Esterler

Su ile tepkimeye girdiğinde karboksilik asitleri veren bileşiklere karboksilik asit türevleri denilmektedir. Karboksilik asit türevleri, karboksil grubunun hidroksilinin yerine başka grup geçmesiyle oluşur. Karboksilik asit türevleri arasında en yaygınları; açil klorürler, anhidritler, esterler ve amidlerdir. Bu yazıda esterler üzerinde durulmuştur fakat ek bilgi olarak diğer karboksilik asit türevleri hakkında da bilgi verilmiştir.

Bir karboksilik asit molekülü ile bir alkol molekülünden, bir mol su çekilmesi ile oluşan maddeye ester, bu olaya da esterleşme denir. Esterlerin genel formülleri C_nH_2nO₂’dir. Esterler aynı sayıda karbon atomu içeren monokarboksilik asitlerle izomerdir. Esterleşme olayı bir denge tepkimesi şeklinde yürür. Esterlerin fonksiyonel grubu olan -C-O- , benzer veya farklı iki alkil grubuna bağlıdır. RCOOR’ şeklinde gösterilir.

Esterlerin Fiziksel Özellikleri

Hoş kokuları vardır. Bu bakımdan sentetik koku yapımında kullanılır.
Esterler hidrojen bağı yapamadıkları için alkol ve asitlere göre daha küçük kaynama noktalarına sahiptir.
Molekül kütleleri küçük olan esterler suda çözünür. Çözünme molekül kütlesi büyüdükçe azalır. Suda çözünmeyen esterler, alkol, eter gibi organik çözücülerde çözünür.
Çeşitli meyve öz sularında bulunur.

Bazı esterlerin önemli özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Adı	Formülü	Erime Noktası (°C)	Kaynama Noktası (°C)	Yoğunluk (20 °C’de)
Metil Formiyat	HCOOCH₃	-99	31,5	0,974
Etil Formiyat	HCOOC₂H₅	-80,5	54,5	0,917
Metil Asetat	CH₃COOCH₃	-98,1	57	0,933
Etil Asetat	CH₃COOC₂H₅	-83,6	77,1	0,900
n-propil asetat	CH₃COOCH₂CH₂CH₃	-95	101,6	0,888
n-butil asetat	CH₃COO(CH₂)₃CH₃	-77,9	126,5	0,883
n-pentil aseat	CH₃COO(CH₂)₄CH₃	-70,8	149,3	0,871
İzobutil asetat	CH₃COOCH₂CH(CH₃)₂	-98,6	117,2	0,871
Tert-butil asetat	CH₃COOC(CH₃)₃	–	98	0,867
İzopentil asetat	CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂	-78	142	0,876
Fenil asetat	CH₃COOC₆H₅	–	195,7	1,078

Esterlerin Kimyasal Özellikleri

Hidrolize uğrayabilirler.
Sabunlaşabilirler.
Esterler sodyum ya da potasyum hidroksit ile kaynatılırsa asit tuzu olan sabun ve alkol elde edilir.
Esterler amonyak çözeltisi ile karıştırılırsa amit ve alkol açığa çıkar.
İndirgenebilirler.

Esterlerin Elde Ediliş Yöntemleri

Doğal bileşikler olan esterler, parfüm endüstrisinde kullanılmak üzere yapay olarak da elde edilebilmektedir.

Karboksilik Asitlerin Alkollerle Tepkimesinden

Karboksilikasitlerden de hatırlanacağı üzere, karboksilik asitler asidik ortamda alkollerle etkileşimi sonucunda esterleri oluşturmaktadırlar.

\underbrace{R-(C=O)-OH}{\text{Karboksilik asit}} + \underbrace{H-O-R’}{\text{Alkol}} \xrightleftharpoons[Hidroliz]{Esterleşme} \underbrace{R-(C=O)OR’}_{\text{Ester}} + H_2O

Karboksilik asitlerin alkollerle tepkimesine bir örnek aşağıdaki gibidir.

\underbrace{CH_3COOH}_{\text{Asetik asit}} + \underbrace{CH_3OH}_{\text{Metanol}} \xrightleftharpoons[Hidroliz]{Esterleşme} \underbrace{CH_3COOCH_3}_{\text{Metil asetat}} + H_2O

Bu tepkimede oluşan organik moleküle ester, bu olaya esterleşme denir. Tepkimenin tersinir çalışmasına ise hidroliz denir. Esterlerin hidroliziyle karboksilik asit ve alkol oluşur.

