Esterivaihdunta

Esterivaihdunta, joka tunnetaan myös nimellä transesterifikaatio, on kemiallinen reaktio, jossa esterien alkoholiosat vaihtuvat toisiinsa. Tyypillinen esimerkki on, että R1-CO-OR2 reagoi R3-OH:n kanssa muodostaen R1-CO-OR3 ja R2-OH. Reaktio on usein tasapainoreaktiopohjainen, ja sen suuntaa ohjaa alkoholin määrä sekä katalyytti.

Mekanismi perustuu nukleofiiliseen acyylivaihtoon. Alkuvaiheessa alkoholi tai alkoksidi hyökkää esterin kierto–ylihiileen, muodostuu tetraedraalinen välivaihe, jonka aggregaatio johtaa OR2-joen poistumiseen ja uuden esteriryhmän muodostumiseen. Mekanismi voi tapahtua sekä happo- että basekatalysoituna, ja olosuhteet määrittävät reaktion polun sekä nopeuden. Hapot katalysoidessa protonoidaan carbonyl-ryhmä, kun taas than basekatalysoidessa alkoholi/alkoksidi toimii nukleofiilinä.

Katalyytteinä käytetään sekä happoja (esim. rikkihappo) että phtaaksiaineita (esim. natrium/kalium alkoksidejä). Biologisessa yhteydessä lipaasit voivat katalysoida transesterifikaatiota, mikä on keskeistä biodiesel-tuotannossa. Ympäristössä ja teollisuudessa katalyyttinen transesterifikaatio mahdollistaa sekä esterien synteesin että kierrätyksen.

Sovellukset ja merkitys: biodiesel tuotetaan usein rasvojen ja metanolin välisessä transesterifikaatiossa, jolloin muodostuu metyliestereitä ja glyserolia. Polymeerikemiassa esterivaihdunta mahdollistaa polyesterien kierrätyksen ja uudelleenmuokkauksen, esimerkiksi PET:n methanolysis tuottaen dimetyylitereftalaattia ja eteen glykolia. Reaktio on palautuva, ja tasapainoa voidaan siirtää poistamalla toinen alkoholituote tai käyttämällä liiallista alkoholia.

Tärkeää on välttää vesipitoisuus, joka edistää hydrolyysiä ja heikentää tuottoa. Esterivaihdunta on keskeinen työkalu sekä synteissä että kierrätyksessä.