Bejelentkezés

A 2024-től alkalmazott kémiaérettségi-követelmények alapján

Karbonsavak és észterek

Tömör, vizuális és teljes vizsgajegyzet a karboxilcsoporttól a savi erősségen, észteresítésen és hidrolízisen át a gliceridekig, szappanokig és szervetlen savak észtereiig.

Emelt szint

Haladás mentése · Bejelentkezés

Előrejelzés

Melyik tiszta anyag fejleszt CO2-t NaHCO3-oldattal, és közben pozitív Tollens-próbát is ad?

Előbb keresd meg a két reakció közös feltételét, csak utána válassz.

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ
Mit kell tudni ebből a témából?

A jegyzet a magyar kémia érettségi követelményeinek 3.4.4–3.4.5 pontját dolgozza fel: a karbonsavak szerkezetét és reakcióit, az észterképzést és hidrolízist, a zsírokat, olajokat, viaszokat, valamint a szervetlen savak észtereit. A középszintű ismeretekre épülő emelt magyarázatokat szerkezeti ábrák és kidolgozott példák segítik.

Öt kapcsolat a szerkezet és a tulajdonságok között

Kiindulás

Következmény

Vizsgán ebből lesz

poláris –COOH + két H-kötés dimerben

erős molekulaközi vonzás

magas forráspont; rövid láncnál jó vízoldhatóság

RCOO− két egyenértékű C–O kötése

delokalizált, stabil konjugált bázis

karbonsav > fenol > alkohol savi erősség

sav + alkohol, H+ katalizátor

egyensúlyi kondenzáció

észter + víz; hozam az egyensúly eltolásával nő

észter + OH−

karboxilátion keletkezik

a lúgos hidrolízis gyakorlatilag egyirányú

cisz C=C a zsírsavláncban

lánctörés, rosszabb illeszkedés

alacsonyabb olvadási tartomány; brómos víz elszíntelenedhet

1 · Karbonsavak: definíció és képlet

A karbonsavakban legalább egy karboxilcsoport, R–C(=O)–OH található. A telített, nyílt láncú monokarbonsavak általános összegképlete CnH2nO2 (n ≥ 1).

A karboxilcsoport karbonil- és hidroxilrészlete nem két független funkciós csoport: együtt adja a karbonsavak jellegzetes szerkezetét és savasságát.

  • Hány –COOH van? Egyértékű (ecetsav), kétértékű (oxálsav, tereftálsav), háromértékű (citromsav).

  • Milyen a szénváz? Telített, telítetlen, aromás; lehet nyílt láncú vagy gyűrűs/aromás.

  • Van más funkciós csoport? Hidroxikarbonsav, oxokarbonsav vagy aminokarbonsav is lehet.

  • A –COOH szénatomja beleszámít a fő lánc szénatomszámába és az 1. helyet kapja.

Karbonsav, karboxilátion és karbonsav-észter

Karbonsav, karboxilátion és karbonsav-észterA karbonsav karboxilcsoportja R–C(=O)–OH. Protonleadás után R–COO^{-} karboxilátion marad, amely például nátriumionnal sót alkothat. Az R–C(=O)–O–R′ karbonsav-észterben az oxigénhez széncsoport kapcsolódik; a molekulában nem szabad savmaradékion van. Az észterképzés és a protonleadás két különböző reakció, nem a három panelen egymás után végbemenő folyamat.Sav, savmaradékion és észterKarbonsavR–C(=O)–OHProtonleadásra képes.KarboxilátionR–C(=O)–O-A sav konjugált bázisa.Karbonsav-észterR–C(=O)–O–R′R′ az alkoholból származik.A só ionos; az észter molekula.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
SavRCOOH + H2O ⇌ RCOO- + H3O+
SóPéldául CH3COONa: Na+ és CH3COO-
ÉszterRCOOH + R′OH ⇌ RCOOR′ + H2O; savkatalízis
A karbonsav karboxilcsoportja R–C(=O)–OH. Protonleadás után R–COO- karboxilátion marad, amely például nátriumionnal sót alkothat. Az R–C(=O)–O–R′ karbonsav-észterben az oxigénhez széncsoport kapcsolódik; a molekulában nem szabad savmaradékion van. Az észterképzés és a protonleadás két különböző reakció, nem a három panelen egymás után végbemenő folyamat.

