Киселинно катализирана хидролиза на естери

Във видеото за естерификация по Фишер видяхме, че че ако имаме карбоксилна киселина и алкохол в киселинно-катализирана реакция се получава естер и вода. В онова видео искахме да получим повече от нашия естер, затова измествахме равновесието надясно, за да получим повече от продукта. В това видео ще говорим за обратната реакция. ще разгледаме хидролизата на естери. Ако увеличим концентрацията на водата, това ще измести равновесието обратно наляво, което ще хидролизира естера и ще го превърне в алкохол и карбоксилна киселина. Важно е да видим коя връзка ще се разкъса. Виждаме, че ще се разкъса тази връзка ето тук, и този кислород и тази R група ще се превърнат в алкохол, както ще видим това в механизма. Нека да разгледаме детайлно този механизъм, като ще започнем с естер и първо ще помислим какво още има тук. В разтвора Н2О и Н+ ще ни дадат Н3О+. Ще запиша тук хидрониев йон, ето тук, Н3О+. Първата стъпка на механизма е протониране на карбонилния кислород. Тази несподелена електронна двойка взима протон от хидрония и сега ще покажа протонирания карбонил. Имаме кислород, който беше протониран, има заряд +1, като ще покажа тези електрони ето тук в цикламено, които взимат този протон и образуват връзка ето тук. Това активира карбонила, както сме виждалил в предишни уроци. Когато разглеждаме резонансни структури, това всъщност прави въглерода по-положителен, по-електрофилен, и следователно този въглерод ще реагира с нуклеофила в следващата стъпка. Нуклеофилът тук е водата, значи водата действа като нуклеофил. Нуклеофилът атакува електрофила, това изтласква тези електрони при този кислород. Сега показвам тази връзка между кислорода и този въглерод и след това ще направя всичко останало: това ще е заряд +1 при този кислород, сега ще оцветя тези електрони. Тези електрони в синьо ще образуват връзка между този въглерод и този кислород. Тук пак имаме кислород отляво. Сега този кислород има две несподелени електронни двойки. Сега ще покажа тези електрони тук, ще ги направя в зелено. Тези електрони тук в зелено се преместват ето тук, и сега са несподелена електронна двойка при кислорода. Все още имаме кислород, свързан с този въглерод, и R' група. В следващата стъпка искаме да депротонираме. Трябва да се отървем от този заряд +1. Приближава се молекула вода, която сега действа като основа и отнема този протон, като оставя електроните при този кислород. Ще слеза малко надолу, за да покажа депротонирането. Значи сега имаме този въглерод с ОН отляво, после депротонираме, като отдясно ще имаме и ОН. Ще напиша това ОН отдясно, като ще покажа тези електрони, ще ги направя червени. Значи тези електрони тук ще отидат при кислорода, после поставям всичко друго: имаме R група отляво, имаме OR' отдясно. Ще поставя несподелените електронни двойки при този кислород, защото в следващата стъпка на механизма ще протонираме този кислород. Имаме хидроний, значи Н3О+. Ще запиша това тук, Н3О+, този кислород ще вземе един протон от хидрония, като остави тези електрони. Значи протонираме този кислород, причината да протонираме този кислород е, че така получаваме по-добра напускаща група. Сега ще запиша всичко, имаме ОН група отгоре, имаме R отляво, имаме кислород, който сега е протониран и ще има заряд +1. Значи заряд +1 при този кислород, сега ще покажа тези електрони. Ще направя тези сини, тази несподелена електронна двойка ще вземе този протон, образува се тази връзка ето тук. Ако се вгледаш внимателно, ще различиш алкохол, скрит като напускаща група, защото в следващата стъпка ще възстановим карбонила. Алкохолът ще се отдели, така че тези електрони се преместват тук, за да възстановят карбонила. Тук има много връзки при този въглерод, затова тези електрони ще дойдат при кислорода. Това е стъпката, в която се разкъсва връзка и където алкохолът се отделя. Сега ще напиша продукта, ще получим карбонил, този кислород ще има сега заряд +1, имаме R група, тук ще има ОН, защото този алкохол ще се отдели. Поставям тук алкохола, значи OR', сега има две несподелени електронни двойки. Да проследим електроните: тези електрони в синьо са същите сини ето тук. Тези електрони ще направя червени, те ще дойдат при този кислород, така че се отделя алкохолът в тази стъпка. Получаваме това ето тук и сме почти готови с реакцията. Това е много близко до карбоксилна