miniaturadaimagem|Uma das utilidades dos ésteres é conferir sabor a rebuçados (balas), pastilhas elásticas (chicletes), gelados (sorvetes), etc. Na química, a função éster é caracterizada pela estrutura R-COOR'. Os ésteres carboxílicos apresentam uma alcoxila ligada à uma carbonila e são usualmente resultantes de uma reação entre álcoois (em alguns casos, fenóis) e ácidos carboxílico, e o resultado é a substituição de um átomo de hidrogênio presente na carboxila (-COOH) dos ácidos carboxílicos por um grupo alquila (R) ou arila (Ar). Já os ésteres inorgânicos resultam de reações entre álcoois e oxiácidos inorgânicos, de modo que o ácido perde um próton (H+) e se liga à cadeia que outrora pertencia a um álcool, após a perda da hidroxila (OH-) por esta molécula. Assim, reações de esterificação — como são denominadas as reações entre álcoois/fenóis e ácidos — também produzem água (HOH ou H2O).
Os ésteres mais comuns que se encontram na natureza são os triglicerídeos — triésteres de glicerina — constituintes de óleos e gorduras indispensáveis à alimentação humana. Além disso, também ocorrem no aroma das flores e no sabor dos frutos. A indústria emprega amplamente os ésteres ao conferir sabores artificiais a guloseimas e na fabricação de plásticos denominados poliésteres.
Nomenclatura A nomenclatura oficial (IUPAC) de ésteres é similar à de sais inorgânicos, isto é, troca-se o sufixo -ico do ácido que formou o éster por -ato e informa-se o nome do grupo restante. Observe os exemplos a seguir.A partir da observação dos compostos apresentados acima, percebe que os ésteres orgânicos são marcados pela presença de um grupo comum de átomos. Trata-se do grupo funcional típico dessa classe de compostos, originado graças à união entre a carbonila do ácido carboxílico e o oxigênio do álcool. Assim, as representações genéricas de ácidos carboxílicos são: No caso dos ésteres inorgânicos, é notável a constituição por uma região similar à de um oxiácido, exceto pela ausência de hidrogênios ácidos, e por outra semelhante à de um álcool, salva a ausência de hidroxila.
A nomenclatura usual dos ésteres segue o padrão da de ácidos carboxílicos e de seus demais derivados. Esse sistema de denominação remonta à origem de tais ácidos. O ácido fórmico (ácido metanoico), por exemplo, foi obtido historicamente a partir da maceração de formigas; ao passo que o ácido acético (ácido etanoico) é encontrado no vinagre — em latim, vinagre é acetum. A tabela a seguir apresenta as principais nomenclaturas usuais. +Número de carbonosna cadeia principalPrefixo oficialPrefixo usualTermo a que se refere o prefixo usualExemplos de nomenclaturas usuaisUmMet-Form-Latim: Formica (formiga)Ácido fórmico, formato de etila.DoisEt-Acet-Latim: Acetum (vinagre)Ácido acético, acetato de n-propila.TrêsProp-Propion-Grego: Proto (antes), pion (gordura)Ácido propiônico, propionato de etila.QuatroBut-Butir-Latim: Butyrum (manteiga)Ácido butírico, butirato de metila.CincoPent-Valer-Raiz da valerianaÁcido valérico, valerato de etila.SeisHex-Capro-Latim: Caper (cabra)Ácido caproico, caproato de sec-butila.SeteHept-Enant-Grego: Oinanthe (vinho)Ácido enântico, enantato de metila.OitoOct-Capril-Latim: Caper (cabra)Ácido caprílico, caprilato de terc-butila.NoveNon-Pelargon-Pelargonium roseumÁcido pelargônico, pelargonato de isopropila.DezDec-Capr-Latim: Caper (cabra)Ácido cáprico, caprato de metila.