Nevezéktan · a négy alakot együtt tanuld

Képlet

Szabályos / megtartott név

Savmaradék

Acilcsoport

HCOOH

metánsav / hangyasav

metanoát / formiát, HCOO−

metanoil / formil, HCO–

CH3COOH

etánsav / ecetsav

etanoát / acetát, CH3COO−

etanoil / acetil, CH3CO–

CH3CH2CH2COOH

butánsav / vajsav

butanoát

butanoil

HOOC–COOH

etándisav / oxálsav

oxalát

oxalil

C6H5COOH

benzoesav

benzoát

benzoil

HOOC–C6H4–COOH (1,4)

tereftálsav

tereftalát

tereftaloil

Zsírsavak: palmitinsav = hexadekánsav, C15H31COOH; sztearinsav = oktadekánsav, C17H35COOH; olajsav = cisz-oktadec-9-énsav, C17H33COOH.

Szerkezet → fizikai tulajdonság

A karboxilcsoport poláris, donor és akceptor is. Két savmolekula két hidrogénkötéssel gyűrűs dimert alkothat, különösen gázfázisban és apoláris közegben.

Ecetsavmolekulák ciklikus dimere

Ecetsavmolekulák ciklikus dimereMindkét ecetsavmolekula hidroxil-hidrogénje a másik molekula karbonil-oxigénjével létesít hidrogénkötést. A két molekulát két ilyen kölcsönhatás kapcsolja össze; nem keletkezik új észter vagy kovalens O–O kötés. A ciklikus dimer szemléletes modell különösen gőzben és apoláris közegben. Vizes oldatban a vízzel kialakuló kölcsönhatások és a sav részleges ionizációja is számít, ezért nem minden savmolekulát célszerű rögzített dimerként elképzelni.Két savmolekula, két hidrogénkötésCH3CCCH3OOOOHHSzaggatott: molekulák közötti kötés.Az O–H kovalens kötés megmarad.A víz más hidrogénkötéseket is kialakít.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
DonorAz egyik molekula O–H csoportja
AkceptorA másik molekula karbonil-oxigénje
ForráspontErős molekulák közötti kölcsönhatások; a C–C kötések nem szakadnak el
Mindkét ecetsavmolekula hidroxil-hidrogénje a másik molekula karbonil-oxigénjével létesít hidrogénkötést. A két molekulát két ilyen kölcsönhatás kapcsolja össze; nem keletkezik új észter vagy kovalens O–O kötés. A ciklikus dimer szemléletes modell különösen gőzben és apoláris közegben. Vizes oldatban a vízzel kialakuló kölcsönhatások és a sav részleges ionizációja is számít, ezért nem minden savmolekulát célszerű rögzített dimerként elképzelni.

Ez az erős társulás a hasonló moláris tömegű észtereknél és többnyire az alkoholoknál is magasabb forráspontot okoz. A szénlánc növekedésével erősödik a diszperziós kölcsönhatás, de a vízoldhatóság csökken, mert nő az apoláris rész aránya.

Szobahőmérsékleten a hangyasav, az ecetsav és a vajsav jellegzetes, szúrós vagy kellemetlen szagú, színtelen folyadék. A benzoesav, az oxálsav, a palmitinsav és a sztearinsav szilárd; az olajsav olajszerű folyadék. Az ecetsav vízzel korlátlanul elegyedik. Az anyagokat nem közvetlen szagolással azonosítjuk.

Savi erősség · mindig a konjugált bázist nézd

A karboxilátionban a negatív töltés két oxigénatom között delokalizált; az alkoxidionban egyetlen oxigénen marad. Ezért a sorrend tipikusan karbonsav > fenol > alkohol, miközben a HCl jóval erősebb az ecetsavnál.

Az alkilcsoport elektronleadó, +I hatása csökkentheti a karboxilátion stabilizációját. A tanult első három tag savi erőssége vízben: HCOOH > CH3COOH > C2H5COOH. Ezt nem szabad minden további tagra szigorúan csökkenő sorrendként kiterjeszteni: a szolvatáció és a szerkezet más részletei is számítanak. Elektronszívó csoport, például a karboxilcsoporthoz közeli Cl, rendszerint növeli a savasságot.

Gyenge sav egyensúlya vízben

RCOOH + H2O ⇌ RCOO− + H3O+

A részleges protonátadás miatt az ecetsav oldatában a kiindulási sav dominál; hígításkor a disszociáció foka nő.

