: فرایند استری شدن

!مفهوم استری شدن (Esterification)

واکنش یک ((الکل)) با ((اسید کربوکسیلیک)) (اسید آلی) را که منجر به تولید ترکیبی به نام ((استر)) می‌شود، __~~green:استری شدن~~__ می‌نامند. واکنش استری شدن ، واکنشی است ((تعادل شیمیایی|تعادلی)) که در حضور مقادیر کم اسیدهای معدنی انجام می‌شود و با تولید ((آب)) همراه است.

!خواص استرها

استرها ترکیبهایی با فرمول کلی __~~green:R-CO-OH~~__ می‌باشند. استر ، بمعنی __اتر اسید__ است که گاهی به جای آن واژه __اتوسل__ بمعنی ((نمکهای فرار|نمک فرار)) را بکار می‌برند. استرها غالبا فرار و معطرند وبوی خوشایند بسیاری از گلها و میوه‌ها ، بعلت وجود استر در آنهاست. مثلا __استات ایزوپنتیل__ ، __بوی موز__ و __والرات ایزوپنتیل__ ، __بوی سیب__ دارد. بوی بد کره فاسد (کره ترش شده) بعلت وجود __اسیدبوتیریک__ در آن است. از واکنش این اسید با ((الکل صنعتی|اتیل الکل)) ، استر __بوتانات اتیل__ بدست می‌آید که دارای مزه و طعم خوشایند __آناناس__ است.

خیلی از استرها مانند __استات اتیل__ و __استات بوتیل__ بعنوان واکنشگر و یا ((حلال)) و نرم کننده ((رزینهای مبادله کننده یون|رزینها)) در آزمایشگاهها و صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین ((چربی)) و ((روغن|روغن‌ها)) و ((موم|مومهایی)) که در طبیعت یافت می‌شوند، حاوی استرهائی با ((جرم مولکولی)) بالا می‌باشند که به __لیپید__ معروفند.

!واکنش استری شدن

اولین و قدیمی‌ترین روش سنتز استرها ، واکنش اسیدهای آلی با الکل‌ها در حضور اسید معدنی (معمولا ((اسید سولفوریک))) بعنوان ((کاتالیزور)) می‌باشد. با این روش ، می‌توان خیلی از استرها را بطور مستقیم سنتز نمود که این روش را "~~green:__واکنش فیشر__~~" __Fisher__ می‌نامند. روشهای دیگری نیز برای تولید استر وجود دارد. برای نمونه ، الکلها و آلکانها با کلرواسیدها واکنش می‌دهند و استر مربوطه را تولید می نمایند و یا نمکهای دی آزونیوم ، اسیدهای کربوکسیلی را به استرهای مربوطه تبدیل می کنند.

ولی واکنش فیشر عمومی‌ترین روش تولید استر می‌باشد. واکنش استری شدن را در حالت کلی می‌توان بصورت زیر نشان داد:

~~green:::__R-CO-OH + Ŕ-OH <-----> H₂O + R-CO-OŔ__::~~

( __R__ , __Ŕ__ گروههای آلکیل می‌باشند.)

در نگاه نخست ، این واکنش شبیه ((واکنش خنثی شدن|واکنش اسید و باز)) است. ولی در واقع ، این دو واکنش بسیار متفاوتند.در واکنشهای اسید و باز ، واکنش یکطرفه و بسیار سریع است. در حالیکه تشکیل استر ، واکنشی کند و ((واکنش برگشت پذیر|برگشت پذیر)) می‌باشد و بهمین دلیل ، از کاتالیزور اسید سولفوریک غلیظ در تهیه استر استفاده می‌شود. چون سرعت واکنش استری شدن بدون استفاده از کاتالیزور بقدری کم است که حتی در دمای بالا ، برقراری حالت تعادل ممکن است هفته‌ها طول بکشد.

همچنین باید توجه داشت که در واکنش استری شدن ، __H__ از مولکول الکل و __OH__ از مولکول اسید در تشکیل آب شرکت می‌کنند. این موضوع ، با دو روش تحقیقاتی به اثبات رسیده است:

!!استفاده از اکسیژن نشان دار

اگر در واکنش استری شدن ، ((اکسیژن)) الکل ، ((رادیواکتیویته|رادیواکتیو)) باشد، بررسی محصولات واکنش نشان می‌دهد که آب حاصل ، دارای اکسیژن رادیواکتیو نیست، بلکه ان اکسیژن در ساختمان استر حاصل وارد شده است. اگر در واکنش استری شدن به جای یک الکل ، یک تیول بکار برده شود، بررسی ساختار حاصل نشان می‌دهد که اتم ((گوگرد)) ، در ساختمان استر وارد می‌شود و یک تیواستر حاصل می‌شود.

(تیولها ترکیباتی شبیه الکل ها هستند که بجای عامل __OH__ دارای عامل __SH__ می‌باشند.)

