Zuletzt geändert: Do, 30.03.2006

«K12/K13» Ester «PDF», «POD»




0.0.0.1 ↑ Ester
  • Versuch: Ethanol + Essigsäure + \text{H}_2\text{SO}_4H2SO4

    Beobachtung: Lösungsmittelgeruch, nicht mischbar mit Wasser

    Erklärung:

    \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} & | & & | & & & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \\ {} & | & & | & & & & \end{array} }}_{\text{\scriptsize Ethanol}} + \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} & & |\overline{\text{O}} & & & & & \\ {} & & & \backslash\!\backslash & & & | & \\ {} & & & & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & & & / & & & | & \\ {} \text{H} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & & & & & \end{array} }}_{\text{\scriptsize Ethansäure}} \stackrel{\text{\scriptsize Kondensation}}{\longrightarrow} \text{H}_2\text{O} + \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} & & & & & & & ^/\text{\textbf{O}}^\backslash & & & \\ {} & | & & | & & & & \vert\vert{} & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{\textbf{C}} & - & \overline{\underline{\text{\textbf{O}}}} & - & \text{\textbf{C}} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & | & & & & & & | & \end{array} }}_{\text{\scriptsize Ethylethanoat}} ∣ ∣ −C−C−O¯¯−H ∣ ∣ ︸ Ethanol+ ∣O¯ ∖∖ ∣ C−C− ∕ ∣ H−O¯¯ ︸ Ethansure→KondensationH2O+ ∕O∖ ∣ ∣ ∣∣ ∣ −C−C−O¯¯− C −C− ∣ ∣ ∣ ︸ Ethylethanoat

    [Das C-Atom mit den Verbindungen zu den zwei O-Atomen kann bei anorganischen Estern auch beispielsweise ein N sein.]

    [Funktionelle Gruppe:]

    { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & & ^/\text{\textbf{O}}^\backslash & \\ {} & & & & & \vert\vert{} & \\ {} - & \text{\textbf{C}} & - & \overline{\underline{\text{\textbf{O}}}} & - & \text{\textbf{C}} & - \\ {} & & & & & | & \end{array} }\text{ ]Estergruppe} ∕O∖ ∣∣ −C−O¯¯− C − ∣  ]Estergruppe

  • Versuch: Ethylethanoat + \text{H}_2\text{O}H2O + NaOH + Phenolphthalein

    Beobachtung: Entfärbung der roten [basischen] Lösung [zum Neutralen]

    Erklärung:

    \begin{array}{@{}l}{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} & & & & & & & ^/\text{O}^\backslash & & & \\ {} & | & & | & & & & \vert\vert{} & & | & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{C} & - & \text{C} & - \\ {} & | & & | & & & & & & | & \end{array} } + \text{NaOH} \stackrel{\text{\scriptsize Hydrolyse}}{\longrightarrow} \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} & | & & | & & & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \\ {} & | & & | & & & & \end{array} }}_{\text{\scriptsize Ethanol}} + { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccc} {} & & & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & | & & & /\!/ & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & & \\ {} & | & & & \backslash{} & \\ {} & & & & & \overline{\underline{\text{O}}}|^\ominus \end{array} } + \text{Na}^\oplus\end{array} ∕O∖ ∣ ∣ ∣∣ ∣ −C−C−O¯¯− C −C− ∣ ∣ ∣ + NaOH→Hydrolyse ∣ ∣ −C−C−O¯¯−H ∣ ∣ ︸ Ethanol + O¯∣ ∣ ∕∕ −C−C ∣ ∖ O¯¯∣⊖ + Na⊕

Allgemein:

\underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & \overline{\text{O}}| & & \\ {} & & & /\!/ & & & \\ {} \text{R}_1 & - & \text{C} & & & & \\ {} & & & \backslash{} & & & \\ {} & & & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} }}_{\text{\scriptsize Carbonsäure}} + \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} \text{R}_2 & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} }}_{\text{\scriptsize Alkohol}} \begin{array}{ccc}\text{\scriptsize Kondensation}\\\rightleftharpoons\\\text{\scriptsize Hydrolyse}\end{array} \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & ^/\text{O}^\backslash & & & & \\ {} & & \vert\vert{} & & & & \\ {} \text{R}_1 & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{R}_2 \end{array} }}_{\text{\scriptsize Ester}} + \underbrace{\text{H}_2\text{O}}_{\text{\scriptsize Wasser}} O¯∣ ∕∕ R1−C ∖ O¯¯−H︸ Carbonsure+ R2−O¯¯−H︸ AlkoholKondensation ⇌ Hydrolyse ∕O∖ ∣∣ R1− C −O¯¯−R2 ︸ Ester+ H2O︸Wasser

