~2025-50041-7: /* Herstellungsprozess */

2025-09-15T10:24:56Z

Herstellungsprozess

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Eine '''Veresterung''' (auch ''Esterbildung'') ist eine [[chemische Reaktion]], bei der aus einer organischen oder anorganischen [[Oxosäuren|Oxosäure]] und einem [[Alkohole|Alkohol]] ein sogenannter [[Ester]] gebildet wird. Im klassischen Sinne ist eine Veresterung die Reaktion einer [[Carbonsäuren|Carbonsäure]] mit einem [[Alkohole|Alkohol]] unter Abspaltung von Wasser zu einem [[Carbonsäureester]]. Carbonsäureester lassen sich jedoch auch durch Umsetzung von Alkoholen und bspw. [[Carbonsäurechloride]]n oder [[Carbonsäureanhydrid]]en herstellen. Die Kondensationen anderer Oxosäuren wie [[Phosphorsäure]], [[Schwefelsäure]] oder [[Sulfonsäuren]] mit Alkoholen führen ebenfalls zu Estern und können damit auch als Veresterungen betrachtet werden.

== Übersichtsreaktion ==
Die Reaktion ist eine [[Gleichgewichtsreaktion|Gleichgewichts-]] und [[Kondensationsreaktion]], bei der eine [[Carbonsäure]] oder eine [[Liste von Säuren#Anorganische Säuren (Auswahl)|anorganische Säure]] mit einem [[Alkohole|Alkohol]] oder einem [[Phenole|Phenol]] zu einem [[Ester]] und [[Wasser]] reagiert.

[[Datei:Fischer-Veresterung 1a.svg|rahmenlos|hochkant=2.9|zentriert|Übersicht Veresterung]]

Der hier farbig dargestellte Mechanismus ist für primäre und sekundäre Alkohole gültig, nicht jedoch bei tertiären Alkoholen. Bei tertiären Alkoholen wird im Zuge der Reaktion die OH-Gruppe des Alkohols abgespalten und das dabei entstandene Carbeniumion an die Carbonsäure addiert. Es bleibt also der Sauerstoff der Carbonsäure im Ester erhalten.

== Mechanismus der säurekatalysierten Veresterung von Carbonsäuren (Fischer-Veresterung) ==
[[Emil Fischer]] hat erkannt<ref>{{Literatur |Autor = Théophile-Jules Pelouze, Amédée Gélis| Titel =Mémoire sur l'acide butyrique|Sammelwerk = Annales de Chimie et de Physique|Band= 3<sup>ème</sup> Série IX| Verlag = | Jahr = 1844|Seiten=434–456, hier S. 453|Online = {{Google Buch|BuchID=-xYAAAAAMAAJ|Seite=453}}}}</ref>, dass schon geringe Mengen an Schwefelsäure die Esterausbeute stark erhöhen und nicht, wie damals üblich, große Mengen an Säure notwendig sind.<ref>{{cite journal | author = [[Emil Fischer]], Arthur Speier | title = Darstellung der Ester | journal = Chemische Berichte | volume = 28 | pages = 3252–3258 | year =1895 | doi = 10.1002/cber.189502803176}}</ref>

Der erste Schritt der Veresterung ist die [[Protonierung]] der [[Carbonsäure]] zu einem [[Mesomerie|mesomeriestabilisierten]] [[Kation]].

[[Datei:Fischer-Veresterung 3.svg|rahmenlos|hochkant=2.9|zentriert|Mechanismus 1 Veresterung]]

Das durch die Protonierung gebildete Kation wird von einem freien [[Elektronenpaar]] der [[Hydroxygruppe]] des Alkohols [[nukleophil]] angegriffen. Das Wasserstoffatom des ursprünglichen Alkanols bildet eine [[intramolekular]]e Wasserstoffbrücke zu einem Sauerstoffatom der [[Carboxygruppe]] aus und geht mit diesem schließlich eine Bindung ein.

[[Datei:Fischermechanismus teil2.svg|rahmenlos|hochkant=2.5|zentriert|Mechanismus 2 Veresterung]]

Das oben im letzten Schritt entstandene Oxoniumion spaltet zunächst Wasser zu einem Kation ab, das nach Deprotonierung den Ester ergibt.

[[Datei:Fischer-Veresterung 5.svg|rahmenlos|hochkant=2.5|zentriert|Mechanismus 3 Veresterung]]

Dieser Mechanismus konnte durch [[Isotopenmarkierung]] des Sauerstoffatoms im Alkohol nachgewiesen werden.<ref name="Ernerst">Ivan Ernest: ''Bindung, Struktur und Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie''. Springer, Wien/New York 1972, ISBN 978-3-211-81365-2, S. 73–74.

