If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Kysele katalyzovaná hydrolýza esterů

Mechanismus kysele katalyzované hydrolýzy esterů. Tvůrce: Jay.

Transkript

Ve videu o Fischerově esterifikaci jsme viděli, že pokud vezmeme karboxylovou kyselinu a alkohol v kysele katalyzované reakci, dostaneme ester a také vodu. Naším cílem bylo připravit více esteru, takže jsme posunuli rovnováhu doprava, abychom měli více produktu. V tomto videu si řekneme o opačné reakci. Řekneme si o hydrolýze esterů. Pokud zvýšíme koncentraci vody, posuneme rovnováhu zpátky doleva. Dojde k hydrolýze esteru, který se přemění na alkohol a karboxylovou kyselinu. Je důležité vědět, která vazba se přeruší. Tady vidíme, že dojde k přerušení této vazby. Kyslík a tato R' skupina se přemění na alkohol, ukážeme si mechanismus. Podívejme se detailně na tento mechanismus. Začneme s esterem a podíváme se, co tu máme dál. V roztoku nám H₂O a H⁺ dá H₃O⁺. Nakreslíme si sem hydroniový ion - H₃O⁺. Prvním krokem mechanismu je protonace karbonylového kyslíku. Volný elektronový pár si vezme proton z hydronia. Nakreslíme si naprotonovaný karbonyl. Máme naprotonovaný kysík, který má formální náboj +1. Podívejme se teď na elektrony. Tyto růžové elektrony si vzaly proton z vazby, a tím se aktivoval karbonyl. Jak jsme viděli v dřívějších videích, tato rezonanční struktura dělá uhlík kladnější, takže je elektrofilnější. Díky tomu zreaguje v dalším kroku s nukleofilem. Nukleofilem je v tomto případě voda. Voda se bude chovat jako nukleofil, který bude atakovat elektrofil. Elektrony přeskočí na kyslík. Podíváme se na tuhle vazbu mezi kyslíkem a uhlíkem. Nakreslíme si zbytek. Na kyslíku je formální náboj +1. Označíme si tyto elektrony. Modré elektrony vytvoří vazbu mezi kyslíkem a uhlíkem. Pořád máme kyslík tady nalevo. Kyslík má dva volné elektronové páry, dokreslíme si je sem zeleně. Zelené elektrony se přesunou sem a stanou se elektronovým párem na kyslíku. Kyslík je pořád navázaný na uhlík, stejně jako R' skupina. V dalším kroku dojde k deprotonaci. Potřebujeme se zbavit formálního náboje +1. Přijde molekula vody a tentokrát se bude chovat jako báze. Voda bude fungovat jako báze a vezme si tento proton, elektrony nechá na kyslíku. Uděláme si tady dole prostor, abychom si ukázali deprotonaci. Máme tu uhlík s OH nalevo a po deprotonaci budeme mít OH i napravo. Nakreslíme si OH napravo. Vyznačíme si tyto elektrony červeně, tyhle elektrony se přesunou na kyslík. Dokreslíme sem zbytek molekuly. Nalevo máme R skupinu a napravo OR'. Ke kyslíku dokreslíme volné elektronové páry, protože v dalším kroku mechanismu budeme protonovat kyslík. Máme tu hydronium, H₃O⁺, proto si sem nakreslíme H₃O⁺. Tento kyslík si vezme proton z hydronia a elektrony tu nechá. Naprotonuje kyslík. Kyslík protonujeme proto, že se stane lepší odstupující skupinou. Nakreslíme si sem zbytek. OH skupina je nahoře, R nalevo, máme tu kyslík, který je teď naprotonovaný, takže má formální náboj +1. +1 formální náboj na kyslíku. Podíváme se na elektrony. Vyznačíme si je modrou barvou. Volný elektronový pár si vezme tento proton a vznikne tato vazba. Při bližším pohledu si všimneme, že teď je alkohol za odstupující skupinu. protože v dalším kroku dojde k obnově karbonylu a alkohol odstoupí. Pokud přesuneme tyto elektrony sem, abychom získali karbonyl, je na uhlíku moc vazeb, takže tyto elektrony přejdou na kyslík. V tomto kroku dojde k přerušení vazby a alkohol odstoupí. Nakreslíme si produkt. Vznikne karbonyl a kyslík bude mít formální náboj +1, máme tu R skupinu a tady je OH, protože alkohol odejde pryč. Nakreslíme si sem ten alkohol - OR' a dva volné elektronové páry. Podívejme se teď na elektrony. Tyto modré elektrony jsou ty samé, jako tyhle modré elektrony. Tyhle elektrony si označíme červeně. Červené elektrony přejdou na kyslík, takže v tomto kroku ztratíme alkohol. Ztrátou alkoholu dostaneme tohle a už jsme skoro hotovi. Tohle má hodně blízko ke