1 Experimentalvortrag von Alexander Achenbach WS 07/08 am 16.01.2008 Ester

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Experimentalvortrag von Alexander Achenbach

WS 07/08 am 16.01.2008

Ester

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GliederungGliederung1. Einleitung 2. Carbonsäureester

2.1 Vorkommen 2.2 Struktur und Nomenklatur 2.3 Physikalische Eigenschaften 2.4 Darstellung 2.5 Verseifung 2.6 CH-acide Ester 2.7 Verwendung

3. Ester anorganischer Säuren4. Schulrelevanz

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1. Einleitung1. Einleitung

Stoffgruppe organischer Verbindungen

Entstehung durch Reaktion von Sauerstoffsäuren mit Alkoholen

Es gibt Ester organischer und anorganischer Säuren

Ester sind Derivate dieser Säuren

1. Einleitung

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1. Einleitung1. Einleitung Organische Ester sind Carbonsäure-Derivate

Ersatz der Hydroxylgruppe (-OH) durch eine Alkoxygruppe (-OR)

Ester anorganischer Säuren leiten sich analog her

1. Einleitung

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2.1 Vorkommen2.1 Vorkommen

Vorkommen in der Natur:

Fette und Öle:

2. Carbonsäureester

Ester höherer aliphatischer, gesättigter oder ungesättigter Monocarbonsäuren

Glycerin ist dreiwertige Alkoholkomponente

Glycerin = 1,2,3-PropantriolGlycerin = 1,2,3-Propantriol

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2.1 Vorkommen2.1 Vorkommen

Wachse:

2. Carbonsäureester

Ester höherer einwertiger Alkohole und höherer einwertiger Carbonsäuren

Palmitinsäuremyrizylester C15H31-CO-OC30H61 zu 72 % in Bienenwachs

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2.1 Vorkommen2.1 Vorkommen

Riechstoffe:

2. Carbonsäureester

Ester in vielen ätherischen Ölen enthalten

Verantwortlich für zahlreiche Düfte von Früchten und Blüten

Meist Ester niederer Alkohole und Carbonsäuren

flüchtig

Pyrola unifloraPyrola uniflora

(Einblütiges Wintergrün)(Einblütiges Wintergrün)

enthält Salicylsäuremethylesterenthält Salicylsäuremethylester

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklatur Struktur: Moleküle enthalten Carbonsäure-Teil und Alkohol-Teil

Carbonsäureester besitzen die funktionelle Gruppe

-COOR (Als Substituent: Alkoxycarbonyl)

2. Carbonsäureester

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturNamen der Carbonsäureester hängen von den beteiligten Kohlenstoffgerüsten der eingesetzten Säuren und Alkohole ab:

Mehrere Möglichkeiten:

Systematisch (IUPAC)

Alternativ (gebräuchlich)

Trivialnamen

2. Carbonsäureester

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturSystematische Nomenklatur nach IUPAC:

Ester sind nach IUPAC also Alkanoate

2. Carbonsäureester

Beispiel:

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklaturAlternative Nomenklatur (gebräuchlich):

2. Carbonsäureester

Beispiel:

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2.2 Struktur und 2.2 Struktur und NomenklaturNomenklatur Ein cyclischer Ester wird Lacton genannt: Entstehung durch intermolekulare Veresterung

Systematisch: Oxa-2-cyclo alkanon:

2. Carbonsäureester

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2.3 Physikalische 2.3 Physikalische EigenschaftenEigenschaftenNiedermolekulare Ester:

Höher molekulare Ester:

Siedepunkte:

2. Carbonsäureester

Flüssig und farblos

Brennbar

Niedrig siedend

Fest / wachsartig

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2.32.3 PhysikalischePhysikalische EigenschaftenEigenschaften

Polarität:

Die funktionelle Gruppe der Ester enthält eine Carbonylgruppe:

2. Carbonsäureester

Carbonylsauerstoff ist größtenteils für Polarität verantwortlich

Polarität = schwach

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D2 Löslichkeit von StyroporD2 Löslichkeit von Styropor

Styropor (Polystyrol) löst sich gut in Essigsäureetylester:

Prinzip: Gleiche Polarität

„Similia similibus solvuntur“

(Gleiches löst sich in Gleichem)

