Chemie 11_2.2

• Reaktionsmechanismus der sauren Hydrolyse

  1. Durch Aufnahme eines Protons entsteht im ersten ein Carbenium-Ion

  2. Das Carbenium-Ion wird nucleophil von einem H2O-Molekül angegriffen

  3. Anschließend folgt eine intramolekulare Protonenwanderung

  4. Im nächsten Schritt spaltet sich ein Methanol-Molekül ab und es entsteht wieder ein Carbenium-Ion

  5. Durch Abspaltung eines Protons im letzten Schritt wird ein neutrales Essigsäure-Molekül gebildet
• Reaktionsmechanismus alkalische Hydrolyse/ Verseifung

  1. Nucleophiler Angriff eines OH- Ions an der Carbonylgruppe

  2. Eliminierung eines Alkoholat-Ions

  3. Aufnahme eines H+ Ions vom Alkoholat (ist irreversibel)
• Verseifung


  Ist irreversibel, wohingegen die saure Hydrolyse reversibel ist
• Biodiesel


  Ein Kraftstoff basierend auf Naturstoffen (RME/ PME/ AME/ Sojaölmethylester)
• Biodieselherstellung


  Öl/Fett + Methanol (+ Katalysator) ->Glycerin + Biodiesel (Fettsäuremethylester)
• Vorteile von Biodiesel


  • Weniger umweltschädlich, da weniger Emission
  • Enthält keine Aromate und Giftstoffe wie Benzol
  • Wird aus nachwachsenden Stoffen gewonnen
• Nachteile von Biodiesel

  • Motor könnte kaputt gehen
  • Gesamter Dieselgebrauch kann nicht gedeckt werden
  • Felder für Dieselproduktion nehmen Nahrungsmittelfeldern den Platz weg
• Lipide


  Schlecht bis gar nicht wasserlöslich, gesättigte Fettsäuren (Einfachbindungen) → tierische Fette, Ungesättigte Fettsäuren (Doppelbindungen) H-Atome fehlen wegen Doppelbindung (Z-Form Knick) → pflanzliche Öle
• Stoffklassen, die Lipide beinhalten

  • Fettsäuren
  • Steroide
  • Wachse
  • Phospholipide
  • Triglyceride (Fette, Öle)
• Triglyceride


  Fette und Öle sind also Ester von einem dreiwertigen Alkohol und drei Fettsäuren
• Unterschied Fette und Öle

  • Öle sind flüssig, Fette sind fest
  • Je mehr ungesättigte Fettsäuren das Öl enthält, desto flüssiger ist es
  • Fette sind tierischen Ursprungs mit gesättigten Fettsäuren, Öle sind pflanzlichen Ursprungs mit ungesättigten Fettsäuren und gesünder als Fette, da Fette Cholesterinanteile haben
  • Fetthärtung: Ungesättigte Fettsäuren werden durch Anlagerung von z.B. H2 gesättigt
• Esterbindung


  • Esterspaltung: durch Hydrolyse (saure oder alkalische)
  • Leicht entzündlich (wegen niedriger Polarität)
  • Schwer bis gar nicht löslich in Wasser (Ester-Molekül größtenteils unpolar)
  • Geruch: von fruchtig bis zu klebstoffähnlich
  • Niedrige Schmelz- und Siedetemperatur als Alkohol oder Carbonsäuren, weil Ester kaum polar sind und keine H-Brücken untereinander ausbilden können
• Verwendung von Estern


  • Aroma/ Duftstoffe
  • Bestandteil von Biodiesel
  • Herstellung von Polyester
• Benennung von Estern


  • Name der Säure + Alkylrest des Alkohols - Endung "Ester"
  • Nach IUPAC Alkylgruppe des Salzes + Salz der Carbonsäure
• Monoester


  z.B. Fette und Öle
• Säurezahl


  Sagt aus, wie viele Fettsäuren es gibt
• Verseifungszahl


  Gibt an, wie viele freie und gebundene Fettsäuren in 1g Fett vorhanden sind
• Iodzahl


  Gibt an, wie viele ungesättigte Fettsäuren in einem Molekül vorkommen
• Verwendung


  • Aroma/ Duftstoffe
  • Bestandteil von Biodiesel
  • Herstellung von Polyester
• Benennung


  • Name der Säure + Alkylrest des Alkohols - Endung „Ester"
  • Nach IUPAC Alkylgruppe des Salzes + Salz der Carbonsäure
• Triester


  z. Bsp. Fette und Öle
• Gleichgewichtsreaktion


  • Hin- und Rückreaktion: Die Reaktionsgeschwindigkeit für die umkehrbare chemische Reaktion ist in der Summe 0 (🔺️v = 0), da die Rückreaktion mit derselben Geschwindigkeit verläuft, wie die Hinreaktion
  • Gleichgewichtseinstellung und Gleichgewichtszustand: Die Konzentration der Ausgangsstoffe und die Konzentration der Produkte ändern sich nicht mehr (🔺️c = konstant)
  • Dynamisches Gleichgewicht: beide Reaktionen finden gleichzeitig statt
• Mindestenergie


