Properti ini tidak khas untuk ester. Ester dan strukturnya. Apa yang kami pelajari

Jika asam awalnya adalah polibasa, maka pembentukan ester penuh dimungkinkan - semua gugus H2O diganti, atau ester asam - substitusi parsial. Untuk asam monobasa, hanya ester penuh yang mungkin terjadi (Gbr. 1).

Beras. 1. CONTOH ESTER berdasarkan asam anorganik dan karboksilat

Tata nama ester.

Namanya dibuat sebagai berikut: pertama ditunjukkan gugus R yang terikat pada asam, kemudian nama asam dengan akhiran “at” (seperti pada nama garam anorganik: karbon pada natrium, nitrat pada kromium). Contoh pada Gambar. 2

Beras. 2. NAMA-NAMA ESTER. Fragmen molekul dan fragmen nama yang sesuai disorot dengan warna yang sama. Ester biasanya dianggap sebagai produk reaksi antara asam dan alkohol; misalnya, butil propionat dapat dianggap sebagai hasil reaksi antara asam propionat dan butanol.

Jika Anda menggunakan sepele ( cm. NAMA ZAT TRIVIAL) nama asam awalnya, maka nama senyawanya mengandung kata “ester”, misalnya C 3 H 7 COOC 5 H 11 - amil ester dari asam butirat.

Klasifikasi dan komposisi ester.

Di antara ester yang dipelajari dan digunakan secara luas, sebagian besar merupakan senyawa turunan asam karboksilat. Ester yang berbahan dasar asam mineral (anorganik) tidak begitu beragam, karena golongan asam mineral lebih sedikit jumlahnya dibandingkan asam karboksilat (keragaman senyawa merupakan salah satu ciri kimia organik).

Jika jumlah atom C dalam asam karboksilat dan alkohol asli tidak melebihi 6–8, ester yang bersangkutan adalah cairan berminyak tidak berwarna, paling sering berbau buah. Mereka membentuk sekelompok ester buah. Jika alkohol aromatik (mengandung inti aromatik) terlibat dalam pembentukan ester, maka senyawa tersebut biasanya memiliki bau bunga daripada buah. Semua senyawa dalam kelompok ini praktis tidak larut dalam air, tetapi mudah larut dalam sebagian besar pelarut organik. Senyawa-senyawa ini menarik karena mempunyai aroma yang menyenangkan (Tabel 1); beberapa di antaranya pertama kali diisolasi dari tanaman dan kemudian disintesis secara artifisial.

Ketika ukuran gugus organik yang termasuk dalam ester meningkat menjadi C 15–30, senyawa tersebut memperoleh konsistensi seperti zat plastik yang mudah dilunakkan. Kelompok ini disebut lilin; biasanya tidak berbau. Lilin lebah mengandung campuran berbagai ester; salah satu komponen lilin yang diisolasi dan ditentukan komposisinya adalah mirisil ester asam palmitat C 15 H 31 COOC 31 H 63. Lilin Cina (produk ekskresi cochineal - serangga Asia Timur) mengandung ceryl ester dari asam cerotic C 25 H 51 COOC 26 H 53. Selain itu, lilin juga mengandung asam karboksilat bebas dan alkohol yang termasuk golongan organik besar. Lilin tidak dibasahi oleh air dan larut dalam bensin, kloroform, dan benzena.

Kelompok ketiga adalah lemak. Berbeda dengan dua kelompok sebelumnya berdasarkan alkohol monohidrat ROH, semua lemak adalah ester yang terbentuk dari alkohol trihidrat gliserol HOCH 2 – CH (OH) – CH 2 OH. Asam karboksilat yang menyusun lemak biasanya memiliki rantai hidrokarbon dengan 9–19 atom karbon. Lemak hewani (mentega sapi, domba, lemak babi) adalah zat plastik yang dapat melebur. Lemak nabati (zaitun, biji kapas, minyak bunga matahari) adalah cairan kental. Lemak hewani terutama terdiri dari campuran gliserida asam stearat dan palmitat (Gbr. 3A, B). Minyak nabati mengandung gliserida asam dengan panjang rantai karbon sedikit lebih pendek: laurat C 11 H 23 COOH dan miristat C 13 H 27 COOH. (seperti asam stearat dan palmitat, ini adalah asam jenuh). Minyak tersebut dapat disimpan di udara untuk waktu yang lama tanpa mengubah konsistensinya, oleh karena itu disebut tidak mengering. Sebaliknya, minyak biji rami mengandung gliserida asam linoleat tak jenuh (Gambar 3B). Ketika diaplikasikan dalam lapisan tipis ke permukaan, minyak tersebut mengering di bawah pengaruh oksigen atmosfer selama polimerisasi sepanjang ikatan rangkap, dan lapisan elastis terbentuk yang tidak larut dalam air dan pelarut organik. Minyak pengering alami terbuat dari minyak biji rami.