Az acetátion határszerkezetei és delokalizált kötésrendszere

Az acetátion határszerkezetei és delokalizált kötésrendszereA két mezomer határszerkezetben felcserélődik az egyszeres és kettős C–O kötés, valamint a formális negatív töltés helye. Nem két egymásba alakuló ion van jelen: egy acetátiont írunk le két határszerkezettel. A tényleges ionban a két C–O kötés egyenértékű, kötésrendjük az egyszeres és kettős közé esik. Az alsó rajz szaggatott vonalai a delokalizált kötésrészt jelölik, nem hidrogénkötést. A negatív töltés megoszlik a két oxigénen, de az ion teljes töltése −1. Ez a stabilizáció segít megérteni, miért erősebb sav az ecetsav az etanolnál.Az acetátion két C–O kötése egyenértékűCCH3OO-1. határszerkezetCCH3O-O2. határszerkezetCCH3OOEgy delokalizált ion.↔A két rajz együtt írja le az iont.Össztöltés: −1, nem −2.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
HatárszerkezetEgy rajzban a formális negatív töltés egy oxigénhez rendelhető
Tényleges ionKét egyenértékű C–O kötés; delokalizált elektroneloszlás
AnalógiaUgyanarról az ionról készítünk két kiegészítő leírást; nem két állapot között kapcsolgat
A két mezomer határszerkezetben felcserélődik az egyszeres és kettős C–O kötés, valamint a formális negatív töltés helye. Nem két egymásba alakuló ion van jelen: egy acetátiont írunk le két határszerkezettel. A tényleges ionban a két C–O kötés egyenértékű, kötésrendjük az egyszeres és kettős közé esik. Az alsó rajz szaggatott vonalai a delokalizált kötésrészt jelölik, nem hidrogénkötést. A negatív töltés megoszlik a két oxigénen, de az ion teljes töltése −1. Ez a stabilizáció segít megérteni, miért erősebb sav az ecetsav az etanolnál.

Miért lúgos a nátrium-acetát oldata?

CH3COO- + H2O ⇌ CH3COOH + OH-

Az acetátion protonfelvétellel reagálhat a vízzel, ezért hidroxidion képződik. A Na+ nem vesz részt ebben a sav–bázis egyensúlyban. Az ecetsav és a nátrium-acetát eltérő részecskékből áll; oldatuk kémhatása is eltér.

Fizikai összehasonlítás · azonos moláris tömeg körül

Vegyületcsoport

H-kötés saját molekulák között?

Forráspont

Vízoldhatóság fő szabálya

karbonsav

igen, gyakran dimer

legmagasabb

rövid láncnál jó; lánchosszal gyorsan csökken

alkohol

igen, láncolat

magas, de a savénál rendszerint alacsonyabb

rövid láncnál jó

észter

nem donor, csak akceptor

alacsonyabb a savénál és alkoholénál

kis tagok kissé oldódnak; lánchosszal csökken

oxovegyület

nem donor, csak akceptor

az észterrel összemérhető

a kis tagok vízoldhatók

A pontos sorrendhez mindig a moláris tömeget, alakot és valamennyi kölcsönhatást együtt kell mérlegelni.

Jellegzetes karbonsavreakciók

Reakciótípus

Általános / ecetsavas egyenlet

Megfigyelés és döntő gondolat

aktív fém

2 RCOOH + 2 Na → 2 RCOONa + H2

H2-fejlődés; redoxireakció

semlegesítés

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

nincs szükség látványos jelre; sav–bázis reakció

hidrogén-karbonát

CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + CO2 + H2O

pezsgés; karbonsav kimutatására alkalmas

karbonát

2 RCOOH + Na2CO3 → 2 RCOONa + CO2 + H2O

gázfejlődés; 2:1 sav:karbonát arány

redukció

RCOOH + 4[H] → RCH2OH + H2O

primer alkohol keletkezik

észteresítés

RCOOH + R′OH ⇌ RCOOR′ + H2O

savkatalizált egyensúly; gyakran jellegzetes illat

Hangyasav · a kivétel, amit biztosan kérdezhetnek

A HCOOH-ban a karbonil-szénatomhoz hidrogén kapcsolódik, ezért a többi egyszerű karbonsavnál könnyebben oxidálható CO2-vá. Emiatt redukálja a Tollens-reagenst és a brómos vizet.

A pozitív Tollens-próba itt nem azt jelenti, hogy a hangyasav aldehid: funkciós csoportja továbbra is karboxilcsoport. Redukciója primer alkoholt, metanolt ad: HCOOH + 4[H] → CH3OH + H2O.

A hangyasav redoxireakciói

HCOOH + 2[Ag(NH3)2]+ + 4 OH- → CO32- + 2 Ag + 4 NH3 + 3 H2O | HCOOH + Br2 → CO2 + 2 HBr

Mindkét reakcióban a hangyasav szénatomja +2-ről +4-re oxidálódik. A Tollens-próba lúgos közegében karbonátion a végtermék, a brómos vizes reakcióban CO2 fejlődhet. Ag(I) → Ag(0); Br(0) → Br(−1). A lúgos egyenlet töltése mindkét oldalon −2.

Ecetsav előállítása etanolból

Primer alkohol oxidációja két lépésben: etanol → etanal → ecetsav. Laboratóriumi teljes oxidációnál savas dikromát- vagy permanganátoldat és visszafolyós hűtés használható; az oxidálószer megfigyelhető színváltozása bizonyíték.