!عوامل موثر بر واکنشی تعادلی استری شدن

!!اثر دما

بطور کلی ، افزایش ((دما)) ، سیستم های در حال تعادل را در جهت ((واکنش گرماگیر)) و کاهش دما ، آن را در جهت ((واکنش گرمازا)) جابجا می‌کند(طبق ((اصل لوشاتلیه))). از آنجایی که واکنش استری شدن ، با تغییر دمای محسوسی همراه نیست. از این رو افزایش یا کاهش دما در جابجایی تعادل استری شدن تاثیر قابل توجهی ندارد. ولی با توجه به اینکه افزایش دما ، سرعت واکنش را در هر دو جهت زیاد می‌کند، از این رو ، زمان رسیدن به حالت تعادل را کاهش می‌دهد و به بیان دیگر ، سیستم را زودتر به حالت تعادل می‌رساند.

!!اثر غلظت

با توجه به اصل لوشاتلیه ، چون افزایش ((غلظت)) هر یک از مواد موجود ، در حالت تعادل ، موجب جابجا شدن تعادل در جهت مصرف شدن آن ماده می‌شود، از این رو ، افزایش غلظت اسید یا الکل یا هر دوی آنها در حالت تعادل ، واکنش را در جهت تشکیل استر جابجا می‌کند. در مقابل ، افزایش آب ، تعادل را در جهت مصرف شدن استر پیش می‌برد. با استفاده از رابطه ((ثابت تعادل)) __K__ ، می‌توان مقدار هر یک از مواد را در حالت تعادل محاسبه کرد.

!!اثر کاتالیزور

همانطور که گفته شد، واکنش استری شدن بسیار کند است. با افزایش دما یا افزودن مقدار کمی اسید معدنی (معمولا اسید سولفوریک) که تولید __⁺H__ زیادی می‌نماید، سرعت استری شدن را می‌توان افزایش داد. از آنجایی که کاتالیزور ، سرعت واکنشهای مستقیم و معکوس را به یک اندازه تغییر می‌دهد، وجود __⁺H__ در جابجا کردن تعادل تاثیری ندارد، اما زمان رسیدن به تعال را کوتاهتر می‌کند.

!!هیدرولیز استرها

عکس واکنش استری شدن ، ((هیدرولیز)) (__آبکافت__) نامیده می‌شود. این واکنش هم در محیط اسیدی و هم در محیط قلیایی انجام می‌پذیرد.

*هیدرولیز استر در مجاورت اسیدهای معدنی ، منجر به تشکیل اسید و الکل مربوط می‌شود. (__عکس واکنش استری شدن__)

!مقایسه اسید و استر

*مولکول اسیدها قطبی بوده و بین آنها ، ((پیوند هیدروژنی)) وجود دارد. در صورتی که استرها تقریبا غیر قطبی‌اند و بهمین دلیل است که استرها عموما فرار بوده و ((نقطه جوش)) آنها از نقطه جوش اسید هم کربن ، پایین‌تر است.

*اسیدها با ((فلزات)) ، گاز ((هیدروژن)) آزاد می‌کنند. اما استرها چنین خاصیتی را ندارند.

*اسیدها با بازها ، نمک و آب می‌دهند، اما استرها با بازها ، نمک و الکل می‌دهند.

!ترتیب فعالیت اسیدها و الکلها در واکنش استری شدن

از آنجائیکه فرایندهای استری شدن ، برگشت پذیر تعادلی هستند، در مواقعی که اسید یا الکل بکار رفته ارزان قیمت باشد، می‌توان مقدار یکی از واکنشگرها را چند برابر دومی انتخاب کرد و تعادل را به نفع تشکیل محصول بیشتر جابجا کرد و استر بیشتری بدست آورد. گاهی اوقات برای حصول نتیجه بهتر می‌توان یکی از محصولات را از محیط خارج کرد و در نتیجه واکنش را به سمت تشکیل محصول بیشتر سوق داد.

مثلا در تهیه __دی اتیل آدیپیت__ از __اسید آدیپیک__ و __اتانول__ ، می‌توان از تولوئن استفاده نمود و با استفاده از ستون ((تقطیر)) ، آب حاصل از واکنش را بصورت ((آزئوتروپ)) همراه تولوئن و در 75 درجه سانتی‌گراد تقطیر کرد و از محیط خارج نمود و استر را با راندمان __97-95%__ بدست آورد.

بطور کلی در واکنش استری شدن ترتیب فعالیت اسیدها و الکلها بقرار زیر می‌باشد:

::~~green:__HCOOH>CH₃COOH>R-CH₂COOH>R₂CHCOOH>R₃CCOOH__~~::

~~green:::__الکل نوع سوم > الکل نوع دوم > الکل نوع اول > متانول __::~~

!مباحث مرتبط با عنوان

*((استر))

*((اسید کربوکسیلیک))

*((اصل لوشاتلیه))

*((الکل))

*((الکل صنعتی))

*((ثابت تعادل))

*((صابون))

*((واکنش برگشت پذیر))

*((واکنش صابونی شدن))