Ésteres

Los ésteres son compuestos organicos que se forman al sustituir un atomo de hidrogeno de un acido organico, por una cadena hidrocarbonada R'. Los ésteres proceden de condensar ácidos con alcoholes y se nombran como sales del ácido del que provienen.

 

Segun la nomenclatura IUPAC se nombran cambiando la terminación -oico del ácido por -oato, terminando con el nombre del grupo alquilo unido al oxígeno. 

 

Usos y aplicaciones de los esteres 

Los ésteres poseen olores agradables, por eso muchos de los aromas específicos de flores y frutos se deben a la presencia de ésteres. Estos se emplean en la fabricación de perfumes y como agentes saborizantes en las industrias de la confitería o bebidas no alcohólicas. Por ejemplo, para obtener un sabor artificial de frambuesa se emplea una mezcla de 9 ésteres.  El uso más importante de los ésteres es como disolventes industriales, varios productos naturales poseen funciones ester, los cuales se clasifican en 3 grupos:

• Esencias de frutas 
• Ceras
• Grasas y aceites

Esencias de frutas o aromatizantes: Los ésteres procedentes de la combinación entre un alcohol de peso molecular bajo o medio y un ácido carboxílico de peso molecular también bajo o medio. El olor de los productos naturales se deben a más de una sustancia química. Algunos ejemplos son:  El butirato de butilo (aroma a pino), el valerianato isoamilo (aroma a manzana) y el acetato de isoamilo (aroma a plátano).

Grasas y aceites: Los ésteres procedentes del glicerol y de un ácido carboxílico de peso molecular medio o elevado. Las grasas que son esteres sólidos y los aceites que son líquidos, se denominan frecuentemente glicéridos. Algunos ejemplos son: El ácido oleico, ácido butírico, ácido palmítico, entre otros.

Ceras: Son ésteres resultantes de la combinación entre un alcohol y un ácido carboxílico, ambos de peso molecular elevado. Las ceras frecuentemente se encuentran formando cubiertas protectoras e impermeabilizantes, normalmente recubriendo las partes aéreas de las hojas, flores o frutos para repeler los parásitos y ayudar a conservar el agua del vegetal. Un ejemplo tipico es la cera natural producida por las abejas. 

Aplicaciones de los esteres

Como disolventes de resinas: Los ésteres, en especial los acetatos de etilo y butilo, se utilizan como disolventes de nitrocelulosa y resinas en la industria de las lacas, igualmente como materia prima para las condensaciones de ésteres. 

Como antisépticos: En la parte de la medicina se encuentran algunos ésteres como el derivado del ácido acetilsalicílico que es empleado para disminuir el dolor y ha adquirido importancia como antiflamatorio no esteroide, la novocaína que es un anestésico local y el compuesto acetilado del ácido salicílico que es un antipirético y antineurálgico valioso. 

 

Obtención de la penicilina a partir del fenol 

Lactonas: Son ésteres cíclicos internos, hidroxiacidos principalmente gamma y delta. Estos compuestos son abundantes en los alimentos y aportan notas de aromas de durazno, coco, nuez y miel. Las lactonas saturadas e insaturadas se originan en la gama y delta hidroxilación de los ácidos grasos respectivos.La cumarina también es un ester cíclico que se aísla del haba tonka y otras plantas, fue sintetizada por primera vez por W.H. Perkin y se comercializó como el primer perfume sintético, llamado Jockey Club y Aroma de heno recién segado.

 

En la elaboración de fibras semisintéticas: Todas las fibras que se obtienen de la celulosa y se trabajan en la industria textil sin cortar, se les conoce como rayón. Su preparación se consigue disolviendo las sustancias celulósicas en disolventes adecuados y volviéndolas a precipitar por paso a través del proceso de hilado húmedo o por evaporación del correspondiente disolvente. 

 

La celulosa tratada con un álcali y disulfuro de carbono para obtener rayón.

  

En la obtención de jabones: Se realizan con una hidrólisis de esteres llamado saponificación, a partir de aceites vegetales o grasas animales los cuales son esteres con cadenas saturadas e insaturadas.

 

Propiedades de los ésteres

  

Propiedades físicas

• Son aislantes eléctricos cuando se encuentran en fusión o disolución. 
  
• Poseen una densidad menor a la del agua.
• No pueden donar enlaces de hidrógeno dado a que no tienen un átomo de hidrógeno unido a un átomo de oxígeno.
• Sus puntos de ebullición y fusión son menores a comparación de los ácidos carboxílicos con masas moleculares parecidas, pero sus valores son más cercanos a los de los aldehídos y las cetonas.
• Son capaces de aceptar enlaces de hidrogeno de otros líquidos que poseen enlaces de hidrogeno, lo cual permite que los esteres de baja masa molecular sean solubles en agua, pero los que poseen mayor masa molecular son insolubles.
• Son solubles en la mayoría de los solventes orgánicos y su solubilidad es determinada por la longitud de la cadena hidrocarbonada.
• Son más polares que los éteres, pero menos polares que los alcoholes.
• Los ésteres de bajo peso molecular tienden a ser volátiles y a tener olores agradables, razón por la que su contenido en las frutas les confiere sus fragancias familiares

Propiedades quimicas

Reacciones de los esteres: Los ésteres experimentan los mismos tipos de reacciones que otros derivados de los ácidos carboxílicos, pero son menos reactivos frente a los nucleófilos que los cloruros o los anhídridos de ácido. Todas sus reacciones son igualmente aplicables a los éster acíclicos y cíclicos, llamados lactonas.