Esterlerin Adlandırılması

Esterler adlandırılırken iki yol kullanılır. Önce oksijene bağlı alkil grubundan sonra asit grubunun adı söylenir. Asit grubu okunurken -ik asit yerine -at eki getirilerek adlandırılma yapılabilir.

. IUPAC adlandırmasında esteri oluşturan alkolün alkil grubunun adından sonra türediği asidin adının sonundaki -ik eki ve asit sözcüğünün yerine -at eki getirilir.
$\underbrace{H-(C=O)-O-C_2H_5}_{\text{Etil metanoat}}$
$\underbrace{CH_3-(C=O)-O-CH_3}_{\text{Metil etanoat}}$
$\underbrace{H-(C=O)-O-CH_2-(C_3H_7)}_{\text{İzobütil metanoat}}$
Özel adlandırmada önce esteri oluşturan karboksilik asidin adı söylenir, sonra alkolün alkil grubunun adına ester kelimesi eklenir.
$\underbrace{H-(C=O)-O-CH_3}_{\text{Formik asitin metil esteri}}$
$\underbrace{CH_3-(C=O)-O-C_2H_5}_{\text{Asetik asitin etil esteri}}$

Esterlerin Kullanım Alanları

Esterler kimya sanayisinin önemli maddelerinden biridir. Sabunlar, bal mumları, sentetik dokuma lifleri, kozmetik ürünler, parfümler, ilaçlar, boya ve plastikler için çözücüler, yapay gıda tatlandırıcıları, plastikler gibi birçok maddede kullanılır. Meyvelerin kokuları yapılarındaki esterlerden kaynaklanır. Örneğin şeftali ve kayısı gibi meyvelere özgü kokuların kaynağı esterlerdir.

İçeriğinde esterlerin yer aldığı bazı doğal maddeler şunlardır: Lanolin, Bal Mumu, Balsam.

Esterlerin ve Karboksilik Asitlerin Fonksiyonel Grup İzomerliği

Genel formülleri C_nH_2nO₂ olan aynı karbon sayılı mono karboksilik asit ile esterler birbirinin fonksiyonel grup izomeridir. Fonksiyonel grup izomerliği, yapı izomerliğinin bir çeşididir ve organik bileşikteki fonksiyonel grupların farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Aşağıda fonksiyonel grup izomerliğine sahip bazı karboksilik asit ve izomeri olan esterler verilmiştir.

C₃H₆O₂	$\underbrace{CH_3–CH_2–(C=O)–OH}_{\text{Propanoik asit}}$	$\underbrace{H–(C=O)–O-C_2H_5}_{\text{Etil metanoat}}$
C₄H₈O₂	$\underbrace{C_3H_7–(C=O)–OH}_{\text{Bütanoik asit}}$	$\underbrace{CH_3–(C=O)–O-C_2H_5}_{\text{Etil etanoat}}$

📚 Ek Bilgi: Açil Klorürler

Açil klorürler, karboksilik asitlerdaki -OH grubu yerine klor (Cl) atomunun gelmesiyle oluşmaktadır. Açil klorürler kötü kokulu, tahriş edici ve uçucu sıvılardır. Kimyasal olarak aktif olan açil klorürler, bu sayede organik çözücülerde iyi çözünür.

Asit Anhidritler

Asit anhidritler, açillendirilmiş karboksilik asitler ya da iki kez açillendirilmiş su molekülü olarak tanımlanabildiği gibi bir anorganik ve bir karboksilik asidin tepkimesi sonucu oluşabilmektedir. Doğal ortamda küçük karbon atomuna sahip asit anhidritler sıvı halde, diğerleri katı halde bulunmaktadır.

Asit anhidritler genel olarak adlandırılırken, oluşturdukları asitlerin adlarından sonra anhidrit getirilerek isimlendirilir.

Amitler

Amitler yapılarında $O=C-NH_2$ grubu bulunduran bileşiklerdir. Amonyağın bir kez açillenmesi ile primer amitler primer aminin bir kez açillenmesi ile sekonder amitler, sekonder aminin bir kez açillenmesi ile tersiyer amitler oluşur.

Amitlerin Adlandırılması

Primer amitleri aynı sayıda karbon içeren karboksilik asitlerin adlarındaki – ik asit eki yerine – amit eki getirilerek adlandırma yapılır. Aşağıda amit adlandırmasına birkaç örnek verilmiştir.

\underbrace{CH_3-C(=O)-NH_2}_{\text{Asetamit(etanamit)}} \space \space \mid \space \underbrace{CH_3-CH_2-C(=O)-NH_2}_{\text{Propiyonamit (propanamit)}} \space \space \mid \space \underbrace{C_6H_5-C(=O)-NH_2}_{\text{Benzamit}}

Amitlerin Elde Ediliş Yöntemleri

Esterler amonyakla tepkimeye girerek amitleri oluştururlar. Genel tepkime denklemi aşağıdaki gibidir.

R_1-C(=O)-OR_2 + NH_3 \to R_1-C(=O)-NH_2 + R_2-OH

Amit elde edilişine aşağıdaki tepkime örnek verilebilir.

\underbrace{CH_3-C(=O)-OC_2H_5}_{\text{Etil asetat}} + NH_3 \to \underbrace{CH_3-C(=O)-NH_2}_{\text{Asetamit}} + \underbrace{C_2H_5-OH}_{\text{Etanol}}

Karboksilik asitlerin amonyum tuzlarından ısıtılarak bir molekül su çıkarılması ile primer amitler oluşur.

Karboksilik asit türevi olan asit klorürlerin amonyak ile tepkimesinden primer amitler elde edilir.

Genel tepkime denklemi aşağıdaki gibidir.

R-C(=O)-Cl+ NH_3 \to R-C(=O)-NH_2 + HCl

Aşağıda asit klorürlerden sentez tepkimesine örnek verilmiştir.

\underbrace{CH_3-CH_2-C(=O)-Cl}_{\text{Propiyonil klorür}} + NH_3 \to \underbrace{CH_3-CH_2-C(=O)-NH_2}_{\text{Propiyonamit}} + HCl

Amitlerin Özellikleri

Fiziksel Özellikleri

Amitler polar yapılı bileşiklerdir.
Molekülleri arasında kuvvetli hidrojen bağı yaparlar.
Erime ve kaynama noktaları yüksektir.
Bunun yanı sıra tersiyer amitler hidrojen bağı yapamadıkları için KN düşüktür.
Formamit dışındaki diğer amitler beyaz kristal yapılı katılardır. Genellikle tümü suda çözünürler.
Amitler alkali veya asitlerle kaynatıldıkları zaman kolayca hidroliz olarak asit ve amonyağa dönüşürler.
Poliamitler, naylonlar gibi uzun zincirli moleküllerdir. Bir polimer zincirde, belli aralıklarla amit grubu şeklinde bulunur.
Formamit (HCO.NH₂) oda sıcaklığında yağımsı bir sıvı olup suda kolayca çözünür, kısmi bozunma ile yaklaşık 210 °C’de kaynar. Asetamit; beyaz, nem çekici kristal yapıda bir katı olup 82 – 83 °C’de erir ve 222 °C’de kaynar. Genellikle amonyum asetatın destilasyonu ile elde edilir. En çok kullanılan amittir. Alkolleri denature etmede (içilmeyecek hale getirmede), suyun çözme kabiliyetini geliştirmede ve birçok anorganik reaksiyonda ortam olarak (erimiş hâlde) kullanılmaktadır.

Kimyasal Özellikleri

Amitler nötr bileşiklerdir. Asit ve bazlarla tepkime vermezler
Amitler hidroliz olarak amonyum tuzlarına dönüşür. Ortamın asidik veya bazik olması tepkimenin hızını arttırır.
Nitröz asit amitlere etki ederek karboksilik asit ve azot gazı verir.
Amitler kuvvetli asitlerle dehidratasyona uğrayarak nitrillere dönüşür.
Amitler grignard bileşiği ile tepkimeye girerek ketonları oluşturur.
Amitler bakır ve krom oksit katalizörleri eşliğinde hidrojen ile indirgenerek aminlere dönüşürler.