Ésteres: propriedades, estrutura, usos, exemplos - Ciência - 2023

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o ésteres Eles são compostos orgânicos que possuem um componente de ácido carboxílico e um componente de álcool. Sua fórmula química geral é RCO₂R^’ ou RCOOR^’. O lado direito, RCOO, corresponde ao grupo carboxila, enquanto o lado direito, OR^’ é álcool. Os dois compartilham um átomo de oxigênio e compartilham alguma semelhança com éteres (ROR ').

Por esta razão, acetato de etila, CH₃COOCH₂CH₃, o mais simples dos ésteres, era considerado o ácido acético ou éter de vinagre, e, portanto, a origem etimológica do nome 'éster'. Assim, um éster consiste na substituição do hidrogênio ácido do grupo COOH por um grupo alquil de um álcool.

Onde são encontrados os ésteres? Dos solos à química orgânica, existem muitas fontes naturais. O cheiro agradável de frutas, como bananas, pêras e maçãs, é o produto da interação dos ésteres com muitos outros componentes. Eles também são encontrados na forma de triglicerídeos em óleos ou gorduras.

Nosso corpo fabrica triglicerídeos a partir de ácidos graxos, que possuem longas cadeias de carbono, e álcool glicerol. O que diferencia alguns ésteres de outros reside tanto em R, a cadeia do componente ácido, quanto em R ', a do componente alcoólico.

Um éster de baixo peso molecular deve ter poucos carbonos em R e R ', enquanto outros, como ceras, têm muitos carbonos, especialmente em R', o componente alcoólico e, portanto, altos pesos moleculares.

No entanto, nem todos os ésteres são estritamente orgânicos. Se o átomo de carbono do grupo carbonila for substituído por um de fósforo, teremos RPOOR '. Isso é conhecido como éster de fosfato e são de importância crucial na estrutura do DNA.

Assim, desde que um átomo possa se ligar eficientemente ao carbono ou oxigênio, como o enxofre (RSOOR '), ele pode, conseqüentemente, formar um éster inorgânico.

Propriedades

Os ésteres não são ácidos nem álcoois, por isso não se comportam como tais. Seus pontos de fusão e ebulição, por exemplo, são mais baixos do que aqueles com pesos moleculares semelhantes, mas mais próximos em valores aos dos aldeídos e cetonas.

Ácido butanóico, CH₃CH₂CH₂COOH, tem um ponto de ebulição de 164ºC, enquanto o acetato de etila, CH₃COOCH₂CH₃, 77,1 ° C

Além do exemplo recente, os pontos de ebulição do 2-metilbutano, CH₃CH (CH₃) CH₂CH₃, de acetato de metila, CH₃COOCH₃, e 2-butanol, CH₃, CH (OH) CH₂CH₃, são os seguintes: 28, 57 e 99 ° C. Todos os três compostos têm pesos moleculares de 72 e 74 g / mol.

Ésteres de baixo peso molecular tendem a ser voláteis e ter odores agradáveis, razão pela qual seu conteúdo em frutas lhes dá suas fragrâncias familiares. Por outro lado, quando seus pesos moleculares são elevados, são sólidos cristalinos incolores e inodoros ou, dependendo de sua estrutura, apresentam características gordurosas.

Solubilidade em água

Ácidos carboxílicos e álcoois são geralmente solúveis em água, a menos que tenham um alto caráter hidrofóbico em suas estruturas moleculares. O mesmo se aplica aos ésteres. Quando R ou R 'são cadeias curtas, o éster pode interagir com moléculas de água por meio de forças dipolo-dipolo e forças de London.

Isso ocorre porque os ésteres são aceitadores de ligações de hidrogênio. Como? Por seus dois átomos de oxigênio RCOOR '. As moléculas de água formam ligações de hidrogênio com qualquer um desses oxigênios. Mas quando as cadeias R ou R 'são muito longas, elas repelem a água em seu ambiente, tornando impossível dissolvê-las.

Um exemplo óbvio disso ocorre com os ésteres de triglicerídeos. Suas cadeias laterais são longas e tornam os óleos e gorduras insolúveis em água, a menos que entrem em contato com um solvente menos polar, mais relacionado a essas cadeias.

