خواص استرها
استر ها ترکيباتي با فرمول کلي R-CO-OH مي باشند . استر به معني اتر اسيد است که گاهي به جاي آن واژه اتوسل بمعني نمک فرار را بکار مي برند . استرها غالبا فرار و معطرند و بوي خوشايند بسياري از گلها و ميوه ها ، به علت وجود استر در آنها است . مثلا استات ايزوپنتيل ، بوي موز ، و والرات ايزوپنتيل بوي سيب دارد . بوي بد کره فاسد بعلت وجود اسيد بوتيريک است . از واکنش اين اسيد با اتيل الکل ، استر بوتانات اتيل به دست مي آيد که داراي مزه و طعم خوشايند آناناس است .
واکنش استري شدن :
اولين و قديمي ترين روش سنتز استرها ، واکنش اسيدهاي آلي با الکل ها در حضور اسيد معدني بعنوان کاتاليزور مي باشد .با اين روش مي توان خيلي از استرها را به طور مستقيم سنتز نمود که اين روش را واکنش فيشر مي نامند .روشهاي ديگري نيز براي توليد استر وجود دارد .براي نمونه الکلها و الکنها با کلرو اسيدها واکنش مي دهند و استر مربوطه را توليد مي نمايند ويا نمکهاي ديآزونيوم ، اسيدهاي کربوکسيلي را به استرهاي مربوطه تبديل مي کنند .ولي واکنش فيشر عمومي ترين روش توليد استر مي باشد .
در نگاه نخست ، اين واکنش شبيه واکنش اسيد وباز است . ولي در واقع اين دو واکنش بسيار متفاوتند . در واکنشهاي اسيد و باز ، واکنش يکطرفه و بسيار سريع است . در حاليکه تشکيل استر ، واکنشي کند و برگشت پذير مي باشد و بهمين دليل از کاتاليزور اسيد سولفوريک غليظ در تهيه استر استفاده مي شود . چون سرعت واکنش استري شدن بدون استفاده از کاتاليزور بقدري کم است که حتي در دماي بالا ، برقراري حالت تعادل مکن است هفته ها طول بکشد .همچنين بايد توجه داشت که در واکنش استري شدن ، H از مولکول الکل وOH از مولکول اسيد در تشکيل آب شرکت مي کنند . اين موضوع با دو روش تحقيقاتي به اثبات رسيده است که در ذيل به يکي از آنها اشاره مي کنيم :
استفاده از اکسيژن نشاندار :
اگر در واکنش استري شدن ، اکسيژن الکل ، راديواکتيو باشد ، بررسي محصولات واکنش نشان مي دهد که آب حاصل ، داراي اکسيژن راديو اکتيو نيست ، بلکه آن اکسيژن در ساختمان استر حاصل وارد شده است .
اگر دو واکنش استري شدن به جاي يک الکل ، يک تيول به کار برده شود ، بررسي ساختار حاصل نشان ميدهد که اتم گوگرد در ساختمان استر وارد مي شود ويک تيو استر توليد مي شود
عوامل موثر بر واکنش تعادلي :
- اثر دما :
بطور کلي افزايش دما ، سيستم هاي در حال تعادل را در جهت واکنش گرماگير و کاهش دما ، آن را در جهت واکنش گرما زا جا به جا مي کند . ((اصل لوشاتليه)) .از آنجايي که واکنش استري شدن با تغيير دما ي محسوسي همراه نيست ، از اين رو افزايش يا کاهش دما در جابجايي تعادل استري شدن تاثير قابل توجهي ندارد . ولي با توجه به اينکه افزايش دما ، سرعت واکنش را در هر دو جهت زياد مي کند از اين رو زمان رسيدن به حالت تعادل را کاهش مي دهد و به بيان ديگر سيستم را زودتر به حالت تعادل مي رساند .
- اثر غلظت :
با توجه به اصل لوشاتليه چون افزايش غلظت هر يک از مواد موجود در حالت تعادل موجب جابه جا شدن تعادل در جهت مصرف شدن آن ماده مي شود از اين رو افزايش غلظت اسيد يا الکل يا هر دو آنها در حالت تعادل واکنش را در جهت تشکيل استر جابجا مي کند . در مقابل افزايش آب تعادل را در جهت مصرف شدن استر پيش مي برد . با استفاده از رابطه ثابت تعادل (K) مي توان مقدار هر يک از مواد را در حالت تعادل محاسبه کرد .
- اثر کاتاليزور :
واکنش استري شدن بسيار کند است . با افزايش دما يا افزودن مقدرا کمي اسيد معدني که توليد زياد مي نمايد مي توان سرعت استري شدن را افزايش داد . از آنجايي که کاتاليزور ، سرعت واکنش هاي مستقيم و معکوس را به يک اندازه تغيير مي دهد وجود در جابه جا کردن تعادل تاثيري ندارد اما زمان رسيدن به تعادل را کوتاه تر مي کند .
_ هيدروليز استرها :
عکس واکنش استري شدن ، هيدروليز (آبکافت) ناميده مي شود . اين واکنش هم در محيط اسيدي و هم در محيط قليايي انجام مي پذيرد .
- هيدروليز استر در مجاورت اسيدهاي معدني ، منجر به تشکيل اسيد و الکل مربوطه مي شود .
- هيدروليز استر در محيط قليايي موجب تشکيل يک نمک از اسيد کربوکسيليک و الکل مربوطه مي شود .
اين واکنش را اغلب صابوني شدن استر مي نامند . زيرا نمک هاي فلزي اسيدهاي کربوکسيليک را به نام صابون مي شناسند و صده ها از اين فرآيند در صابون سازي استفاده مي شود .
روش تهيه استرها و لاکتوها :
اولين و قديمي ترين روش سنتز استرها ، واکنش اسيدهاي آلي با الکلها در مجاورت اسيد معدني که معمولا اسيد سولفوريک است مي باشد . با اين روش مي توان خيلي از استرها را به طور مستقيم سنتز نمود . که اين روش به نام روش فيشر شناخته مي شود . در مواقعي که اسيد يا الکل بکار رفته ، ارزان قيمت باشند مي توان مقدار يکي از واکنشگرها را چند برابر دومي انتخاب کرد و تعادل را به نفع تشکيل محصول بيشتر جا به جا کرد و استر بيشتري به دست آورد .گاهي اوقات براي حصول نتيجه بهتر يکي از محصولات را از محيط خارج کرده و در نتيجه واکنش را به سمت تشکيل محصول بيشتر سوق داد .
صابوني شدن :
استرها در محلولهاي قليايي آبکي تحت حمله قرار مي گيرند و نمک اسيد آلي را توليد مي کنند . اين واکنش به صابوني شدن موسوم است . براي تائيد صحت مکانيسم واکنش از استرهاي حاوي اکسيژن با جرم اتمي 18 که يک اتم ايزوتوپ است استفاده مي شود و مشاهده مي گردد که اتم اکسيژن سنگين همراه الکل آزاد مي شود و نشان مي دهد که حمله هسته خواهي به گروه کربونيل استر انجام شده است .