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1. Ester
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Allgemeines:
Ester ist das Kurzwort von Essigäther und gehört zur chemischen Klasse von organischen Verbindungen, die unter Wasserabspaltung aus organischen Säuren und Alkoholen entsteht. Es sind Derivate der Carbonsäuren, wobei deren OH- Gruppe durch einen organischen Rest -OR` ersetzt ist:
R- COOH + R`OH à RCOOR`+ H2O ( R,R´ organ. Reste)
Säure + Alkohol à Ester + Wasser
Bei mehrbasigen Säuren unterscheidet man neutrale Ester (R-O-CO-(CH2)n -CO-O-R`) und saure Ester (R-O-CO-(CH2)n -CO-OH). Innere Ester (Lactone) entstehen, wenn Alkohol- und COOH-Gruppen im selben Molekül enthalten sind.
Eigenschaften:
Niedermolekulare Ester sind neutrale, farblose Flüssigkeiten mit geringer Wasserlöslichkeit. Höhermolekulare Ester sind fett-, wach- oder kristallartige Substanzen. Fette und Öle sind Ester des Glycerins mit geradzahligen Fettsäuren. Wachse sind Ester langkettiger Alkohole mit langkettigen Carbonsäuren.
Ester haben keinen Salzcharakter, sind z.B. kaum wasserlöslich. Verbindungen zwischen anorganischen Säuren und Alkoholen nennt man auch Ester:
H2SO4 + C2H2OH à C2H5-O-SO3H + H2O
Herstellung:
Kondensation von Carbonsäuren und Alkoholen unter Wasserabspaltung (Veresterung). Durch Entfernung des entstehenden Wassers (oder Esters) aus dem Reaktionsgemisch erzielt man eine vollständige Veresterung, da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt. In schwierigen Fällen kann man Ester auch durch Umesterung erhalten: R-COO-R`+ R"-OH à H+ à R-COO-R" + R`-OH, Austausch des Alkoholrestes im sauren Medium.
Die langsame Veresterung ist reversibel, die Rückreaktion heißt Esterhydrolyse (Verseifung). Diese Reaktion wird unter denselben Bedingungen wie die Veresterung durchgeführt, nur dass man zur Verschiebung des gleichgewichts einen Überschuss an Wasser verwendet und in einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel arbeitet,
Verwendung:
Ester werden wegen ihres angenehmen Geruchs für Parfüme und Fruchtessenzen sowie als Lösungsmittel, Sprengstoff und zur Kunststoffherstellung verwendet.
Eine besonders wichtige Gruppe von Estern sind Fette und fetten Öle, Esterasen, Enzyme, die im menschlichen und tierischen Organismus Ester hydrolyt. Spalten, z.B. die fettspalten Lipasen.
Ester der Phthalsäure dienen als Weichmacher für PVC, geraten aber mehr und mehr unter Beschuss. Als Alternative kommen Adipinsäureester oder Trimelitsäureester in Frage. Weitere Ester sind hoch hitzebeständige Schmierstoffe. Polyester dienen der Faserherstellung.
Ester als Aromastoff:
Natürliche Duft- und Aromastoffe stehen bei der Herstellung vom Nahrungsmitteln nicht unbegrenzt zur Verfügung, daher werden sie zunehmend auch synthetisch hergestellt. Manche Aromen lassen sich im Labor nur schwer nachahmen. Das natürliche Erdbeeraroma beispielsweise entsteht in der Frucht beim zusammenwirken von rund 300 verschiedenen Stoffen, die zu unterschiedlichen Stoffgruppen gehören. Nicht nur Ester, auch Carbonsäuren, Aldehyde, Ketone, Alkohole und Kohlenwasserstoffe kommen in geringen Mengen im Erdbeeraroma vor.
2. Seifen
Allgemeines:
Seifen sind wasserlösliche Alkalisalze höherer Fettsäuren mit C8 bis C18.
Fett + Lauge à Seife + Glycerin
Es handelt sich vor allem um Gemische der Salze verschiedener Fettsäuren:
Natriumlaurat (C11H23CO-O-Na), Natriummyristat (C13H27CO-O-Na),
Natriumpalmitat (C15H31CO-O-Na), Natriumstearat (C17H35CO-O-Na) und Kaliumoleat (C17H33CO-O-K).
Alkalisalze anderer organischer Säuren werden Seifen genannt. Metallseifen sind Salze aller Metalle (außer Na und K) mit höheren Fett-, Harz- und Naphthensäuren. Diese sind jedoch in Wasser schwer löslich.
Eigenschaften:
Seifen können flüssig, fest oder schmierig sein, ihre Schmelzpunkte liegen zwischen 200 und 250°C. Ihre Wasserlöslichkeit nimmt mit der Temperatur zu. Seifen lösen sich schlecht in organischen Lösemitteln. Hartes Wasser bildet mit freien Fettsäureresten der Seifen unlösliche Ca- und Mg-Salze.
Natronseifen = Kern- oder Feinseifen (fest)
Kaliseifen = weiche Schmierseifen
Stückseifen = andere synthetische oberflächenaktive Substanzen
Herstellung:
Rohstoffe für die Grundseifen sind pflanzliche oder tierische Fette und Öle wie Talg, Tran, Knochenfett, Olivenöl, Leinöl, Sojaöl, Kokosöl, Palmkernöl. Wenn ungesättigte Fettsäuren enthalten sind, werden diese zunächst hydriert. Die gereinigten Rohstoffe werden dann hydrolytisch gespalten. Die wichtigste von verschiedenen Methoden ist die "Verseifung bei Siedetemperatur":
Das geschmolzene Fett wird mit etwa 7%iger Alkalilauge unter Überdruck in Kesseln auf ca. 130°C erhitzt. Es bildet sich ein homogener Seifenleim. Zusätze wie Kochsalz und ein ständiges Rühren
führen zu einer halbflüssigen Schicht, der Seifenkern. Darunter befindet sich die Unterlauge. Nachdem diese abgelassen wurde, wird der Seifenleim klar gesotten, Wasserreste verdampft.
Ferner gibt es die Methoden der Kaltverseifung (nur bei Fetten mit hohem Anteil niederer fettsäuren wie Cocos- und Palmkernfett), Carbonatverseifung (freie Fettsäuern werden mit KOH oder NaOH bzw. wässriger Sodalösung in Kesseln neutralisiert, die gebildeten Seifen werden mit Säureüberschuss klargesotten).
Verwendung:
Seifen dienen der Hand- und Körperwäsche. Als Waschmittel dienen inzwischen synthetische Detergentien.
Toiletten-, Rasier- und Feinseifen gewinnt man aus Cocosfett und Talg, der Fettsäuregehalt liegt bei 76- 78%.
Kernseifen, Haushaltsseifen haben einen Fettsäuregehalt von ca. 63%.
Medizinische Seifen sind überfettete Kernseifen mit antiseptischen Zusätzen.
Schmierseifen sind vor allem Kaliseifen mit einem Fettsäuregehalt von ca. 38%.
Flüssige Seifen sind Kaliseifen aus Palmkernfett, Rizinusöl und Olein. Fettsäuregehalt ca. 15 - 20%
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