  Die notwendige Mindestenergie, die den Reaktanten zugeführt werden muss, um den energiereichen Übergangszustand zu erreichen, ist die Aktivierungsenergie der Reaktion
• Energieverteilungskurven nach Boltzmann


  • Gibt an, wie viele Teilchen eine bestimmte Bewegungsenergie haben
  • Bei höheren Temperaturen haben mehr Teilchen eine höhere bzw. gleichgroße Bewegungsenergie wie die nötige Aktivierungsenergie
  • Fläche unter einer Kurve gibt an, wie viele Teilchen mit bestimmter Bewegungsenergie vorhanden sind
  • Reaktionsgeschwindigkeit steigt bei höheren Temperaturen, da Kollision wahrscheinlicher ist und höhere Mindestenergie hat
• Massenwirkungsgesetz (MWG)


  • Gleichgewichtskonstante am Beispiel von Elementarreaktionen
  • Einfache Berechnung von K unter Einbezug von Gleichgewichtskonzentrationen
  • Interpretation der Gleichgewichtslage mit K
• Reaktionsgeschwindigkeit


  Zeitliche Änderung der Konzentration
• Einflussfaktoren auf Reaktionsgeschwindigkeit


  • Temperatur
  • Konzentration
  • Druck
  • Zerteilungsgrad
  • Katalysator
• Temperatur


  • Bei einer Erhöhung um 10K erhöht, bis vervierfacht sich die Reaktionsgeschwindigkeit
• Druck


  • Je höher der Druck, desto weniger Raum, desto höher die Kollisionswahrscheinlichkeit, erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit
• Zerteilungsgrad


  • Je höher der Zerteilungsgrad, desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit, da es eine größere Oberfläche gibt, und es somit wahrscheinlicher ist, dass die einzelnen Reaktionspartner miteinander reagieren/kollidieren
• Nucleophile Substitution


  Eine Reaktion, die charakteristisch für Alkohole ist. Im Gegensatz zur radikalischen Substitution kommt es hier zum nucleophilen Angriff.
• Nucleophile Substitution


  1. Protonierung der Hydroxylgruppe, wodurch ein Oxoniumion entsteht

  2. Nucleophiles Teilchen greift am Kohlenstoffatom an, das eine Bindung zum Sauerstoff besitzt

  3. Abspaltung von Wasser, die Substitution ist beendet
• Das positiv geladene Sauerstoffatom in der C-O Bindung zieht die bindenden Elektronenpaare stark an und lädt das Kohlenstoffatom positiv teilweise
• Nucleophile Teilchen


  • Kernliebende Teilchen
  • Negative/negativ teilgeladene Teilchen
• Nucleophiles Teilchen greift am Kohlenstoffatom an


  Da das Kohlenstoffatom positiv teilgeladen ist
• Ester


  Verbindungen, die durch Reaktion von Carbonsäuren und Alkoholen unter Wasserabspaltung entstehen
• Veresterung allgemein


  1. Carbonsäuren und Alkoholen reagieren zu Estern und Wasser

  2. Reaktion findet nur beim Erhitzen und nach Zugabe von Schwefelsäure statt

  3. Gehört zu den Kondensationsreaktionen

  4. Läuft nur bei hohen Temperaturen langsam ab

  5. Wird durch Schwefelsäure katalysiert
• Nomenklatur der Ester


  • Ester werden formal als Salze der Carbonsäuren benannt
  • Meist werden sie benannt als: Name der Säure + Name des Alkylrestes des Alkohols + Ester als Endung
• Ester


  • Nicht gut wasserlöslich
  • Weisen lipophile Eigenschaften auf
  • Carbonylgruppe der Estergruppe ist polar, aber Alkylreste sind oft stärker
  • Daher oft sehr lipophil und werden als Lösungsmittel für organische Stoffe verwendet
  • Keine Hydroxylgruppen, können daher keine Wasserstoffbrücken untereinander ausbilden
  • Siedetemperatur unter den ähnlicher Carbonsäuren und Alkohole
  • Daher leicht flüchtig
  • Oft fruchtige oder blumige Gerüche
• Säurekatalysierte Veresterung


  1. Carbonsäure wird protoniert

  2. Mesomeres Kation entsteht

  3. Mesomeres Kation reagiert mit Alkohol, Oxoniumion entsteht

  4. Oxoniumion spaltet Proton ab, Diol entsteht

  5. Eine Hydroxylgruppe des Diols wird protoniert, weiteres Oxoniumion entsteht

  6. Abspaltung eines Wassermoleküls, Carbokation entsteht

  7. Carbokation spaltet weiteres Proton ab, Ester mit Estergruppe entsteht