Reação de hidrólise

Os ésteres também podem reagir com as moléculas de água no que é conhecido como reação de hidrólise. No entanto, eles requerem um meio suficientemente ácido ou básico para promover o mecanismo da referida reação:

RCOOR ’+ H₂OU <=> RCOOh + R'OH

(Meio ácido)

A molécula de água é adicionada ao grupo carbonila, C = O. A hidrólise ácida é resumida na substituição de cada R 'do componente alcoólico por um OH da água. Observe também como o éster "se decompõe" em seus dois componentes: o ácido carboxílico, RCOOH, e o álcool R'OH.

RCOOR ’+ Oh^–=> RCOOU^–+ R'OH

(Meio básico)

Quando a hidrólise é realizada em um meio básico, ocorre uma reação irreversível conhecida como saponificação. É amplamente utilizado e é a pedra angular na produção de sabões artesanais ou industriais.

O RCOO^– é o ânion carboxilato estável, que se associa eletrostaticamente ao cátion predominante no meio.

Se a base usada for NaOH, o sal RCOONa é formado. Quando o éster é um triglicerídeo, que por definição tem três cadeias laterais R, três sais de ácidos graxos são formados, RCOONa, e o álcool glicerol.

Reação de redução

Os ésteres são compostos altamente oxidados. Oque quer dizer? Isso significa que ele possui várias ligações covalentes com o oxigênio. Ao eliminar as ligações C-O, ocorre uma quebra que acaba separando os componentes ácido e alcoólico; Além disso, o ácido é reduzido a uma forma menos oxidada, a um álcool:

RCOOR ’=> RCH₂OH + R'OH

Esta é a reação de redução. É necessário um forte agente redutor, como hidreto de alumínio e lítio, LiAlH₄e de um meio ácido que promove a migração de elétrons. Os álcoois são as menores formas, ou seja, aquelas com menos ligações covalentes com o oxigênio (apenas uma: C - OH).

Os dois álcoois, RCH₂OH + R'OH, vêm das duas respectivas cadeias do éster RCOOR 'original. Este é um método de síntese de álcoois de valor agregado a partir de seus ésteres. Por exemplo, se você quiser fazer um álcool de uma fonte exótica de ésteres, esse seria um bom caminho para esse propósito.

Reação de transesterificação

Os ésteres podem ser transformados em outros se reagirem em ambientes ácidos ou básicos com álcoois:

RCOOR ’+ R’’OH <=> RCOOU ’’ + R'OH

Estrutura

A imagem superior representa a estrutura geral de todos os ésteres orgânicos. Observe que R, o grupo carbonila C = O, e OR ', formam um triângulo achatado, produto da hibridização sp² do átomo de carbono central.No entanto, os outros átomos podem adotar outras geometrias, e suas estruturas dependem da natureza intrínseca de R ou R '.

Se R ou R 'forem cadeias de alquil simples, por exemplo, do tipo (CH₂)_nCH₃, eles aparecerão em ziguezague no espaço. É o caso do Pentil Butanoato, CH₃CH₂CH₂COOCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃.

Mas em qualquer um dos carbonos dessas cadeias uma ramificação ou insaturação poderia ser encontrada (C = C, C≡C), o que modificaria a estrutura global do éster. E por isso suas propriedades físicas, como solubilidade e seus pontos de ebulição e fusão, variam com cada composto.

Por exemplo, as gorduras insaturadas têm ligações duplas em suas cadeias R, que influenciam negativamente as interações intermoleculares. Como resultado, seus pontos de fusão são reduzidos até que se tornem líquidos, ou óleo, em temperatura ambiente.

Aceitador de ligação de hidrogênio

Embora o triângulo do esqueleto do éster se destaque mais na imagem, são as cadeias R e R 'as responsáveis pela diversidade em suas estruturas.

No entanto, o triângulo merece uma característica estrutural dos ésteres: eles são aceitadores de ligações de hidrogênio. Como? Através do oxigênio dos grupos carbonila e alcóxido (o -OR ').

Eles têm pares de elétrons livres, que podem atrair os átomos de hidrogênio carregados parcialmente positivos das moléculas de água.

Portanto, é um tipo especial de interação dipolo-dipolo. As moléculas de água se aproximam do éster (se não for evitado pelas cadeias R ou R ') e as pontes C = O-H são formadas₂O ou OH₂-O-R '.

Nomenclatura

Como são nomeados os ésteres? Para nomear adequadamente um éster, é necessário levar em consideração os números de carbono das cadeias R e R '. Além disso, todas as ramificações, substituintes ou insaturações possíveis.