[Gleichgewichtsverschiebung um gewünschte Stauffausbeite zu er­hö­hen]

[Siedepunkt von Ester ungefähr genauso groß wie der von Alkanalen (XXX evtl. falsch!); keine Wasserstoffbrückenbindungen, aber Polarität]

0.0.0.1.1 ↑ Verwendung
  • Aromastoff

  • Lösungsmittel

  • Fette und Öle (Glycerinester mit höheren Carbonsäuren)

  • Nitroglycerin

    \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & | & & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{O} & \text{H} \\ {} & | & & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{O} & \text{H} \\ {} & | & & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{O} & \text{H} \\ {} & | & & & \end{array} }}_{\text{Glycerin}} + 3\,\text{HNO}_3 \longrightarrow \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccc} {} & | & & & & \\ {} - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{NO}_2 \\ {} & | & & & & \\ {} - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{NO}_2 \\ {} & | & & & & \\ {} - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{NO}_2 \\ {} & | & & & & \end{array} }}_{\text{Nitroglycerin}} + 3\,\text{H}_2\text{O} ∣ −C−OH ∣ −C−OH ∣ −C−OH ∣ ︸ Glycerin+ 3HNO3→ ∣ −C−O¯¯−NO2 ∣ −C−O¯¯−NO2 ∣ −C−O¯¯−NO2 ∣ ︸ Nitroglycerin+3H2O

    [Das -\overline{\underline{\text{O}}}-−O¯¯− nennt man Etherbrücke.]

    [Nitroglycerin ist in Wasser gelöst ok; es geht erst bei Er­schüt­te­run­gen hoch. Lagerung bei ca. -10 °C.]

  • Kunststoffe

    n \cdot \left[\underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccccc} {} & & |\overline{\text{O}} & & & & & & & & \overline{\text{O}}| & & \\ {} & & & \backslash\!\backslash & & & & & & /\!/ & & & \\ {} & & & & \text{C} & - & ^/_\backslash\overline{\underline{\bigcirc}}^\backslash_/ & - & \text{C} & & & & \\ {} & & & / & & & & & & \backslash{} & & & \\ {} \text{H} & - & \underline{\text{O}}| & & & & & & & & |\underline{\text{O}} & - & \text{H} \end{array} }}_{\text{Terephtalsäure}} + { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} \text{H} & \text{O} & - & \text{CH}_2 & - & \text{CH}_2 & - & \text{O} & \text{H} \end{array} }\right] \longrightarrow n \text{H}_2\text{O} + \left[\underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccccccccc} {} & |\overline{\text{O}} & & & & & & & & \overline{\text{O}}| & & & & & & & \\ {} & & \backslash\!\backslash & & & & & & /\!/ & & & & & & & & \\ {} & & & \text{C} & - & ^/_\backslash\overline{\underline{\bigcirc}}^\backslash_/ & - & \text{C} & & & & & & & & & \\ {} & & / & & & & & & \backslash{} & & & & & & & & \\ {} - & \underline{\text{O}}| & & & & & & & & |\underline{\text{O}} & - & \text{CH}_2 & - & \text{CH}_2 & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - \end{array} }}_{\text{Polyethylenterephtalat}}\right]_nn⋅ ∣O¯ O¯∣ ∖∖ ∕∕ C−∖∕○¯¯∕∖−C ∕ ∖ H−O¯∣ ∣O¯−H ︸ Terephtalsure + HO−CH2−CH2−OH →nH2O+ ∣O¯ O¯∣ ∖∖ ∕∕ C−∖∕○ ¯¯∕∖−C ∕ ∖ −O¯∣ ∣O¯−CH2−CH2−O¯¯− ︸ Polyethylenterephtalatn

0.0.0.1.2 ↑ Estergleichgewicht

A + B \rightleftharpoons C \quad \Delta H < 0A + B ⇌ CΔH < 0

\overrightarrow{v} = \overleftarrow{v}v⃗ = v⃖ [v_{\text{hin}} = v_{\text{rück}}vhin = vrck → Gleichgewicht]

Beeinflussung [der] Reaktionsgeschwindigkeit:

  • cc

  • TT [Temperaturerniedrigung bevorzugt exotherme Reaktion]