Beras. 3. GLISERIDA ASAM STEARAT DAN PALMITAT (A DAN B)– komponen lemak hewani. Gliserida asam linoleat (B) adalah komponen minyak biji rami.

Ester asam mineral (alkil sulfat, alkil borat yang mengandung fragmen alkohol rendah C 1–8) adalah cairan berminyak, ester dari alkohol tinggi (mulai dari C 9) adalah senyawa padat.

Sifat kimia ester.

Karakteristik yang paling khas dari ester asam karboksilat adalah pembelahan ikatan ester secara hidrolitik (di bawah pengaruh air); dalam lingkungan netral ia berlangsung lambat dan terasa dipercepat dengan adanya asam atau basa, karena Ion H + dan H O – mengkatalisis proses ini (Gbr. 4A), dan ion hidroksil bekerja lebih efisien. Hidrolisis dengan adanya basa disebut saponifikasi. Jika Anda mengambil sejumlah alkali yang cukup untuk menetralkan semua asam yang terbentuk, maka terjadi saponifikasi lengkap ester. Proses ini dilakukan pada skala industri, dan gliserin serta asam karboksilat lebih tinggi (C 15–19) diperoleh dalam bentuk garam. logam alkali, mewakili sabun (Gbr. 4B). Fragmen asam tak jenuh yang terkandung dalam minyak nabati, seperti senyawa tak jenuh lainnya, dapat dihidrogenasi, hidrogen terikat pada ikatan rangkap dan terbentuk senyawa yang mirip dengan lemak hewani (Gbr. 4B). Dengan menggunakan metode ini, lemak padat diproduksi secara industri berdasarkan minyak bunga matahari, kedelai atau jagung. Dari produk hidrogenasi minyak nabati yang dicampur dengan lemak hewani alami dan berbagai macamnya aditif makanan, buat margarin.

Metode sintesis utama adalah interaksi asam karboksilat dan alkohol, dikatalisis oleh asam dan disertai pelepasan air. Reaksi ini berkebalikan dengan reaksi yang ditunjukkan pada Gambar. 3A. Agar proses dapat berjalan ke arah yang diinginkan (sintesis ester), air disuling (distilasi) dari campuran reaksi. Melalui penelitian khusus dengan menggunakan atom berlabel, dimungkinkan untuk menetapkan bahwa selama proses sintesis, atom O, yang merupakan bagian dari air yang dihasilkan, terlepas dari asam (ditandai dengan bingkai titik-titik merah), dan bukan dari alkohol ( opsi yang belum direalisasi disorot dengan bingkai bertitik biru).

Ester dibuat menggunakan skema yang sama asam anorganik, misalnya, nitrogliserin (Gbr. 5B). Alih-alih asam, asam klorida dapat digunakan; metode ini dapat diterapkan untuk asam karboksilat (Gambar 5C) dan asam anorganik (Gambar 5D).

Interaksi garam asam karboksilat dengan RCl halida juga menghasilkan ester (Gbr. 5D); reaksi ini mudah dilakukan karena tidak dapat diubah - garam anorganik yang dilepaskan segera dikeluarkan dari media reaksi organik dalam bentuk endapan.

Penggunaan ester.

Etil format HCOOC 2 H 5 dan etil asetat H 3 COOC 2 H 5 digunakan sebagai pelarut pernis selulosa (berdasarkan nitroselulosa dan selulosa asetat).

Ester berdasarkan alkohol dan asam rendah (Tabel 1) digunakan dalam Industri makanan saat membuat esens buah, dan ester berdasarkan alkohol aromatik - di industri parfum.

Pemoles, pelumas, komposisi impregnasi untuk kertas (kertas lilin) ​​dan kulit dibuat dari lilin, juga termasuk dalam krim kosmetik dan salep obat.