2. Carbonsäureester

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V1 Wasserlöslichkeit vonV1 Wasserlöslichkeit vonEssigsäureethylesterEssigsäureethylester

Geringe Wasserlöslichkeit von Essigsäureethylester Wechselwirkung des Carbonylsauerstoffs mit dem

Wasserstoff im Wasser

Mit wachsendem Alkylrest sinkt Wasserlöslichkeit

2. Carbonsäureester

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V1 Wasserlöslichkeit von V1 Wasserlöslichkeit von EssigsäureethylesterEssigsäureethylester

Aussalzen:

Ionen des Salzes werden solvatisiert Solvatation benötigt Wassermoleküle Diese stehen dann zur Solvatation anderer

Moleküle nicht mehr zur Verfügung

2. Carbonsäureester

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2.4 Darstellung2.4 Darstellung

Carbonsäuren und Alkohole reagieren

langsam miteinander

Mineralsäure als Katalysator

Erhitzen

2. Carbonsäureester

Hermann Emil Fischer

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2.4 Darstellung2.4 Darstellung

Frage: Woher stammt der Sauerstoff ?

Isotopenmarkierung:

2. Carbonsäureester

O

OH

+ H O CH3

O

O CH3

+ H2O

Benzoesäure MethylbenzoatMethanol

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V2 Darstellung von V2 Darstellung von EssigsäureethylesterEssigsäureethylester

2. Carbonsäureester

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2.5 Verseifung2.5 Verseifung Unter „Verseifung“ versteht man zunächst die basische

Hydrolyse eines Esters

Der Begriff „Verseifung“ kommt aus der Nutzung dieses Reaktionstyps zur Herstellung von Seife aus Fett

2. Carbonsäureester

Andere Variante:

Erhitzen von Estern mit Überschuss von Wasser in Gegenwart von Mineralsäuren

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V3 Alkalische VerseifungV3 Alkalische Verseifung

Esterhydrolyse durch Umsetzung mit starker Base:

Über tetraedrische Zwischenstufe Letzter Schritt ist irreversibel

2. Carbonsäureester

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V4 Quantitative Hydrolyse V4 Quantitative Hydrolyse von Oxalsäurediethylestervon Oxalsäurediethylester

Es handelt sich um einen Gleichgewichtsprozess:

2. Carbonsäureester

Wasserüberschuss zwingt System zu neuer Gleichgewichtseinstellung

Carbonsäure kann durch Neutralisation aus Gleichgewicht entfernt werden

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V4 Quantitative Hydrolyse V4 Quantitative Hydrolyse von Oxalsäurediethylestervon Oxalsäurediethylester

Neutralisation:

Mittels vollständiger Neutralisation kann über den

Verbrauch an Natronlauge die Stoffmenge n des

eingesetzten Esters berechnet werden

2. Carbonsäureester

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2.6 CH-acide Ester2.6 CH-acide Ester

Ester verfügen über eine schwache Acidität des

–Wasserstoffatoms

Besonders CH-acide Ester verdanken ihre Eigenschaft der Mesomeriestabilisierung des gebildeten Anions durch elektronenziehende CO-Gruppen in -Stellung.

2. Carbonsäureester

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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie

Definition: Tautomerie

„Das Vorhandensein zweier im Gleichgewicht

stehender Molekülformen,

die sich nur durch die Stellung eines Protons

(mit der entsprechenden Verschiebung der Bindungen)

unterscheiden,

wird als Tautomerie bezeichnet.“

2. Carbonsäureester

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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie Das mesomeriestabilisierte Enolat-Anion steht im

Gleichgewicht mit der tautomeren Enol-Form

Acetessigsäureethylester ist ein

-Keto-Carbonsäureester

2. Carbonsäureester

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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-Tautomerie Orange-rote Färbung durch Zugabe von Eisen(III)-chlorid

2. Carbonsäureester

Chelat-Komplex

Oktaedrisch koordiniert

Eisentrienolat

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V5 Keto-Enol-TautomerieV5 Keto-Enol-TautomerieTrans-Addition von Brom an C-C-Doppelbindung:

2. Carbonsäureester

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2.7 Verwendung2.7 Verwendung

Aromastoffe:

Lösungsmittel:

Emulgatoren/

Konservierungstoffe:

- Nahrungsmittel

- Parfüme

- Lacke

- Klebstoffe

- Haushaltsreiniger

- Fischkonserven

(PHB-Ester)

2. Carbonsäureester

PHB-Ester = para-HydroxybenzoesäureesterPHB-Ester = para-Hydroxybenzoesäureester

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2.7 Verwendung2.7 VerwendungMedizin:

2. Carbonsäureester

Acetylsalicylsäure

1899 wurde Aspirin zum Patent angemeldet

Hemmt Prostaglandinsynthese im Körper

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2.7 Verwendung2.7 Verwendung

Kunststoffe: - PET

Polyethylenterephtalat

(Verpackungen)

- Phtalsäureester

- Fettsäureester

- Citronensäureester

(Weichmacher für PVC)

2. Carbonsäureester

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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters

Vorgehensweise:

2. Carbonsäureester

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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters

Citronensäure

3 Carboxylgruppen 1 Hydroxylgruppe

Ricinusöl

Enthält zu ca. 85 %

Ricinolsäure

2. Carbonsäureester

OHO

HO 129 18

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V6 Darstellung eines V6 Darstellung eines PolyestersPolyesters

Es findet eine Polykondensation statt:

2. Carbonsäureester

R1-CO-OH R2-OH R1-CO-OR2 H2O

Dreidimensional vernetztes Harz (Wassereinschlüsse)!

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3. Ester anorganischer 3. Ester anorganischer SäurenSäurenEntstehung durch formale oder tatsächliche Kondensationsreaktion zwischen Säure und Alkohol

Im Folgenden: Bekannte Beispiele für:

Phosphorsäureester Schwefelsäureester Salpetersäureester Borsäureester

3. Ester anorganischer Säuren

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PhosphorsäureesterPhosphorsäureesterEster der ortho-Phosphorsäure:

3. Ester anorganischer Säuren

Natürlich vorkommend: Als Phosphorsäurediester sind in der DNA die Nucleotide miteinander verbunden

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SchwefelsäureesterSchwefelsäureesterEster der Schwefelsäure:

3. Ester anorganischer Säuren

Natürlich vorkommend: Carrageen (E 407) aus Rotalgen

(Geliermittel: z.B. in Babynahrung)

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SalpetersäureesterSalpetersäureester3. Ester anorganischer Säuren

Ester der Salpetersäure:

Salpetersäureester von Polyalkoholen sind Explosivstoffe

Nitroglycerin:

(Propan-1,2,3-trioltrinitrat)

Darstellung durch Veresterung der drei OH-Gruppen des Glycerols mit Nitriersäure

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V7 Flammenfärbung mitV7 Flammenfärbung mitBorsäuretrimethylesterBorsäuretrimethylester

Trimethylborat entsteht durch Veresterung von ortho-Borsäure mit Methanol:

3. Ester anorganischer Säuren

Schwefelsäure katalysiert die Reaktion und entfernt Wasser aus dem Gleichgewicht

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V7 Flammenfärbung mit V7 Flammenfärbung mit BorsäuretrimethylesterBorsäuretrimethylester

3. Ester anorganischer Säuren

Trimethylborat verbrennt als borhaltige Verbindung mit grüner Flamme:

2 BO3(CH3)3 (g) + 9 O2 (g) B2O3 (g) + 6 CO2 (g) + 9 H2O

Keine C-C-Bindungen

Kein Ruß, welcher glüht

Keine Überdeckung der Flammenfärbung

+3 -2 0 +3 -2 +4 -2 +1 -2

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4. Schulrelevanz4. SchulrelevanzGymnasialer Bildungsgang (G8) Hessen:

11G.1: Alkansäuren und ihre Derivate11G.2: Naturstoffe: Fette (Eigenschaften und Reaktionen) Synthese von Makromolekülen (Polykondensation)

12G.1: Umkehrbare Reaktionen Chemisches Gleichgewicht (MWG)

Prinzip vom Zwang: Beeinflussung der Lage des Gleichgewichts

5. Schulrelevanz

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EndeEnde

Vielen DankVielen Dank

für Ihrefür Ihre

AufmerksamkeitAufmerksamkeit