Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑violet

Hydroliza estrów i jej rodzaje

HydrolizahydrolizaHydroliza jest to reakcja chemiczna, której ulegają między innymi estryestryestry. Dla tej grupy związków chemicznych wyróżniamy następujące rodzaje hydrolizy:

  • Hydroliza kwasowa – rozpad estru na kwas i alkohol. Hydroliza ta zachodzi pod wypływem wodnego roztworu kwasu. Jest odwróceniem reakcji estryfikacjiestryfikacjaestryfikacji, czyli jest reakcją odwracalną.

Zapis ogólny hydrolizy kwasowej estrów:

RKAKbX4jRQJvx1
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • Hydroliza zasadowa – rozpad estru na sól kwasu karboksylowego i alkohol. Zachodzi ona w środowisku zasadowym. Jest to reakcja praktycznie nieodwracalna.

Zapis ogólny równania hydrolizy zasadowej estrów:

R1JJwjotSQdUe1
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑violet

Mechanizm hydrolizy kwasowej

Hydroliza estru w środowisku kwasowym jest złożonym procesem. Wynika z podatności na reakcje substytucji nukleofilowej przy atomie węgla ugrupowania estrowego. W celu łatwiejszego zrozumienia poszczególnych etapów, cały mechanizm został rozpisany na etapy. Analiza dotyczy mechanizmu hydrolizy octanu etylu (etanianu etylu):