karboxylové kyselině, stačí to jen deprotonovat. Může přijít další molekula vody, která se bude chovat jako báze. Voda se chová jako báze, bere si proton a nechává elektrony být. Dostáváme karboxylovou kyselinu. Nakreslíme si skupinu R, potom tu máme ROH. Koukneme se opět na elektrony. Vyznačíme si je také červeně. Tyhle elektrony odstoupí a my dostaneme produkt, karboxylovou kyselinu. Tohle je mechanismus kysele katalyzované hydrolýzy esterů, při které vznikne karboxylová kyselina a alkohol. Podíváme se za minutku na další reakce. Budeme pracovat s touto částí, ve které získáváme alkohol jako jeden z produktů. Kromě toho vzniká také karboxylová kyselina. Podívejme se na reakci. Nalevo máme methylester kyseliny salicylové, neboli olej ze libavky. Hledáme ester. Máme tu H₂O a H⁺, které nám v roztoku dají hydronium. Tahle část molekuly bude reagovat. Dojde k hydrolýze esteru a my už známe mechanismus. Tato vazba se během mechanismu přeruší, takže si můžeme nakreslit produkty. Přerušíme vazbu a nakreslíme si celou levou část. Celá levá část molekuly vytvoří karboxylovou kyselinu. Nakreslíme si karboxylovou kyselinu jako jeden z produktů. Máme tu aromát a karboxylovou kyselinu. OH v karboxylové kyselině přišlo v mechanismu z H₂O. Potom tady máme další OH, které tvoří kyselinu salicylovou. Teď musíme přijít na alkoholový produkt. Vezmeme si na to zelenou barvu. Tahle část odstoupí a po protonaci dostaneme alkohol. Stačí přidat proton k tomuto kyslíku a vznikne methanol, jako další produkt. Nakreslíme si sem methanol a máme naše dva produkty: kyslinu salicylovou a methanol. Jedná se tedy o kysele katalyzovanou hydrolýzu. Tato reakce je rovnovážná, proto můžeme rovnováhu posunout doprava. Pokud si pamatujete video o Fischerově esterifikaci, tohle jsme použili k přípravě oleje libavky. Kyselinu salicylovou a methanol jsme použili k přípravě oleje z libavky. Všechno záleží na reakčních podmínkách, pokud chceme posouvat rovnováhu. Podívejme se na další příklad. Máme tu ester a vodu. Nakreslil jsem vodu trochu divně a za chvilku vysvětlím proč. Opět tu máme kysele katalyzovanou hydrolýzu esteru. Zamyslíme se, která vazba se přeruší. Přeruší se tato vazba a levá strana se přemění na karboxylovou kyselinu. Nakreslíme si karboxylovou kyselinu. Takže tu máme tuto část molekuly. Vznikla karboxylová kyselina. Jako vždy si zvýrazníme OH skupinu, toto OH karboxylové kyseliny je z vody. Molekula vody přišla o proton a vznikla karboxylová kyselina. Na náš další produkt si necháme zelenou, jako předtím. Tohle je ta část molekuly, která se přemění na alkohol. Kyslíku přidáme proton a opět tu máme methanol jako druhý produkt. To tedy byla kysele katalyzovaná hydrolýza. Proč jsem nakreslil molekulu vody tak divně? Co by se stalo, kdyby tady místo vodíku byla R-skupina, tedy alkyl? Změníme tento vodík v alkylový zbytek a vytvoříme ester. Začneme s jedním esterem a přeměníme ho v jiný ester. Tomu se říká "transesterifikace". Skoro stejná reakce jako jsme si ukazovali předtím, akorát nedostaneme jako jeden produkt karboxylovou kyselinu, ale jiný ester. Vyzkoušíme si to ještě jednou se stejným esterem, jen tentokrát použijeme místo vody butanol. Opět dojde k přerušení této vazby, ztratíme tento proton a spojíme tyhle dvě části molekuly dohromady. Pokud spojíme tohle s tímhle, vidíme druhý ester, který vznikne. Nakreslíme si produkt. Máme tu kyslík a čtyři uhlíky, jeden, dva, tři, čtyři. Tyto čtyři uhlíky pochází z butanolu, který vytvořil náš ester. A co druhý produkt? Opět vidíme tuhle část molekuly, která nám dává methanol. Dostali jsme methanol jako vedlejší produkt. Přestože je reakce rovnovážná, methanol má velmi nízký bod varu, takže ho můžeme vyvařit a tím posunout rovnováhu napravo, a získat tím více produktu. Jak můžete vidět, začínáme s esterem methanolu a přeměňujeme ho na ester butanolu, pouhou změnou reakčních podmínek v transesterifikační reakci. Tohle je průmyslově velmi užitečná reakce.