Esters sind chemische abgeleitete Zusammensetzungen durch das Reagieren eines oxoacid mit einer Hydroxyl-Zusammensetzung wie ein Alkohol oder Phenol. Esters werden gewöhnlich aus einer anorganischen sauren oder organischen Säure abgeleitet, in der mindestens ein - OH (hydroxyl) Gruppe durch einen-o-alkyl (alkoxy) Gruppe, und meistens von carboxylic Säuren und alcohols ersetzt werden. D. h. esters werden durch das Kondensieren einer Säure mit einem Alkohol gebildet.

Esters sind allgegenwärtig. Am natürlichsten vorkommende Fette und Öle sind die Fettsäure esters des Glyzerins. Esters mit dem niedrigen Molekulargewicht werden als Düfte allgemein verwendet und in wesentlichen Ölen und pheromones gefunden. Phosphoesters bilden das Rückgrat von DNA-Molekülen. Nitrat esters, wie Nitroglyzerin, ist für ihre explosiven Eigenschaften bekannt, während Polyester wichtiger Plastik mit durch ester Hälften verbundenem monomers sind.

Nomenklatur

Etymologie

Das Wort 'ester' wurde 1848 vom deutschen Chemiker Leopold Gmelin ins Leben gerufen.], wahrscheinlich als eine Zusammenziehung deutschen Essigäther - essigsaurer Äther.

IUPAC Nomenklatur von Esters

Namen von Ester werden aus dem Elternteilalkohol und der Elternteilsäure abgeleitet, wo die Letzteren ein organischer oder eine anorganische Säure sein können. Esters ist auf die einfachsten carboxylic Säuren zurückzuführen gewesen werden gemäß den traditionelleren, so genannten "trivialen Namen" z.B als formate, Azetat, propionate, und butyrate, im Vergleich mit der IUPAC Nomenklatur methanoate, ethanoate, propanoate und butanoate allgemein genannt. Esters ist auf kompliziertere carboxylic Säuren zurückzuführen gewesen werden andererseits öfter mit dem systematischen IUPAC-Namen genannt, der auf dem Namen für die Säure gestützt ist, die von der Nachsilbe-oate gefolgt ist. Zum Beispiel hat der ester hexyl octanoate, auch bekannt unter dem trivialen Namen hexyl caprylate, die Formel CH (CH) CO (CH) CH.

Die chemischen Formeln von organischem esters werden normalerweise im Format von RCOR geschrieben', wo R und R' die Kohlenwasserstoff-Teile von carboxylic Säure und Alkohol beziehungsweise sind. Zum Beispiel würde Butyl-Azetat, abgeleitet aus butanol und essigsaurer Säure CHCOCH geschrieben. Alternative Präsentationen sind einschließlich BuOAc und CHCOOCH üblich.

Zyklische esters werden lactones, unabhängig davon genannt, ob sie aus einem organischen oder einer anorganischen Säure abgeleitet werden. Ein Beispiel eines (organischen) lactone ist Gamma-Valerolactone.

Orthoesters

Eine ungewöhnliche Klasse von organischem esters ist die orthoesters, die die Formel-FERNSTEUERUNG (ODER') haben. Triethylorthoformate (HC (OCH)), wird in Bezug auf seinen Namen (aber nicht seine Synthese) von orthoformic Säure (HC (OH)) und Vinylalkohol abgeleitet.

"Anorganischer esters"

Ester ist ein allgemeiner Begriff für das Produkt ist auf die Kondensation einer Säure und eines Alkohols zurückzuführen gewesen. So streckt sich die Nomenklatur bis zu anorganische oxo Säuren, z.B phosphorige Säure, Schwefelsäure, saure Stickstoff- und Borsäure aus. Zum Beispiel, triphenyl Phosphat ist der ester ist auf phosphorige Säure und Phenol zurückzuführen gewesen. Organische Karbonate, wie Äthylen-Karbonat, werden aus kohlenstoffhaltigem Säure- und Äthylen-Glykol abgeleitet.

Struktur und das Abbinden

Esters enthalten ein carbonyl Zentrum, das 120°C-C-O und O-C-O-Winkel verursacht. Verschieden von amides sind esters strukturell flexible funktionelle Gruppen, weil die Folge über die C-O-C Obligationen eine niedrige Barriere hat. Ihre Flexibilität und niedrige Widersprüchlichkeit werden in ihren physikalischen Eigenschaften manifestiert; sie neigen dazu (niedrigerer Schmelzpunkt) weniger starr und (niedrigerer Siedepunkt) flüchtiger zu sein, als der entsprechende amides. Der pKa des Alphas-hydrogens auf esters ist ungefähr 25.

