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Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmen
des Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besseren
Durchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter das
eingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, die
Texterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichen
Dateien mit Fehlern behaftet.
Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seite
http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
eingesehen und heruntergeladen werden.
Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und
Staatsexamensarbeiten bereit.
Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007
Ester
Sandra Schmitt
Februar 1995
Chemie in der Schule: www.chids.de
Sandra Schmitt
Sonnenblickallee 15
35039 Marburg
Tel. 06421/13669
Protokoll des Vortrages vom 15.02.1995 zum Thema: Ester
Inhaltsverzeichnis:
I. Einleitung
I!.Carbonsäureester
1. Vorkommen von Estern
2. Eigenschaften von Carbonsäureestern
Versuch 1: Wasserlöslichkeit von Estern
3. Esterkondensation
Versuch 2: Herstellung von Essigsäureethylester
4.Verseifungsreaktion
Versuch 3: Verseifung des Oxalsäurediethylesters
5. Ein spezieller Ester: Acetessigsäureethylester
Versuch 4: Keto-Enol-Tautomerie des Acetessigsäureethylesters
6. Verwendung von Carbonsäureestern
Versuch 5: Herstellung eines Polyesters
Versuch 6: Herstellung eines Fruchtaromas
Versuch 7: Ethyllactat, ein umweltschonendes Lösungsmittel
111. Ester von anorganischen Säuren
Ester von Mineralsäuren
Versuch 8: Herstellung des Borsäuretriethylesters
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2
Ester
I. Einleitung:
Im allgemeinen können Ester aus Alkoholen und Säuren/Säurederivaten synthetisiert werden.
Da die Alkoholkomponente, sowie die Säurekomponente sehr variantenreich ist, ergibt sich
hier eine Fülle von Estertypen, die sich sehr unterscheiden können.
Um nur die wichtigsten Klassen zu nennen:
• Ester von Mineralsäuren
- Ester von sauerstoftbaltigen Säuren
- Ester von sauerstofffreien Säuren
• Ester von Carbonsäuren
- cyclische Ester- Lactone
- aliphatische Ester
- polymere Ester
- Fette/Wachse/Öle
In meinem Vortrag werde ich die Fette nicht berücksichtigen. Auch von den restlichen Estern
kann hier natürlich nur eine Auswahl angesprochen werden.
ß.CARBONSÄUREESTER
1. Vorkommen von Estern
In der Natur sind Ester in Form der Fette, Wachse, Phospholipide Riechstoffe von Früchten
und Blüten sehr häufig anzutreffen.
Fette
Alle Fette und fetten Öle sind Ester höherer aliphatischer gesättigter Monocarbonsäuren
(Fettsäuren) mit (fast ausnahmslos) Glycerinals dreiwertige Alkoholkomponente.
Wachse
Die in der Natur vorkommenden Wachse sind Ester höherer einwertiger Alkohole mit
höheren einwertigen Carbonsäuren, z.B. Palmitinsäuremyrizylester C lSH31-CO-OC5H11, ca.
72~!Q im Bienenwachs enthalten.
Wachse wurden schon im Altertum in Kunst und Technik genutzt.
2000 v. Chr. wurden die Körper durch Überziehen mit Wachs mumifiziert.
Riechstoffe
Ester sind in vielen ätherischen Ölen als Hauptbestandteil vorhanden und sind maßgeblich für
den Geruch verantwortlich. Es handelt sich meist um niedermolekulare Ester.
Phospho/ ipide
Sind komplexer zusammengesetzte Ester. Ihr charakteristischer Bestandteil ist die
Phosphorsäure.
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2. Eigenschaften von Carbonsäureestern
- niedermolekulare Ester sind niedrig siedende, farblose, brennbare Flüssigkeiten von
obstartigem Geruch
- höhere Ester sind fest, wachsartig und geruchlos
Die Ester sind leichter als Wasser, nur gering mit Wasser mischbar und sie reagieren neutral.
