Slide công nghiệp dược Phản ứng este hóa

Khái niệm Este hoá là quá trình tạo hợp chất ester bằng phản ứng giữa acid carboxylic với alcol, xúc tác acid vô cơ Ví dụ: 3 phương pháp quan trọng điều chế ester : acyl hóa, alkyl hóa,

ESTE HOÁ

1 ĐẠI CƯƠNG

1.1 Khái niệm

Este hoá là quá trình tạo hợp chất ester bằng phản ứng giữa acid carboxylic với alcol, xúc tác acid vô cơ

Ví dụ:

3 phương pháp quan trọng điều chế ester : acyl hóa, alkyl hóa, và phương pháp oxy hóa khử.

1.2 Phương pháp điều chế

a) Acyl hoá

• Ancol phân

• Axit phân

CH3 C

O C2H3

O

+ C11H23COOH C11H23 C

O C2H3 O

+ CH3COOH

b) Ankyl hoá

• Phản ứng giữa muối carboxylat với alkyl halogenid

hoặc arakyl halogenid

• Phản ứng cộng hợp vào nối đôi C=C của acid vô

cơ và hữu cơ

Cl

CH3COONa +

O C CH3 O

+ NaCl

c) Oxi hoá khử

Phản ứng Canizzaro (benzaldehyd trong môi trường kiềm đặc)

Phản ứng Tischenko (aldehyd/nhôm-alcolat)

1.3 Ứng dụng của sản phẩm este hoá

• Trong dược phẩm, dùng làm thuốc (aspirin, novocain, diethylphthalat, artesunat )

• Làm chất trung gian trong tổng hợp hóa hữu cơ và hóa dược.

• Trong hóa mỹ phẩm, các ester dùng làm hương liệu.

• Làm dung môi (ethylacetat, butylacetat ).

2 CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

• Phản ứng ester hóa kinh điển: acid carboxylic và

alcol; thuận nghịch, xúc tác là acid vô cơ

• Tách nước có thể theo 2 cách

• Ester hóa với alcol bậc 1 và bậc 2

Xúc tác acid vô cơ, cơ chế đơn phân tử hoặc lưỡng phân tử

- Cơ chế đơn phân tử

• Cơ chế lưỡng phân tử

• Cả hai trường hợp đều lấy nhóm –OH của acid carboxylic để tạo thành phân tử nước

• Ester hóa với alcol bậc 3

Nước được tạo thành từ nhóm – OH của alcol

3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH

ESTER HÓA

3.1 Xúc tác

• Xúc tác hay dùng là acid proton mạnh như

sulfuric, hydrocloric, sulfonic, percloric, phosphoric; xúc tác acid Lewis khác như (BF 3 , ZnCl 2 , SnCl 4 , SiF 4 , FeCl 3 ).

• Dùng các chất trao đổi ion làm xúc tác thay cho

acid ⇒ quá trình xử lý sau phản ứng đơn giản, có thể sử dụng lại xúc tác.

• Xúc tác không ảnh hưởng đến cân bằng của phản

ứng.

3.2 Dung môi

• Dung môi là các alcol tham gia phản ứng được

dùng quá thừa

• Dung môi trợ tan thích hợp (aceton, benzen,

toluen, cloroform, dicloromethan )

3.3 Nhiệt độ

• Nhiệt độ ⇒ tăng tốc độ phản ứng ester hóa

• Giới hạn tăng nhiệt là nhiệt độ sôi của alcol, nếu

muốn nâng cao nhiệt độ lên cao hơn thì phải dùng thiết bị chịu áp suất.

4 ĐiỀU KiỆN CÂN BẰNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH

HƯỞNG ĐẾN CÂN BẰNG

4.1 Điều kiện cân bằng

• Ester hóa là phản ứng thuận nghịch

• Alcol càng phân nhánh và mạch nhánh càng gần

nhóm –OH ⇒ vận tốc ester hóa càng giảm, nồng

độ ester tại điểm cân bằng càng thấp

[ ] [ ] [ ] [ ]

+

H

2

2 cb

Acid + Ancol Ester + H O

Es er H O

K =

Acid Ancol

t

ˆ ˆ ˆ†

‡ ˆ ˆˆ

4.2 Phương pháp chuyển dịch cân bằng

• Giải pháp:

Tăng nồng độ một trong hai chất tham gia cân bằng phản ứng (acid hoặc ancol)

Loại khỏi phản ứng nước hoặc este

+

H

2

Acid + Ancol‡ ˆ ˆˆˆ ˆ ˆ† Ester + H O

4.2 Phương pháp chuyển dịch cân bằng

*Loại nước ra khỏi phản ứng:

• Nếu acid, ancol có độ sôi cao thì loại nước bằng

cách cất kéo liên tục

• Nếu acid có độ sôi cao, alcol có độ sôi thấp hơn

nước thì dùng alcol thừa nhiều lần, cất loại nước

và alcol liên tục trong quá trình phản ứng.

• Thêm một dung môi được hỗn hợp đẳng phí ba

cấu tử (nước-alcol-dung môi) có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của nước và cất loại chúng ra khỏi hỗn hợp phản ứng Hỗn hợp hơi được ngưng

tụ, tách loại pha nước, pha hữu cơ chứa alcol được dẫn trở lại bình phản ứng

4.2 Phương pháp chuyển dịch cân bằng

*Loại ester ra khỏi phản ứng:

Có hai phương pháp:

• Ester tạo thành có nhiệt độ sôi thấp ⇒ cất liên tục

thu ester

• Nếu ester tạo thành hỗn hợp đẳng phí 2 hoặc 3 cấu

tử với các chất tham gia phản ứng, thì hỗn hợp hơi cất ra được ngưng tụ tách lấy ester Pha nước acid được dẫn trở lại thành khối phản ứng

5 VÍ DỤ

• Điều chế diethylphthalat (DEP)

 Hồi lưu anhydrid phthalic và ethanol thừa (3-5 lần), xúc tác là sunfuric đặc trong 2h

 Kết thúc phản ứng, cất thu hồi alcol thừa Rửa ester bằng nước, sau đó trung hòa với dung dịch natri carbonat để loại acid xúc tác Rửa lại bằng nước đến trung tính, làm khan và cất phân đoạn để thu ester tinh khiết