Estry

Estry są to związki organiczne otrzymywane przez podstawienie wodoru grupy wodorotlenowej w alkoholach rodnikami kwasowymi (nieorganicznymi lub organicznymi).

Estry tworzą się przez bezpośrednie działanie kwasów karboksylowych z alkoholami w obecności katalizatora (estryfikacja).

Ogólny wzór estrów
Gdzie R1 to alki pochodzący od
kwasu, R2 to alki pochodzący od alkoholu.

Reakcja ta jest odwracalna i dlatego chcąc zestryfikować pewną ilość alkoholu, należy działać nadmiarem kwasu lub też usuwać wodę z mieszaniny przez dodanie ciał wiążących ją. Metoda ta jest ogólną; można ją, bowiem stosować zarówno w celu otrzymania estrów kwasów nieorganicznych jak i organicznych. Estry kwasów nieorganicznych to np. azotanowy (VI), siarkowy (VI), fosforowy (V). Najbardziej znane wśród kwasów nieorganicznych są: triazotan (V) gliceryny, zwany pospolicie nitrogliceryną.

Azotan (V) celulozy służący do produkcji celuloidu i prochu bezdymnego. Estry kwasu siarkowego (VI) i wyższych alkoholi, które są składnikami detergentów.
Istnieje cały szereg metod otrzymywania tych związków, stosowanych zarówno w przemyśle, jak i w pracach laboratoryjnych. Kwasy jednozasadowe dają jeden rodzaj estrów obojętnych; wielozasadowe zaś mogą tworzyć oprócz obojętnych także estry kwaśne, zawierające jeszcze wolne wodory kwasowe. Wszystkie estry, zarówno kwaśne jak i obojętne rozkładają się pod działaniem wody na kwas i alkohol. W wyniku działania silnych zasad na wiązanie estrowe powstaje z powrotem alkohol i sól kwasu karboksylowego - hydroliza zasadowa. Reakcja ta w przypadku tłuszczy prowadzi do otrzymania mydeł i dlatego nazywa się ją zmydlaniem estrów, nawet wtedy gdy nie chodzi o estry będące tłuszczami.

W skrócie hydroliza estrów polega na rozkładzie estru pod wpływem wody na kwas i alkohol:

ESTER + WODA KWAS + ALKOHOL

Reakcja kwasowej hydrolizy estrów: Reakcja kwasowej hydrolizy estrów - reakcja odwrotna do reakcji estryfikacji

Reakcja hydrolizy zasadowej pod wpływem jonów OH- - reakcja zmydlania

Nazwy estrów tworzy się od nazw kwasów, np. estry kwasu mrówkowego to mrówczany, a estry kwasu octowego to octany. Druga część nazwy pochodzi od nazwy alkoholu , np. w reakcji kwasu octowego z etanolem powstaje ester o nazwie octan etylu (CH3COOC2H5,).
Estry należą do związków ogromnie ważnych, nie tylko ze względu na rozpowszechnienie w przyrodzie (estry kwasów organicznych), lecz także ze względu na łatwość ulegania przemianom chemicznym, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie tak w przemyśle związków organicznych, jak i w zakresie prac laboratoryjnych. Wchodzą one w skład ustrojów zwierzęcych i roślinnych, zwłaszcza estry wyższych kwasów tłuszczowych, jak na przykład kwasu masłowego, walerjanowego, kopronowego, palmitynowego, stearynowego i innych.

Oprócz bezpośredniej syntezy z kwasu karboksylowego i alkoholu można je też otrzymywać w wyniku reakcji chlorków kwasów karboksylowych z alkoholami, oraz w wyniku reakcji transestryfikacji - czyli reakcji wymiany jednego estru z drugim.

Estry niższych kwasów karboksylowych i alkoholi alifatycznych o krótkich łańcuchach węglowych są cieczami słabo mieszającymi się z wodą, o intensywnym i dość przyjemnym zapachu. Są one jednak w większych dawkach toksyczne, a niektóre są też rakotwórcze. Estry kwasów karboksylowych z długimi grupami alkilowymi, czyli z kwasami tłuszczowymi i alkoholami alifatycznymi o długich łańcuchach węglowych, są głównymi składnikami wosku naturalnego. Z kolei estry kwasów tłuszczowych i gliceryny to tłuszcze.

Istnieją również estry innych związków np. kwasów nieorganicznych i cukrów (np. azotan celulozy, DNA). Zawsze jednak jeden ze związków musi być kwasem, a drugi posiadać grupę hydroksylową (np. siarczan dietylu).