Physikalische Eigenschaften und Charakterisierung

Esters sind mehr polar als Äther, aber weniger polar als alcohols. Sie nehmen an Wasserstoffobligationen als Wasserstoffband-Annehmer teil, aber können als Wasserstoffband-Spender verschieden von ihrem Elternteilalcohols nicht handeln. Diese Fähigkeit, am Wasserstoffabbinden teilzunehmen, teilt eine Wasserlöslichkeit zu. Wegen ihres Mangels an der WasserstoffBand-Spendenfähigkeit selbstverkehren esters nicht. Folglich sind esters flüchtiger als carboxylic Säuren des ähnlichen Molekulargewichtes.

Charakterisierung und Analyse

Esters werden gewöhnlich durch die Gaschromatographie, das Ausnutzen ihrer Flüchtigkeit identifiziert. IR Spektren für esters zeigen ein intensives scharfes Band in der Reihe ν zugeteilte 1730-1750 Cm. Diese Spitze Änderungen abhängig von den funktionellen Gruppen hat dem carbonyl angehaftet. Zum Beispiel werden ein Benzol-Ring oder Doppelbindung in der Konjugation mit dem carbonyl die wavenumber ungefähr 30 Cm herunterbringen.

Anwendungen und Ereignis

Esters sind in der Natur weit verbreitet und werden in der Industrie weit verwendet. In der Natur sind Fette im Allgemeinen, triesters ist auf Glyzerin und Fettsäuren zurückzuführen gewesen. Esters sind für das Aroma von vielen Früchten, einschließlich Äpfel, Birnen, Bananen, Ananas und Erdbeeren verantwortlich. Mehrere Milliarden Kilogramme Polyester werden industriell jährlich, wichtige Produkte erzeugt, die Polyäthylen terephthalate, acrylate esters, und Zellulose-Azetat sind.

Vorbereitung

Esterifizierung ist der allgemeine Name für eine chemische Reaktion, in der zwei Reaktionspartner (normalerweise ein Alkohol und eine Säure) einen ester als das Reaktionsprodukt bilden. Esters sind in der organischen Chemie und den biologischen Materialien üblich, und haben häufig einen charakteristischen angenehmen, fruchtigen Gestank. Das führt zu ihrem umfassenden Gebrauch im Duft und der Geschmack-Industrie. Obligationen von Ester werden auch in vielen Polymern gefunden.

Esterifizierung von carboxylic Säuren

Die klassische Synthese ist die Esterifizierung von Fischer, die das Behandeln einer carboxylic Säure mit einem Alkohol in Gegenwart von einem wasserentziehenden Agenten einschließt:

:RCOH + R'OH RCOR' + HO

Das für solche Reaktionen unveränderliche Gleichgewicht ist ungefähr 5 für typischen esters, z.B, Ethylacetat. aber die Reaktion ist ohne einen Katalysator langsam. Schwefelsäure ist ein typischer Katalysator für diese Reaktion. Viele andere Säuren werden auch wie polymere sulfonic Säuren verwendet. Da Esterifizierung hoch umkehrbar ist, kann der Ertrag des ester mit dem Grundsatz von Le Chatelier verbessert werden:

• das Verwenden vom Alkohol im großen Übermaß (d. h., als ein Lösungsmittel)
• das Verwenden eines wasserentziehenden Agenten: Schwefelsäure katalysiert nicht nur die Reaktion, aber sondert Wasser (ein Reaktionsprodukt) ab. Andere trocknende Agenten wie molekulare Siebe sind auch wirksam.
• Eliminierung von Wasser durch physische Mittel wie Destillation als ein niedriges Kochen azeotropes mit dem Toluol, in Verbindung mit einem mit dem Dekan steifen Apparat.

Reagenzien sind bekannt, die den Wasserentzug von Mischungen von alcohols und carboxylic Säuren steuern. Ein Beispiel ist die Esterifizierung von Steglich, die eine Methode ist, esters unter milden Bedingungen zu bilden. Die Methode ist in der peptide Synthese populär, wo die Substrate zu harten Bedingungen wie hohe Hitze empfindlich sind. DCC (dicyclohexylcarbodiimide) wird verwendet, um die carboxylic Säure zur weiteren Reaktion zu aktivieren. (4-dimethylaminopyridine) DMAP wird als ein Acyl-Übertragungskatalysator verwendet.