  • PP [Druckerhöhung bevorzugt Reaktionsergebnis mit geringerer Teilchenzahl]

  • Katalysator

Beispiel:

{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccc} {} & & & & & & & ^/\text{O}^\backslash & & & \\ {} & & & & & & & \vert\vert{} & & & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{C} & - & \text{C} & - \end{array} } + \text{H}_2\text{O} \leftrightharpoons { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} } + \text{H}_3\text{C}{-}\text{COOH} \quad \Delta H > 0 ∕O∖ ∣∣ −C−C−O¯¯− C −C− +H2O ⇋ −C−C−O¯¯−H +H3C−COOHΔH > 0

Das Gleichgewicht kann nach dem Prinzip von Le Chatelier beeinflusst werden (Prinzip des kleinsten Zwanges).

a)

Konzentrationsänderung [Ziel: größere Esterausbeute]

  • \text{H}_2\text{O}H2O-Entzug

  • Erhöhung [der] Alkanol[-Konzentration]

b)

Temperaturerniedrigung

0.0.0.1.3 ↑ Multifunktionelle Verbindungen

Versuch: Salicylsäure + Methanol

Beobachtung: Typischer Estergeruch

Erklärung:

\underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & \overline{\text{O}}| & & \\ {} & & & /\!/ & & & \\ {} ^/_\backslash\overline{\underline{\bigcirc}}^\backslash_/ & - & \text{C} & & & & \\ {} & \backslash{} & & \backslash{} & & & \\ {} & \text{H} & \text{O} & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} }}_{\text{[2-Hydroxybenzolcarbonsäure]}} + { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} \text{H}_3\text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} } \longrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} & & & & \overline{\text{O}}| & & & \\ {} & & & /\!/ & & & & \\ {} ^/_\backslash\overline{\underline{\bigcirc}}^\backslash_/ & - & \text{C} & & & & & \\ {} & \backslash{} & & \backslash{} & & & | & \\ {} & \text{H} & \text{O} & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{C} & - \\ {} & & & & & & | & \end{array} } + \text{H}_2\text{O} O¯∣ ∕∕ ∖∕○¯¯∕∖−C ∖ ∖ HO O¯¯−H︸ [2-Hydroxybenzolcarbonsure]+ H3C−O¯¯−H → O¯∣ ∕∕ ∖∕○¯¯∕∖−C ∖ ∖ ∣ HO O¯¯−C− ∣ + H2O

Mehrfunktionelle Verbindungen besitzen mehrere verschiedene funktionelle Gruppen.

[Eigentlich kann man das "verschieden" im vorherigen Satz streichen – aber blablabla]

0.0.0.1.3.1 ↑ Biologisch bedeutsame Verbindungen
a)

Glycerinaldehyd (2,3-Dihydroxypropanal) [immer das höchst­oxi­dier­tes­te C ist Nummer 1!!]

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} & & \text{H} & & \text{H} & & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & & | & & | & & & /\!/ & \\ {} \text{H} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & & \\ {} & & | & & | & & & \backslash{} & \\ {} & \text{H} & \text{O} & & \text{O} & \text{H} & & & \text{H} \end{array} H H O¯∣ ∣ ∣ ∕∕ H−C−C−C ∣ ∣ ∖ HO OH H

Vorkommen: Als Glycerinaldehydphosphat im Zuckerstoffwechsel (Glycolyse)

b)

Brenztraubensäure (2-Ketopropansäure)

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccccc} {} & & \text{H} & & & & & & \overline{\text{O}}| & \\ {} & & | & & & & & /\!/ & & \\ {} \text{H} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & & & \\ {} & & | & & \vert\vert{} & & & \backslash{} & & \\ {} & & & & _\backslash\text{O}_/ & & & & \text{O} & \text{H} \end{array} H O¯∣ ∣ ∕∕ H−C− C −C ∣ ∣∣ ∖ ∖O∕ OH

Vorkommen: Entsteht im Körper beim Zuckerstoffwechsel

  • Alkoholische Gährung: → \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{CO}_2C2H5OH+ CO2 (anaerob)

  • Atmung: → \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}CO2+ H2O (aerob)

  • Milchsäuregärung:

    → \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3C3H6O3 [→ Muskelkater ← zu wenig Sauerstoff vorhanden]

c)

Milchsäure (2-Hydroxypropansäure)

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccccc} {} & & \text{H} & & \text{H} & & & & \overline{\text{O}}| & \\ {} & & | & & | & & & /\!/ & & \\ {} \text{H} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & & & \\ {} & & | & & | & & & \backslash{} & & \\ {} & & \text{H} & & \text{O} & \text{H} & & & \text{O} & \text{H} \end{array} H H O¯∣ ∣ ∣ ∕∕ H−C−C−C ∣ ∣ ∖ H OH OH

[Milchsäure] entsteht bei der Vergärung von Zucker durch bestimmte Bakterien.

