Chemia rok II gr V	Agata Nowak Katarzyna Opala	13.04.2012r.
Synteza estrów zapachowych – mrówczan butylu

Estry – grupa organicznych związków chemicznych będących produktami kondensacji kwasów i alkoholi. Komponentami kwasowymi mogą być zarówno kwasy karboksylowe, jak i kwasy nieorganiczne.

Bezpośrednia reakcja między kwasem karboksylowym i alkoholem nazywa się estryfikacją. Reakcja ta jest odwracalna, zachodzi w środowisku kwaśnym.

R¹COOH + R²OH ⇌ R¹COOR² + H₂O

Równowagę tej reakcji można przesunąć prawo (w kierunku tworzenia estru) przez usuwanie jednego z produktów, wody lub estru, ze środowiska reakcji, np. przez destylację lub zastosowanie dodatkowego reagenta konsumującego wodę.

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 te są stosowane jako rozpuszczalniki organiczne o średniej polarności.

Estry kwasów karboksylowych z długimi grupami alkilowymi, czyli zawierające wyższe kwasy tłuszczowe lub wyższe alkohole alifatyczne, są głównymi składnikami wosku naturalnego. Z kolei estry wyższych kwasów tłuszczowych i gliceryny to tłuszcze.

Monoester kwasu fosforowego

W organizmach żywych poza licznymi estrami kwasów karboksylowych, powszechnie występują estry kwasu fosforowego, np. nukleotydy i kwasy nukleinowe (DNA, RNA). Estry kwasu azotowego są często nietrwałe i mogą mieć właściwości wybuchowe, np. nitroceluloza i nitrogliceryna.

Otrzymywanie

Estry powstają np. w reakcji alkoholi z kwasami, chlorkami kwasowymi, bezwodnikami kwasowymi i innymi pochodnymi kwasów. Estry można też otrzymać z innych estrów w reakcji transestryfikacji, tj. wymiany reszty alkoholowej estru wyjściowego.

Właściwości fizyczne

Estry niższych kwasów karboksylowych i alkoholi są cieczami trudno rozpuszczalnymi w wodzie, o intensywnym i dość przyjemnym zapachu, toksyczne w większych dawkach. W miarę wzrostu długości łańcucha zmienia się ich stan skupienia od cieczy, przez gęste oleiste płyny, do ciał stałych. Estry wyższych kwasów są bezwonne i nierozpuszczalne w wodzie. Estry kwasów tłuszczowych i gliceryny to tłuszcze. Temperatury topnienia i wrzenia estrów są niższe niż odpowiednich kwasów karboksylowych. Przyczyną tej różnicy jest fakt, że cząsteczki estrów nie zawierają grupy –OH i nie mogą tworzyć wiązań wodorowych między sobą. W wodzie rozpuszczają się jedynie estry o niskich masach molowych (dzięki tworzeniu wiązań wodorowych między –COO– a cząsteczkami wody). Są dobrymi rozpuszczalnikami dla związków organicznych.

Właściwości chemiczne

Estry w wodzie ulegają hydrolizie (dla estrów kwasów karboksylowych reakcja ta bywa nazywana zmydlaniem) z różną szybkością, zależną od budowy estru. Reakcja ta może być katalizowana zarówno przez kwasy, jak i zasady.

Zapach estrów

Wiele estrów kwasów karboksylowych wykazuje intensywny, przyjemny zapach. Najliczniejszą grupą tego rodzaju estrów są pochodne kwasu octowego i kwasu masłowego:

Maślan butylu (zapach ananasa)

Octan izoamylu (zapach bananów)

Octan oktylu (zapach pomarańczy)

Octan benzylu (zapach jaśminu)

Estrów octanowych i maślanowych nie używa się już od kilkudziesięciu lat 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.

Schemat doświadczenia:

W kolbie okrągło dennej o poj. 100 cm³ umieściłyśmy 0,2 mola alkoholu butylowego oraz 2-4 kamyczki wrzenne. Następnie dodałyśmy 0,1 mola kwasu mrówkowego oraz za pomocą pipety 4 krople stężonego kwasu siarkowego. Kolbę umieściłyśmy w czaszy grzejnej, założyłyśmy chłodnicę zwrotną, włączyłyśmy przepływ wody i rozpoczęłyśmy ogrzewanie regulując moc autotransformatora tak by mieszanina łagodnie wrzała. Ogrzewanie kontynuowałyśmy przez 1 godzinę. Po upływie tego czasu wyłączyłyśmy źródło ciepła, odstawiłyśmy czaszę grzejną i mieszaninę ostudziłyśmy do temperatury pokojowej. Następnie mieszaninę przelałyśmy do zlewki zawierającej 100 cm³ nasyconego roztworu NaHCO₃ i mieszałyśmy bagietką do zatrzymania wydzielania dwutlenku węgla. Mieszaninę przeniosłyśmy do rozdzielacza, oddzieliłyśmy warstwę wodną, a do surowego estru dodałyśmy 50 cm³ nasyconego roztworu NaHCO₃ po czym wytrząsałyśmy mieszaninę do momentu zaprzestania wydzielania CO₂. Z rozdzielacza usunęłyśmy warstwę wodną, a następnie otrzymany surowiec zebrałyśmy do zlewki.

Równanie reakcji:

HCOOH + C₄H₇OH HCOOC₄H₇ + H₂O

Obliczenia:

Kwas mrówkowy: 0,1 mol

M _HCOOH = 46,03 g/mol

d _HCOOH = 1,22 g/cm³

m_HCOOH = n * M

m_HCOOH = 0,1 mol * 46,03 g/mol

m_HCOOH = 4,6 g

$$m = \frac{d}{V}\ \rightarrow V = \frac{m}{d}$$

V_HCOOH = 3,77 cm³

Alkohol butylowy: 0,2 mol

M_C2H5OH = 59 g/mol

d _C2H5OH = 0,81 g/cm3

m_C2H5OH = 0,2 mol * 59 g/mol

m_C2H5OH = 11,8 g

V_C2H5OH = 14,57 cm3