R13ednKFjqtCh1
Etap 1 W przypadku hydrolizy kwasowej, aktywatorem jest jon oksoniowy (H3O+) (kation wodoru H+). Aktywator kwasowy protonuje atom tlenu grupy karbonylowej. Ilustracja przedstawiająca pierwszy etap mechanizmu hydrolizy kwasowej estru na przykładzie cząsteczki octanu etylu. Etap ten stanowi protonowanie estru. Cząsteczka octanu etylu zbudowana jest z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Na obu atomach tlenu zaznaczono po dwie wolne pary elektronowe zaznaczone w postaci pary kropek każda. Obok znajduje się jon H3O+ zbudowany z atomu tlenu połączonego z trzema atomami wodoru. Atom tlenu w jonie posiada jedną wolną parę elektronową oraz obdarzony jest ładunkiem dodatnim. Od jednej wolnej pary elektronowej zlokalizowanej na atomie tlenu grupy C wiązanie podwójne O w cząsteczce estru została poprowadzona łukowata strzałka skierowana do jednego z trzech atomów wodoru jonu hydroniowego. Zaś od wiązania łączącego tenże atom wodoru z atomem tlenu w kationie łukowatą strzałkę poprowadzono do atomu tlenu obdarzonego pierwotnie ładunkiem dodatnim. Ester pobiera proton (jon wodoru z oderwanym jednym elektronem) z jonu oksoniowego H3O+. Proton (jon wodoru z oderwanym jednym elektronem) zostaje przyłączony do atomu tlenu związanego z węglem C w grupie karbonylowej estru. Dzieje się tak dzięki niewiążącej parze elektronów karbonylowego atomu tlenu O. Ułatwia to nukleofilowy atak wody, który zobojętnia niekorzystny ładunek dodatni na karbonylowym tlenie. Ilustracja przedstawiająca pierwszy etap mechanizmu hydrolizy kwasowej estru na przykładzie cząsteczki octanu etylu wraz z powstałymi w jego wyniku związkami. Etap ten stanowi protonowanie estru. Cząsteczka octanu etylu zbudowana jest z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Na obu atomach tlenu zaznaczono po dwie wolne pary elektronowe zaznaczone w postaci pary kropek każda. Obok znajduje się jon H3O+ zbudowany z atomu tlenu połączonego z trzema atomami wodoru. Atom tlenu w jonie posiada jedną wolną parę elektronową oraz obdarzony jest ładunkiem dodatnim. Od jednej wolnej pary elektronowej zlokalizowanej na atomie tlenu grupy C wiązanie podwójne O w cząsteczce estru została poprowadzona łukowata strzałka skierowana do jednego z trzech atomów wodoru jonu hydroniowego. Zaś od wiązania łączącego tenże atom wodoru z atomem tlenu w kationie łukowatą strzałkę poprowadzono do atomu tlenu obdarzonego pierwotnie ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Obok znajduje się również powstała w wyniku uprotonowania estru cząsteczka wody składająca się z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe, związanego z dwoma atomami wodoru. Tlen zyskuje ładunek dodatni. Należy zaznaczyć, że ładunek jest faktycznie rozłożony znacznie szerzej. Delokalizację taką przedstawia się, rysując szereg struktur rezonansowych. Ilustracja przedstawiająca trzy możliwe struktury rezonansowe powstałe po uprotonowaniu estru. Pierwsza struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Od jednego z wiązań przy wiązania podwójnego łączącego atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim i atom węgla poprowadzono łukowatą strzałkę do wspomnianego atomu tlenu obdarzonego ładunkiem dodatnim. Strzałka rezonansowa. Za strzałką druga struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla obdarzonym ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązania pojedynnczego z grupą hydroksylową OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe oraz również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Strzałka rezonansowa, za strzałką trzecia struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z grupą etylową CH2CH3. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe i podstawionym atomem wodoru. Żaden z powyższych wzorów jonów nie reprezentuje jednoznacznie ich struktury. Oznacza to, że ładunek dodatni jest rozłożony wokół trzech atomów: tlenu O, tlenu O i węgla C., Etap 2 Dodatni ładunek na atomie węgla jest atakowany przez jedną z niewiążących par elektronów na atomie tlenu w cząsteczce wody. Ilustracja przedstawiająca drugi etap, w którym to następuje atak cząsteczki wody na jedną z opisanych uprzednio struktur rezonansowych. Struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla obdarzonym ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe oraz również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Obok znajduje się cząsteczka wody składająca się z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe oraz z dwóch atomów wodoru. Następuje atak jednej pary elektronowej atomu tlenu w cząsteczce wody na atom węgla obdarzony ładunkiem dodatnim omówionej struktury rezonansowej. Obrazuje to łukowata strzałka poprowadzona od wolnej pary elektronowej do atomu węgla. W produkcie pośrednim, dodatni ładunek znajduje się na atomie tlenu O, który pochodzi od wody. Ilustracja przedstawiająca drugi etap, w którym to następuje atak cząsteczki wody na jedną z opisanych uprzednio struktur rezonansowych wraz z powstałymi na drodze ataku związkami. Struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla obdarzonym ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe oraz również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Obok znajduje się cząsteczka wody składająca się