Biológiai ecetsavképzéskor ecetsavbaktériumok oxigén jelenlétében alakítják az etanolt: CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O.

Többfunkciós és nevezetes karbonsavak

Anyag

Szerkezeti lényeg

Előfordulás / szerep

tejsav

2-hidroxipropánsav; 1 –OH + 1 –COOH

tejsavas erjedés, savanyított élelmiszerek

borkősav

2,3-dihidroxibutándisav

szőlő, bor; két kiralitáscentrum

citromsav

hidroxi-trikarbonsav

citrusfélék, citrátkör, komplexképzés

szalicilsav

2-hidroxibenzoesav

gyógyszeripari kiindulási anyag

piroszőlősav

2-oxopropánsav; keto- és karboxilcsoport

anyagcsere-köztes termék

tereftálsav

benzol-1,4-dikarbonsav

PET egyik monomerje

Tudománytörténet: Szent-Györgyi Albert a biológiai égésfolyamatokkal, különösen a C-vitaminnal és a fumársavkatalízissel kapcsolatos kutatásaiért kapott 1937-ben Nobel-díjat. Az aszkorbinsav neve ellenére szerkezetileg nem egyszerű karbonsav, hanem savas enediol-lakton.

Módszer kiválasztása

Négy vizes minta: etanol, etil-acetát, ecetsav és hangyasav. Melyik vizsgálati sorrend különíti el először a két savat, majd egymástól a hangyasavat és az ecetsavat?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

2 · Észterek: felismerés és csoportosítás

A karbonsav-észter szerkezete R–C(=O)–O–R′; a karbonil-szénhez kapcsolódó –O–R′ különbözteti meg a sav –OH részétől.

Az alkoholhoz kapcsolódó sav szerint lehet karbonsav-, nitrát-, szulfát- vagy foszfátészter. A karbonsav-észterek között kis molekulájú gyümölcsésztereket, hosszú láncú viaszokat és glicerinből származó glicerideket különböztetünk meg.

Észternevezés · előbb az alkoholrész

1. Az –O–hoz kapcsolódó alkilcsoport neve. 2. A savból származó karboxilát neve.

Képlet

Név

Kiindulási anyagok

CH3COOCH2CH3

etil-etanoát / etil-acetát

ecetsav + etanol

HCOOCH3

metil-metanoát / metil-formiát

hangyasav + metanol

CH3CH2COOCH3

metil-propanoát

propánsav + metanol

Felidéző gyakorlás

Mi a CH3CH2COOCH2CH3 szabályos neve?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

Az etil-acetát nevének visszafejtése

Az etil-acetát nevének visszafejtéseAz etil-acetát kovalens molekula: az etilcsoport az oxigénen keresztül kapcsolódik az ecetsavból származó acilrészhez. Hidrolíziskor az alkoholból származó oldalból etanol, a savból származó oldalból ecetsav vagy lúgban acetát keletkezik. Az észter neve a savmaradék neve szerint képződik, de magában az észtermolekulában nem szabad acetátion van. A képletben a C(=O) valódi karbonilcsoportot jelöl.Olvasd vissza az észter nevétCH3–C(=O)OC2H5acetátetilEtil-acetát = etil-etanoátA név nem jelent etil- és acetátiont.Elöl: alkoholból származó csoport.Utána: a sav nevéből képzett rész.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
Etil-formiátHCOOCH2CH3: hangyasav és etanol
Metil-acetátCH3COOCH3: ecetsav és metanol
Etil-acetátCH3COOCH2CH3: ecetsav és etanol
Az etil-acetát kovalens molekula: az etilcsoport az oxigénen keresztül kapcsolódik az ecetsavból származó acilrészhez. Hidrolíziskor az alkoholból származó oldalból etanol, a savból származó oldalból ecetsav vagy lúgban acetát keletkezik. Az észter neve a savmaradék neve szerint képződik, de magában az észtermolekulában nem szabad acetátion van. A képletben a C(=O) valódi karbonilcsoportot jelöl.

Fischer-észteresítés · savkatalizált egyensúly

RCOOH + R′OH ⇌ RCOOR′ + H2O (H+, hő)

Kondenzáció és egyben megfordítható reakció. A H+ katalizátor gyorsítja mindkét irányt, de önmagában nem változtatja meg az egyensúlyi összetételt.

Kidolgozott példa: Egyensúlyi észterhozam

Feladat: 0,100 mol ecetsavat 0,150 mol etanollal reagáltatunk;
kezdetben nincs észter.
Az egyensúlyi elegyben 0,060 mol etil-acetát van.
Mekkora az ecetsavra számított hozam, és mennyi kiindulási anyag maradt?
Mellékreakciót és anyagveszteséget nem feltételezünk.

CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O.
Egy mol észter képződéséhez egy mol sav és egy mol alkohol fogy.

Az ecetsav a korlátozó kiindulási anyag: teljes átalakuláskor legfeljebb 0,100 mol észter képződhetne.
Hozam = 0,0600,100 · 100% = 60,0%.

Megmaradt ecetsav: 0,100 − 0,060 = 0,040 mol.
Megmaradt etanol: 0,150 − 0,060 = 0,090 mol.
A reakcióban 0,060 mol víz is képződött;
ez a képződött mennyiség, nem feltétlenül az összes víz az elegyben.

A katalizátor az egyensúly elérését gyorsítja.
Az alkohol feleslege módosíthatja az egyensúlyi összetételt, de pusztán a felesleg jelenlétéből nem következik teljes átalakulás.

Észterek fizikai tulajdonságai

Az észtercsoport poláris és hidrogénkötést elfogad, de O–H híján saját molekulái között nem donor. Ezért az azonos moláris tömegű karbonsavnál alacsonyabb a forráspont.

A kis észterek gyakran illékony, jellegzetes szagú folyadékok; vízoldhatóságuk korlátozott. Az etil-acetát fontos oldószer is. A viaszok hosszú szénláncú savak és hosszú szénláncú alkoholok többnyire szilárd vagy lágy, apoláris, víztaszító észterei.

Savas és lúgos észterhidrolízis összehasonlítása

Savas és lúgos észterhidrolízis összehasonlításaSavas közegben a víz részvételével karbonsav és alkohol képződik, és az észterképzés is végbemehet: egyensúly alakul ki. Lúgos közegben hidroxidion fogy, karboxilátion és alkohol keletkezik. A karboxilát nem ugyanúgy reagál vissza az alkohollal, mint a protonált karbonsav, ezért a lúgos hidrolízis megfelelő körülmények között gyakorlatilag teljes. Az ábra az anyagmérlegeket, nem a reakciómechanizmus elemi lépéseit mutatja.Az észter hidrolízisének két útjaSavas hidrolízisCH3COOC2H5+ H2O; H+ katalizátorCH3COOH + C2H5OHVisszafordítható egyensúly.Lúgos hidrolízisCH3COOC2H5+ OH-CH3COO- + C2H5OHOH- fogy; só képződik.Az etil-acetát molekula, nem só.A nátrium-acetát ionvegyület.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
SavasCH3COOC2H5 + H2O ⇌ CH3COOH + C2H5OH
LúgosCH3COOC2H5 + OH- → CH3COO- + C2H5OH
KülönbségH+ katalizátor a savas úton; OH- reagens a lúgos úton
Savas közegben a víz részvételével karbonsav és alkohol képződik, és az észterképzés is végbemehet: egyensúly alakul ki. Lúgos közegben hidroxidion fogy, karboxilátion és alkohol keletkezik. A karboxilát nem ugyanúgy reagál vissza az alkohollal, mint a protonált karbonsav, ezért a lúgos hidrolízis megfelelő körülmények között gyakorlatilag teljes. Az ábra az anyagmérlegeket, nem a reakciómechanizmus elemi lépéseit mutatja.

Hidrolízis · ugyanaz a kötés, más végállapot

Savas hidrolízis

Lúgos hidrolízis / elszappanosítás

Reagens

víz, H+ katalizátor, melegítés

NaOH vagy KOH, melegítés

Termék

karbonsav + alkohol

karboxilátsó + alkohol

Egyensúly

megfordítható

gyakorlatilag teljes, mert a sav deprotonálódik

Etil-acetát

CH3COOC2H5 + H2O ⇌ CH3COOH + C2H5OH

CH3COOC2H5 + NaOH → CH3COONa + C2H5OH

Savas hidrolízis

RCOOR′ + H2O ⇌ RCOOH + R′OH

A sav katalizátor, ezért nem fogy el; a nagy vízfelesleg a hidrolízis irányába tolja az egyensúlyt.

Lúgos hidrolízis

RCOOR′ + OH− → RCOO− + R′OH

Az 1 mol észterhez 1 mol OH− szükséges. A termék karboxilát; savanyítás után kapható vissza RCOOH.

Alkalmazási feladat

Etil-acetátot feleslegben lévő NaOH-oldattal teljesen elhidrolizálunk. Melyik termékpár van jelen a reakció után, savanyítás előtt?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

Az acetátból savanyítással ecetsav nyerhető

CH3COO- + H3O+ → CH3COOH + H2O

A protonfelvétel karbonsavat ad, nem állítja vissza az észtert. Ha NaOH-felesleg maradt az elegyben, a hozzáadott sav azt is semlegesíti. Ecetsav és etanol egyszerű összekeverése sem jelenti az észter azonnali, teljes újraképződését.