Im Gegensatz zu den Carbonsäuren sind ihre Ester nicht assoziiert und sieden daher tiefer als
die entsprechenden Säuren, z.B. Essigsäureethylester: 77°C, Essigsäure: 118°C
Die Wasserlöslichkeit nimmt mit zunehmender Kohlenstoffanzahl ab, wobei die
Wasserlöslichkeit durch polare Substituenten gefördert wird.
Ester RCOOR',
RR ' :CnHn + 1
Ameisensäureethylester
Essigsäureethylester
13utansäurennethylester
B utansäureethylester
Pentansäureethylester
Octansäureethvlester
Wasserlöslichkeit\20°C
118 g/l
80 g/l
16 gIl
wenig mischbar
nicht mischbar
nicht mischbar
Versuch 1: Wasserlöslichkeit von Estern am Beispiel des Essigsäureethylesters
Geräte: Reagenzgläser, Meßpipette, Scheidetrichter, Trichter, Filterpapier, Filtriergestell,
Reagenzglasständer, Bunsenbrenner
Chemikalien: Essigsäureethylester (F, flammbar), dest. Wasser, Kochsalz
Durchführung:
In einem Reagenzglas werden 10 ml destilliertes Wasser mit 2 ml Essigsäureethylester ca. 3
min kräftig geschüttelt. Das Gemisch läßt man in einem Scheidetrichter stehen, bis sich
deutlich zwei Flüssigkeitsschichten gebildet haben. Die untere wäßrige Schicht wird
abgetrennt und durch ein trockenes Filter filtriert. Das wasserklare Filtrat wird je zur Hälfte in
zwei Reagenzgläser gegeben. Am Reagenzglashalter erwärmt man die eine Hälfte über
kleiner Bunsenbrennerflamme. Durch ausgeschiedenen Ester tritt Trübung ein.
In das Reagenzglas mit dem Rest des Filtrats gibt man in kleinen Portionen fein gepulvertes
Kochsalz und schüttelt um, bis sich kein Kochsalz mehr löst. Man stellt das Reagenzglas in
den Ständer, wo sich schon nach wenigen Minuten oben eine Schicht des ausgeschiedenen
Esters sammelt.
Erklärung:
Essigsäureethylester löst sich teilweise in kaltem Wasser. Durch Erwärmen wird der Ester
wieder ausgeschieden - eine Trübung tritt auf, da er in warmem Wasser weniger löslich ist als
in kaltem Wasser.
Gibt man Kochsalzlösung in teilweise gelösten Ester, kann man den Ester wieder "aussalzen".
Die Löslichkeit des Esters wird durch zugesetzte Salze herabgesetzt. Dies hängt mit dem
Bestreben der Ionen zusammen, die Moleküle des Lösungsmittesls durch Solvatation zu
binden.
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4
3. EsterkondensatioD - Esterherstellung
Hier die bekanntesten und allgemeinsten Synthesen, allgemein deswegen, da es für spezielle
Ester auch spezielle Herstell ungsverfahren gibt.
1) Alkohol und Carbensäure:
R-OH + R-COOH ~ R-COOR + H2 0
Versuch 2: Herstellung von Essigsäureethylester
Geräte: 250 ml Rundkolben, Claisenbrücke ohne gebogenen Vorstoß, Vakuumvorstoß
gebogen, Parrafinbad, Pipette, Standzylinder, Magnetrührer mit Rührfisch
Chemikalien: Essigsäure (C, ätzend), Ethanol (F, flammbar), konz Schwefelsäure (C, ätzend),
Methylenblau, Styropor
Durchführung:
Im Rundkolben werden je 50 ml Essigsäure und Ethanol mit 10 ml Schwefelsäure zum
Sieden erhitzt. In den Vorlagekolben gibt man einige Tropfen von Methylenblau.
Ergebnis:
Nach einiger Zeit trennen sich die Phasen. Aus dem Vorlagekolben wird das Produkt (obere,
organische Phase) entnommen und löst Styropor in ihm. Der Geruch des Produktes erinnert
an Alleskleber.
Es ist Essigsäureethylester entstanden.
Dies ist ein sehr gebräuchliches Verfahren. Die Veresterung oder Esterkondensation kann
durch verschiedene Stoffe katalysiert werden. Im allgemeinen verwendet man Schwefelsäure;
möglich sind auch: Salzsäure, Chlorsulfonsäure, etc. Durch Schwefelsäure wird die
Veresterung begünstigt, da durch Protonierung der Carbonylgruppe der Carbonylkohlenstoff
positiviert wird und so ein Angriff des Alkohols erleichtert wird.
Gleichzeitig entzieht die Schwefelsäure aufgrund ihrer hykroskopischen Wirkung derl\
System Wasser, wodurch das Gleichgewicht der Reaktion zu Gunsten der Produkte
verschoben wird.
Auch Lewis-Säuren, wie z.B. BF3 können als Katalysatoren eingesetzt werden.
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5
Zum Mechanismus der säurekatalysierten Veresterung (mit primären oder sekundären
Alkoholen):
Ein Proton lagert sich an die Carbonylgruppe der Säure unter Bildung eines mesomeren
Oxoniumions bzw. Dihydroxycarbeniumion, das mit dem Alkohol unter Abspaltung eines
Protons den tetraedrischen Übergangszustand* bildet. Nach nochmaliger Protonierungspaltet
sich Wasser ab und es bildet sich ein Oxoniumion, welches unter Protonenabgabe den Ester
liefert. Durch Isotopenmarkierung mit 0 18 konnte bewiesen werden, daß das Wassermolekül
aus der OH-Gruppe des Carboxyls und dem Proton der alkoholischen OH-Gruppe entsteht.
Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei dieser Reaktion ist die Reaktion des Alkohols
mit der protonierten Säure.
Bei der Reaktion handelt es sich um einen Aac2-Mechanismus (Acylsauerstoffspaltung, säure
katalysiert, bimolekular).
"Veresterung findet so nicht statt, wenn dieser tetraedrische Übergangszustand nicht erreicht
werden kann, z.B. bei 2,4,6-Trimethylbenzoesäure.
#ß C-C-6-l!
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H~ C-C-O-H
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6
Bei der Veresterung von Carbonsäuren mit tertiären Alkoholen wird die alkoholische OHGruppe abgespalten, da durch den +I-Effekt der drei Alkylgruppen die Bildung eines
Carbeniumions begünstigt wird, das dann das SauerstotTatom der Carboxylgruppe elektrophil
angreift. Aal I-Mechanismus (monomolekulare Alkyl-SauerstofTspaltung, säurekatalysiert).
R.3C-O-H-f±zQ+ 'KWOH-"
I~
~----tf
-----~
\
,
r tf)
1( C -0 -\.- K3
.~
\
I1
\C>
Veresterungsgeschwindigkeit:
hängt von der Struktur der Alkohole und Säuren ab. Primäre Alkohole verestern schneller als
sekundäre und diese rascher als tertiäre. Innerhalb jeder Reihe fällt die Geschwindigkeit in
der Regel mit steigendem Molgewicht. Bei den Säuren reagieren die unverzweigten schneller
als die verzweigte.
Bei der Esterkondensation handelt es sich um eine Gleichgewichtsreaktion, die durch das
Massenwirkungsgesetz beschrieben werden kann:
K==[Ester] [Wasser] ( [SäufeJ [Alkoholjr l> 4
Um die Esterausbeute zu maximieren, kann man folgendes tun:
- mit einem Überschuß an Alkohol arbeiten
- die Konzentration des Wassers verringern
- Gleichgewicht gemäß dem Massenwirkungsgesetz verschieben.
Eine Möglichkeit zur höheren Ausbeute an Estern zu gelangen, ist die Herstellung von Estern
durch azeotrope Destillation, die auch in der Technik verwendet wird. Dazu wird dem
Gemisch (5. Versuch 2) ein organisches Lösungsmittel, z.B. Toluol zugefügt. Das entstehende
Wasser wird mit Hilfe des Toluols als azeotropes ternäres Gemisch von Wasser, Alkohol und
Toluol aus dem Stoffgemisch entfernt (man arbeitet mit Wasserabscheidern).