z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe oraz z dwóch atomów wodoru. Następuje atak jednej pary elektronowej atomu tlenu w cząsteczce wody na atom węgla obdarzony ładunkiem dodatnim omówionej struktury rezonansowej. Obrazuje to łukowata strzałka poprowadzona od wolnej pary elektronowej do atomu węgla. Strzałka w prawo, za strzałką znajduje się struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy stanowi grupa hydroksylowa OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe. Drugi podstawnik to atom tlenu posiadający dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Ostatni, trzeci to podstawnik atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim i posiadający jedną wolną parę elektronową oraz połączony z dwoma atomami wodoru. Ulega on zobojętnieniu przez utratę protonu., Etap 3 Utrata protonu zobojętnia tlen pochodzący od wody. Następnie dochodzi do kolejnego protonowania. Ilustracja przedstawiająca trzeci etap hydrolizy kwasowej estru. Struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy stanowi grupa hydroksylowa OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe. Drugi podstawnik to atom tlenu posiadający dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą etylową CH2CH3. Ostatni, trzeci to podstawnik atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim i posiadający jedną wolną parę elektronową oraz połączony z dwoma atomami wodoru. Od wiązania łączącego atom wodoru z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim została poprowadzona łukowata strzałka do atomu węgla związanego z wspomnianym atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim. Druga łukowata strzałka została poprowadzona od jeden z dwóch wolnych par elektronowych atomu tlenu grupy OCH2CH3. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis "przeniesienie protonu". Za strzałką struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy i drugi stanowią grupy hydroksylowe OH, w których atomy tlenu posiadają po dwie wolne pary elektronowe. Trzeci podstawnik stanowi atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim, posiadający jedną wolną parę elektronową oraz związany z atomem wodoru oraz z grupą etylową CH2CH3., Etap 4 Osiągnięcie protonowania atomu tlenu powoduje rozerwanie wiązania. Powstaje etanol – jeden z produktów reakcji. Ilustracja przedstawiająca czwarty etap hydrolizy kwasowej estru, w którym to następuje uwolnienie cząsteczki alkoholu, tutaj jest to etanol. Struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy i drugi stanowią grupy hydroksylowe OH, w których atomy tlenu posiadają po dwie wolne pary elektronowe. Trzeci podstawnik stanowi atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim, posiadający jedną wolną parę elektronową oraz związany z atomem wodoru oraz z grupą etylową CH2CH3. Od wiązania łączącego atom węgla i atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim poprowadzono łukowatą strzałkę do tegoż atomu tlenu z ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka etanolu zbudowanego z grupy hydroksylowej OH połączonej z grupą etylową CH2CH3. Dodać struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla obdarzonym ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z dwiema grupami hydroksylowymi OH. Powstały jon należy zapisać: Ilustracja przedstawiająca trzy możliwe struktury rezonansowe powstałe po uwolnieniu cząsteczki alkoholu. Pierwsza struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony również atomem wodoru. Strzałka rezonansowa. Za strzałką druga struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla obdarzonym ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z dwiema grupami hydroksylowymi OH. Strzałka rezonansowa, za strzałką trzecia struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i podstawionym atomem wodoru., Etap 5 Na koniec woda, działając jako zasada, usuwa proton z jonu karbonylowego. Następuje odtworzenie jonu oksoniowego H3O+. Powstaje kwas octowy (kwas etanowy): Ilustracja przedstawiająca ostatni, piąty etap hydrolizy kwasowej estru, w którym to bierze udział uwolniona uprzednio cząsteczka wody. Struktura rezonansowa zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony również atomem wodoru. Obok znajduje się cząsteczka wody zbudowana z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe i związanego z dwoma atomami wodoru. Ma miejsce atak jednej z wolnych par elektronowych atomu tlenu cząsteczki wody na atom wodoru związany z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim w omówionej uprzednio strukturze rezonansowej. Wiązanie łączące atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim atom tlenu z atomem wodoru zostaje zatem przeniesione na atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim, co reprezentuje strzałka poprowadzona od wiązania do atomu tlenu z ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką produkt reakcji cząsteczka kwasu karboksylowego zbudowanego z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową OH. Oba atomy tlenu w cząsteczce tlenu posiadają po dwie wolne pary elektronowe. Dodać jon hydroniowy składający się z atomu tlenu obdarzonego ładunkiem dodatnim, posiadającego jedną wolna parę elektronową oraz związanego z trzema atomami wodoru.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑violet

Równanie reakcji chemicznej

Pomijając mechanizm omówiony powyżej, równanie reakcji chemicznej przyjmuje zapis:

CH3COOC2H5+H2OH3O+CH3COOH+C2H5OH
octan etylu etanian etylu+wodaH3O+kwas octowy kwas etanowy+etanol
bg‑violet

Podsumowanie

Kwasowa hydroliza estrów jest dokładną odwrotnością estryfikacji. Ogólnie hydrolizę kwasową estrów można zapisać:

R1DrLbdh67HYR1
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Modelowo, ogólny mechanizm hydrolizy kwasowej można przedstawić następująco:

Re60NgVgzLGBg1
Etap 1 Ilustracja przedstawiająca pierwszy etap ogólnego mechanizmu hydrolizy kwasowej estru wraz z powstałymi w jego wyniku związkami. Etap ten stanowi protonowanie estru. Cząsteczka estru zbudowana jest z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu, który podstawiony jest grupą R2. Na obu atomach tlenu zaznaczono po dwie wolne pary elektronowe zaznaczone w postaci pary kropek każda. Obok znajduje się jon H3O+ zbudowany z atomu tlenu połączonego z trzema atomami wodoru. Atom tlenu w jonie posiada jedną wolną parę elektronową oraz obdarzony jest ładunkiem dodatnim. Od jednej wolnej pary elektronowej zlokalizowanej na atomie tlenu grupy C wiązanie podwójne O w cząsteczce estru została poprowadzona łukowata strzałka skierowana do jednego z trzech atomów wodoru jonu hydroniowego. Zaś od wiązania łączącego tenże atom wodoru z atomem tlenu w kationie łukowatą strzałkę poprowadzono do atomu tlenu obdarzonego pierwotnie ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą R2. Obok znajduje się również powstała w wyniku uprotonowania estru cząsteczka wody składająca się z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe, związanego z dwoma atomami wodoru. Jon hydroniowy H3O+ aktywuje grupę karbonylową. Katalizator kwasowy protonuje karbonylowy atom tlenu O., Etap 2 Ilustracja przedstawiająca drugi etap, w którym to następuje atak cząsteczki wody na jedną z opisanych uprzednio struktur rezonansowych wraz z powstałymi na drodze ataku związkami. Struktura rezonansowa zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą R2. Obok znajduje się cząsteczka wody składająca się z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe oraz z dwóch atomów wodoru. Następuje atak jednej pary elektronowej atomu tlenu w cząsteczce wody na atom węgla omówionej struktury rezonansowej z jednoczesny zerwaniem jednego wiązania przy wiązaniu podwójnym łączącego atom węgla z atomem tlenu. Obrazuje to łukowata strzałka poprowadzona od wolnej pary elektronowej do atomu węgla. I druga łukowata strzałka poprowadzona od wiązania podwójnego łączącego atom węgla z atomem tlenu do tegoż atomu tlenu, który jest obdarzony ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką znajduje się struktura zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy stanowi grupa hydroksylowa OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe. Drugi podstawnik to atom tlenu posiadający dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą R2. Ostatni, trzeci to podstawnik atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim i posiadający jedną wolną parę elektronową oraz połączony z dwoma atomami wodoru. Ładunek dodatni jest rozłożony wokół trzech atomów: tlenu O, tlenu O i węgla C (struktury rezonansowe). Dodatni ładunek na atomie węgla jest atakowany przez jedną z niewiążących par elektronów na atomie tlenu w cząsteczce wody., Etap 3 Ilustracja przedstawiająca trzeci etap hydrolizy kwasowej estru. Struktura zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy stanowi grupa hydroksylowa OH, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe. Drugi podstawnik to atom tlenu posiadający dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony jest grupą R2. Ostatni, trzeci to podstawnik atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim i posiadający jedną wolną parę elektronową oraz połączony z dwoma atomami wodoru. Od wiązania łączącego atom wodoru z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim została poprowadzona łukowata strzałka do atomu węgla związanego z wspomnianym atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim. Druga łukowata strzałka została poprowadzona od jeden z dwóch wolnych par elektronowych atomu tlenu grupy OR2. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis "przeniesienie protonu". Za strzałką struktura zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy i drugi stanowią grupy hydroksylowe OH, w których atomy tlenu posiadają po dwie wolne pary elektronowe. Trzeci podstawnik stanowi atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim, posiadający jedną wolną parę elektronową oraz związany z atomem wodoru oraz z grupą R2 Utrata protonu zobojętnia tlen pochodzący od wody. Następnie dochodzi do kolejnego protonowania., Etap 4 Ilustracja przedstawiająca czwarty etap hydrolizy kwasowej estru, w którym to następuje uwolnienie cząsteczki alkoholu, tutaj jest to etanol. Struktura zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z trzema podstawnikami. Pierwszy i drugi stanowią grupy hydroksylowe OH, w których atomy tlenu posiadają po dwie wolne pary elektronowe. Trzeci podstawnik stanowi atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim, posiadający jedną wolną parę elektronową oraz związany z atomem wodoru oraz z grupą R2. Od wiązania łączącego atom węgla i atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim poprowadzono łukowatą strzałkę do tegoż atomu tlenu z ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka etanolu zbudowanego z grupy hydroksylowej OH połączonej z grupą R2. Dodać struktura zbudowana z grupy metylowej CH3 związanej z atomem węgla obdarzonym ładunkiem dodatnim, który to łączy się za pomocą wiązań pojedynczych z dwiema grupami hydroksylowymi OH. Osiągnięcie protonowania atomu tlenu powoduje rozerwanie wiązania. Powstaje alkohol – jeden z produktów reakcji., Etap 5 Ilustracja przedstawiająca ostatni etap hydrolizy kwasowej estru, w którym to bierze udział uwolniona uprzednio cząsteczka wody. Struktura rezonansowa zbudowana z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim, posiadającym jedną wolną parę elektronową i związanym z atomem wodoru. Wspomniany atom węgla łączy się również za pomocą wiązania pojedynczego z drugim atomem tlenu posiadającym dwie wolne pary elektronowe, który podstawiony również atomem wodoru. Obok znajduje się cząsteczka wody zbudowana z atomu tlenu posiadającego dwie wolne pary elektronowe i związanego z dwoma atomami wodoru. Ma miejsce atak jednej z wolnych par elektronowych atomu tlenu cząsteczki wody na atom wodoru związany z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim w omówionej uprzednio strukturze rezonansowej. Wiązanie łączące atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim atom tlenu z atomem wodoru zostaje zatem przeniesione na atom tlenu obdarzony ładunkiem dodatnim, co reprezentuje strzałka poprowadzona od wiązania do atomu tlenu z ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, za strzałką produkt reakcji cząsteczka kwasu karboksylowego zbudowanego z grupy R1 związanej z atomem węgla, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą hydroksylową OH. Oba atomy tlenu w cząsteczce tlenu posiadają po dwie wolne pary elektronowe. Dodać jon hydroniowy składający się z atomu tlenu obdarzonego ładunkiem dodatnim, posiadającego jedną wolna parę elektronową oraz związanego z trzema atomami wodoru. Na koniec woda, działając jako zasada, usuwa proton z jonu karbonylowego. Następuje odtworzenie jonu oksoniowego.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

