren
Schulrelevanz
2
1. Einleitung
1. Einleitung
 Stoffgruppe organischer Verbindungen
 Entstehung durch Reaktion von Sauerstoffsäuren
mit Alkoholen
 Es gibt Ester organischer und anorganischer
Säuren
 Ester sind Derivate dieser Säuren
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1. Einleitung
1. Einleitung
 Organische Ester sind Carbonsäure-Derivate
 Ersatz der Hydroxylgruppe (-OH) durch eine
Alkoxygruppe (-OR)
 Ester anorganischer Säuren leiten sich analog her
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2. Carbonsäureester
2.1 Vorkommen
Vorkommen in der Natur:
Fette und Öle:
Ester höherer aliphatischer, gesättigter
oder ungesättigter Monocarbonsäuren
Glycerin ist dreiwertige Alkoholkomponente
Glycerin = 1,2,3-Propantriol
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2. Carbonsäureester
2.1 Vorkommen
Wachse:
Ester höherer einwertiger Alkohole und höherer
einwertiger Carbonsäuren
Palmitinsäuremyrizylester C15H31-CO-OC30H61
zu 72 % in Bienenwachs
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2. Carbonsäureester
2.1 Vorkommen
Riechstoffe: Ester in vielen ätherischen Ölen enthalten
Verantwortlich für zahlreiche Düfte von
Früchten und Blüten
Meist Ester niederer Alkohole und
Carbonsäuren
 flüchtig
Pyrola uniflora
(Einblütiges Wintergrün)
enthält Salicylsäuremethylester
7
8
2. Carbonsäureester
2.2 Struktur und Nomenklatur
Struktur:
 Moleküle enthalten Carbonsäure-Teil und Alkohol-Teil
 Carbonsäureester besitzen die funktionelle Gruppe
-COOR
(Als Substituent: Alkoxycarbonyl)
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2. Carbonsäureester
2.2 Struktur und Nomenklatur
Namen der Carbonsäureester hängen von den beteiligten
Kohlenstoffgerüsten der eingesetzten Säuren und Alkohole
ab:
Mehrere Möglichkeiten:
 Systematisch (IUPAC)
 Alternativ (gebräuchlich)
 Trivialnamen
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2. Carbonsäureester
2.2 Struktur und Nomenklatur
Systematische Nomenklatur nach IUPAC:
Beispiel:
Ester sind nach IUPAC also Alkanoate
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2. Carbonsäureester
2.2 Struktur und Nomenklatur
Alternative Nomenklatur (gebräuchlich):
Beispiel:
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2. Carbonsäureester
2.2 Struktur und Nomenklatur
 Ein cyclischer Ester wird Lacton genannt:
 Entstehung durch intermolekulare Veresterung
 Systematisch:
Oxa-2-cyclo alkanon:
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2. Carbonsäureester
2.3 Physikalische Eigenschaften
Niedermolekulare Ester:
Höher molekulare Ester:

Flüssig und farblos

Brennbar

Niedrig siedend

Fest / wachsartig
Siedepunkte:
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2. Carbonsäureester
2.3 Physikalische Eigenschaften
Polarität:
Die funktionelle Gruppe der Ester enthält eine
Carbonylgruppe:
Carbonylsauerstoff
ist größtenteils für
Polarität
verantwortlich
Polarität = schwach
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2. Carbonsäureester
D2 Löslichkeit von Styropor
Styropor (Polystyrol) löst sich gut in Essigsäureetylester:
Prinzip: Gleiche Polarität
„Similia similibus solvuntur“
(Gleiches löst sich in Gleichem)
17
18
2. Carbonsäureester
V1 Wasserlöslichkeit von
Essigsäureethylester
 Geringe Wasserlöslichkeit von Essigsäureethylester
 Wechselwirkung des Carbonylsauerstoffs mit dem
Wasserstoff im Wasser
 Mit wachsendem Alkylrest sinkt Wasserlöslichkeit
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2. Carbonsäureester
V1 Wasserlöslichkeit von
Essigsäureethylester
Aussalzen:
 Ionen des Salzes werden solvatisiert
 Solvatation benötigt Wassermoleküle
 Diese stehen dann zur Solvatation
anderer Moleküle nicht mehr zur
Verfügung
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2. Carbonsäureester
2.4 Darstellung
 Carbonsäuren und Alkohole reagieren
langsam miteinander
 Mineralsäure als Katalysator
 Erhitzen
Hermann
Emil Fischer
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2. Carbonsäureester
2.4 Darstellung
Frage:
Woher stammt der Sauerstoff ?
Isotopenmarkierung:
O
O
+
18
H O
18
OH
Benzoesäure
+
CH3
Methanol
O
H2O
CH3
Methylbenzoat
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23
2. Carbonsäureester
V2 Darstellung von
Essigsäureethylester
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2. Carbonsäureester
2.5 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
Andere Variante:
Erhitzen von Estern mit
Überschuss von Wasser in
Gegenwart von
Mineralsäuren
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2. Carbonsäureester
V3 Alkalische Verseifung
Esterhydrolyse durch Umsetzung mit starker Base:
 Über tetraedrische Zwischenstufe
 Letzter Schritt ist irreversibel
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2. Carbonsäureester
V4 Quantitative Hydrolyse von
Oxalsäurediethylester
Es handelt sich um einen Gleichgewichtsprozess:
 Wasserüberschuss zwingt System zu neuer
Gleichgewichtseinstellung
 Carbonsäure kann durch Neutralisation aus
Gleichgewicht entfernt werden
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2. Carbonsäureester
V4 Quantitative Hydrolyse von
Oxalsäurediethylester
Neutralisation:

Mittels vollständiger Neutralisation kann über den
Verbrauch an Natronlauge die Stoffmenge n des
eingesetzten Esters berechnet werden
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2. Carbonsäureester
2.6 CH-acide Ester
 Ester verfügen über eine schwache Acidität des
a –Wasserstoffatoms
 Besonders CH-acide Ester verdanken ihre Eigenschaft
der Mesomeriestabilisierung des gebildeten Anions
durch elektronenziehende CO-Gruppen in b-Stellung.
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2. Carbonsäureester
V5 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.“
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2. Carbonsäureester
V5 Keto-Enol-Tautomerie
 Das mesomeriestabilisierte Enolat-Anion steht im
Gleichgewicht mit der tautomeren Enol-Form
 Acetessigsäureethylester ist ein
b-Keto-Carbonsäureester
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2. Carbonsäureester
V5 Keto-Enol-Tautomerie
 Orange-rote Färbung durch Zugabe von Eisen(III)-chlorid
 Chelat-Komplex
 Oktaedrisch koordiniert
 Eisentrienolat
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2. Carbonsäureester
V5 Keto-Enol-Tautomerie
Trans-Addition von Brom an C-C-Doppelbindung:
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2. Carbonsäureester
2.7 Verwendung
Aromastoffe:
- Nahrungsmittel
- Parfüme
Lösungsmittel:
- Lacke
- Klebstoffe
Emulgatoren/
- Haushaltsreiniger
Konservierungstoffe: - Fischkonserven
(PHB-Ester)
PHB-Ester = para-Hydroxybenzoesäureester
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2. Carbonsäureester
2.7 Verwendung
Medizin:
 Acetylsalicylsäure
 1899 wurde Aspirin zum Patent angemeldet
 Hemmt Prostaglandinsynthese im Körper
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2. Carbonsäureester
2.7 Verwendung
Kunststoffe:
- PET
Polyethylenterephtalat
(Verpackungen)
- Phtalsäureester
- Fettsäureester
- Citronensäureester
(Weichmacher für PVC)
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2. Carbonsäureester
V6 Darstellung eines Polyesters
Vorgehensweise:
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2. Carbonsäureester
V6 Darstellung eines Polyesters
Citronensäure
Ricinusöl
 3 Carboxylgruppen
 1 Hydroxylgruppe
 Enthält zu ca. 85 %
Ricinolsäure
HO
9
O
12
18
OH
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2. Carbonsäureester
V6 Darstellung eines Polyesters
Es findet eine Polykondensation statt:
R1-CO-OH
R2-OH
R1-CO-OR2
H2O
Dreidimensional vernetztes Harz (Wassereinschlüsse)!
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3. Ester anorganischer Säuren
3. Ester anorganischer Säuren
Entstehung durch formale oder tatsächliche
Kondensationsreaktion zwischen Säure und Alkohol
Im Folgenden: Bekannte Beispiele für:




Phosphorsäureester
Schwefelsäureester
Salpetersäureester
Borsäureester
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3. Ester anorganischer Säuren
Phosphorsäureester
Ester der ortho-Phosphorsäure:
 Natürlich vorkommend: Als Phosphorsäurediester sind in
der DNA die Nucleotide miteinander verbunden
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3. Ester anorganischer Säuren
Schwefelsäureester
Ester der Schwefelsäure:
 Natürlich vorkommend: Carrageen (E 407) aus Rotalgen
(Geliermittel: z.B. in Babynahrung)
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3. Ester anorganischer Säuren
Salpetersäureester
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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3. Ester anorganischer Säuren
V7 Flammenfärbung mit
Borsäuretrimethylester
Trimethylborat entsteht durch Veresterung von
ortho-Borsäure mit Methanol:
 Schwefelsäure katalysiert die Reaktion und
entfernt Wasser aus dem Gleichgewicht
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3. Ester anorganischer Säuren
V7 Flammenfärbung mit
Borsäuretrimethylester
Trimethylborat verbrennt als borhaltige Verbindung mit
grüner Flamme:
+3 -2
0
2 BO3(CH3)3 (g) + 9 O2 (g)
+3 -2
+4 -2
+1 -2
B2O3 (g) + 6 CO2 (g) + 9 H2O
Keine C-C-Bindungen
Kein Ruß, welcher glüht
Keine Überdeckung der
Flammenfärbung
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5. Schulrelevanz
4. Schulrelevanz
Gymnasialer Bildungsgang (G8) Hessen:
11G.1: Alkansäuren und ihre Derivate
11G.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
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Ende
Vielen Dank
für Ihre
Aufmerksamkeit
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