Kísérletelemzés · etil-acetát képzése és bontása

Lépés

Megfigyelés

Magyarázat

Biztonság

etanol + ecetsav + kevés tömény H2SO4, vízfürdő

jellegzetes észterszag jelenhet meg

savkatalizált egyensúlyi észteresítés

etanol és észter gyúlékony; tömény sav maró; nyílt láng tilos

a lehűtött elegy vízbe / enyhén lúgos közegbe kerül

külön szerves réteg is kialakulhat, a savas szag csökken

az etil-acetát korlátozottan vízoldható; a sav semlegesíthető

közvetlen szagolás helyett csak legyezés, ha a feladat ezt engedi

észter + NaOH, melegítés

az észter mennyisége és jellegzetes szaga csökken

nátrium-acetát és etanol képződik

lúg maró; zárt rendszer túlmelegítése tilos

Gliceridek · három észterkötés egy molekulában

A zsírok és olajok a glicerin (propán-1,2,3-triol) nagy szénatomszámú karbonsavakkal alkotott triészterei, a triacilglicerinek.

Teljes hidrolízisük 1 mol glicerinre és 3 mol zsírsavra; lúgos hidrolízisük 1 mol glicerinre és 3 mol zsírsavsóra vezet.

A triacilglicerid három észtercsoportja

A triacilglicerid három észtercsoportjaA kék sáv a három szénatomos glicerinből származó részt emeli ki. Mindhárom szénatomhoz oxigénen át kapcsolódik egy acilrész: –O–C(=O)–R. A három észtercsoport mindegyikében egy karbonil-oxigén és egy, a glicerinhez kötött oxigén van; nincs O–O kötés. R_{1}, R_{2} és R_{3} a zsírsavak szénhidrogéncsoportjai, amelyek lehetnek azonosak vagy különbözők. Teljes lúgos hidrolíziskor mindhárom észtercsoport reagál, ezért egy mol triacilglicerid három mol hidroxidiont fogyaszt, egy mol glicerint és három mol karboxilátiont ad.Egy glicerinrész, három acilrészCH2OCR1OCHOCR2OCH2OCR3OHárom –O–C(=O)– kapcsolat.1 mol triészterhez 3 mol OH- fogy.1 mol glicerin + 3 mol zsírsavsó.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
GlicerinrészHárom szénatom; a két szélső CH2, a középső CH
Acilrész–C(=O)–R; három darab kapcsolódik a glicerin oxigénjeihez
AnyagmennyiségekTriacilglicerid : OH- : glicerin : zsírsavsó = 1 : 3 : 1 : 3
A kék sáv a három szénatomos glicerinből származó részt emeli ki. Mindhárom szénatomhoz oxigénen át kapcsolódik egy acilrész: –O–C(=O)–R. A három észtercsoport mindegyikében egy karbonil-oxigén és egy, a glicerinhez kötött oxigén van; nincs O–O kötés. R1, R2 és R3 a zsírsavak szénhidrogéncsoportjai, amelyek lehetnek azonosak vagy különbözők. Teljes lúgos hidrolíziskor mindhárom észtercsoport reagál, ezért egy mol triacilglicerid három mol hidroxidiont fogyaszt, egy mol glicerint és három mol karboxilátiont ad.

Zsír vagy olaj? A láncok illeszkedése is számít

A több telített, egyenes lánc jól illeszkedik, erősebb diszperziós kölcsönhatást ad, ezért a keverék többnyire szilárdabb. A cisz C=C kötés megtöri a láncot, rontja az illeszkedést, ezért a telítetlenebb keverék gyakran folyékony olaj.

Ez tendencia, nem abszolút névszabály: a természetes zsiradékok keverékek, ezért olvadási tartományuk van. A C=C telítetlenség brómos víz elszíntelenedésével vizsgálható; ez nem az észtercsoport reakciója.

Tetszőleges triacilglicerin savas hidrolízise

C3H5[OC(=O)R1][OC(=O)R2][OC(=O)R3] + 3 H2O ⇌ C3H5(OH)3 + R1COOH + R2COOH + R3COOH

A glicerin mindhárom oxigénjéhez karbonil-szénatom kapcsolódik: –O–C(=O)–R; nincs O–O kötés. Savas hidrolízisben egy mol glicerin és három mol zsírsav képződik, a folyamat megfordítható.

Tetszőleges triacilglicerin elszappanosítása

C3H5[OC(=O)R1][OC(=O)R2][OC(=O)R3] + 3 NaOH → C3H5(OH)3 + R1COONa + R2COONa + R3COONa

Mindhárom észtercsoport egy hidroxidiont fogyaszt. Egy mol triészterből összesen három mol zsírsavsó keletkezik; eltérő R-csoportok esetén többféle sót kapunk.