Métodos de obtenção
Reações de substituição em ácidos carboxílicos e seus derivados
Esterificação Ácidos carboxílicos e álcoois simples reagem em meio ácido, formando os ésteres e água. A reação é catalisada pela presença de ácidos fortes, como o ácido sulfúrico. Numa reação de esterificação, nunca se obtém 100% de rendimento em éster e água, pois somente uma parte do álcool e do ácido reagem, obtendo-se um equilíbrio com as quatro espécies químicas: álcool, ácido carboxílico, éster e água.SAFFIOTI, WALDEMAR; Fundamentos de Química; Companhia Editora Nacional; São Paulo, Brasil; 1968. Observe o exemplo em que a reação do ácido acético (ácido etanoico) com álcool etílico (etanol), forma acetato de etila (etanoato de etila) e água. centro|miniaturadaimagem|413x413px|equilíbrio de esterificação
A reação é lenta na ausência de um catalisador. O ácido sulfúrico é um catalisador típico para esta reação. Como a esterificação é altamente reversível, o rendimento do éster pode ser melhorado usando o princípio de Le Chatelier:
Usando o álcool em grande excesso (isto é, como solvente). Usando um agente desidratante: o ácido sulfúrico não apenas catalisa a reação, mas também sequestra a água (um produto da reação). Outros agentes de secagem, como peneiras moleculares, também são eficazes. Remoção de água por meios físicos, como destilação como azeótropos de baixo ponto de ebulição com tolueno, em conjunto com um aparelho Dean-Stark.
A reação funciona bem para álcoois primários e de forma satisfatória para álcoois secundários, porém os rendimentos para álcoois terciários são baixos pela competição com a reação de eliminação, em que ocorre a protonação do álcool e saída de água, resultando no alceno correspondente. Para estes casos, deve-se escolher um dos métodos a seguir. A reação pode ser aplicada também com fenóis.
Outras substituições A reação entre cloretos de ácido e álcoois, forma ésteres. Esta reação libera bastante calor e deve ser realizada com cautela; além disso os cloretos de ácido são reagentes corrosivos e suscetíveis à hidrólise. A reação genérica está mostrada a seguir. centro|miniaturadaimagem|358x358px|síntese de ésteres a partir de cloretos de ácido Os anidridos de ácido carboxílico são muito utilizados para a síntese de ésteres, transferindo o grupo acila (R-C=O) para um álcool ou fenol. A aspirina é sintetizada a partir do ácido salicílico e do anidrido acético. centro|miniaturadaimagem|360x360px|síntese da aspirina
Transesterificação miniaturadaimagem|400x400px|reação de transesterificação A transesterificação é a transformação de um éster em outro. A reação é amplamente utilizada para degradar triglicerídios de ácidos graxos e o poli (tereftalato de etileno) é produzido pela transesterificação de tereftalato de dimetila e etileno glicol:Riemenschneider, Wilhelm; Bolt, Hermann M. "Esters, Organic". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a09_565.pub2
A reação de um éster genérico com metanol resulta na formação do éster metílico.
RCO2R ′ + CH3OH → RCO2CH3 + R′OH
Ácidos e bases forte atuam como catalisadores, porém os mecanismos de reação são distintos. Enquanto os ácidos ativam os ésteres para o ataque nucleofílico do álcool, a base remove o próton do grupo OH do álcool e forma o alcóxido (álcool negativo) que é um melhor nucleófilo do que o álcool. A catálise por base tem o inconveniente da reação de saponificação, formando o sal do ácido carboxílico.
Esterificação de ácidos carboxílicos com epóxidos Os ácidos carboxílicos são esterificados por tratamento com epóxidos, dando β-hidroxiésteres:
RCO2H + RCHCH2O → RCO2CH2CH (OH) R
Esta reação é empregada na produção de resinas de resina de éster de vinil a partir de ácido acrílico.
Processo petroquímico Obtenção de ésteres a partir da reação de ácidos com alcenos:
Exemplo: Ácido propanoico + propeno → propanoato de isopropila
CH3-CH2-COOH + CH2=CH-CH3 → CH3-CH2-COO-CH(CH3)-CH3
Os ésteres também podem ser preparados a partir da reação de um cloreto ou anidrido de ácido com álcool ou fenol.