Lemak, bersama dengan karbohidrat dan protein, merupakan seperangkat makanan yang diperlukan untuk nutrisi; mereka adalah bagian dari semua sel tumbuhan dan hewan; selain itu, ketika terakumulasi di dalam tubuh, mereka berperan sebagai cadangan energi. Karena konduktivitas termalnya yang rendah, lapisan lemak melindungi hewan (terutama hewan laut - paus atau walrus) dengan baik dari hipotermia.

Lemak hewani dan nabati merupakan bahan mentah untuk produksi asam karboksilat yang lebih tinggi, deterjen dan gliserin (Gbr. 4), digunakan dalam industri kosmetik dan sebagai komponen berbagai pelumas.

Nitrogliserin (Gbr. 4) adalah obat terkenal dan eksplosif, dasar dinamit.

Minyak pengering dibuat dari minyak nabati (Gbr. 3), yang menjadi dasar cat minyak.

Ester asam sulfat (Gbr. 2) digunakan dalam sintesis organik sebagai reagen alkilasi (memasukkan gugus alkil ke dalam senyawa), dan ester asam fosfat(Gbr. 5) - sebagai insektisida, serta bahan tambahan pada minyak pelumas.

Mikhail Levitsky

Ketika asam karboksilat bereaksi dengan alkohol (reaksi esterifikasi), mereka terbentuk ester:
R 1 -COOH (asam) + R 2 -OH (alkohol) ↔ R 1 -COOR 2 (ester) + H 2 O
Reaksi ini bersifat reversibel. Produk reaksi dapat berinteraksi satu sama lain untuk membentuk bahan awal - alkohol dan asam. Jadi, reaksi ester dengan air—hidrolisis ester—merupakan kebalikan dari reaksi esterifikasi. Kesetimbangan kimia, yang terjadi ketika laju reaksi langsung (esterifikasi) dan reaksi balik (hidrolisis) sama, dapat dialihkan ke arah pembentukan ester dengan adanya zat penghilang air.

Ester di alam dan teknologi

Ester tersebar luas di alam dan digunakan dalam teknologi dan berbagai industri. Mereka adalah pelarut yang baik bahan organik, massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air, dan praktis tidak larut di dalamnya. Jadi, ester dengan berat molekul yang relatif kecil merupakan cairan yang mudah terbakar dengan titik didih rendah dan memiliki bau berbagai buah-buahan. Mereka digunakan sebagai pelarut untuk pernis dan cat, dan sebagai bahan penyedap produk dalam industri makanan. Misalnya metil ester asam butirat mempunyai bau apel, etanol asam ini - bau nanas, isobutil eter asam asetat– aroma pisang:
C 3 H 7 -COO-CH 3 (metil ester asam butirat);
C 3 H 7 -COO-C 2 H 5 (etil butirat);
CH 3 -COO-CH 2 -CH 2 (isobutil asetat)
Ester dari asam karboksilat yang lebih tinggi dan alkohol monobasa yang lebih tinggi disebut lilin. Jadi, lilin lebah terutama terdiri dari ester asam palmitat dari mirisil alkohol C 15 H 31 COOC 31 H 63; lilin paus sperma – spermaceti – ester dari asam palmitat dan setil alkohol yang sama C 15 H 31 COOC 16 H 33

Ester– turunan fungsional asam karboksilat,
dalam molekul di mana gugus hidroksil (-OH) digantikan oleh residu alkohol (-OR)

Ester asam karboksilat – senyawa dengan rumus umum

R-COOR",dimana R dan R" adalah radikal hidrokarbon.

Ester asam karboksilat monobasa jenuh mempunyai rumus umum:

Properti fisik:

Cairan yang mudah menguap dan tidak berwarna

· Sulit larut dalam air

· Paling sering dengan bau yang menyenangkan

Lebih ringan dari air

Ester ditemukan dalam bunga, buah-buahan, dan beri. Mereka menentukan bau spesifiknya.
Adalah bagian yang tidak terpisahkan minyak esensial(sekitar 3000 e.m. diketahui - jeruk, lavender, mawar, dll.)