Zapach estrów

Estry znajdują się w olejkach, tłuszczach, niektóre w częściach zielonych organizmów roślinnych. Pewnie z nich posiadają przyjemny zapach, który w wielu przypadkach przypomina zapach owoców; dlatego też przygotowuje się je fabrycznie jako tak zwane esencje owocowe. Na przykład ester izoamylowy kwasu izowalerjanowego posiada zapach jabłek, ester etylowy kwasu masłowego zapach ananasów, ester izoamylowy kwasu octowego zapach gruszek.

Mrówczan butylu ma zapach malinowy, mrówczan decylu – pomarańczowy, octan winylu – bananowy, a mrówczan benzylu pachnie jaśminem. Dzięki swoim właściwościom estry i ich mieszaniny znalazły zastosowanie przy wytwarzaniu różnych substancji zapachowych. Produkuje się z nich perfumy, wody kwiatowe, mydła. Estrów używa się również do produkcji esencji smakowych i zapachowych, stosowanych przy wyrobie produktów cukierniczych. Estry są dobrymi rozpuszczalnikami. Estry kwasów organicznych o dłuższych łańcuchach węglowych występują w przyrodzie w postaci półpłynny substancji, których wyglądem przypominają tłuszcz lub wosk, np. wosk pszczeli.

Najliczniejszą grupą estrów o intensywnym i przyjemnym zapachu są pochodne kwasu octowego i kwasu masłowego:

Maślan butylu (zapach ananasa)
Octan izoamylu (zapach bananów)
Octan oktylu (zapach pomarańczy)
Octan benzylu (zapach jaśminu)
Octan etylu (zapach gruszek)

Wbrew rozpowszechnionym sądom estrów octanowych i maślanowych raczej nie używa się już jako związków zapachowych w przemyśle spożywczym i kosmetycznym, gdyż prawie wszystkie one posiadają mniejsze bądź większe własności rakotwórcze. Ponadto, w kontakcie z organizmem (wilgocią) rozkładają się one z utworzeniem kwasu octowego lub masłowego, z których oba mają nieprzyjemny zapach i są toksyczne. Obecnie olbrzymia większość związków zapachowych stosowanych w przemyśle to rozmaite alkohole, aldehydy i ketony.

Właściwości chemiczne estrów

- estry ulegają reakcji spalania
- hydrolizują w wodzie w środowisku kwaśnym, tworząc przy tym kwas i alkohol (reakcja wrotna do estryfikacji Fischera)
- ulegają reakcji saponifikacji czyli zmydlania (hydroliza zasadowa estrów):
- w reakcji amonolizy estrów powstają amidy:
- estry reagują z związkami Grignarda dając alkohole trzeciorzedowe:
- alkoholiza estrów czyli transestryfikacja:
- estry mogą być redukowane glinowodorkiem litu do piewszorzędowych alkoholi.
- estry ulegają również reakcji kondensacji Claisena; reakcja ta zachodzi w przypadku estrów posiadających wodór α, czyli taki wodór, który jest przyłączony do węgla połączonego z grupą karbonylową; w kondensacji Claisena ester poddaje się reakcji alkoholanu, np. etanolu sodu, i powstają tzw. β-ketonoestry oraz alkohol pierwszorzędowy

Właściwości fizyczne estrów

- Estry organiczne o krótkich łańcuchach są ruchliwymi cieczami, o średnich łańcuchach oleistymi cieczami a o długich łańcuchach – ciałami stałym. Wszystkie posiadają charakterystyczne zapachy, są trudno rozpuszczalne w wodzie (oprócz estrów o krótkich łańcuchach); są dobrymi rozpuszczalnikami wielu substancji organicznych)

Podział estrów kwasów karboksylowych

- estry niższych kwasów monokarboksylowych i alkoholi monohydroksylowych; występują one w olejkach eterycznych i mają przyjemny zapach, np. maślan butylu ma zapach ananasu, maślan etylu zapach jabłek, a mrówczan etylu rumu
- estry wyższych kwasów karboksylowych i gliceryny, czyli tzw. tłuszcze
- estry wyższych kwasów tłuszczowych i wyższych alkoholi o łańcuchach węglowych nierozgałęzionych, czyli woski.

Jak widać w naszym życiu spotykamy estry niemalże wszędzie: w przyrodzie, w laboratoriach, kosmetykach, żywności a nawet w medycynie. Poprawiają nasz wygląd, pomagają nam w pracy a nawet ratują życie.

Pobierz załącznik