Durch Destillation wird dann der entstandene Ester von dem Lösungsmittel gereinigt.
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7
Weitere wichti2e Herstellungsmetho4en sollen noch erwähnt werden:
2) Umsetzung von Säurechloriden oder -anhydriden mit Alkohol
R'-C-X + R-ÖH
Ö
,r
-'"
_
:. R'-<;;-QR + HX
{)/
X= Cl- , R-C-OJl.~
Die Reaktion verläuft über den Addition-Eliminierungsmechanismus.
3) Umsetzung von Silbersalzen der Carbonsäuren mit Alkylhalogeniden
R-C-ÖI-Ag+ + I-R'-----.., R-C-O-R' + Ag! ~
lt -
,~
cl -
~7
4) Umesterung: Carbonsäureester mit Alkohol
R-~-Q-R' + R"-QH ~R-~-QR" + ~DH
{>/
"\(}
4. Verseifungsreaktion
Die Rückreaktion der Esterkondensation nennt man Verseifung (in Anlehnung an die
Seifenbildung aus Fetten). Die saure Esterhydrolyse bzw. die Esterhydrolyse verlaufen in
Abhängigkeit des Alkylrestes in umgekehrter Richtung wie die (säurekatalysierte)
Esterkondensation.
Eine andere Möglichkeit ist die alkalische Verseifung, die den Vorteil hat, daß der letzte
Schritt im Reaktionsmechanismus irreversibel ist, so daß die Reaktion nur in einer Richtung
verläuft..
Versuch 3: Verseifung des Oxalsäurediethylesters
Geräte: Rundkolben, Steigrohr, Siedesteinchen, Magnetrührer und Rührfisch, Paraffinbad
Chemikalien: 2 ml Oxalsäurediethylester (Xn, mindergiftig), 50 ml 5 %ige Natronlauge,
Calciumchlorid, Jod (Xn, mindergiftig)
Durchführung:
Der Ester wird mit der Lauge zum Sieden erhitzt. Bei kräftigem Sieden werden die
austretenden Alkoholdämpfe entzündet.
Nach Abbruch der Reaktion kann die Oxalsäure mittels Calciumchlorid nachgewiesen
werden. Den Alkohol kann man zusätzlich durch die Jodoformprobe nachweisen.
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Ergebnis:
Aus Oxalsäurediethylester ist Ethanol und Oxalsäure entstanden.
Zum Reaktionsmechanismus:
Die OH--Ionen greifen nucleophil am positivierten Carbonylkohlenstoffatom an. Dieser erster
Schritt ist eine Gleichgewichtsreaktion. Im nächsten Schritt wird unter Eliminierung des
Alkoholations die Säure gebildet. Da der Alkohol jedoch eine starke Base ist, wird durch eine
Säure-Base-Reaktion das Proton der Säure an den Alkohol abgegeben. Dieser Schritt ist
irreversibel und der Ester wird so vollständig verseift.
(O
0\
~
//c
/
"-
C-c o t
~~-Ol
\O-Cz.Hs
t
---~
\
e(0
-Cz tk-
+
1)\
'\
~'
10'
/
r
/
V'.C-CrG
/
'/
~,
\'
~
"et
Verseifungsgeschwindigkeit:
Die Verseifuogsgeschwindigkeit, insbesondere bei der sauren Verseifung, hängt stark von der
Konstitution sowohl der Säure- als auch der Alkoholkomponente der Ester ab. Sitzt die
Carboxylgruppe an einem sekundären oder tertiären Kohlenstoffatom, so tritt nur langsame
Verseifung ein. Die Ester sekundärer Alkohole verseifen langsamer als die primärer
Alkohole. Bemerkenswert ist die leichte säurekatalysierte Verseifbarkeit der Ester tertiärer
Alkohole.
