Przeczytaj

bg‑azure

Budowa estrów

EstryestryEstry należą do grupy związków organicznych. Powstają w wyniku reakcji kondensacjireakcja kondensacjireakcji kondensacji kwasów z alkoholami lub fenolami. Ich wzór ogólny to $R_{1} {COOR}_{2}$ .

RMCjVYnnGEYa8

Ilustracja przedstawiająca wzór ogólny estrów, który to zbudowany jest z grupy R1 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z pierwszym atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu podstawionym grupą R2. — gdzie:
$R_{1}$ – grupa węglowodorowa pochodząca od kwasu karboksylowego;
$R_{2}$ – grupa węglowodorowa pochodząca od alkoholu lub fenolu. Grupa funkcyjna nosi nazwę grupy estrowej $— COO —$ .
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1Sp7SJY3pU01

Ilustracja przedstawiająca wzór szkieletowy octanu metylu, który to zbudowany jest z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z pierwszym atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu podstawionym grupą metylową CH3. — W związkach chemicznych, zaliczanych do estrów, występuje grupa funkcyjna zwana grupą estrową $— COO —$ .
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑azure

Estryfikacja

Reakcję chemiczną, podczas której powstają estry, nazywamy estryfikacjąestryfikacjaestryfikacją. Substratami są kwas i alkohol (lub fenol), a produktami ester i woda. Reakcja przebiega w obecności stężonego kwasu siarkowego( $VI$ ), umożliwiającego przebieg reakcji.

RVBciiFdwgkzl1

Ogólny schemat równania reakcji estryfikacji

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑azure

Równowaga chemiczna

W układzie chemicznym nie zachodzą makroskopowo żadne zmiany. Jest to stan, w którym prędkość estryfikacji jest równa prędkości reakcji do niej odwrotnej – hydroliziehydrolizahydrolizie estrów. Produkty i substraty są wtedy w równowadze.

kwas karboksylowy + alkohol ⇄_{hydroliza}^{estryfikacja} ester + woda

bg‑azure

Stała równowagi K dla estryfikacji

Jeśli ogólne równanie reakcji estryfikacji zapisuje się:

R_{1} COOH + R_{2} OH \overset{H_{3} O^{+}}{⇄} R_{1} {COOR}_{2} + H_{2} O

to stała równowagi wynika wówczas ze stężenia reagentów w stanie równowagi. W przypadku estryfikacji stała równowagi ma postać:

K = \frac{[R_{1} {COOR}_{2}] [H_{2} O]}{[R_{1} COOH] [R_{2} OH]}

bg‑azure

Jakie czynniki wpływają na stan równowagi estryfikacji?

R1AxA7USAvMQ81

Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

bg‑azure

Sposoby przesuwania równowagi w kierunku produktów

Estryfikacja jest bardziej efektywna, jeśli:

zastosuje się nadmiar jednego z substratów;
odbiera się ze środowiska reakcji tworzący się ester;
odbiera się ze środowiska reakcji tworzącą się wodę.

RNTBEUkwMQFEY

Na zdjęciu są koncentryczne okręgi na powierzchni wody, z kroplą wody unoszącą się nad nimi. — Jednym ze sposobów usuwania wody w estryfikacji jest oddestylowanie lub zastosowanie substancji higroskopijnych (np. kwasu siarkowego(<math aria‑label="sześć">VI) $H_{2} {SO}_{4}$ ).
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Zastosowanie powyższych metod pozwala zwiększyć ilość otrzymywanego estru. W innym przypadku skuteczność procesu będzie na poziomie około $60 %$ .

Ciekawostka

R15jqFNMegKPn1

Schemat produkcji estrów olejów roślinnych. W górnej części znajdują sie dwa reaktory wyposażone w mieszadła, silniki oraz zawory, do których doprowadzone są alkohol, olej i katalizator. Dalej po wyprowadzeniu mieszaniky poreakcyjnej z reaktorów ma miejsce odpoarowanie pozostałości alkoholu i jego zawrócenie do pierwszego etapu procesu. Następnie dochodzi do rozwarstwienia warstwy glcerynowej (znajduej się ona na dole) i estrowej (na górze). Gliceryna jest usuwana, zaś ester poddawany filtrowaniu, bieleniu, by zostać wreszcie zmagazynowanym. — W przemyśle praktyczne zastosowanie omówionych czynników wykorzystano w transestryfikacji. Aby osiągnąć wysoki stopień konwersji estrów, zastosowano duży nadmiar metanolu. Na powyższym schemacie przedstawiono proces produkcji estrów olejów roślinnych (transestryfikacja). W pierwszym etapie do naczynia reakcyjnego, wyposażonego w mieszadło, wprowadzone zostają reagenty (olej i alkohol) oraz katalizator. W drugim etapie zawartość reaktora zostaje oddestylowana (następuje odparowanie alkoholu, który nie przereagował). W kolejnym etapie frakcja glicerynowa i estrowa ulegają rozwarstwieniu. Na samym końcu całego procesu frakcja estrowa zostaje oczyszczona oraz magazynowana.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., opracowano na podstawie Podkówka W. (praca zbiorowa): Biopaliwo, gliceryna, pasza z rzepaku, Wyd. Uczelniane Akademii Techniczno – Rolniczej, Bydgoszcz 2004, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