киселина, само трябва да депротонираме. Можем да видим, че друга молекула вода се приближава и действа като основа. Значи водата действа като основа, отнема този протон, оставя тези електрони и получаваме карбоксилна киселина. Ако сега поставя тук R групата, имаме RОН. Нека сега да проследим електроните. Ще направя тези червени, ето тези електрони тук се преместват и получаваме карбоксилна киселина като продукт. Това е нашият механизъм за киселинно-катализирана хидролиза, при която получаваме карбоксилна киселина и алкохол. Когато разгледаме конкретни реакции след секунда, ще гледаме тази част ето тук, където се отделя алкохола като един от продуктите, като получаваме и карбоксилна киселина. Да видим една реакция. Тук отляво имаме метил салицилат или евъргрийн, и търсим естер, защото имаме Н2О и Н+, което дава хидроний в разтвора. Тази част на молекулата ще реагира и ще хидролизира този естер, като знаем от механизма, че ще се разкъса тази връзка. Сега ще напиша продуктите, Ще разкъсаме тази връзка и цялата лява част. Ще напиша това. Тази част тук отляво ще ни даде карбоксилната киселина. Ще запиша карбоксилната киселина като един от продуктите. Имаме пръстена, имаме карбоксилната група, това ОН от карбоксилната група, това ОН идва от Н2О после имаме това друго ОН, като получаваме салицилова киселина. Когато мислим за алкохола... ще използвам зелено за това... значи това се отделя, след като протонираме, това се отделя като алкохол, така че ако просто добавим протон при този кислород тук, можем да видим, че ще се получи метанол като другия ни продукт. Тук ще запиша метанол и така имаме два продукта: салицилова киселина и метанол. Това е киселинно-катализирана хидролиза на естер. Реакцията е в равновесие, така че можеш да преместиш равновесието надясно. Ако си спомняш от урока за естерификация по Фишер използваме това за получаване на уинтъргрийн; използва се метанол и салицилова киселина за получаване на унтъргрийн. Всичко зависи от условията на реакцията, за да се измести равновесието. Да видим друг практически пример: отново имаме естер и вода. Ще напиша водата малко странно, ще стане ясно защо след секунда. Значи киселинно-катализирана хидролиза на естер. Първо определяме коя връзка ще се скъса. Ще се разкъса ето тази връзка, като лявата част ще се превърне в карбоксилна киселина, можем да напишем тук карбоксилната киселина. Значи тази част от молекулата дава карбоксилната киселина, ето така. Това ОН, сега ще го оцветя, значи това ОН ето тук в карбоксилната киселина идва от водната молекула. Можем да си представим отделяне на протон от водата. После се образува карбоксилната киселина, другият продукт... ще бъда последователен и ще използвам зелено... тази част тук ще се превърне в алкохол. Представяме си, че присъединяваме протон към този кислород. Пак получаваме метанол, това е другият продукт от тази киселинно-катализирана хидролиза на естер. Причината да напиша така странно водната молекула е... какво ще стане ако вместо този водород имахме R група, алкилна група? Тогава този водород би бил алкилна група, а тогава ще получим естер като продукт, т.е. започваме с един естер и го превръщаме в друг естер. Това се нарича "трансестерификация". Това е почти същата реакция, която обсъждахме, освен това, че няма да получим карбоксилна киселина като продукт, а ще получим друг естер. Нека направим това още веднъж, като започнем със същия естер, но този път ще използваме бутанол вместо вода. Пак можем да си представим какво се отделя, ще се разкъса тази връзка и ще се отдели този протон. После ще залепим тези части на молекулата заедно. Ако залепим това и това, можем да видим, че се получава друг естер. Сега ще напиша продукта. Тук имаме кислород, после имаме четири въглерода: един, два, три, четири. Тези четири въглерода образуват бутанол, който образува нашия естер. Другият продукт, още веднъж, виждаме тази част ето тук, която ни дава метанол, така че пак, имаме метанол като продукт и всичко е в равновесие. Метанолът има много ниска точка на кипене, затова можем да изпарим метанола и да изместим равновесието надясно, за да получим повече продукт. Виждаме, че пак започваме с естер на метанола, и го превръщаме в естер на бутанола, само като променяме условията на реакцията на трансестерификация. Затова тази реакция е много полезна в химическата индустрия.