14. tétel

Észterek

Az észterek a szerves vegyületek egy csoportját alkotják. Alkoholokból (esetleg enolokból vagy fenolokból) és savakból keletkeznek egy molekula víz kilépésével (kondenzáció). A savak lehetnek karbonsavak vagy ásványi savak, ez alapján megkülönböztetnek karbonsavésztereket, illetve szervetlen (vagy más néven anorganikus) savak észtereit. A karbonsavészterek a karbonsavszármazékok egyik csoportját alkotják. A legfontosabb szervetlen savak, amelyekből észterek vezethetők le a foszforsav, a kénsav, a salétromsav, a salétromossav és a bórsav. Az észter név a német „essig-äther” kifejezésből ered, az etil-acetát egyik régies nevéből.

Kémiai tulajdonságaik:

Általában jellemző az észterekre, hogy hidrolízisre hajlamosak. Az észterek képződése alkoholokból és savakból megfordítható reakció, a megfordítása az észterhidrolízis. Az észterek gyakorlatilag teljes hidrolízise lúgok, például nátrium-hidroxid hozzáadásával valósítható meg. Az ilyen folyamat neve elszappanosítás. (Az elszappanosítás név onnan ered, hogy ezzel a módszerrel állítottal elő legrégebben szappant). Ekkor az alkohol mellett a sav sója (NaOH esetén nátriumsója) keletkezik. A keletkező só már nem tud reagálni az alkohollal, emiatt lesz a hidrolízis gyakorlatilag teljes.

Előállításuk:

Az észtereknek többféle általános előállítási módja létezik. Ha alkoholok és savak egymással reagálnak, észterek keletkeznek. Az ilyen folyamat neve közvetlen észteresítés. Ez a reakciótípus reverzíbilis.

$\mathrm{R{-}OH + H{-}Sm \rightleftharpoons R{-}Sm + H_2O}$

Észterek keletkeznek alkoholok és savanhidridek reakciójában is. Az ilyen reakciók könnyen végbemennek. Ekkor az észter mellett egy sav keletkezik, ezért az ilyen folyamatok gyakorlatilag csak egy irányban játszódhatnak le.

Alkoholokból és savkloridokból is észterek nyerhetők. Az észter mellett sósav keletkezik. Az ilyen reakciók igen hevesen játszódnak le, ezért általában valamilyen indifferens oldószert, például piridint alkalmaznak.

$\mathrm{R{-}O{-}H + Cl{-}Ac \rightarrow R{-}O{-}Ac + HCl}$

A karbonsavészterek:

A karbonsavakból és alkoholokból származtatható észterek a karbonsavészterek. Szerkezetük úgy is levezethető, hogy a karbonsavak karboxilcsoportjában található hidrogénatomot valamilyen alkilcsoporttal helyettesítjük.

Ezeknek az észtereknek a kisebb illetve a közepes szénatomszámú képviselői kellemes szagú folyadékok, gyakran gyümölcsésztereknek nevezik őket. Ez a név onnan ered, hogy néhány képviselőjük a természetben megtalálható a gyümölcsökben, ezek zamatanyagai. Ezek közül néhány kitűnő oldószer (például etil-acetát, butil-acetát). A nagyobb szénatomszámúak szilárd halmazállapotúak.

Ilyen észterek képződnek közvetlenül alkoholokból és karbonsavakból közvetlen észteresedés során, illetve karbonsavkloridok vagy karbonsavanhidridek és alkoholok reakciójával.

A karbonsavészterek jelentősége nagy, számos képviselőjük a természetben elterjedt. Ide tartoznak a már említett gyümölcsészterek, a zsírok illetve az olajok felépítésében részt vevő gliceridek, illetve a viaszokban található nagy szénatomszámú alkoholokból és karbonsavakból felépülő észterek.

Szervetlen savak észterei:

Ide tartoznak az alkoholokból, illetve a szervetlen savakból (salétromossav, salétromsav, kénsav, foszforsav, bórsav) levezethető észterek.

A salétromossav észtereit másképpen nitriteknek is nevezik. Ezek a vegyületek salétromossavból és alkoholból állíthatók elő közvetlen észteresítéssel. Például etil-nitrit képződése:

$\mathrm{C_2H_5{-}OH + HO{-}NO \rightarrow H_2O + C_2H_5{-}O{-}NO}$

A salétromsavészterek szintén közvetlen észteresedés során keletkeznek, alkoholokból és tömény salétromsavból. A salétromsavészterek fontos képviselője a nitroglicerin (vagy helyesebben glicerin-trinitrát) amit robbanószerként, illetve a gyógyászatban értágítóként alkalmaznak.

Mivel a kénsav kétértékű sav, belőle normál és savanyú észterek is levezethetők. A savanyú észtereket (vagy más néven félésztereket) alkil-hidrogénszulfátoknak, a normál észtereket dialkil-szulfátoknak nevezik. Ha etil-alkoholt tömény kénsavval melegítenek, félészter képződik.