Conversión de los ésteres en ácidos carboxílicos

Hidrólisis Ácida de ésteres: Un éster es hidrolizado por una base acuosa o por un ácido acuoso para producir un ácido carboxílico y un alcohol. Estos se pueden hidrolizar en medio ácido que es el proceso inverso a la esterificación de Fischer.

Este mecanismo transcurre en las siguientes etapas: 

Etapa 1: Protonacion del éster

 

 

 

Etapa 2: Adición nucleófilica del agua al carbinilo 

 

 

 

Etapa 3: Equilibrio ácido-base, que transforma el metóxido en buen grupo saliente (metanol).

 

 

  

Etapa 4: Eliminación del metanol

 

    

Hidrólisis básicas de ésteres: La hidrólisis básica recibe el nombre de saponificación y transforma ésteres en carboxilatos. 

Etapa 1: Adición nucleófilica del ión hidróxido grupo al carbonilo.

 

 

 

Etapa 2: Eliminación del metóxido. 

 

Etapa 3: Equilibrio ácido base entre el ácido carboxílico y el metóxido. Este equilidrio muy favorable desplaza los equilibrios anteriores hacia el producto final.

 

Hidrólisis de lactonas: Las lactonas son ésteres ciclicos y se hidrólizan de forma análoga a los esteres no cíclicos, formando compuestos que contienen grupos ácidos y alcohol.

• Hidrólisis básica de la g-butirolactona:

• Hidrólisis ácido de la g-butirolactona:

 

Transesterificación: Los ésteres reaccionan con alcoholes en medios ácidos remplazando su grupo alcoxi por medio del alcohol correspondiente, como puede observarse en la siguiente reacción. 

Conversión de los ésteres en amidas

Aminólisis: Los ésteres reaccionan con amoniaco y aminas para producir amidas. Sin embargo, la reacción no se utiliza con frecuencia debido a que por lo general es más fácil comenzar con un cloruro de ácido. El mecanismo a través del que ocurre la reacción es una sustitución nucleófilica acíclica.

Etapa 1: Adición nucleófila

Etapa 2: Equilibrio ácido-base

Etapa 3: Eliminación

Conversión de los ésteres en alcoholes

Reducción: Los ésteres se reducen con facilidad cuando se tratan con LiAIH4 para producir alcoholes primarios.

 

Etapa 1: Ataque nucleófilo del ion hidruro

Etapa 2: Eliminación

Etapa 3. Ataque del hidruro al aldehído

Etapa 4. Protonación del alcóxido

 

Conversión de los ésteres en alcoholes

 

Reacción de Grignard: Los ésteres y las lactonas reaccionan con 2 equivalentes de un reactivo de Grignard para producir un alcohol terciario en el que dos de los sustituyentes son idénticos.

La reacción sucede por el mecanismo de sustitución nucleofílica usual para dar una cetona como intermediario, la cual reacciona posteriormente con el reactivo de Grignard para producir un alcohol terciario.

 

 

 

 

 

Esterificacion de Fischer

La esterificación de Fischer consiste en tratar un ácido carboxílico con un alcohol en medio ácido que actúa como agente deshidratante. Esta reacción puede ser llevada a cabo sin la presencia de un ácido fuerte como catalizador, pero sucede de manera muy lenta. Generalmente se emplea ácido sulfúrico como catalizador de la reacción. Esta reacción es reversible y alcanza el equilibrio cuando aun quedan cantidades apreciables de reaccionantes.

El mecanismo es el típico de adición-eliminación activado por la protonación inicial del grupo C=O.

Etapa 1: Protonación del acido no ionizado.

Etapa 2: Reacción del alcohol con el carbono.

Etapa 3: Transferencia de un protón.

Etapa 4: Perdida de la molécula de agua.

Etapa 5: Formación del éster. 

 

Oxidación de cetonas de Baeyer-Villiger

El mecanismo de esta reacción consiste en el ataque del oxígeno del peroxiácido al carbono carbonilo de aldehídos o cetonas. El aducto formado es inestable y se descompone, produciéndose la migración de un grupo alquilo del carbono carbonilo al oxígeno, para dar un éster.

 

Etapa 1: Adición del perácido al carbonilo

Etapa 2: Migración del sustituyente desde carbono carbonilo hacia el oxígeno

 

Referencias

Beyer, H., & Wolfgang, W. (1987). En Manual de Química Orgánica (19 ed., págs. 262-278). Barcelona: Editorial Reverté.

Fernández, G. (2016). Reacciones químicas ésteres . Obtenido de quimicaorganica.org: https://www.quimicaorganica.org/esteres.html

Griffin, R. (1981). En Química orgánica y moderna (pág. 369). Reverté S.A.

Gutsche, C. D., & Pasto, D. J. (1978). En Fundamentos de química orgánica (págs. 408 - 410). Barcelona : Reverté S.A.

Márques, E. M. (2006). En E. M. Márques, Química II (pág. 146). Thomsom.

Voet, D., & Voet, J. G. (2006). En Bioquímica. Buenos Aires: Medica Panamericana.