Outras reações Rearranjo de Favorskii de uma α-halocetona na presença de uma base; Oxidação de Baeyer-Villiger de cetonas e peróxidos; Reação de Pinner de um nitrilos com um álcool; Abstração de um nucleofílio de um composto de um acilometal; Hidrólise de um composto de ortoéster em um ácido aquoso;
Propriedades miniaturadaimagem|Os ésteres de cadeia curta costumam apresentar cheiro agradável. O metilsalicilato integra as substâncias responsáveis pelo aroma dos cravos.
Físicas Ésteres de pequenas massas moleculares costumam ser líquidos voláteis, incolores e de odor agradável. Ésteres de massas moleculares médias são líquidos viscosos, xaroposos e gordurosos. Ésteres de elevadas massas moleculares são sólidos de aspecto similar à cera. Praticamente não apresentam polaridade molecular. Insolúveis em água, entretanto solúveis em álcool. Como não apresentam pontes de hidrogênio, possuem pontos de fusão e ebulição inferiores aos dos ácidos carboxílicos e aos dos álcoois de mesma massa molecular.
Químicas Hidrólise do Gr. hýdor, água + lýsis, dissolução:
É uma reação química, em que um dos reagentes é a água. Através desta reação grandes moléculas como os lipídios, por exemplo, são decompostos em moléculas menores que os constituem.
Há basicamente dois tipos de hidrólise de ésteres: ácida e básica.
A hidrólise ácida ocorre em meio ácido e é um processo reversível, gerando um álcool e um ácido carboxílico:
R-COO-R1 + HOH R-COOH + HO-R1
A hidrólise básica, ou saponificação, é realizada em meio básico. Trata-se de um processo irreversível, gerando álcool e um sal de ácido carboxílico:
R-COO-R1 + BOH(aq) → R-COO-B+ + HO-R1 Onde BOH é uma base, por exemplo, KOH.
Saponificação É a reação de um éster com uma base originando um sal orgânico e um álcool.
Exemplo: Etanoato de metila + NaOH → etanoato de sódio + álcool metílico
CH3-COO-CH3 + NaOH → [CH3-COO][Na] + CH3-OH
Ou seja, a reação orgânica descrita ocorre quando misturamos algum tipo de éster (gordura vegetal ou animal; óleos; essências de frutas, flores e madeira; nas ceras de carnaúba e abelha, etc.) com hidróxido de sódio (soda cáustica) ou potassa cáustica, que pode ser encontrada na cinza vegetal. O calor produzido ao misturar-se os óleos ou gorduras, um álcali e água pura é suficiente para iniciar-se a reação química. Essa reação forma um sal orgânico e um álcool.
A saponificação pode ser aplicada em: produção de flavorizantes para a produção de refrescos, doces, pastilhas, xaropes, balas e etc. produção de sabões; como medicamentos; produção de perfumes e cosméticos; na alimentação.
Resumindo: saponificar é converter um corpo graxo em sabão ou em outras substâncias.
Espectroscopia de infravermelho Os espectros de infravermelho para ésteres apresentam uma banda aguda intensa na faixa de 1730 a 1750 cm‐ 1 atribuída a νC = O. Este pico muda dependendo dos grupos funcionais ligados ao carbonil. Por exemplo, um anel de benzeno ou ligação dupla em conjugação com o carbonil reduzirá o número de onda em cerca de 30 cm-1.
Classificação 200px|miniaturadaimagem|Os ésteres conferem às frutas seus sabores característicos. O acetato de octila é um dos responsáveis pelo sabor típico da laranja.
Essências de frutas Os ésteres podem ser classificados como: essências de frutas, lipídeos e ceras. Os ésteres oriundos de reações entre ácidos carboxílicos e álcoois/fenóis, ambos com cadeias carbônicas pequenas, são referidos genericamente por meio da denominação "essências de frutas". Elas recebem tal nome por conferirem sabor às frutas. Ademais, são empregadas pela indústria em guloseimas, a fim de replicar as especificidades de cheiro e gosto das frutas. A lista a seguir elenca os principais ésteres desse tipo, em ordem alfabética, e algumas de suas características.