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Transkript Esterverseifung – vertiefende Betrachtung

Herzlich willkommen zum Thema Esterverseifung oder auch die alkalische Esterhydrolyse genannt. Wir wollen uns zu Beginn einmal kurz mit dem Begriff Verseifung beschäftigen, also wir wollen kurz klären, wo der Name eigentlich herkommt, und im Anschluss werden wir uns einmal den Reaktionsmechanismus dieser Hydrolyse anschauen. Der Name Verseifung kommt daher, dass Fette eigentlich auch nur Fettsäureester sind, denn es geht ja um Ester. Die Fette wurden mit bestimmten Laugen, also Natronlauge und Kalilauge, gekocht. Das nennt man dann Seifensiederei. Und es wurden letztendlich die Fettsäuresalze gebildet. Wenn wir ein Natriumfettsäuresalz haben, dann nennt man das Kernseife. Und wenn man ein Kaliumfettsäuresalz hat, sozusagen Kaliumhydroxid für die Verseifung verwendet hat, dann erhält man eine Schmierseife, also eine Seife, die schmierige Eigenschaften hat. Das liegt dann an der Größe der Kaliumionen. Das aber nur am Rande. Wir wollen uns jetzt letztendlich den Mechanismus anschauen. Wir haben selbstverständlich als Ausgangstoff erst einmal ein Ester, ohne den würde es ja nicht funktionieren. Und wir hatten gesagt, es handelt sich um die alkalische Esterhydrolyse, das bedeutet, wir arbeiten im alkalischen Milieu, und dort gibt es eine Menge an Hydroxidionen. Diese Hydroxidionen verfügen nun über freie Elektronenpaare, und sie können hier in dieser Carbonylverbindung quasi angreifen. Wir haben hier ja bestimmte Reaktivitäten in dieser Carbonylverbindung, die wiederum auf den Elektronegativitätsdifferenzen hier beruhen. Und wenn wir kurz sagen, dass sich am Carbonylsauerstoff eine negative Partialladung befinden wird, dann befindet sich am Carbonylkohlenstoff, also an dem hier unten, eine positive Partialladung. Das bedeutet, dass dieses Kohlenstoffatom anfällig für nukleophile Angriffe ist. Dieses Hydroxidion ist nukleophil aufgrund der freien Elektronenpaare. Und das bedeutet, es ist möglich, dass dieses Ding hier irgendwo angreift. Wenn hier ein nukleophiler Angriff erfolgt, dann bedeutet das, dass dieser Kohlenstoff dann sozusagen 5-bindig werden würde. Das geht so nicht, demzufolge wird sich hier diese Doppelbindung zurückbilden, und es bildet sich ein tetraedischer Übergangszustand aus. Das Ganze geschieht in einer Gleichgewichtsreaktion und das schaut dann so aus. Übergangszustände werden in diesen eckigen Klammern hier geschrieben. Und wir hatten gesagt, dass unser Kohlenstoffatom dann 4-bindig ist, ein tetraedischer Übergangszustand. Unser Kohlenstoffatom ist wieder als sp3-hybridisiert und das Ganze sieht dann so aus. Das oben ist der Sauerstoff. Die Bindung wurde hier dem Sauerstoff zugeschrieben, demzufolge hat der Sauerstoff in dieser Verbindung 3 freie Elektronenpaare. Und wenn der Sauerstoff 3 freie Elektronenpaare trägt und nur eine Bindung hat, dann bedeutet das, dort sitzt noch 1 negative Ladung. Jetzt hatte hier unten unser Hydroxidion angegriffen. Das bedeutet, das hängt jetzt hier einfach dran. Wir können auch noch die 2 freien Elektronenpaare eintragen. Und wir haben noch eine 4. Verbindung, sozusagen einen 4. Substituenten, das ist hier dieses OR'. Also das ist der tetraedrische Übergangszustand. Nun kommt es zu einer sogenannten Eliminierung. Wir haben hier im Grunde einen Additions-Eliminierung-Mechanismus. In diesem Schritt wurde das Hydroxidion hier im Carbonyl C addiert. Und jetzt kommt es zu einem Zurückklappen dieser freien Elektronenpaare. Also 1 freies Elektronenpaar bildet im wieder eine Doppelbindung zum Kohlenstoff aus. Und es wird die beste Abgangsgruppe verschwinden. Das ist in dem Fall hier dieses OR, das sogenannte Alkoholation, wenn es weggeht, also abgespalten wird. Wir erhalten dann also wieder 1 sp2-hybridisiertes Kohlenstoffatom. Der Kohlenstoff ist dann nur noch 3-bindig. Das Ganze geschieht auch noch in der Gleichgewichtsreaktion. Und (ich schreibe einfach auf dieser Seite hier weiter) dann würde das Ganze so aussehen. Auf jeden Fall liegt noch eine Gleichgewichtsreaktion vor, und wir erhalten die folgende Verbindung: R ist verbunden mit diesem Kohlenstoff. Dann hatten wir gesagt, dass hier wieder eine Doppelbindung ausgebildet wird zum Sauerstoff. Der trägt dann natürlich keine Ladung mehr. Und hier unten hängt jetzt unser Hydroxidion dran, als OH-Gruppe. Dann können wir noch freie Elektronenpaare einzeichnen. Und was noch fehlt, ist hier das abgespaltene Alkoholation. Das müssen wir auf jeden Fall noch hinschreiben. Denn wie bei allen