Veresterung

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Die Veresterung (auch Esterbildung) ist eine meist schwach exotherme Reaktion. Dabei wird meist aus einer Säure und einem Alkohol ein sogenannter Ester unter Wasserabspaltung gebildet. Die technisch dabei wichtigsten Reaktionen sind die der Carbonsäuren. Aber auch die Bildung von anorganischen Estern wird Veresterung genannt, wie etwa von Phosphorsäure, Sulfonsäure und Schwefelsäure.

Übersichtsreaktion[Bearbeiten]

Die Reaktion ist eine Gleichgewichts- und Kondensationsreaktion, bei der ein Alkohol oder ein Phenol mit einer Carbonsäure (oder einer anorganischen Säure) zu einem Ester und Wasser reagiert.

Übersicht Veresterung

Der hier farbig dargestellte Mechanismus ist für primäre und sekundäre Alkohole gültig, nicht jedoch bei tertiären Alkoholen. Bei tertiären Alkoholen wird im Zuge der Reaktion die OH-Gruppe des Alkohols abgespalten und das dabei entstandene Carbeniumion an die Carbonsäure addiert. Es bleibt also der Sauerstoff der Carbonsäure im Ester erhalten.

Mechanismus der säurekatalysierten Veresterung von Carbonsäuren (Fischer-Veresterung)[Bearbeiten]

Emil Fischer hat erkannt, dass schon geringe Mengen an Schwefelsäure die Esterausbeute stark erhöhen und nicht, wie damals üblich, große Mengen an Säure notwendig sind.[1] Tatsächlich war schon lange davor bekannt, dass die Zugabe von Schwefelsäure die Veresterung begünstigt.[2] Der erste Schritt der Veresterung ist die Protonierung der Carbonsäure zu einem mesomeriestabilisierten Kation.

Mechanismus 1 Veresterung

Das durch die Protonierung gebildete Kation wird von einem freien Elektronenpaar der Hydroxygruppe des Alkohols nukleophil angegriffen. Das Wasserstoffatom des ursprünglichen Alkanols bildet eine intramolekulare Wasserstoffbrückenbindung zu einem Sauerstoffatom der Carboxygruppe aus und geht mit diesem schließlich eine Bindung ein.

Mechanismus 2 Veresterung

Das oben im letzten Schritt entstandene Oxoniumion spaltet zunächst Wasser zu einem Kation ab, das nach Deprotonierung den Ester ergibt.

Mechanismus 3 Veresterung

Dieser Mechanismus konnte durch Isotopenmarkierung des Sauerstoffatoms im Alkohol bewiesen werden.[3]

Zur Säurekatalyse wird oft Schwefelsäure, Phosphorsäure oder p-Toluolsulfonsäure verwendet.

Weitere Veresterungsreaktionen[Bearbeiten]

Es gibt eine Reihe weiterer Möglichkeiten, Alkohole und Säuren bzw. Säurederivate zu Estern umzusetzen, so z. B. die Reaktion zwischen Alkohol und Säurechlorid (Schotten-Baumann-Methode), Alkohol und Säureanhydrid, die Steglich-Veresterung oder die Mitsunobu-Reaktion. Die Umesterung erlaubt den Austausch der alkoholischen oder Säurekomponente eines vorhandenen Esters.

Esterspaltung[Bearbeiten]

Die Rückreaktion der Veresterung ist die saure Esterhydrolyse (siehe Hydrolyse). Die basische oder alkalische Esterhydrolyse hat einen anderen Reaktionsmechanismus als die saure und ist deswegen unter Verseifung explizit dargestellt.

Herstellungsprozess[Bearbeiten]

Viele chemische Produkte werden in einer chemischen Reaktion hergestellt und anschließend destilliert. Bei der Gewinnung eines Esters werden beide Prozesse miteinander verbunden. Dieses Verfahren wird Reaktivdestillation genannt. Während der Reaktion können ein oder mehrere Produkte (bei der Veresterung: Wasser) durch das Verdampfen entfernt werden. Das chemische Gleichgewicht stellt sich darauf immer neu ein, und dadurch kann eine größere Ausbeute des Esters erlangt werden. Der Prozess hat den Vorteil, dass zwei Arbeitsschritte vereint werden können. Der apparative Aufwand ist gering, und das Verfahren ist preiswert. [4]

Veresterung mittels Reaktivdestillation

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Emil Fischer, Arthur Speier: Darstellung der Ester. In: Chemische Berichte. 28, 1895, S. 3252–3258. doi:10.1002/cber.189502803176.
  2.  Théophile-Jules Pelouze, Amédée Gélis: Mémoire sur l'acide butyrique. In: Annales de Chimie et de Physique. 3ème Série IX, 1844, S. 434–456, hier S. 453 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. Ivan Ernest: Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie. Springer, Wien/New York 1972, ISBN 3-211-81060-9, S. 73–74.
  4. Chemie und Life Science: Reaktivdestillation eröffnet neue Perspektiven.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Esterification – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien