Synteesit

Synteesin valmistelu alkaa aina reaktioyhtälöstä ja ainemäärien laskemisesta. Lisäksi selvitetään lähtöaineiden ja tuotteiden ominaisuudet (fysikaaliset vakiot, turvallinen käsittely, väri, haju yms.). Kun synteesi on tehty, lasketaan saanto prosenttiosuutena teoreettisesta saannosta, joka määräytyy reaktion stoikiometrian ja lähtöaineiden ainemäärien mukaan.

Etyyliasetaatin valmistus

	+				+  H2O
etikkahappo		etanoli		etyyliasetaatti

Synteesi voitaisiin tehdä esim. seuraavilla ainemäärillä.

Etyyliasetaatilla on luonteenomainen voimakas, hieman pistävä haju, joka on tuttu kynsilakanpoistoaineista. Huoneenlämpötilassa etyyliasetaatti on väritön neste, joka syttyy helposti. Sitä käsiteltäessä luokassa (laboratoriossa) ei saa olla avotulta.

Tuotteen pesuun kylläistä NaCl-liuosta ja väkevää Na₂CO₃-liuosta. Kuivaukseen CaCl₂-rakeita tai MgSO₄-kiteitä. Katalyytiksi lisätään muutama millilitra väkevää rikki- tai fosforihappoa (H₂SO₄ tai H₃PO₄).

Reaktio Reaktioastiaksi valitaan pieni kolvi (250 ml). Kolvi ei saa tulla liian täyteen, koska seosta keitetään. Kolviin lisätään lähtöaineiden ja katalyytin ohella muutamia kiehumakiviä, jotta kiehuminen olisi tasaista. Kolvi varustetaan palautusjäähdyttimellä (huomaa jäähdytysveden kiertosuunta!) ja asetetaan sähköhauteeseen. Seoksen annetaan kiehua noin tunnin ajan, jotta tasapaino ehtii asettua. Tuotteen erottaminen Erottaminen tapahtuu uuttamalla. Etyyliasetaatti liukenee niukasti veteen, kun taas etanoli ja etikkahappo liukenevat runsaasti. Tasapainon asetuttua seoksen annetaan jäähtyä. Jäähtynyt seos kaadetaan erotussuppiloon, jossa sitä ravistellaan kylläisen NaCl:n kanssa hapon, alkoholin ja katalyytin poistamiseksi. NaCl-liuosta käytetään kolme - neljä erää. Ylempi kerros sisältää etyyliasetaatin. Esteri pestään vielä Na2CO3-liuoksella etikkahappojäämien poistamiseksi. Näin saatu tuote ei vieläkään ole puhdasta (se sisältää hieman alkoholia ja vettä), joten se on vielä kuivattava kalsiumkloridilla CaCl2 tai magnesiumsulfaatilla (kidevedettömillä). Lopuksi tuote punnitaan ja lasketaan saanto (%).

Esteriä valmistettaessa saantoon voidaan usein vaikuttaa le Châtelier'n (KE 4) periaatteen mukaan käyttämällä ylimäärin toista lähtöainetta, tavallisesti happoa. Happoylimäärä saadaan reaktioon myös siten, että reaktioseokseen lisätään alkoholi vähitellen tiputussuppilosta ja samalla tislataan tuotetta pois.

Kysymykset

1. Miksi etyyliasetaattia ei eroteta tässä synteesissä reaktioseoksesta tislaamalla?
2. Miksi esteriä erotettaessa käytetään kylläistä NaCl-liuosta eikä puhdasta vettä?
3. Miksi esterin pesuun (happojäämien poistamiseksi) käytetään Na₂CO₃-liuosta eikä NaOH-liuosta?
4. Esteröitymisessä toisena tuotteena on vesi. Kuinka monta millilitraa vettä tässä etyyliasetaatin synteesissä voi muodostua (teoreettinen arvo)?
5. MgSO₄ sitoo seitsemän vesimolekyyliä kidevedeksi. Kuinka monta millilitraa vettä 1,0 g MgSO₄ pystyy sitomaan?
6. Jos etyyliasetaatin valmistuksessa käytetään menetelmää, jossa toinen lähtöaineista lisätään tiputtamalla ja tuotetta poistetaan tislaamalla, miksi juuri happo kannattaa aluksi panna reaktioastiana käytettävään kolviin?
7. Mistä johtuu, että ero etikkahapon ja etyyliasetaatin kiehumispisteissä ei ole molekyylikoon mukainen (eli pienempimolekyylinen kiehuisi alemmassa lämpötilassa kuin suurempimolekyylinen)?

Tislaus ei onnistu, koska tasapainoseoksessa on mukana etanolia, jonka kiehumispiste (79 °C) on liian lähellä etyyliasetaatin kiehumispistettä (77 °C). Kerrokset erottuvat paremmin, kun vesikerros sisältää ioneja. NaOH on vahvempi emäs kuin Na2CO3. Sitä käytettäessä esteri saattaisi helpommin hydrolysoitua kuin karbonaattia käytettäessä. Lisäksi karbonaatti hajoaa hapon kanssa reagoidessaan (tuotteena syntyy CO2 sekä vettä). 0,70 mol · 18 g/mol = 12,6 g < 13 ml. M(MgSO4) = 120,36 g/mol, joten n(H2O) = 7 · n(MgSO4) = 7 · 1,0 g : 120,36 g/mol = 0,0582 mol m(H2O) = 0,0582 mol · 18,0 g/mol =1,05 g, siis noin 1 ml:n. Hapon kiehumispiste on huomattavasti korkeampi kuin etanolin ja etyyliasetaatin, joten tuotetta voidaan tislata. Etikkahappo (kp 118 °C) muodostaa vetysidosten avulla dimeerejä. Etyyliasetaatti (kp 77 °C) ei ole poolinen, joten sen molekyylejä pitävät yhdessä vain heikot van der Waalsin sidokset. Etyyliasetaatin systemaattinen nimi on etyylietanaatti. Etyyliasetaatti on kyseessä myös, kun puhutaan etikkaeetteristä, vaikkei etyyliasetaatti kemialliselta luonteeltaan eetteri olekaan. Etyyliasetaattia valmistetaan teollisesti etanolista ja etikkahaposta. Prosessissa tarvitaan väkevää rikkihappoa. Etyyliasetaatti on suosittu liuotin. Sitä käytetään myös kosmeettisissa valmisteissa ja aromiaineena. Etyyliasetaattia on useissa marjoissa ja hedelmissä. Pieni määrä etyyliasetaattia antaa aromiin hedelmäisen raikkaan vivahteen