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5. Ein spezieller Ester:
~~cetessigsäureethylester
Versuch 4: Demonstration der Keto-Enol-Tautomerie
Geräte: 600 ml Becherglas, Glasstab
Chemikalien: 2 ml Acetessigsäureethylester, 7%ige Eisen(III)chloridlösung, wäßrige
Bromlösung (C,ätzend)
Durchführung:
In einem 600 ml Becherglas werden 300 ml Wasser mit 2 ml Acetessigsäureethylester und
3 ml Eisen(III)chloridlösung gemischt. Nachdem sich die Lösung violett gefärbt hat, ist
Bromwasser hinzuzugeben, bis die Farbe in einen hellen Gelbbraunton umschlägt. Nach
einiger Zeit kehrt die violette Farbe wieder zurück, worauf erneut Bromwasserzusatz erfolgen
kann.
Ergebnis:
Beim Acetessigsäureethylester liegt eine Keto-Enol-Tautomerie vor. Die beiden tautomeren
Formen befinden sich im chemischen Gleichgewicht, wobei die Ketofonn zu ca 92?JO, die
Enolfonn zu 7,5~!() vorliegt.
H:3 C \ C/ C(tc2 <, ( / -g-Cz.,~S- -,---..Iilt..'. 1+:) C" c 'l Cu -, C / Q-cz.I-{S1I
lf
U
f/
Kef() - i=Ovm
I
~,- H-
11
\0/
EV'\ 0 L- +c1v'tY)
EnoJe bilden ähnlich den Phenolen mit Eisen(III)chlorid farbige Komplexverbindungen.
Darauf ist die Violettfärbung im Experiment zurückzuführen.
-H +
--7>
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Beim Zusatz von Bromwasserwird Brom an die aktive Doppelbindung in dem Moleküle des
Enols addiert, wobei zuerst eine instabile Dibromverbindung entsteht, die unter Abspaltung
von Bromwasserstoffin eine Monobromverbindung übergeht.
Durch die Addition von Brom wird die Enolfonn quantitativ umgesetzt, erkennbar am
Verschwinden der violetten Färbung, auftreten einer gelbbraunen Färbung.
Nach kurzer Zeit bildet sich aufgrund des Keto-Enol-Gleichgewichts erneut Enol, wodurch
die Violettfärbung wieder auftritt.
Es kann also solange Bromwasser hinzugegeben werden bis sich die gesamte Ketofonn in die
Enolform des Acetessigsäureethylestersumgewandelt hat.
Reaktionsmechanismus: Elektrophile Addition
.1(
I
!Je-cf
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I
c-
H-
+,~-~
CJl-t
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I/C--H
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11
6. Verwendung von Estern
Ester finden vielfach Anwendung:
- als Arzneimittel, z.B Herstellung von Acetylsalicylat (Aspirin) oder Isoamylnitrit -wird als
Coronar- und Vasodilatator (gefäßerweiternd) zum Lösen von Krampfzuständen eingesetzt,
Glycerinnitrit hat die gleiche Wirkung und wird bei Asthma, Angina pectoris,
Herzinsuffizienz und Arterienverkalkung verwendet
- als Weichmacher, z.B. Phthalsäuredieethylster, aliphatische Dicarbonsäureester,
Fettsäureester und Citronensäureester
- als Emulgatoren, Konservierungsstoffe, in Haushaltsreinigem, in Whisky
.:als Kunststoff, z.B.Polyester, Plexiglas (Polymerisation von Metharcrylsäuremethylester). In
der Natur kommt ebenfalls ein Polyester vor, denn Bernstein ist der Polyester der
Diabietinolsäure mit ihren Vor- und Abbaustufen. Weiter sind zu nennen Acetatseide und
Cellophanfolien.
- als Aroma- und Duftstoff, meist die aliphatischen Ester der geradkettigen ( und einiger
verzweigter) aliphatischen Säuren tragen in fast allen Früchterrund in vielen
Nahrungsmitteln zum Aroma bei. In der Parfümerie werden vorwiegend Acetate für
Fruchtnoten verwendet.