Reaktionsgleichungen müssen die Ladungen übereinstimmen. Also insgesamt ist hier im 1. Schritt eine negative Ladung vorhanden durch das Hydroxidion. Diese negative Ladung ist auch im Übergangszustand vorhanden. Sie sitzt dann hier oben am Sauerstoff. Im nächsten Schritt muss diese negative Ladung natürlich auch wieder auftauchen. Und sie taucht beim Alkoholation auf, also bei diesem Ding, was dann abgespalten wurde. Jetzt folgt der nächste und wichtigste Schritt für die alkalische Esterhydrolyse. Dieses Alkoholation OR' ist eine sehr starke Base. Das bedeutet, sie ist auf der Suche nach Protonen. Wir haben hier im Grunde ein leicht acides H, denn es ist ja eine Carbonsäure. Carbonsäuren, wie der Name schon sagt, haben saure Eigenschaften und diese resultieren eben hier aus dieser OH-Bindung. Dieses Proton hier kann abgespalten werden und wird dieser starken Base dann zugeschrieben. Es kommt dann also zum Endprodukt. Wir erhalten die deprotonierte Carbonsäure. Da sitzt jetzt unsere negative Ladung. Und natürlich erhalten wir weiterhin noch unseren Alkohol, also R'-OH. Wir haben auch hier im letzten Schritt wieder eine negative Ladung. Und das Ganze ist im Endeffekt in sich stimmig. Ich hatte jetzt hier keinen Gleichgewichtspfeil eingemalt. Das ist jetzt hier auch besonders wichtig für diese alkalische Esterhydrolyse. Denn wir hatten hier gesagt, dieses Alkoholation ist eine starke Base und es ist in der Lage, diese Carbonsäure hier zu deprotonieren. Dann wird eine schwache Säure gebildet. Dieses Proton ist dann hier relativ stark daran gebunden und nicht mehr so einfach abzuspalten. Und da diese Ladung hier eben auch noch delokalisiert ist und hier keine weiteren Angriffe erfolgen, also dieses Alkoholation hier nicht noch einmal angreift und die Hydroxygruppe verdrängt, können wir sagen, dass dieser Schritt hier irreversibel verläuft. Hier gibt es also keine Rückreaktion. Der letzte Schritt ist keine Gleichgewichtsreaktion mehr. Es wird im Grunde alles umgesetzt, es existiert kein Gleichgewicht, und demzufolge ist alkalische Esterhydrolyse ganz im Gegensatz zur sauren Esterhydrolyse irreversibel, also nicht umkehrbar. Das ist auch schon der gesamte Mechanismus. Wir können höchstens noch einmal ganz kurz darauf eingehen, was nun mit irgendwelchen Gegenionen passiert bzw. wie das Ganze bei irgendwelchen Seifen o. a. aussehen würde, weil ich das am Anfang erwähnt hatte. Wir haben hier einfach nur ein Hydroxidion dazugegeben. Wir könnten natürlich auch Natriumhydroxid richtig hinschreiben, denn wir hatten ja nicht gesagt, wo dieses Hydroxidion herstammt. Wir könnten jetzt sagen, dass es aus Natronlauge, aus Natriumhydroxid stammt. Dann hätten wir überall noch eine positive Ladung oder einen positiven Ladungsträger in Form dieses Natriumkations. Und alle Schritte, wenn das hier alles wieder auftaucht, wären dann vollständig elektrisch neutral. Im letzten Schritt ist dieses Gegenion dafür verantwortlich, dass sich hier ein Carbonsäuresalz bilden kann. Wenn diese Kette hier ziemlich lang ist, also irgendwas im Bereich von C12-18, dann spricht man von Seifen. Die sehen dann eben so aus. Wenn man das Ganze jetzt noch in Wasser gibt oder ganz einfach einen Überschuss von Wasser hat, dann ist es auch wieder möglich, dass das hier wieder protoniert wird usw. und wir erhalten die ganz normale Carbonsäure. Als Zusammenfassung: Bei der alkalischen Esterhydrolyse erhalten wir im Endeffekt eine Carbonsäure oder auch ein Carbonsäuresalz und den entsprechenden Alkohol.  

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4 Kommentare
  1. Reggae music

    Achso OK, vielen Dank =)

    Von Andi W., vor mehr als 6 Jahren
  2. Default

    @Andi

    Mesomere Grenzstrukturen werden in der Regel in geschweifte Klammern geschrieben, also diese hier: { }

    für Übergangszustände gibts dann eckige Klammern mit einem durchgestrichenen "=" rechts oben in der Ecke..also wie im Video, das klingt in Schriftform irgendwie komplizierter als es ist

    Von Alex S, vor mehr als 6 Jahren
  3. Reggae music

    schreibt man in eckige klammern nicht eigentlich nur mesomere grenzstrukturen?

    Von Andi W., vor mehr als 6 Jahren
  4. Lucas

    Nebenbei sieht man im fertigen Tafelbild sehr schön, dass die alkalische Hydrolyse von Estern nicht dur eine Base katalysiert wird, sondern nur "Basenvermittelt" ist. Das Hydroxydion wird im Verluaf der Reaktion "verbraucht". Es wird nicht regeneriert. Im Gegensatz dazu verläuft die saure Hydrolyse von Estern katalytisch. Das wird gern durcheinandergebracht.

    Von Lucas B., vor etwa 7 Jahren