AKADEMIA ROLNICZA W SZCZECINIE

Wydział Nauk o Żywności i Rybactwa

Zakład Opakowalnictwa i Biopolimerów

I N S T R U K C J A

Ć W I C Z E N I E 10

Estry

1

Estry

-

związki, które powstają w reakcji kwasów karboksylowych z alkoholami

z równoczesnym wydzieleniem wody. Jest to reakcja odwracalna. Reakcja wymaga

stosowania katalizatorów. Katalizatorami są zazwyczaj silne kwasy nieorganiczne np.

HCl, H

2

SO

4

lub kwasy sulfonowe.

-

wzór ogólny:

R1

C

O

R2

O

-

grupa funkcyjna: grupa estrowa

O

O

C

-

nazewnictwo systematyczne: nazwa kwasu R

1

-COOH z końcówką –an + nazwa grupy

alkilowej alkoholu R

2

-OH np. CH

3

COOC

2

H

5

– octan etylu lub ester etylowy kwasu

octowego.

1. Metody otrzymywania estrów

A. reakcja kwasów z alkoholami (reakcja estryfikacji):

O

O

C

R1

H + R2

OH

H+

R1

C

O

R2 + H2O

O

R

O

H + H

O

NO2

NO2 + H2O

O

R

R

O

H + H

O

P

+ H2O

O

OH

OH

OH

OH

O

P

O

R

B. reakcja chlorków i bezwodników kwasowych (w obecności trzeciorzędowych amin)

RCOCl + ROH + R

3

N RCOOR + R

3

NH

+

Cl

-

C. przemysłowe metody syntezy: np. estry niższych alkoholi i kwasów – reakcje kwasów

z alkoholami; octan winylu – kwas octowy + acetylen lub kwas octowy + etylen + PdCl

2

2. Właściwości chemiczne estrów

A. Hydroliza kwasowa (katalizowana jonami H

+

) – reakcja odwracalna:

2

!

!

!

O

O

C

R1

H + R2

OH

H+

R1

C

O

R2 + H2O

O

R

O

H + H

O

NO2

NO2 + H2O

O

R

H+

B. Hydroliza zasadowa (zmydlanie) – reakcja nieodwracalna:

H

2

O

OH

+ R2

R1

R1

C

O

R2 + OH

-

O

O

O-

C

R

OH + NO3

-

NO2 + OH-

O

R

H

2

O

C. Transestryfikacja (alkoholiza estrów) – reakcja estrów z alkoholami np. otrzymywanie

estrów metylowych kwasów tłuszczowych z tłuszczów

D. redukcja estrów (za pomocą kompleksowych wodorków, sodu, oraz katalityczna redukcja

estrów) – w wyniku redukcji kwasowy fragment estru zostaje przekształcony w alkohol

i jednocześnie uwalnia się alkohol wchodzący w skład estru.

E. reakcje ze związkami metaloorganicznymi – synteza alkoholi trzeciorzędowych.

F. alkilowanie estrów .

G. reakcja kondensacji – otrzymywanie estru

β

-ketokwasu.

3. Estry w przyrodzie: w owocach występują drobne ilości estrów charakteryzujących się

specyficznym zapachem. Na zapach charakterystyczny dla danego owocu składa się

kompozycja różnych estrów i innych lotnych substancji. W przemyśle spożywczym stosuje

się często estry syntetyczne np. maślan butylu o zapachu ananasów, octan oktylu o zapachu

pomarańczy itd. Estrami są również woski (jest to mieszanina estrów długołańcuchowych

nasyconych kwasów karboksylowych i alkoholi. Do estrów należą również tłuszcze proste,

które są estrami gliceryny i kwasów tłuszczowych. Każda żywa komórka zawiera również

tzw. fosfolipidy, czyli estry kwasów fosfatydowych i silnie polarnych, hydrofilowych

alkoholi.

3

1. SPRZĘT

1.1 Probówki
1.2 Palnik gazowy
1.3 Papierki wskaźnikowe
1.4 Łaźnia wodna

2. ODCZYNNIKI

2.1 octan etylu
2.2 H

2

SO

4

– kwas siarkowy (VI)

2.3 2M CH

3

COOH – kwas octowy

2.4 chlorowodorek hydroksylaminy
2.5 2M alkoholowy roztwór NaOH
2.6 2M HCl – kwas solny
2.7 1% FeCl

3

– chlorek żelaza (III)

2.8 chlorek sodu NaCl
2.9 kwas octowy – CH

3

COOH

2.10alkohol n-butylowy
2.11alkohol izoamylowy
2.12kwas mrówkowy – HCOOH
2.13stężony kwas siarkowy H

2

SO

4

Ćwiczenie 1 Wykrywanie estrów

Estry (również bezwodniki i chlorki kwasowe) w reakcji z hydroksyloaminą tworzą kwasy

hydroksamowe, a te z kolei z chlorkiem żelaza (III) sole kompleksowe o charakterystycznym

fioletowym lub czerwonym zabarwieniu.

Wykonanie ćwiczenia:

Do 0,1 g (1-2 krople) octanu etylu dodać kroplami 0,5 cm

3

nasyconego alkoholowego

roztworu chlorowodorku hydroksylaminy i 2-5 cm

3

2m alkoholowego roztworu NaOH

następnie ogrzać do wrzenia. Zawartość probówki ochłodzić pod bieżącą wodą, zakwasić

2M HCl (sprawdzić papierkiem wskaźnikowym) i dodać kilka kropli 1% roztworu FeCl

3

.