Uma vez feito isso, ao nome de cada R 'do grupo alcóxido -OR' o sufixo -il é adicionado, enquanto à cadeia R do grupo carboxila -COOR, o sufixo -ato. A seção R é mencionada primeiro, seguida da palavra 'de' e, em seguida, o nome da seção R '.

Por exemplo, o CH₃CH₂CH₂COOCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃ Possui cinco carbonos do lado direito, ou seja, correspondem a R '. E no lado esquerdo existem quatro átomos de carbono (incluindo o grupo carbonila C = O). Portanto, R 'é um grupo pentil, e R a butano (para incluir o carbonil e considerar a cadeia principal).

Então, para nomear o composto, basta adicionar os sufixos correspondentes e nomeá-los na ordem correta: butanoamarrado por pentilo.

Como nomear o seguinte composto: CH₃CH₂COOC (CH₃)₃? A string -C (CH₃)₃corresponde ao substituinte terc-butil alquil. Como o lado esquerdo tem três carbonos, é um "propano". Seu nome então é: propanoamarrado por tert-butilo.

Como eles são formados?

Esterificação

Existem muitas rotas para sintetizar éster, algumas das quais podem até ser novas. Porém, todas convergem para o fato de que deve ser formado o triângulo da imagem da estrutura, ou seja, a ligação CO-O. Para isso, deve-se começar com um composto que antes possuía o grupo carbonila: como um ácido carboxílico.

E a que o ácido carboxílico deve se ligar? Para um álcool, caso contrário, não teria o componente alcoólico que caracteriza os ésteres. No entanto, os ácidos carboxílicos requerem calor e acidez para permitir que o mecanismo de reação prossiga. A seguinte equação química representa o que foi dito acima:

RCOOH + R'OH <=> RCOOR '+ H₂OU

(Meio ácido)

Isso é conhecido como esterificação.

Por exemplo, os ácidos graxos podem ser esterificados com metanol, CH₃OH, para substituir seu H ácido por grupos metil, então esta reação também pode ser considerada como metilação. Esta é uma etapa importante na determinação do perfil de ácidos graxos de certos óleos ou gorduras.

Ésteres de cloretos de acila

Outra forma de sintetizar ésteres é a partir de cloretos de acila, RCOCl. Neles, em vez de substituir um grupo hidroxila OH, o átomo de Cl é substituído:

RCOCl + R'OH => RCOOR '+ HCl

E, ao contrário da esterificação de um ácido carboxílico, não é liberada água, mas ácido clorídrico.

Outros métodos estão disponíveis no mundo da química orgânica, como a oxidação de Baeyer-Villiger, que usa peroxiácidos (RCOOOH).

Formulários

Entre os principais usos dos ésteres estão:

-Em fazer velas ou velas, como a da imagem acima. Ésteres de cadeia lateral muito longa são usados para este propósito.

- Como conservantes de medicamentos ou alimentos. Isso se deve à ação dos parabenos, que nada mais são do que ésteres do ácido para-hidroxibenzóico. Embora preservem a qualidade do produto, há estudos que questionam seu efeito positivo no organismo.

-Servir para a fabricação de fragrâncias artificiais que imitam o cheiro e o sabor de muitas frutas ou flores. Assim, os ésteres estão presentes em doces, sorvetes, perfumes, cosméticos, sabonetes, xampus, entre outros produtos comerciais que merecem aromas ou sabores atraentes.

-Esters também podem ter um efeito farmacológico positivo. Por esse motivo, a indústria farmacêutica tem se dedicado a sintetizar ésteres derivados de ácidos presentes no organismo para avaliar qualquer possível melhora no tratamento de doenças. A aspirina é um dos exemplos mais simples desses ésteres.

- Ésteres líquidos, como acetato de etila, são solventes adequados para certos tipos de polímeros, como nitrocelulose e uma ampla gama de resinas.

Exemplos

Alguns exemplos adicionais de ésteres são os seguintes:

-Butanoato de pentila, CH₃CH₂CH₂COOCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, que cheira a damasco e peras.

- Acetato de vinila, CH₃COOCH₂= CH₂, a partir do qual o polímero de acetato de polivinila é produzido.

-Pentanoato de isopentila, CH₃CH₂CH₂CH₂COOCH₂CH₂CH (CH₃)₂, que imita o sabor das maçãs.

-Propanoato de etila, CH₃CH₂COOCH₂CH₃.

-Propil metanoato, HCOOCH₂CH₂CH₃.

Referências

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