- als Lösungsmittel, z.B. Essigsäureethylester, Ethyllactat
a) Aroma- und Duftstoffe
Durch unterschiedliche Kombination von Carbonsäuren und Alkoholen, erhält man eine Fülle
von verschiedenen Duftnuancen. Hier nur eine Auswahl von den uns bekannten Estern:
Ester
Amylacetat
lsoamylisovalerat
Salicylsäuremethylester
~thrarrilsäure~e~ylester
Buttersäureethylester
Ameisensäureethylester
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Aroma
Birnenaroma
Bananenaroma
Wintergrünöl
Orangenblütenduft
Ananasgeruch
Rumaroma
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Versuch 5: Herstellung von Wintergrünöl
Geräte: Reagenzglas, Becherglas, Magnetrührer, Rührfisch
Chemikalien: 1 ml Methanol (F, flamrnbar; T, toxisch), I ml konz. Schwefelsäure (C,ätzend),
Spatelspitze Salicylsäure (Xn, mindergiftig)
Durchführung:
Die Saficylsäure gibt man mit dem Methanol und der Schwefelsäure in ein Reagenzglas und "
erwärmt es in einem Wasserbad.
Dann gießt man das Gemisch in ein Becherglas mit Wasser => Geruch nach Wintergrünöl
Reaktionsgleichung:
Salicylsäuremethylester
Der Reaktionsmechanismus ist der der Esterkondensation.
Wintergrünöl ist in der Passionsblume vorhanden und wird in der Kosmetik z.B. bei
Mundwässern benutzt.
b) Polymere Ester - Verwendung als Fasern in der Bekleidungsindustrie und als Kunststoff
Hier seien als Beispiel die Polyester herausgegriffen, die auch in unterschiedlichen Gebieten
Einsatz finden:
Man kann unterscheiden zwischen
• gesättigten Polyestern, diese werden verwendet als Chemiefaserstoffe, Folien, Formmassen,
usw.
Beispiel Chemiefaserstoffe:
- Chemiefasern als abgewandelte Naturfasern, z.B. Acetatfasern: CA: Celluloseacetat ist der
Ester der Essigsäure mit freien Hydroxygruppen der Cellulose. Herstellung: Zellstoff wird mit
einem Gemisch von Essigsäure und Essigsäureanhydrid zur Reaktion gebracht
- Chemiefasern als synthetische Monomeren, Synthesefasern: z.B. Polyesterfasern (PES):
Polykondensation von Diolen und Dicarbonsäurederivaten.
• ungesättigten Polyestern; finden Verwendung als Gießharze, glasfaserverstärkt werden sie
eingesetzt für Schutzhelme, Gartenmöbel, usw.
• Alkydharzen (drei- und mehrwertige Alkohole und Dicarbonsäuren, evt. Zusatz von
Fettsäuren; verwendet werden diese in der Lackindustrie
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Zu den Polyestern gehören z.B. auch die Polycarbonate (Polyester der Kohlensäure), die für'
Mehrweg-Getränkeflaschen und Compactdiscs verwendet werden.
Polyester recyclebar??
Man hat Ideen: 25 PET (Polyethenterephthalat )- Flaschen werden für einen Faserpelz
benötigt!
Darstellung:
Die zwei allgemeinsten Verfahren zur Herstellung von Polyestern ist die Polykondensation
und die Ringöffnung von Lactonen.
Um das Phänomen der Polykondensation zu zeigen, hier einen Versuch zur Herstellung von
Polyestern. Es wurden Chemikalien nicht nach ihrem Verwendungsgrad, sondern nach der
Geschwindigkeit der Kondensation ausgesucht.
Versuch 6: HersteHung eines Polyesters durch Polykondensation
Geräte: Reagenzglas, Bunsenbrenner
Chemikalien: DIL-Hydroxybemsteinsäure (DIL-Äpfelsäure), Glycerin
Durchführung:
Man gibt die Säure und den Alkohol zusammen und erhitzt sie in rauschender Flamme.
Innerhalb von 2-5 Minuten wird die klare Lösung dickflüssig. Erhitzt man weiter, so wird die
Kondensation vollständig, das Produkt jedoch hart.
Durch Zusätze von Fettsäuren bleibt der Kunststoff elastisch. In der Industrie werden nach
Eigenschaften des Kunststoffes noch weitere Zusätze verwendet.
