Vaihtoesteröinti

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Yleinen esimerkki vaihtoesteröinnistä

Vaihtoesteröinti eli transesteröinti on kemiallinen reaktio, jossa esterin orgaaninen ryhmä R vaihdetaan toiseen orgaaniseen ryhmään R'' esterin ja alkoholin välisellä reaktiolla. Reaktio vaatii tyypillisesti katalyytikseen hapon tai emäksen.[1][2] Vaihtoesteröinnillä on synteettisen hienokemianteollisuuden tuotteiden lisäksi useita muitakin tärkeitä sovellutukskohteita muun muassa polymeeri- ja biopolttoaineteollisuudessa.

Reagenssit ja mekanismi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaihtoesteröinti tapahtuu alkoholin ja esterin välisenä reaktiona. Reaktiota katalysoivat sekä hapot että emäkset ja reaktiomekasnismi riippuu käytettävästä katalyytistä. Happokatalyytteinä voidaan käyttää proottisia happoja kuten rikkihappoa, p-tolueenisulfonihappoa tai happamia ioninvaihtoon käytettäviä hartseja tai Lewis-happoja kuten harvinaisten maametallien, sinkin, tinan ja titaanin komplekseja.[2][3][4] Vaihtoesteröinnin mekasnimi muistuttaa paljon esterin hydrolyysin mekanismia.[1][2] Happokatalysoidussa vaihtoesteröinnissä esterin karboksyyliryhmän happiatomi protonoituu, tehden karbonyyliryhmästä elektrofiilisemman. Nukleofiilinen alkoholi reagoi karbonyyliryhmän kanssa muodostaen tetraedrimäisen välivaiheen, joka hajoaa muodostaen uuden esterin ja alkoholin[1].

Acid-catalysed transesterification.png

Emäskatalysoidussa vaihtoesteröinnissä emäs muodostaa alkoholista nukleofiilisemman alkoksidin. Alkoksidi reagio esterin karbonyyliryhmän hiiliatomin kanssa muodostaen tetraedrimäisen välivaiheen, joka hajoaa vaihtoiesteröinnin tuotteiksi.

General transesterification mechanism.png

Vaihtoesteröinti on tasapainoreaktio ja hyvän saannon aikaansaamiseksi ja tasapainon ajamiseksi tuotteiden puolelle on usein katalyytin lisäksi käytettävä toisen tuotteen poistamista reaktioseoksesta. Vaihtoesteröitäesessä metyyli- ja etyyliestereitä muodostuu alhaisessa lämpötilassa haihtuvia metanolia tai etanolia, jotka viodaan tislata pois reaktioseoksesta.[2][3]

Vaihtoesteröinnin käyttökohteita[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaihtoesteröinnillä voidaan tuottaa useita estereitä, joita käytetään joko sellaisenaan tai muiden yhdisteiden valmistamiseen. Suuressa mittakaavassa vaihtoesteröintiä käytetään muun muassa polymeeriteollisuudessa, jossa valmistetaan polyetyleenitereftalaattia dimetyylitereftalaatin ja glykolin välisellä vaihtoesteröinnillä ja diolien ja karbonaattiestereiden väliset reaktiot, joissa muodostuu polykarbonaatteja.[1][3]

Vaihtoesteröinti on myös tärkeässä osassa biodieselien valmistusta. Biodieseliä valmistetaan triglyserideistä, joissa glyseroliin on esteröitynyt pitkäketjuisia rasvahappoja. Biodieselin valmistuksessa triglyseridit reagoivat emäksisissä olosuhteissa esimerkiksi natriumhydroksidin katalysoimana muodostaen rasvahappojen metyyliestereitä, joita käytetään biopolttoaineina. Katalyytteinä voidaan käyttää myös happoja, mutta niiden haittapuolena on usein selvästi emäskatalysoitua reaktiota pienempi reaktionopeus.[5]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d Jonathan Clayden, Nick Greeves, Stuart Warren: Organic Chemistry, s. 209-210. Oxford University Press, 2012. ISBN 978-0-19-927029-3. (englanniksi)
  2. a b c d Michael B. Smith & Jerry March: March's Advanced Organic Chemistry, s. 1419-1421. John Wiley & Sons, 2007. ISBN 978-0-471-72091-1. (englanniksi)
  3. a b c Wilhelm Riemenschneider & Hermann M. Bolt: Esters, Organic, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2005. Viitattu 7.8.2014
  4. Takanori Iwasaki, Yusuke Maegawa, Takashi Ohshima & Kazushi Mashima: Esterification, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2012. Viitattu 7.8.2014
  5. Dmitry Yu. Murzin, Päivi Mäki-Arvela & Irina L. Simakova: Triglycerides and Oils for Biofuels, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2012. Viitattu 7.8.2014