A foszforsav észterei biokémiai szempontból nagyon jelentősek. A cukrok savanyú foszforsavészterei fontos szerepet játszanak a szénhidrát-anyagcserében. A nukleinsavakban is foszforsavészter-kötések találhatók.

Az észterek legfontosabb csoportjai

Az észtereknek öt fontos csoportjával foglalkozunk az alábbiakban:

1. Zsírok és olajok
2. Gyümölcsészterek
3. Viaszok
4. Foszfogliceridek
5. Szappanok

Zsírok és olajok:

A konyhában és a természetben előforduló zsírok és nem illó olajok a glicerinnek nagy szénatomszámú, normális láncú, telített és telítetlen karbonsavakkal képzett észterei, tudományos elnevezésük alapján trigliceridek. Értelmezzük kicsit lassabban az előző mondatot. Tehát a zsírok és nem illó olajok tudományos neve trigliceridek. A trigliceridek kétféle kémiai alkotóból állnak, egy háromértékű alkoholból, a glicerinből és valamilyen karbonsavból. A leggyakoribb esetben a glicerinhez palmitin-, sztearin- vagy olajsav kapcsolódik. A szobahőmérsékleten szilárd triglicerideket zsíroknak, a folyékonyakat olajoknak nevezzük. Az említett szerves vegyületek összegképletével már találkoztál, de ismétlésként ismét megtekintheted.

glicerin	palmitinsav	sztearinsav	olajsav
	C₁₅H₃₁-COOH	C₁₇H₃₅-COOH	C₁₇H₃₃-COOH

Nézzük meg a karbonsavak szerkezeti képletét is!

palmitinsav
sztearinsav
olajsav

Most nézzük meg az észterképződés folyamatát. Ehhez a glicerin hidroxil-, illetve a karbonsavak karboxilcsoportját kell vizsgálnunk. Vízkilépéssel a következő történik:

A keletkező kötést észterkötésnek nevezzük. A trigliceridek esetében a glicerin valamennyi hidroxilcsoportjához kapcsolódik egy-egy karbonsav észterkötéssel. Elképzelhető, hogy mindhárom hidroxilcsoporthoz azonos, de az is, hogy különböző zsírsav kapcsolódik.
Az állatizsíradékokban aránylag több telített karbonsav van, ezek általában állati eredetűek (vaj, disznózsír, marhafaggyú), növényi eredetű pl. a kókuszzsír. A telített karbonsavészterek (a zsírok) fontos energiaforrások és tartalék tápanyagok az állati szervezetekben. Az olajokban telítetlen karbonsav van, főként növényi eredetűek (napraforgó, lenolaj, olivaolaj), de léteznek állati eredetű olajok is (pl. halolaj). Az olajok szintén energiaforrásként és tartalék tápanyagként szolgálnak. A telítetlen karbonsavészterekben a kettős kötések hidrogénnel telíthetők, így készül pl. növényi olajból a margarin.

Gyümölcsészterek:

A gyümölcsökben előforduló, azok íz- és aromaanyagát adó vegyületek is az észterek közé tartoznak. Ennek megfelelően ők is alkoholokból és karbonsavakból épülnek fel. A gyümölcsészterekben kis szénatomszámú karbonsavak és kis szénatomszámú, egyértékű alkoholok kapcsolódnak össze. Ezeket az észtereket a széles körben állítja elő az élelmiszer-, az alkohol- és az illatszeripar.

Viaszok:

A gyümölcsök héját vagy a bogarak szárnyát bevonó, védő, finom viaszréteg szintén észter. A természetes viaszok nagy és páros szénatomszámú telített karbonsav és ugyanilyen típusú alkoholok észterei. Például a méhviasz C₂₆-C₂₈ karbonsavak és C₃₀-C₃₂alkoholokkal képzett észtereinek keveréke. Hasonló típusú molekula az emberi szervezetben a koleszterin.

Foszfogliceridek:

Foszfogliceridek esetében a glicerin egyik hidroxilcsoportja foszforsavval létesít észterkötést, a másik kettőhöz valamilyen karbonsav csatlakozik. A molekulának a foszforsav része (feji rész) poláris, a karbonsavláncokat tartalmazó része (farki rész) apoláris.

A foszfoglicerideknek jelentős szerepük van a sejtmembránok kialakításában. A sejteket határoló membrán két rétegből áll, kifelé mindig a poláris részek (feji rész) helyezkednek el, míg befelé az apolárisak (farki rész).

A mellékelt (sejtmembrán) ábrán a lilás színű gömböcskék szimbolizálják a feji részt, a sárga szálak a farki részt. A barnás részek, amelyek egy része átér a membránon, másik része nem fehérjéket jelölnek, az ezekhez kapcsolódó zöld színű láncok szénhidrátok.

A sejteknek azokat az alkotórészeit, amelyek vízben nem, csak ún. "zsíroldószerekben" oldódnak, összefoglaló néven lipideknek nevezzük.