Ester dari asam karboksilat rendah dan alkohol monohidrat rendah memiliki aroma bunga, beri, dan buah-buahan yang menyenangkan. Ester dari asam monobasa yang lebih tinggi dan alkohol monohidrat yang lebih tinggi adalah dasar dari lilin alami. Misalnya, lilin lebah mengandung ester asam palmitat dan mirikil alkohol (mirikil palmitat):

CH 3 (CH 2) 14 –CO–O–(CH 2) 29 CH 3

Nama pendek ester didasarkan pada nama radikal (R") pada residu alkohol dan nama gugus RCOO pada residu asam. Misalnya asam etil asetat CH 3 COO C 2 H 5 ditelepon etil asetat.

Aplikasi

· Sebagai pengharum dan penambah bau pada industri makanan dan wewangian (produksi sabun, parfum, krim);

· Dalam produksi plastik dan karet sebagai pemlastis.

Pemlastis – zat yang dimasukkan ke dalam komposisi bahan polimer untuk memberikan (atau meningkatkan) elastisitas dan (atau) plastisitas selama pemrosesan dan pengoperasian.

Aplikasi dalam pengobatan

DI DALAM akhir XIX- pada awal abad kedua puluh, ketika sintesis organik mengambil langkah pertama, banyak ester disintesis dan diuji oleh para ahli farmakologi. Mereka menjadi dasar obat-obatan seperti salol, validol, dll. Metil salisilat banyak digunakan sebagai iritan dan analgesik lokal, yang kini telah digantikan oleh obat-obatan yang lebih efektif.

Persiapan ester

Ester dapat diperoleh dengan mereaksikan asam karboksilat dengan alkohol ( reaksi esterifikasi). Katalisnya adalah asam mineral.

Video “Persiapan etil asetil eter”

Video “Persiapan boronetil eter”

Reaksi esterifikasi dengan katalisis asam bersifat reversibel. Proses sebaliknya - pembelahan ester di bawah aksi air untuk membentuk asam karboksilat dan alkohol - disebut hidrolisis ester.

RCOOR" + H2O (H+)↔ RCOOH + R"OH

Hidrolisis dengan adanya alkali bersifat ireversibel (karena anion karboksilat RCOO bermuatan negatif yang dihasilkan tidak bereaksi dengan reagen nukleofilik - alkohol).

Reaksi ini disebut saponifikasi ester(dengan analogi dengan hidrolisis basa ikatan ester dalam lemak dalam produksi sabun).

Ester biasa disebut senyawa yang diperoleh melalui reaksi esterifikasi dari asam karboksilat. Dalam hal ini, OH- dari gugus karboksil digantikan oleh radikal alkoksi. Akibatnya terbentuklah ester yang rumus umumnya ditulis R-COO-R."

Struktur gugus ester

Polaritas ikatan kimia dalam molekul ester mirip dengan polaritas ikatan dalam asam karboksilat. Perbedaan utamanya adalah tidak adanya atom hidrogen yang bergerak, yang menggantikan residu hidrokarbon. Pada saat yang sama, pusat elektrofilik terletak pada atom karbon gugus ester. Tetapi atom karbon dari gugus alkil yang terikat padanya juga terpolarisasi positif.

Elektrofilisitas, dan sifat kimia ester, ditentukan oleh struktur residu hidrokarbon yang menggantikan atom H dalam gugus karboksil. Jika radikal hidrokarbon membentuk sistem terkonjugasi dengan atom oksigen, maka reaktivitas meningkat secara nyata. Hal ini terjadi, misalnya, pada ester akrilik dan vinil.

Properti fisik

Kebanyakan ester berbentuk cair atau zat kristal dengan aroma yang menyenangkan. Titik didihnya biasanya lebih rendah dibandingkan asam karboksilat dengan berat molekul serupa. Hal ini menegaskan penurunan interaksi antarmolekul, dan hal ini, pada gilirannya, dijelaskan oleh tidak adanya ikatan hidrogen antara molekul-molekul tetangga.