Reaktionsgleichung:
{veve-LV1g&(~t)
--.
~o-c­
/0"
'/"0\
(I"
H-O- C- C -eH -
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C-OH
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I
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-0 l-I (. ~ ·
-C-OH ·
14
c) Lösungsmittel - Ethyllactat
Eine Vielzahl von Lösungsmitteln muß nach neueren Erkenntnissen als umweltschädlich und
toxikologisch bedenklich eingestuft werden. Hierzu zählen inzwischen alle halogenierten
Kohlenwasserstoffe, di~FCKW und aromatische Lösungsmittel wie Toluol und Xylol. Diese
Lösungsmittel wurden in Industrie und Handwerk in erheblichem Umfang zum Entfetten, als
Verdünner oder als Lacldösemittel verwendet.
Auch in der Schule dürfen diese Lösungsmittel nicht mehr eingesetzt werden. S-Ethyllactat
bietet hier Alternativen.
Ethyllactat ist zwar brennbar, aber aufgrund seiner hohen Siedetemperatur von 154°C und des
Flammpunktes von 54"C nicht unmittelbar feuergefährlich. Es ist unbegrenzt wasserlöslich,
biologisch abbaubar und besitzt eine geringe Toxizität. Als hervorragendes Lösungsmittel für
eine Vielzahl von Harzen ersetzt es aufgrund seiner günstigen Eigenschaften eine Reihe von
Problemstoffen in der Industrie, aber auch in der Schule kann es sinnvoll eingesetzt werden.
Versuch 7: Löslichkeit und Bildung von monoklinem Schwefel
Geräte: Reagenzglas, Bunsenbrenner, Mikroskop
Chemikalien: Schwefel, S-Ethyllactat
Durchführung:
Schwefel wird in der Hitze in Ethyllactat gelöst und zum Auskristallisieren ca. lh ruhig
stehengelassen.
Ergebnis: Man erkennt stäbchenförmige Kristalle.
Die eigentliche kristalline Form des Schwefels ist die rhombische. Bei 95,6°e wandelt sich
der u- Schwefel reversibel in den monoklinen ß- Schwefel um.
"'"""'"
(0 ~
_
~C -
Q- CL HS-
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HO-c-H1
CHj
L-
C+) - ~'~{C~~gMl/e.e-f-~<j1 eS{e1l'
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(,$- l;+l1'jllac.'Ot{ )
15
B. ~~NORGANISCHE ESTER
Die Ester anorganischer Säuren sollen hier nur kurz aufgeführt werden:
Allgemeine Reaktion: ROH + HX ---> R-X +H20
ROH + HO-S03H ---> RO-S03 H + H20
Während bei der Umsetzung von Alkoholen mit Halogenwasserstoffsäuren zu
AlkylhaJogeniden die OH- Gruppe des Alkohols abgespalten wird umd mit dem Proton der
Säure Wasser bildet, kann bei den Sauerstoffsäuren die Wasserbildung auch aus der OHGruppe der Säure und dem Proton des Alkohols erfolgen.
a) Ester der Schwefelsäure (Alkylsuffate)
- saure Ester: z.B. Ethylschwefelsäure (Ethylhydrogensulfat)
- neutrale Ester z.B. Dirnethylsulfat =>Methylierungsmittel, Diethylsulfat
=> Verwendung als Tenside.
b) Ester der Salpetersäure
- aus Alkohol und konz. Salpetersäure
=> technisch wichtig: Nitroglycerin, Nitrocellulose (Schießbaumwolle)
c) Ester der Phosphorsäure
- neutrale Phosphorsäureester ( aus Phosphorchloridoxid und dem betreffenden Alkohol)
=> Trikresylphosphat als Weichmacher für PVC-Plaste und Nitrocellulose
=-> als Insektizid und Kampfstoff
d) Ester der Borsäure
- aus Borsäureanhydrid und MethanolJEthanol entsteht der flüchtige Borsäure(m)ethylester
=> zum analytischen Nachweis
e) Ester der Halogensäuren
- aus Alkohol und Phosphorhalogeniden
- aus Alkohol und Halogensäure
=> als Ausgangststoffe für die Herstellung organischer Stoffklassen, Methylierungsmittel,
Ethylchlorid: Vereisung
Die Reaktion verläuft nach dem Mechanismus der Esterkondensation, so daß man die
Alkylhalogenide auch als Ester der Halogenwasserstoffsäuren auffassen kann.