:

Eine andere Methode für den Wasserentzug von Mischungen von alcohols und carboxylic Säuren ist die Reaktion von Mitsunobu:

:RCOH + R'OH + P (CH) + RN  RCOR' + OP (CH) + RNH

Säuren von Carboxylic können esterified sein, der diazomethane verwendet:

:RCOH + CHN  RCOCH + N

Mit diesem diazomethane können Mischungen von carboxylic Säuren zu ihrem Methyl esters in fast quantitativen Erträgen z.B für die Analyse durch die Gaschromatographie umgewandelt werden. Die Methode ist in synthetischen organischen Spezialoperationen nützlich, aber wird zu teuer für in großem Umfang Anwendungen betrachtet.

Alcoholysis von acyl Chloriden und sauren Anhydriden

Alcohols reagieren mit acyl Chloriden und sauren Anhydriden, um esters zu geben:

: RCOCl + R'OH  RCOR' + HCl

: (RCO) O + R'OH  RCOR' + RCOH

Die Reaktionen sind irreversibler Vereinfachungsarbeits-. Da acyl Chloride und saure Anhydride auch mit Wasser reagieren, werden wasserfreie Bedingungen bevorzugt. Die analogen acylations von Aminen, um amides zu geben, sind weniger empfindlich, weil Amine stärkerer nucleophiles sind und schneller reagieren, als Wasser tut. Diese Methode wird nur für Laborskala-Verfahren verwendet, weil es teuer ist.

Alkylierung von carboxylate Salzen

Obwohl nicht weit verwendet für Esterifizierungen Salze von carboxylate Anionen alkylating Reagenz mit alkyl Halogeniden sein können, um esters zu geben. Im Fall, dass ein alkyl Chlorid verwendet wird, kann ein iodide Salz die Reaktion (Reaktion von Finkelstein) katalysieren. Das carboxylate Salz wird häufig in situ erzeugt. In schwierigen Fällen kann das Silber carboxylate seit den Silberion-Koordinaten zum Halogenid verwendet werden, das seiner Abfahrt hilft und die Reaktionsrate verbessert. Diese Reaktion kann unter Anion-Verfügbarkeitsproblemen leiden und kann deshalb aus der Hinzufügung von Phase-Übertragungskatalysatoren oder hoch polaren aprotic Lösungsmitteln wie DMF einen Nutzen ziehen.

Umesterung

Umesterung, die das Ändern eines ester in einen anderen einschließt, wird weit geübt:

: RCOR' + CHOH  RCOCH + R'OH

Wie der hydrolysction wird Umesterung durch Säuren und Basen katalysiert. Die Reaktion wird weit verwendet, um triglycerides, z.B in der Produktion von Fettsäure esters und alcohols zu erniedrigen. Poly (ethyleneterephthalate) wird durch die Umesterung von dimethyl terephthalate und Äthylen-Glykol erzeugt:

:: (CH) (COCH) + 2 CH (OH)  1/n {(CH) (CO) (CH)} + 2 CHOH

Carbonylation

Alkenes erleben "Hydroesterifizierung" in Gegenwart von Metall carbonyl Katalysatoren. Esters von propionic Säure werden gewerblich durch diese Methode erzeugt:

:CH + ROH + CO  CHCOR

Der carbonylation des Methanols gibt Methyl formate, der die kommerzielle Hauptquelle von Ameisensäure nach. Die Reaktion wird durch Natrium methoxide katalysiert:

:CHOH + CO  CHOCH

Hinzufügung von carboxylic Säuren zu alkenes

In Gegenwart von Palladium-basierten Katalysatoren reagieren Äthylen, essigsaure Säure und Sauerstoff, um Vinylazetat zu geben:

:CH + CHCOH + 1/2 O  CHOCCH + HO

Direkte Wege zu diesem demselben ester sind nicht möglich, weil Vinylalkohol nicht stabil ist.

Andere Methoden

• Neuordnung von Favorskii von α-haloketones in die Anwesenheit der Basis
• Oxydation von Baeyer-Villiger von ketones mit Peroxyden.
• Reaktion von Pinner von nitriles mit einem Alkohol.
• Abstraktion von Nucleophilic eines Metall-Acyl-Komplexes.

Reaktionen

Esters reagieren mit nucleophiles am carbonyl carbonyl Kohlenstoff. Der carbonyl ist schwach electrophilic, aber wird durch starken nucleophilies (Amine, alkoxides, hydride Quellen, organolithium Zusammensetzungen, usw.) angegriffen. Die C-H Obligationen neben dem carbonyl sind schwach acidic, aber erleben Deprotonierung mit starken Basen. Dieser Prozess ist derjenige, der gewöhnlich Kondensationsreaktionen beginnt. Der carbonyl Sauerstoff ist (weniger schwach grundlegend als in amides), aber bildet Zusätze.