4

Równanie reakcji:

RCOOR1 + H2NOH

R1OH + RCO(NHOH)

NaOH

FeCl3

- H2O

R

C

NH

O

Fe

O

1. Opisać obserwacje z przeprowadzonego ćwiczenia.

2. Napisać równanie reakcji

Ćwiczenie 2 Otrzymywanie octanu etylu i innych estrów

Wykonanie ćwiczenia:

Do probówki wlać około 1,5 cm

3

etanolu i 1 cm

3

stężonego kwasu octowego. Następnie

dodać szczyptę NaCl i około 0,5 cm

3

stężonego H

2

SO

4

. całość ogrzewać kilka minut na łaźni

wodnej. Powstaje ester (octan etylu) związek o owocowym zapachu.

Równanie reakcji:

CH3

C

O

OH

+ HOCH2

CH3

+ H+

CH3

CH3 + H2O

CH2

C

O

O

Doświadczenie powtórzyć, wykorzystując inne kwasy karboksylowe (np. mrówkowy,

benzoesowy) i alkohole (np. metanol, 1-propanol, 1-butanol).

Ćwiczenie 3 Hydroliza estru w środowisku kwaśnym i zasadowym

Hydroliza estru w środowisku kwaśnym jest reakcją odwrotną do reakcji estryfikacji. Można

ją zapisać następującym równaniem:

CH3COOC2H5 + HOH

CH3COOH + C2H5OH

+H+

W przypadku hydrolizy estru w środowisku zasadowym zamiast kwasu octowego powstaje

jego sól – octan sodu:

CH3COOC2H5 + NaOH

CH3COONa + C2H5OH

Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotować dwie probówki wlać do nich po 4 cm

3

wody destylowanej

2. Do każdej dodać 0,5 cm

3

octanu etylu – CH

3

COOC

2

H

5

3. Do pierwszej probówki dodać 0,5 cm

3

NaOH

5

4. Do drugiej probówki 0,5 cm

3

H

2

SO

4

5. Obie probówki umieścić w łaźni wodnej i wrzucić do każdej papierek wskaźnikowy

6. Obserwować zmianę barwy papierka w każdej z probówek

7. Kontrolować

zapach wydzielających się substancji – z probówki z H

2

SO

4

wyczuwalny

powinien być zapach kwasu octowego, który powstaje w tej reakcji, zaś w probówce

z NaOH zanika zapach estru, ale nie powstaje kwas octowy, gdyż został on

zobojętniony przez zasadę sodową

Zadania i pytania

1. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

2. Napisać reakcję przebiegu ćwiczenia:

–

hydrolizę octanu etylu w środowisku kwaśnym;

–

hydrolizę octanu etylu w środowisku zasadowym;

Ćwiczenie 4 Otrzymywanie estrów

A) Otrzymywanie octanu izoamylu

Wykonanie ćwiczenia:

1. Do dwóch probówek wlać do nich po 1 cm

3

alkoholu izoamylowego

2. Do każdej dodać po 1 cm

3

bezwodnego kwasu octowego CH

3

COOH

3. Do pierwszej probówki dodać szczyptę NaCl i kilka kropel stężonego H

2

SO

4

–

poprosić

prowadzącego!!!!

4. Obie probówki umieścić w łaźni wodnej na 10 minut w temp. 80°C.

5. Następnie zawartość probówek wlać do zlewek nr1 i nr2 uprzednio napełnionych 5cm

3

wody destylowanej.

6. Zbadać pH uzyskanych roztworów za pomocą papierka wskaźnikowego.

7. Określić zapach uzyskanych substancji patrz Tab. 1

8. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

9. Napisać reakcję przebiegu ćwiczenia.

B) Otrzymywanie mrówczanu butylu

Wykonanie ćwiczenia:

1. Do dwóch probówek wlać do nich po 1 cm

3

alkoholu n-butylowego

2. Do każdej dodać po 1 cm

3

bezwodnego kwasu mrówkowego HCOOH

3. Do pierwszej probówki dodać szczyptę NaCl i kilka kropel stężonego H

2

SO

4

–

poprosić

prowadzącego!!!!

4. Obie probówki umieścić w łaźni wodnej na 10 minut w temp.80°C.

6

5. Następnie zawartość probówek wlać do zlewek nr1 i nr2 uprzednio napełnionych 5cm

3

wody destylowanej.

6. Zbadać pH uzyskanych roztworów za pomocą papierka wskaźnikowego.

7. Określić zapach uzyskanych substancji patrz Tab. 1

8. Opisać obserwacje i spostrzeżenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

9. Napisać reakcję przebiegu ćwiczenia.

Zagadnienia do przygotowania:

1. Estry

−

nazewnictwo, metody otrzymywania, właściwości fizyczne i chemiczne

−

reakcje

charakterystyczne.

Literatura uzupełniająca:

[1] G. Kupryszewski, Wstęp do chemii organicznej,Wydawnictwo Gdańskie, Gdańsk 1994.

[2] Z. Dobkowska, K. M. Pazdro; Szkolny poradnik chemiczny; WSiP Warszawa 1980

[3] John Mc. Murry; Chemia organiczna; WN PWN; Warszawa 2000

[4] H. Marzec; Chemia organiczna; WU ATR; Bydgoszcz 2001

[5] J. D. Roberts, M. C. Caserio; Chemia organiczna; PWN Warszawa 1969

[6] P. Mastalerz; Chemia organiczna; PWN Warszawa 1984

[7] P. Tomasik; Mechanizmy reakcji organicznych; WN PWN Warszawa-Łódź 1998

7