Telített és cisz-telítetlen zsírsavláncok illeszkedése

Telített és cisz-telítetlen zsírsavláncok illeszkedéseA vonalak szénhidrogénlánc-részleteket mutatnak, a csúcsok szénatomokat jelentenek. Az alsó rajzon a kettős kötés vízszintes két szénatomjához kapcsolódó láncfolytatások a kettős kötés azonos oldalán vannak: cisz helyzetűek. A lánc így megtörik, és a molekulák kristálybeli illeszkedése megváltozik. Ez szemlélteti, miért alacsonyabb például az olajsav olvadáspontja a hasonló lánchosszú sztearinsavénál. Az ábra nem teljes zsírsav- vagy triacilglicerid-molekulákat és nem minden lehetséges konformációt mutat; a párhuzamos sorok összehasonlító részletek, nem méretarányos kristálymodell.A cisz kötés megtöri a lánc irányátTelített láncrészletekJól illeszkedő láncok.Cisz-telítetlen láncokMegtört láncok.Azonos lánchossznál a cisz telítetlenségrendszerint csökkenti az olvadáspontot.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
Sztearinsav18 szénatom, telített lánc
Olajsav18 szénatom, egy cisz C=C kötés
Transz alakKevésbé töri meg a láncot; a ciszből nem következik minden telítetlen lánc azonos alakja
A vonalak szénhidrogénlánc-részleteket mutatnak, a csúcsok szénatomokat jelentenek. Az alsó rajzon a kettős kötés vízszintes két szénatomjához kapcsolódó láncfolytatások a kettős kötés azonos oldalán vannak: cisz helyzetűek. A lánc így megtörik, és a molekulák kristálybeli illeszkedése megváltozik. Ez szemlélteti, miért alacsonyabb például az olajsav olvadáspontja a hasonló lánchosszú sztearinsavénál. Az ábra nem teljes zsírsav- vagy triacilglicerid-molekulákat és nem minden lehetséges konformációt mutat; a párhuzamos sorok összehasonlító részletek, nem méretarányos kristálymodell.
Kidolgozott példa: Trisztearin teljes elszappanosítása

Feladat: 8,90 g tiszta trisztearint NaOH-felesleggel teljesen elhidrolizálunk.
Mennyi NaOH fogy, és mennyi nátrium-sztearát keletkezik?
M(trisztearin) = 890 gmol, M(NaOH) = 40,0 gmol, M(nátrium-sztearát) = 306 gmol.

A trisztearinban mindhárom acilrész sztearinsavból származik: C3H5(OCOC17H35)3 + 3 NaOH → C3H5(OH)3 + 3 C17H35COONa.

n(trisztearin) = 8,90890 = 0,0100 mol.
Így n(NaOH) = n(nátrium-sztearát) = 3 · 0,0100 = 0,0300 mol.

m(NaOH) = 0,0300 · 40,0 = 1,20 g;
m(nátrium-sztearát) = 0,0300 · 306 = 9,18 g.
A só tömege nagyobb lehet a kiindulási zsiradék tömegénél, mert a reagens nátriumja is beépül a sóba.

A teljes tömegmérleghez a glicerint is számításba vesszük: 0,0100 mol · 92,0 gmol = 0,920 g. 8,90 + 1,20 = 9,18 + 0,920 = 10,10 g.
A NaOH-felesleg ezen felül marad az elegyben.

  1. Az RCOO− ion hosszú apoláris lánca a zsíros szennyeződésbe fordul, poláris/ionos feje a víz felé.

  2. A szappanionok az olajcseppek felületén is elrendeződnek, és segítik a cseppek vízben való eloszlatását. Megfelelő koncentrációnál micellák is képződnek, amelyek apoláris anyagot vehetnek fel; egy nagy olajcsepp és egy micella nem ugyanaz.

  3. Öblítéskor a víz a leválasztott, eloszlatott szennyeződést és az azt hordozó részecskéket is elszállítja.

  4. Kemény víz Ca2+ és Mg2+ ionjai rosszul oldódó zsírsavsókat képeznek, ezért csökken a tisztítóhatás.

Szervetlen savak észterei

Glicerin-trinitrát (nitroglicerin): a salétromsav glicerin-észtere; robbanóanyag és értágító gyógyszerhatóanyag. Nem nitrovegyület, mert az N az oxigénen keresztül kapcsolódik a szénvázhoz.

