Verestering

Datum : februari 2004

Principe:

In de organische chemie wordt bij de reactie van een carbonzuur met een alcohol een ester gevormd.

Benodigd:

Azijnzuur (CH3COOH) (ijsazijn) (100%) Gedenatureerde ethanol (C2H5OH) (100%)gec. Zwavelzuur (H2SO4) (96%)
Jood (I2-oplossing)
Waterbad: 
  bekerglas met heet water van ca. 80 °C

 Brede reageerbuis
Doorboorde stop
Glasbuis
Roerstaaf
Driepoot
Spiritusbrander
Statief met klem

Werkwijze:

  • Breng de chemicaliën in de hieronder aangegeven volgorde in de buis
  • 5 ml azijnzuur
  • 5 ml ethanol
  • 1 ml gec. zwavelzuur
  • meng goed met het roerstaafje
  • Zet de stop met de glasbuis er doorheen (=terugvloeikoeler) op de buis.
  • Klem het geheel in het statief en laat het in het hete water zakken.
  • Voeg na 10 minuten 10 ml water toe. Er ontstaan twee lagen. 
  • Voeg een beetje jood toe en observeer.

Resultaten:

Na reaktie

  Water toegevoegd Jood toegevoegd

Gedurende het verloop en na de reactie wordt een weeïg zoete geur waargenomen.
Na toevoegen van water ontstaan er twee lagen. Hetgeen moeilijk te zien is. Toevoegen van Jood maakt dit veel duidelijker.

Discussie:

De zoete geur die men ruikt is het kenmerk van een ester. De reactie van een carbonzuur met een alcohol levert een ester op volgens:

Het zuur fungeert als "katalysator" en versnelt de reactie. Jood wordt alleen maar toegevoegd om het twee lagen systeem beter zichtbaar te maken. Het jood gaat bij voorkeur in de organische laag zitten. Deze reactie heet: verestering.

De reactie is reversibel en stelt zich op evenwicht in als er voldoende hoeveelheden van zowel producten als reactanten aanwezig zijn. De omgekeerde reactie heet hydrolyse of verzeping en wordt ook versneld door het oxonium ion.

Het mechanisme verloopt zoals onderstaand weergegeven:

Het mechanisme laat zien dat H+-ionen als katalysator optreden: ze reageren wel mee, maar worden weer teruggevormd.

Kijkt men naar de evenwichtsconstante van de esterificatie (zonder zuur toevoeging) dan kan men in de literatuur de volgende evenwichtsconstante vinden:

De evenwichtsconstante laat zien dat de reactie "an sich" zeer langzaam verloopt. Dit impliceert dat de door azijnzuur zelf geleverde H+ dan wordt geconsumeerd in de reactie hetgeen betekent dat het zuur-base evenwicht van het carbonzuur naar de gedissocieerde vorm getrokken wordt hetgeen weer impliceert dat er relatief weinig COOH groepen aanwezig zich zijn om bovenstaand mechanisme te laten verlopen. Of dit de echte verklaring is weet ik niet zeker maar het zou wel verklaren waarom toevoegen van een sterk anorganisch zuur de reactie aanzienlijk versnelt. Het zuur-base evenwicht van het carbonzuur wordt naar de COOH kant geduwd en er is ook voldoende H+ aanwezig om aan de reactie deel te nemen. 

Conclusie:

Opmerkingen:

  • Zwavelzuur, maar ook azijnzuur zijn agressief!! Pas op voor morsen en spatten. 
    Voeg altijd het zwavelzuur toe aan de oplossing en nooit (!!) de oplossing aan het zwavelzuur. De zwavelzuur vliegt je dan om de oren en zwavelzuur in je gezicht is geen pretje, om over je ogen maar niet te spreken (Veiligheidsbril !!!). Ondergetekende kan erover mee praten en was blij dat hij toen een bril droeg.
  • Indien men de reactie goed watervrij zou uitvoeren (in het begin) zou men deze kunnen volgen d.m.v. Karl-Fisher titraties en zo de vormingssnelheid van het water bepalen. Andere methoden (bv GC analyse) zijn ook geschikt voor dit doel.
  • Om het ethylacetaat te winnen scheidt men de waterige laag (waar de alcohol en de zuren ook in oplossen) van de organische laag. De organische laag wordt dan gedroogd met CaCl2, gefiltreerd en overgedestilleerd. De fractie met een kookpunt van 76-78 °C is het ethylacetaat.
  • Een terugvloeikoeler is noodzakelijk om te verhinderen dat de meer vluchtige componenten, zoals de ethanol, uit het reactiemengsel verdwijnen.

Literatuur:

  • Andreas Wagner; 'Proeven met Esters'; DJO; 1977 9; p. 246,247.
  • J.Reiding; P.W.Franken,M.A.W.Kabel-van den Brand; Chemie Overal 5V; 1992; Educaboek; ISBN 9011010639; 1ste druk; p. 236-239
  • J. Groen et al; "Scheikunde voor het voortgezet onderwijs 3V - 5vwo"; NIB; 1986;  ISBN 9027541299; p. 221,222.
  • Kurt Waselowsky; 'KOSMOS Chemie C3000 Experimentieranleitung'; Franck-Kosmos; 2002;  p. 144,145.
  • Dr. Ir. N.J.A. Taverne; Chemie voor iedereen; L.J.Veen; 2de druk 19??; p. 137.
  • J. Hoekman en A.J. Schoneveld; 'Nieuwe inleiding in de organische chemie'; Tjeenk Willink; 3de druk; 1976; p 58-60.
  • Rober Brent; "Het gouden boek van Scheikunde Proeven"; Zuid-Nederlandse Uitgeverij; 1961; p. 79,92.
  • J.C. Alders; 'Jongens en Scheikunde'; Thieme; 3de druk; 1941; p. 205.
  • Andrew Streitwieser Jr., Clayton H. Heathcock; "Introduction to Ogranic Chemistry"; MacMillan; 2nd Ed.; 1981; p.516-518.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Bereiding esters: alcohol + zuur <=> ester + water

De esters van alcoholen en organische zuren van de reeks waartoe azijnzuur behoort, zijn vloeistoffen met een aangename geur die aan vruchten en bloemen doet denken en gebruikt worden voor het maken van essences, die dienen om geur en smaak te geven aan limonades en dergelijke. Zo ruikt de ester van ethanol en boterzuur naar ananas. Oliën zijn esters van glycerol en vetzuren.

De term verzeping is afkomstig van de zeepziederijen, waar zeep wordt gefabriceerd door plantaardige oliën en vetten (esters) te komen met een NaOH oplossing.

De vorming van een ester lijkt wel een beetje op zoutvorming. Er zijn echter twee belangrijke verschillen:

  1. De estervorming is een langzame molecuulreactie, de zoutvorming is een snelle ionenreactie.

  2. De estervorming is een evenwichtsreactie, de zoutvorming is een aflopende reactie.

08-01-2017