Estery: chemické vlastnosti a aplikace

Estery se běžně označují jako sloučeniny získané esterifikací z karboxylových kyselin. Současně je OH- nahrazen karboxylovou skupinou alkoxyskupinou. Výsledkem jsou estery, jejichž vzorec je obecně psán jako R-COO-R `.

Struktura esterové skupiny

Polarita chemických vazeb v molekulách esterů je analogická polaritě vazeb v karboxylových kyselinách. Hlavní rozdíl spočívá v nepřítomnosti mobilního atomu vodíku, na jehož místě se nachází uhlovodíkový zbytek. Současně je elektrofilní centrum umístěno na atomu uhlíku esterové skupiny. Ale atom uhlíku navázané na alkylovou skupinu je také pozitivně polarizován.

Elektrofilnost a tím i chemické vlastnosti esterů jsou určeny strukturou uhlovodíkového zbytku, který nahradil atom H v karboxylové skupině. Jestliže uhlovodíkový radikál tvoří systém konjugátu s atomem kyslíku, pak se reaktivita výrazně zvětšuje. Tak je tomu například v případě akrylových a vinylesterů.

Fyzikální vlastnosti

Většina esterů jsou kapaliny nebo krystalické látky s příjemnou vůní. Teplota jejich varu je obvykle nižší než teplota karboxylových kyselin podobná molekulové hmotnosti. To je potvrzeno snížením intermolekulárních interakcí, což se naopak vysvětluje nepřítomností vodíkových vazeb mezi sousedními molekulami.

Nicméně stejně jako chemické vlastnosti esterů závisí fyzikální na strukturálních vlastnostech molekuly. Přesněji na typ alkoholu a karboxylové kyseliny, ze které se tvoří. Na tomto základě jsou estery rozděleny do tří hlavních skupin:

1. Estery ovoce. Vyrábějí se z nižších karboxylových kyselin a stejných monohydricních alkoholů. Kapaliny s charakteristickými příjemnými vůněmi květů a ovoce.
2. Vosky. Odvozují se od vyšších (počet atomů uhlíku od 15 do 30) a alkoholů s jednou funkční skupinou. Jedná se o plastové látky, které se snadno změkčují v rukou. Hlavní složkou včelího vosku je Miricil Palmitate C₁₅H₃₁SOOS₃₁H₆₃, a čínský ceriový ester kyseliny cericové C₂₅H₅₁SOOS₂₆H₅₃. Nedochází k rozpouštění ve vodě, ale jsou rozpustné v chloroformu a benzenu.
3. Tuky. Z glycerolu a středních a vyšších karboxylových kyselin. Živočišné tuky jsou obvykle za normálních podmínek pevné, ale snadno se roztaví, když teplota stoupá (máslo, vepřový tuk apod.). U rostlinných tuků je charakteristický tekutý stav (lněný, olivový, sójový olej). Základní rozdíl ve struktuře těchto dvou skupin, který ovlivňuje rozdíly ve fyzikálních a chemických vlastnostech esterů, je přítomnost nebo nepřítomnost vícenásobných vazeb v kyselém zbytku. Živočišné tuky jsou glyceridy nenasycených karboxylových kyselin a rostlinné tuky jsou omezujícími kyselinami.

Chemické vlastnosti

Etery reagují s nukleofily, což vede k substituci alkoxyskupiny ak acylaci (nebo alkylaci) nukleofilního činidla. Pokud má strukturní vzorec esteru alfa je atom vodíku, pak je možná kondenzace esteru.

1. Hydrolýza. Je možné kyselé a alkalické hydrolýzy, což je reakce, obrátit esterifikaci. V prvním případě je hydrolýza reverzibilní a kyselina působí jako katalyzátor:

R-COO-R `+ H<sub>2</sub>O <-> R-COO-H + R`-OH

Základní hydrolýza je nevratná a obvykle se nazývá zmýdelnění a sodné a draselné soli mastných karboxylových kyselin jsou mýdlo:

R-COO-R `+ NaOH -> R-COO-Na + R`-OH

2. Amonolýza. Nukleofilním činidlem může být amoniak:

R-COO-R `+ NH<sub>3</sub> -> R-CO-NH<sub>2</sub> + R`-OH

3. Transesterifikace. Tato chemická vlastnost esterů může být také klasifikována jako způsob jejich získání. Pod působením alkoholů v přítomnosti H⁺ nebo OH^- je možné nahradit uhlovodíkový radikál připojený k kyslíku:

R-COO-R `+ R "-OH-> R-COO-R" + R`-OH

4. Redukce vodíkem vede k tvorbě molekul dvou různých alkoholů:

R-CO-OR `+ LiAlH<sub>4</sub> -> R-CeA-<sub>2</sub>-Ota - + R`OH

5. Spalování je další typickou reakcí esterů:

2CEta-₃-COO-CEta-₃ + 7O₂ = 6CO₂ + 6H₂O

6. Hydrogenace. Pokud existuje více vazeb v uhlovodíkovém řetězci molekuly esteru, pak je možné připojit molekuly vodíku, k nimž dochází v přítomnosti platiny nebo jiných katalyzátorů. Například je možné vyrábět tuhé hydrogenované tuky (margarín) z olejů.

Aplikace esterů

Estery a jejich deriváty se používají v různých odvětvích. Mnoho z nich snadno rozpouští různé organické sloučeniny, používá se v parfumerii a potravinářském průmyslu pro výrobu polymerů a polyesterových vláken.

Etylacetát. Používá se jako rozpouštědlo pro nitrocelulózu, acetát celulózy a jiné polymery pro výrobu a rozpouštění laků. Díky své příjemné vůni se používá v potravinářském a parfémovém průmyslu.

Butylacetát. Také se používá jako rozpouštědlo, ale již polyesterové pryskyřice.

Vinylacetát (CH₃-COO-CH = CH₂). Používá se jako základ polymeru potřebného pro přípravu lepidla, laků, syntetických vláken a filmů.

Malonether. Díky svým speciálním chemickým vlastnostem je tento ester široce používán v chemické syntéze k výrobě karboxylových kyselin, heterocyklických sloučenin, aminokarboxylových kyselin.

Ftaláty. Estery kyseliny ftalové se používají jako plastifikační přísady do polymerů a syntetických kaučuků a jako repelent se používá také dioktylftalát.

Methylakrylát a methylmethakrylát. Snadno se polymeruje s vytvořením odolného vůči různým expozicím plechu organického skla.