Vorkommen: Schweiß, Blut, Muskel (Muskelkater)

Verwendung: Säuerungsmittel

d)

Zitronensäure (3-Hydroxy-3-carboxy-1,5-dipentansäure)

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccccccccc} {} & |\overline{\text{O}} & & & & & & \text{O} & \text{H} & & & & & \overline{\text{O}}| & \\ {} & & \backslash\!\backslash & & & & & | & & & & & /\!/ & & \\ {} & & & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & & & \\ {} & & / & & & & & | & & & & & \backslash{} & & \\ {} \text{H} & \text{O} & & & & & & \text{C} & & & & & & \text{O} & \text{H} \\ {} & & & & & & /\!/ & & \backslash{} & & & & & & \\ {} & & & & & |\underline{\text{O}} & & & & \text{O} & \text{H} & & & & \end{array} ∣O¯ OH O¯∣ ∖∖ ∣ ∕∕ C−C−C−C−C ∕ ∣ ∖ HO C OH ∕∕ ∖ ∣O¯ OH

[Zitronensäure] entsteht im Körper beim aeroben Abbau von Brenztraubensäure (Zitratzyklus).

Vorkommen: Früchte, Tabak, Wein

Verwendung: Reinigungs-, Säuerungsmittel

e)

Ascorbinsäure (Vitamin C)

Versuch: Ascorbinsäure + Fehling-Lösung

Beobachtung: Rotfärbung

Erklärung:

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Funktionelle Gruppen: Hydroxy, Ester

Eigenschaften: Reduzierende Wirkung, Säurewirkung

Nachweise:

  • Fehlingprobe

  • Tillmans' Reagenz

    \text{AscH}_2 + \text{DCPIP} \longrightarrow \text{Asc}_{\text{Ox.}} + \text{DCPIPH}_2AscH2+ DCPIP→AscOx. + DCPIPH2

[Bei vielen Lebensmitteln als Antioxidans unter der Nummer E 300.]

f)

Acetylsalicylsäure (ASS)

Darstellung:

{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & \overline{\text{O}}| & & \\ {} & & & /\!/ & & & \\ {} ^/_\backslash\overline{\underline{\bigcirc}}^\backslash_/ & - & \text{C} & & & & \\ {} & \backslash{} & & \backslash{} & & & \\ {} & \text{H} & |\underline{\text{O}} & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} } + \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} & \text{H}_3 & \text{C} & & & & \text{C} & \text{H}_3 & \\ {} & & | & & & & | & & \\ {} ^/_\backslash\text{O} & = & \text{C} & & & & \text{C} & = & \text{O}_/^\backslash \\ {} & & & \backslash{} & & / & & & \\ {} & & & & _\backslash\text{O}_/ & & & & \end{array} }}_{\text{Essigsäurehydrid}} \stackrel{\text{H}_2\text{SO}_4}{\longrightarrow} \underbrace{{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} & & & & \overline{\text{O}}| & & & \\ {} & & & /\!/ & & & & \\ {} ^/_\backslash\overline{\underline{\bigcirc}}^\backslash_/ & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} & \\ {} & \backslash{} & & & & & & \\ {} & & |\underline{\text{O}} & - & \text{C} & - & \text{C} & \text{H}_3 \\ {} & & & & \vert\vert{} & & & \\ {} & & & & _\backslash\text{O}_/ & & & \end{array} }}_{\text{Acetylsalicylsäure}} + \text{H}_3\text{C}{-}\text{COOH} O¯∣ ∕∕ ∖∕○¯¯∕∖−C ∖ ∖ H∣O¯ O¯¯−H + H3C CH3 ∣ ∣ ∖∕O =C C =O∕∖ ∖ ∕ ∖O∕ ︸ Essigsurehydrid→H2SO4 O¯∣ ∕∕ ∖∕○¯¯∕∖−C− O¯¯ −H ∖ ∣O¯− C −CH3 ∣∣ ∖O∕ ︸ Acetylsalicylsure+ H3C−COOH