Hinzufügung von nucleophiles an carbonyl

Esterifizierung ist eine umkehrbare Reaktion. Esters erleben Hydrolyse unter sauren und grundlegenden Bedingungen. Unter acidic Bedingungen ist die Reaktion die Rückreaktion der Esterifizierung von Fischer. Unter grundlegenden Bedingungen handelt Hydroxyd als ein nucleophile, während ein alkoxide die abreisende Gruppe ist. Diese Reaktion, Verseifung, ist die Basis des Seife-Bildens.

:

Die alkoxide Gruppe kann auch durch stärkeren nucleophiles wie Ammoniak oder primäre oder sekundäre Amine versetzt werden, um amides zu geben:

:: RCOR' + NHR"  RCONHR" + R'OH

Diese Reaktion ist nicht gewöhnlich umkehrbar. Hydrazines und hydroxylamine können im Platz von Aminen verwendet werden. Esters kann zu isocyanates durch das Zwischenglied hydroxamic Säuren in der Neuordnung von Lossen umgewandelt werden.

Quellen von Kohlenstoff nucleophiles, z.B, Reagenzien von Grignard und Organolithium-Zusammensetzungen, tragen sogleich zum carbonyl bei.

Die Verminderung

Im Vergleich zu ketones und Aldehyden sind esters gegen die Verminderung relativ widerstandsfähig. Die Einführung von katalytischem hydrogenation im frühen Teil des 20. Jahrhunderts war ein Durchbruch; esters von Fettsäuren sind hydrogenated zu fetthaltigem alcohols.

:: RCOR' + 2 H  RCHOH + R'OH

Ein typischer Katalysator ist Kupfer chromite. Vor der Entwicklung von katalytischem hydrogenation wurden esters auf einem in großem Umfang Verwenden der Bouveault-Blanc Verminderung reduziert. Diese Methode, die größtenteils veraltet ist, verwendet Natrium in Gegenwart von Protonenquellen.

Besonders für feine chemische Synthesen wird Lithiumaluminium hydride verwendet, um esters auf zwei primäre alcohols zu reduzieren. Das zusammenhängende Reagens-Natrium borohydride ist in dieser Reaktion langsam. DIBAH reduziert esters auf Aldehyde.

Kondensation von Claisen und verwandte Reaktionen

Bezüglich ketones und Aldehyde, der Wasserstoffatome auf dem Kohlenstoff angrenzend (" α zu") ist die carboxyl Gruppe in esters genug acidic, um Deprotonierung zu erleben, die der Reihe nach zu einer Vielfalt von nützlichen Reaktionen führt. Deprotonierung verlangt relativ starke Basen wie alkoxides. Deprotonierung gibt einen nucleophilic enolate, der weiter, z.B, die Kondensation von Claisen und seine intramolekulare Entsprechung, die Kondensation von Dieckmann reagieren kann. Diese Konvertierung wird im malonic ester Synthese ausgenutzt, worin der diester von Malonsäure mit einem electrophile (z.B, alkyl Halogenid) reagiert, und nachher decarboxylated ist.

Andere Reaktionen

• Phenyl esters reagieren auf hydroxyarylketones in der Neuordnung der Pommes frites.
• Spezifische esters sind functionalized mit einer α-hydroxyl Gruppe in der Neuordnung von Chan.
• Esters mit β-hydrogen Atomen kann zu alkenes in ester pyrolysis umgewandelt werden.

Schützende Gruppen

Als eine Klasse dienen esters als Schutz von Gruppen für carboxylic Säuren. Der Schutz einer carboxylic Säure ist in der peptide Synthese nützlich, um Selbstreaktionen von bifunctional Aminosäuren zu verhindern. Methyl und Äthyl esters sind für viele Aminosäuren allgemein verfügbar; das T-Butyl ester neigt dazu, teurer zu sein. Jedoch ist T-Butyl esters besonders nützlich, weil, unter stark acidic Bedingungen, das T-Butyl esters Beseitigung erlebt, um die carboxylic Säure und isobutene zu geben, Arbeits-vereinfachend.

Liste von ester odorants

Viele esters haben kennzeichnenden fruchtähnlichen Gestank, der zu ihrem alltäglichen Gebrauch in künstlichen Würzen und Düften geführt hat.

Siehe auch

• Cyanate ester
• Oligoester
• Polyolester
• Umesterung
• Transamidification

Außenverbindungen

• Eine Einführung in esters
• Molekül des Monats: Ethylacetat und anderer esters
• Ein Beispiel der esters kommerziellen Anwendung