Namun, seperti halnya sifat kimia ester, sifat fisiknya bergantung pada ciri struktural molekulnya. Lebih tepatnya, pada jenis alkohol dan asam karboksilat yang membentuknya. Atas dasar ini, ester dibagi menjadi tiga kelompok utama:

1. Ester buah. Mereka terbentuk dari asam karboksilat rendah dan alkohol monohidrat yang sama. Cairan dengan aroma khas bunga dan buah yang menyenangkan.
2. Lilin. Mereka adalah turunan dari asam dan alkohol yang lebih tinggi (jumlah atom karbon dari 15 hingga 30), memiliki satu kelompok fungsional. Ini adalah bahan plastik yang mudah melunak di tangan Anda. Komponen utama lilin lebah adalah myricyl palmitate C 15 H 31 COOC 31 H 63, dan yang Cina adalah cerotic acid ester C 25 H 51 COOC 26 H 53. Mereka tidak larut dalam air, tetapi larut dalam kloroform dan benzena.
3. lemak. Terbentuk dari gliserol dan asam karboksilat sedang dan tinggi. Lemak hewani biasanya berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi mudah meleleh saat suhu naik (mentega, lemak babi, dll.). Lemak nabati berbentuk cair (minyak biji rami, zaitun, kedelai). Perbedaan mendasar struktur kedua golongan ini yang mempengaruhi perbedaan sifat fisik dan kimia ester adalah ada tidaknya ikatan rangkap pada residu asam. Lemak hewani adalah gliserida dari asam karboksilat tak jenuh, dan lemak nabati adalah asam jenuh.

Sifat kimia

Ester bereaksi dengan nukleofil, menghasilkan substitusi gugus alkoksi dan asilasi (atau alkilasi) zat nukleofilik. Jika di Formula struktural ester mempunyai atom α-hidrogen, maka kondensasi ester dapat terjadi.

1. Hidrolisis. Hidrolisis asam dan basa dimungkinkan, yang merupakan reaksi kebalikan dari esterifikasi. Dalam kasus pertama, hidrolisis bersifat reversibel, dan asam bertindak sebagai katalis:

R-COO-R" + H 2 O<―>R-COO-H + R"-OH

Hidrolisis basa bersifat ireversibel dan biasanya disebut saponifikasi, dan garam natrium dan kalium dari asam lemak karboksilat disebut sabun:

R-COO-R" + NaOH ―> R-COO-Na + R"-OΗ

2. Amonolisis. Amonia dapat bertindak sebagai agen nukleofilik:

R-COO-R" + NH 3 ―> R-CO-NH 2 + R"-OH

3. Transesterifikasi. Sifat kimia ester ini juga dapat dikaitkan dengan metode pembuatannya. Di bawah pengaruh alkohol dengan adanya H + atau OH -, radikal hidrokarbon yang terikat dengan oksigen dapat diganti:

R-COO-R" + R""-OH ―> R-COO-R"" + R"-OH

4. Reduksi dengan hidrogen menyebabkan pembentukan molekul dari dua alkohol berbeda:

R-СО-OR" + LiAlH 4 ―> R-СΗ 2 -ОХ + R"OH

5. Pembakaran adalah reaksi khas lainnya untuk ester:

2CΗ 3 -COO-CΗ 3 + 7O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O

6. Hidrogenasi. Jika terdapat banyak ikatan dalam rantai hidrokarbon suatu molekul eter, maka penambahan molekul hidrogen dimungkinkan di sepanjang rantai tersebut, yang terjadi dengan adanya platina atau katalis lainnya. Misalnya, lemak terhidrogenasi padat (margarin) dapat diperoleh dari minyak.

Penerapan ester

Ester dan turunannya digunakan di berbagai industri. Banyak dari mereka larut dengan baik senyawa organik, digunakan dalam wewangian dan industri makanan untuk memproduksi polimer dan serat poliester.

Etil asetat. Digunakan sebagai pelarut untuk nitroselulosa, selulosa asetat dan polimer lainnya, untuk pembuatan dan pembubaran pernis. Karena aromanya yang menyenangkan, digunakan dalam industri makanan dan wewangian.

Butil asetat. Juga digunakan sebagai pelarut, tetapi juga resin poliester.

Vinil asetat (CH 3 -COO-CH=CH 2). Ini digunakan sebagai dasar polimer yang diperlukan dalam pembuatan lem, pernis, serat sintetis dan film.

eter malonik. Karena sifat kimianya yang khusus, ester ini banyak digunakan dalam sintesis kimia untuk produksi asam karboksilat, senyawa heterosiklik, dan asam aminokarboksilat.

Phthalate. Ester asam ftalat digunakan sebagai aditif plastisisasi untuk polimer dan karet sintetis, dan dioktil ftalat juga digunakan sebagai penolak.

Metil akrilat dan metil metakrilat. Mereka dengan mudah berpolimerisasi membentuk lembaran kaca organik yang tahan terhadap berbagai pengaruh.