EsterEster diturunkan dari asam dengan mengganti gugus OH oleh gugus OR. Ester dinamai dengan cara yang sama dengan garam asam karboksilatnya. Bagian R dari gugus OR ditulis dahulu, diikuti dengan nama asam, dengan akhiran at tidak berubah.

O

O

OCH3C OCH3 CH3C OCH2CH3 CH3CH2CH2C OCH3

Metil asetat

etil asetat

metil butanoat

(metil etanoat)

(etil etanoat)

td 102,3C

td 57C

td 77CPerhatikan perbedaan nama pasangan isomer ester berikut, yang gugus R dan Rnya dipertukarkan.

O

O

CH3C O C OCH3

fenil asetat

metil benzoate

td 195,7C

td 196,6CEster dinamai dengan dua kata dan tidak digabung. Kebanyakan ester merupakan zat yang berbau enak dan menyebabkan cita rasa dan harum dari banyak buah-buahan dan bunga. Di antaranya yang lazim ialah pentil asetat(pisang). Cita rasa alami sebenarnya sangatlah rumit. Contohnya, tidak kurang dari 53 ester telah diidentifikasi dari buah persik (pear) Bartlett! Campuran ester digunakan dalam parfum dan cita rasa buatan. Ester dengan bobot molekul rendah juga digunakan oleh serangga dan hewan untuk memancarkan sinyal. Gajah betina melepas (Z)-7-dodesen-1-il asetat untuk memberi sinyal mengenai kesiapannya untuk kawin. Banyak kepik melepas ester yang sama untuk menarik jantannya.Pembuatan Ester; Esterifikasi Fischer

Bila asam karboksilat dan alcohol dipanaskan dengan kehadiran katalis asam (biasanya HCl atau H2SO4), kesetimbangan tercapai dengan ester dan air.

O

O

R C OH + HO R R C OR + H2O

Asam alcohol ester Proses ini disebut esterifikasi Fischer, berdasarkan Emil Fischer, yang mengembangkan metode ini. Meskipun reaksi ini berkesetimbangan, reaksi dapat digeser ke kanan dengan beberapa cara. Jika alcohol atau asamnya murah, gunakanlah secara berlebih. Cara lain, ester dan/atau air dapat dipindahkan segera setelah terbentuk (lewat penyulingan,misalnya), sehingga reaksi berjalan ke kanan.

Mekanisme Esterifikasi Berkataliskan Asam; Substitusi Asil Nukleofilik

Kita dapat mengajukan pertanyaan mekanistik sederhana tentang esterifikasi Fischer: Apakah molekul air terbentuk dari gugus hidroksil dari asam dan hydrogen dari alcohol ( seperti ditunjukkan dengan warna pada Persamaan 10.17), atau dari hydrogen asam dari gugus hidroksil dari alcohol? Pertanyaan ini tampak sepele tetapi jawabannya merupakan kunci untuk memahami banyak kimiawi asam, ester, dan turunannya.

Pertanyaan ini dapat dipecahkan dengan menggunakan label isotope. Misalnya, esterifikasi Fischer dari asam benzoat dengan methanol yang telah diperkaya dengan isotope oksigen 18O menghasilkan metil benzoate berlabel.

O

O

C OH + H18OCH3

C 18OCH3 + HOH

(10.18)

Metil benzoatTidak ada 18O yang muncul di dalam air. Jadi, jelas bahwa air terbentuk menggunakan gugus hidroksil dari asam dan hydrogen dari alcohol. Dengan kata lain, dalam esterifikasi Fischer, gugus OR dari alcohol menggantikan gugus OH dari asam. Bagaimana kita dapat menjelaskan fakta berdasarkan eksperimen ini? Mekanisme yang konsisten dengan hasil ini ialah sebagai berikut (atom oksigen dari alcohol diberi warna sehingga lintasannya dapat ditelusuri): +H

HR C H R C H R C H R C H

+ R

R H

R H

+H

H H

R C R R C R C

R R H

Langkah eliminasi

Mari kita cermati mekanisme ini, yang tampaknya lebih rumit daripada yang sebenarnya, langkah demi langkah.

Langkah 1.Gugus karbonil dari asam terprotonasi secara reversibel. Langkah ini menjelaskan bagaimana katalis asam bekerja. Protonasi meningkatkan muatan positif pada karbon karboksil dan menambah reaktivitasnya terhadap nukleofili (ingat efek yang serupa dari katalis asam dengan aldehida dan keton.

Langkah 2. Inilah langkah yang menetukan. Alkohol, sebagai nukleofili, menyerang karbon karbonil dari asam yang terprotonasi. Inilah langkah yang membentuk ikatan baru CO (ikatan ester)Langkah 3 dan 4. Kedua langkah ini merupakan kesetimbangan yang mana oksigennya lepas atau memperoleh proton. Kesetimbangan asam-basa seperti ini bersifat reversibel dan berlangsung cepat dan terus menerus berjalan dalam larutan bersuasana asam dari senyawa yang mengandung oksigen. Pada langkah 4, tidak jadi masalah mana gugus OH yang terprotonasi karena gugusgugus tersebut setara

Langkah 5.Pada langkah ini terbentuk air, yaitu satu produk dari reaksi keseluruhan. Supaya langkah ini berlangsung, gugus OH harus terprotonasi untuk meningkatkan kapasitas gugus perginya. ( Langkah ini serupa dengan kebalikan dari langkah 2)

Langkah 6.Langkah deprotonasi ini menghasilkan ester dan meregenerasi katalis asam. (Langkah ini serupa dengan kebalikan dari langkah 1)

Beberapa ciri lain dari mekanisme pada persamaan 10.19 ada baiknya dicermati. Reaksi dimulai dengan asam karboksilat, yang karbon karboksilnya berbentuk trigonal dan terhibridisasi sp2. Produk akhirnya ialah suatu ester; karbon ester juga berbentuk trigonal dan terhibridisasi sp2 Namun, reaksi berlangsung melalui zat antara ( intermediet) tetrahedral (tetrahedral intermediate) netral (ditunjukkan dalam kotak pada persamaan 10.19 dan berwarna pada persamaan 10.20), yang atom karbonnya memiliki empat gugus yang melekat padanya dan dengan demikian terhibridisasi sp3. Jika kita hilangkan semua langkah transfer proton pada persamaan 10.19, kita dapat memfokuskan ciri dari reaksi ini:

HO

RO

RO

C O + ROH C OH C O + H2O

(10.20)

R

HO

R

R

sp2

sp3 sp2

zat antara tetrahedral

Hasil bersih dari proses ini ialah substitusi OR dari alcohol untuk gugus OH dari asam. Jadi, reaksi ini dikenal sebagai substitusi asil nukleofilik (nucleophilic acyl substitution). Tetapi reaksi ini bukanlah substitusi langsung, melainkan terjadi dalam dua langkah: (!) adisi nukleofilik, diikuti dengan(2) eliminasi. Akan kita lihat dalam subbab berikut dalam bab ini bahwa ini merupakan mekanisme umum untuk substitusi nukleofilik pada atom karbon karbonil dari turunan asam.H+

-H+

H+

Adisi

nukleofilik

H+

-H2O

-H+