Versuch 8: Herstellung des Triethylborsäureesters
Geräte: Porzellanschale, Bunsenbrenner, Glasstab
Chemikalien: Borsäure, Ethanol (F, flammbar), konz Schwefelsäure (C, ätzend)
Durchflihrung:
In die Porzellanschale gibt man ca. 3 ml Ethanol und 3 ml Schwefelsäure und fügt einige
Spatelspiten Borsäure hinzu. Das Gemisch entzündet man mit dem Bunsenbrenner. Die
Lösung verbrennt mit einer gelb-grünen Flammenfärbung.
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16
Mit Methanol als Alkoholkomponente ist die grüne Flammenfärbung intensiver. Aus
gesundheitlichen Gründen wurde jedoch darauf verzichtet.
Reaktion:
+
-0 -
/~
I
CH Z - ( H3
~- (5 - CHz. -Ct-JJ
\-Q. - CH- l - C "s
'Bov-SCtU ve. tvie+l1 jl e.S{( o>
Der Reaktionsmechanismus verläuft entsprechend der Esterkondensation.
Der flüchtige Borsäuretriethylester verursacht die grüne Flammenfärbung aufgrund der
sekundären Bildung von angeregten B203-Molekülen.
2 B(OC2H5)3 (g) + 9 02 (g) ------> B203 + 6 C02 (g) + 9 H20
B203 (g) -------> B203 (g) * ------> 8203 (g)
Den Versuch kann man auch mit Erlenmeyerkolben, Steigrohr und Bunsenbrenner
durchführen, wobei das Gemisch im Erlenmeyerkolben zum Sieden erhitzt wird
(Siedesteinchen'), und die Dämpfe dann entzündet werden. Mit dem Bunsenbrenner ist
jedoch die Flammengröße schlecht zu regulieren. Man darf auch nicht zu wenig erhitzen, da
sonst die Flamme durch den Unterdruck in das Reaktionsgemisch hineingezogen werden
kann.
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17
Literaturverzeichnis:
1) K. Peter, C. Vollhardt
Organische Chemie, 1. Auflage 1988~ VCH Verlagsgesellschaft mbH
2) Morrisonl Boyd
Lehrbuch der Organischen Chemie, 3. Auflage 1986
3) Beyer/ Walter
Lehrbuch der Organischen Chemie, 22. Auflage 1991 ~ S. Hirzel Verlag Stuttgart
4) Christen! Vögtle
Organische Chemie Band 1,2. Auflage 1992~ SaIle und Sauerländer
5) P. Sykes
Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie, 9. Auflage 1988~ VCH
VerlagsgeselIschaft mbH
6) Organikum, Organisch chemisches Grundpraktikum
2. berichtigter Nachdruck der 15. Auflage; VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften
7) Schröter, Lautenschläger, Bibrack
Taschenbuch der Chemie; 14. Auflage 1990~ Verlag Harri Deutsch Thun und Frankfurt
8) Falbe, Regnitz
Römpp Chemie Lexikon; 9. Auflage 1992; Thieme Verlag Stuttgart
9) J ust und Hradetzki
Chemische Schulexperimente, Band 4; Verlag HaITi Deutsch, Frankfurt 1978
10) Nöding, Flohr
Methodik, Didaktik und Praxis des Chemieunterrichtes
11) Bukatsch, Glöckner
Experimentelle Schulchemie V; Aulius Verlag, Köln 1974
12) Praxis der Naturwissenschaften
Heft 3/42, Jahrgang 1993, Ester
13) Roesky, Möchel
Chemische Kabinettstücke; VCH Verlagsgesellschaft mbH
Chemie in der Schule: www.chids.de