Verweist auf S. 366 auf Myron L. Bender: ''Oxygen Exchange as Evidence for the Existence of an Intermediate in Ester Hydrolysis'' im Journal of the American Chemical Society, Volume 73 No. 4 S. 1626–1629 ([[doi:10.1021/ja01148a063]]).</ref>

Das rasch gebildete Gleichgewicht der Esterbildung erfordert eine erhöhte Temperatur, oder die Zugabe von Säuren.
Zur Säurekatalyse wird oft [[Schwefelsäure]] verwendet, denn diese bindet durch ihr Hydrationsvermögen eine gewisse Menge an Wasser, sodass das Wasser aus dem Reaktionsgleichgewicht entfernt wird (das Reaktionsgleichgewicht wird zugunsten des Esters verschoben).<ref>{{Literatur| Autor = Walter Beyer | Titel = Lehrbuch der organischen Chemie | Band = 24 | Seiten = 272 | Jahr =2004}}</ref>

== Azeotrope Veresterung ==

Die im Labormaßstab gängigste Methode zur Herstellung von Estern ist die azeotrope Veresterung.<ref>{{Literatur | Autor=Klaus Schwetlick u. a. | Titel=Organikum | Auflage=24. | Verlag=Wiley-VCH | Ort=Weinheim | Jahr=2015 | ISBN=978-3-527-33968-6}}</ref> Dabei wird das bei der Reaktion gebildete Wasser mit einem Lösemittel als [[Azeotroprektifikation|Azeotrop]] herausdestilliert (herausgeschleppt). Als Lösemittel/Wasserschlepper nutzt man meist [[Hexan]], [[Chloroform]] oder [[Toluol]]. Das früher häufig verwendete [[Benzol]] wird kaum noch verwendet, weil es ein krebserzeugender Arbeitsstoff ist<ref>{{Internetquelle |hrsg=Sigma-Aldrich |url=https://www.sigmaaldrich.com/DE/de/sds/sial/401765?userType=anonymous |sprache=de |titel=Sicherheitsdatenblatt Benzol |datum=2024-09-05 |abruf=2024-09-29}}</ref>. Als [[Katalysator]] wird meist [[p-Toluolsulfonsäure|''p''-Toluolsulfonsäure]] statt Schwefelsäure verwendet, weil sie bei vergleichbarer Aktivität angenehmer zu handhaben ist und bei dieser Methode die wasserbindenden Eigenschaften der Schwefelsäure nicht vonnöten sind. Nutzt man einen [[Wasserabscheider]] kann zudem der Verlauf der Veresterung quantitativ verfolgt werden.

== Weitere Veresterungsreaktionen ==
Es gibt eine Reihe weiterer Möglichkeiten, Alkohole und Säuren bzw. Säurederivate zu Estern umzusetzen, so z. B. die Reaktion zwischen Alkohol und [[Carbonsäurehalogenide|Säurechlorid]] ([[Schotten-Baumann-Methode]]), Alkohol und [[Säureanhydrid]], die [[Steglich-Veresterung]] oder die [[Mitsunobu-Reaktion]]. Die [[Umesterung]] erlaubt den Austausch der alkoholischen oder Säurekomponente eines vorhandenen Esters. Speziell Ester des [[tert-Butanol|''tert''-Butanol]] kann man meist nicht durch eine direkte Veresterung herstellen; sie werden durch säurekatalysierte Addition von [[Butene|Isobuten]] an Carbonsäuren hergestellt.

== Esterspaltung ==
Die Rückreaktion der Veresterung ist die ''saure'' Esterhydrolyse (siehe [[Hydrolyse]]). Die ''basische'' oder ''alkalische'' Esterhydrolyse folgt einem anderen [[Reaktionsmechanismus]] als die saure und ist deswegen unter [[Verseifung]] explizit dargestellt.

== Herstellungsprozess ==
Viele chemische Produkte werden in einer chemischen Reaktion hergestellt und anschließend destilliert. Bei der Gewinnung eines Esters werden beide Prozesse miteinander verbunden. Dieses Verfahren wird [[Destillation#Reaktivdestillation|Reaktivdestillation]] genannt. Während der Reaktion können ein oder mehrere Produkte (bei der Veresterung: Wasser) durch das Verdampfen entfernt werden. Das chemische Gleichgewicht stellt sich darauf immer neu ein, und dadurch kann eine höhere Ausbeute des Esters erlangt werden. Der Prozess hat den Vorteil, dass zwei Arbeitsschritte vereint werden können. Der apparative Aufwand ist gering, und das Verfahren ist preiswert.<ref>Chemie und Life Science: [https://www.chemanager-online.com/themen/thermische-verfahrenstechnik/reaktivdestillation-eroeffnet-neue-perspektiven Reaktivdestillation eröffnet neue Perspektiven].</ref>
[[Datei:Versterng2.jpg|mini|550px|zentriert|Veresterung mittels Reaktivdestillation]]

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Esterification}}

* [https://www.leifichemie.de/erdoel-und-organische-stoffklassen/carbonsaeuren/grundwissen/reaktionen-der-carbonsaeuren-veresterung Reaktionen der Carbonsäuren: Veresterung] auf LEIFIChemie
{{Normdaten|TYP=s|GND=4334362-4}}

[[Kategorie:Kondensationsreaktion]]

Veresterung - Versionsgeschichte

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