estry

(niem. Essigäther „octan etylu’’; Essig „ocet’’; Äther „eter’’) grupa organicznych związków chemicznych; powstają w wyniku estryfikacji; powstają z kwasów (kwasy karboksylowe lub kwasy nieorganiczne) i alkoholi lub fenoli

estryfikacja

reakcja chemiczna, w której powstają estry; przykłady niektórych sposobów otrzymywania estrów:

przez substytucję nukleofilową chlorków lub bezwodników kwasowych alkoholami;
przez substytucję nukleofilową kwasów karboksylowych alkoholami (katalizator kwas nieorganiczny)

hydroliza

(gr. hýdōr „woda”; lýsis „rozłożenie”) reakcja zachodząca pomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem (w tym przypadku wodą); ulegają jej związki organiczne i nieorganiczne

konwersja

w technologii chemicznej jest to określenie procesów, które mają na celu zmianę właściwości przekształcanych materiałów w wyniku różnych reakcji chemicznych; jest prowadzona w specjalnych aparatach (zwykle w wysokiej temperaturze, pod wysokim ciśnieniem lub z użyciem katalizatorów)

reakcja kondensacji

w chemii – rodzaj reakcji; dochodzi w niej do połączenia substratów w większą cząsteczkę. Powstaje tzw. produkt główny. Wynikiem reakcji mogą być również małe cząsteczki produktu/produktów o drugorzędnym znaczeniu

Reguła przekory Le Châtelier

(czyt. lö szatöljẹ) po wprowadzeniu zmiany do układu w stanie równowagi, następuje przesunięcie położenia równowagi w kierunku przeciwdziałającym tej zmianie

stała równowagi reakcji chemicznej [K]

stosunek iloczynu równowagowych stężeń (lub ułamków molowych, albo ciśnień cząstkowych) produktów reakcji chemicznej, podniesionych do potęg równych ich współczynnikom stechiometrycznym do iloczynu równowagowych stężeń (lub ułamków molowych, albo ciśnień cząstkowych) substratów w odpowiednich potęgach

a A + b B ⇄ c C + d D

K_{C} = \frac{{[C]}^{c} \cdot {[D]}^{d}}{{[A]}^{a} \cdot {[B]}^{b}}

gdzie: $[A]$ , $[B]$ , $[C]$ , $[D]$ – stężenia molowe substancji $A$ , $B$ , $C$ , $D$ w stanie równowagi chemicznej $[\frac{mol}{{dm}^{3}}]$

transestryfikacja

otrzymywanie nowego estru w wyniku reakcji chemicznej innych estrów z alkoholami (alkoholiza), kwasami (acydoliza) lub innymi estrami

R1RirOsRdAUVO

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji transestryfikacji. Cząsteczka alkoholu R'OH. Dodać cząsteczka estru zbudowanego z podstawnika R związanego z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z zdrugim atomem tlenu podstawionym grupą <math aria‑label="R dwa prim">R''. Strzaka w prawo, za strzałką cząsteczka alkoholu <math aria‑label="R dwa prim">R''OH. Dodać czasteczka estru zbudowanego z podstawnika R związanego z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z zdrugim atomem tlenu podstawionym grupą R'. — Przykładem transestryfikacji jest reakcja chemiczna alkoholu z estrem, w której produktami jest inny alkohol i inny ester.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Bibliografia

Bose K. S., Roy S., Principles of Metallurgical ermodynamics, 2014.

Grabowska B., Wykład 3. Termodynamika a kinetyka chemiczna, Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH.

Liu Y., Lotero E., Goodwin J., Effect of water on sulfuric acid catalyzed esterification. „Journal of Molecular Catalysis A”, 245, pp. 132–140.

Pigoń K., Ruziewi Z., Chemia Fizyna, Warszawa 2014.

Smith E. B, Basic chemical thermodynamics, Londyn 2014.

Pisarek S., Praca doktorska. Nowe pochodne i analogi protoporfiny IX, Instytut Chemii Organicznej, Polska Akademia Nauk, Warszawa 2013.

Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej dla studentów biologii. Wydanie II poprawione i uzupełnione, pod red. A. Jarczewskiego, Zakład Chemii Ogólnej Wydziału Chemii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Poznań 2007.

Ptak S., Roczkowska M., Żarski A., Kapuśniak J., Esterification of starch with fatty acids. New opportunities and challenges. Estryfikacja skrobi kwasami tłuszczowymi. Nowe możliwości i wyzwania, Akademia im. Jana Długosza, Częstochowa; Politechnika Łódzka, DOI: dx.medra.org

Preparatyka organiczna. Skrypt dla studentów Farmacji Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej, Katedra i Zakład Chemii Organicznej, Wrocław 2014.

Wprowadzenie

Grafika interaktywna

Budowa estrów

Estryfikacja

Równowaga chemiczna

Stała równowagi K dla estryfikacji

Jakie czynniki wpływają na stan równowagi estryfikacji?

Sposoby przesuwania równowagi w kierunku produktów

Słownik

Bibliografia