estry
estry

powstają w wyniku estryfikacji; grupa organicznych związków chemicznych; powstają z kwasów (kwasy karboksylowe lub kwasy nieorganiczne) i alkoholi lub fenoli

estryfikacja
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
hydroliza

reakcja zachodząca pomiędzy substancją rozpuszczoną a wodą; ulegają jej związki organiczne i nieorganiczne

grupa karbonylowa
grupa karbonylowa

grupa funkcyjna zbudowana z atomu węgla, który jest połączony wiązaniem podwójnym z atomem tlenu; atom węgla w grupie karbonylowej ma hybrydyzację sp2 (jest ona płaska)

kation wodoru
kation wodoru

kation utworzony z atomu wodoru, poprzez oderwanie jego jednego elektronu; praktycznie jest to wolny proton (jon wodoru z oderwanym jednym elektronem)

katalizator
katalizator

substancja chemiczna wpływająca na obniżenie energii aktywacji; efektem jej zastosowania jest wzrost szybkości reakcji chemicznej; katalizator nie zużywa się w czasie reakcji

struktura rezonansowa
struktura rezonansowa

wynika z rezonansu chemicznego i jest wynikiem przedstawiania struktury związków chemicznych i innych indywiduów chemicznych za pomocą tzw. struktur granicznych; rzeczywista struktura cząsteczki jest opisywana przez kombinację liniową tych struktur

Bibliografia

Cordes E. H., Mechanism and catalysis for hydrolysis of acetals, ketals, and Ortho Esters, „Chemical Reviews” 2007, t. 74, nr 5, s. 1–44.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Związki organiczne zawierające azot oraz wielofunkcyjne pochodne węglowodorów. Repetytorium i zadania, Kraków 2021.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Florian J., Warshel A., Phosphate Ester Hydrolysis in Aqueous Solution: Associative Versus Dissociative Mechanisms, „J. Phys. Chem. B” 1998, t. 102, nr 4, s. 719–734.

Krammer P., Vogel H., Hydrolysis esters in subcritical and supercritical water, „The Journal of Supercritical Fluidsn” 2000, t. 16, nr 3, s. 189–206.

Lukatela G., Krauss N., Theis K., Selmer T., i in., Crystal Structure of Human Arylsulfatase A:  The Aldehyde Function and the Metal Ion at the Active Site Suggest a Novel Mechanism for Sulfate Ester Hydrolysis, „Biochemistry” 1998, t. 37, nr 11, s. 3654–3664.

Oxonium, online: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/123332, dostęp: 29.04.2021.

The mechanism for the acid catalysed hydrolisis of esters, online: https://www.chemguide.co.uk/physical/catalysis/hydrolyse.html, dostęp: 29.04.2021.

Wyklad 16 I 2019 Żywienie, online: http://bekas.pl/wyklady_pliki/wyklady_18_19/16_i_org.pdf, dostęp: 29.04.2021.