Az oxigénhíd megkülönbözteti a nitrátésztert a nitrovegyülettől

Az oxigénhíd megkülönbözteti a nitrátésztert a nitrovegyülettőlA metil-nitrátban a metilcsoport oxigénen keresztül kapcsolódik a nitrogénhez, míg a nitrometánban közvetlen C–N kötés van. A rajzok a nitrogén és oxigén formális töltéseit feltüntető egy-egy határszerkezetet mutatják; az adott NO_{2}-rész két oxigénje között delokalizáció van. Mindkét teljes molekula semleges. A glicerin-trinitrátban a glicerin három oxigénjén át kapcsolódik három nitrátészter-csoport; a hagyományos nitroglicerin névből nem következik, hogy nitrovegyület lenne.Nitrátészter vagy nitrovegyület?Metil-nitrátCH3N+OO-C–O–N kapcsolat.ONitrometánCH3N+OO-Közvetlen C–N kapcsolat.A nitroglicerin nitrátészter.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
NitrátészterC–O–N; a szén és nitrogén között oxigénhíd van
NitrovegyületC–N; a nitrogén közvetlenül a szénhez kapcsolódik
Formális töltésekN: +1; az egyszeresen kötött terminális O: −1; összesen 0
A metil-nitrátban a metilcsoport oxigénen keresztül kapcsolódik a nitrogénhez, míg a nitrometánban közvetlen C–N kötés van. A rajzok a nitrogén és oxigén formális töltéseit feltüntető egy-egy határszerkezetet mutatják; az adott NO2-rész két oxigénje között delokalizáció van. Mindkét teljes molekula semleges. A glicerin-trinitrátban a glicerin három oxigénjén át kapcsolódik három nitrátészter-csoport; a hagyományos nitroglicerin névből nem következik, hogy nitrovegyület lenne.

Szervetlen savak észterei: a kapcsolatot keresd

Típus

Jellegzetes kapcsolat

Szerep

Nitrátészter

C–O–N

Glicerin-trinitrát

Szulfátészter

C–O–S

Hosszú láncú alkil-szulfátok sói: mosószerek

Foszfátészter

C–O–P

Nukleotidok, foszfolipidek; foszfodiészter-kötések a nukleinsavakban

A viasz nem glicerin-triészter

A viaszokban hosszú szénláncú alkoholok és karbonsavak észterei jellemzőek. A természetes méhviasz több összetevő elegye; nem egyetlen tiszta észtermolekula. A hosszú apoláris láncok miatt víztaszító bevonatként védhetnek felületeket.

A glicerid szerkezeti ismertetőjele a glicerinrész; a triacilgliceridnek három észtercsoportja van. A viasz és a glicerid az észterek két eltérő csoportja. A tiszta viaszészter is lehet kristályos és meghatározott olvadáspontú; a természetes keverékeknél olvadási tartományt mérünk.

Szulfátészterek: hosszú szénlánccal felületaktív mosóanyagok lehetnek. Foszfátészterek: az ATP-ben, nukleotidokban, foszfolipidekben és a nukleinsavak foszfodiészter-kötéseiben alapvetőek.

Alkalmazási feladat

Egy ismeretlen növényi olaj 1 mol triacilgliceridjét teljesen elszappanosítjuk, miközben a minta brómos vizet is elszíntelenít. Melyik állítás biztosan helyes?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

  1. Definíció és funkciós csoport: RCOOH, illetve RCOOR′.

  2. Szerkezet–tulajdonság: polaritás, H-kötés, dimerizáció, oldhatóság.

  3. Két jellegzetes reakció rendezett egyenlettel.

  4. Kísérleti megfigyelés és biztonsági feltétel.

  5. Alkalmazás: ecet, aroma, viasz, glicerid, szappan vagy foszfátészter.

  • Fel tudom írni a sav, a savmaradék és az acilcsoport három külön alakját.

  • Meg tudom indokolni a forráspont- és oldhatósági sorrendet.

  • Rendezve írom fel a fémes, lúgos és karbonátos reakciókat.

  • Tudom a hangyasav két redoxipróbáját és termékét.

  • Az észter nevét mindkét kiindulási anyagra vissza tudom bontani.

  • Nem keverem a savas és lúgos hidrolízis termékeit.

  • Triacilgliceridnél 3 mol vízzel / OH−-dal számolok.

  • A megfigyelést mindig részecskeszintű magyarázattal és egyenlettel kötöm össze.

Források

Forrásalap és tartalmi határ

A terjedelmet az Oktatási Hivatal részletes kémia érettségi követelménye 3.4.4–3.4.5 pontja határozza meg. A fogalmi és nevezéktani ellenőrzéshez az IUPAC karbonsav-definícióját és az IUPAC észter-definícióját használtuk. A tankönyvi példák forrása az OH-KEM910TB II. kötet 56–58. leckéje (68–77. nyomtatott oldal). A kísérletekhez a BioKemOnline bemutatói kapcsolódnak.