Die Veresterung

Wer gibt die OH-Gruppe ab?

Die Bilanz kennen Sie aus 5.1.3, den Typ „Kondensation“ aus 5.2.1. Offen ist: Welche Bindungen brechen? Das klärt ein Isotopen-Experiment.

Der Alkohol ist mit dem Isotop ¹⁸O markiert. Wähle in jedem Molekül die Bindung, die bei der Veresterung gespalten wird (Klick auf einen Schnittpunkt oder Tab + Enter, ←/→ wechselt im Molekül). Mit „Umlegen ▶“ wandern die abgespaltenen Teile zum Wasser — passt dein Weg zum Experiment?

Halte fest: Das markierte ¹⁸O des Alkohols landet im Ester, das Wasser bleibt unmarkiert. Die Säure gibt also die OH-Gruppe ab, der Alkohol nur das H-Atom seiner Hydroxygruppe.

Isotopenmarkierung:Der Alkohol enthält statt ¹⁶O das schwerere ¹⁸O; ein Massenspektrometer zeigt, wo es landet.
Befund:¹⁸O steckt im Ester, das Wasser ist unmarkiert.
Folgerung:Gespalten werden die C–OH-Bindung der Säure und die O–H-Bindung des Alkohols.

Merke

Veresterung mit markiertem Alkohol: R–COOH + H–¹⁸O–R′ \(\xrightleftharpoons{\ce{H+}}\) R–CO–¹⁸O–R′ + H₂O

1. Protonierung:H⁺ bindet an das Carbonyl-O; das C-Atom wird stark positiviert.
2. Angriff:Das ¹⁸O des Alkohols bindet mit einem freien Elektronenpaar an dieses C-Atom.
3. Umlagerung:Ein Proton wandert auf eine der OH-Gruppen der Säure.
4. Abspaltung:H₂O verlässt das Molekül — es stammt aus der Säure.
5. Deprotonierung:H⁺ wird zurückgebildet: Es ist Katalysator.

Das Gleichgewicht verschieben

Gleichgewicht:Veresterung und Esterhydrolyse laufen gleichzeitig (2.2.2); Ethansäure + Ethanol: \(K_c \approx 4\).
Ausbeute 1 : 1:Nur etwa zwei Drittel der Säure werden verestert.

Merke

Massenwirkungsgesetz der Veresterung: \(K_c = \dfrac{c(\text{Ester}) \cdot c(\ce{H2O})}{c(\text{Säure}) \cdot c(\text{Alkohol})}\)

Herleitung:

\(4 = \frac{x^2}{(1 - x)^2}\)

Startstoffmengen je 1 mol, Umsatz x

Volumen kürzt sich heraus

\(2 = \frac{x}{1 - x}\)

Wurzel ziehen

\(x = \tfrac{2}{3} \approx 67\,\%\)

Ergebnis

Ausbeute bei äquimolarem Ansatz

Ausbeute steigern:ein Edukt im Überschuss, Wasser entfernen (konz. Schwefelsäure, Wasserabscheider) oder Ester abdestillieren (Le Chatelier, 2.3.1).
Katalysator H⁺:beschleunigt Hin- und Rückreaktion gleich stark — schneller am Gleichgewicht, Lage unverändert.
Verseifung:Mit Natronlauge wird der Ester vollständig gespalten: Das Carboxylat-Anion reagiert nicht zurück.

Allgemeine Hinweise

Nicht wie bei Säure und Base

Beim Neutralisieren gibt die Säure H⁺ ab. Bei der Veresterung ist es umgekehrt: Die Carbonsäure verliert die OH-Gruppe, der Alkohol das H-Atom.

Katalysator ≠ mehr Ester

Schwefelsäure in katalytischer Menge ändert \(K_c\) nicht. Mehr Ausbeute bringt sie nur, wenn sie in größerer Menge Wasser bindet.

MWG mit Stoffmengen

Bei der Veresterung stehen im Zähler und Nenner gleich viele Teilchen — das Volumen kürzt sich heraus, Sie dürfen direkt mit Stoffmengen rechnen.