Transesterifikaatioissa

Transesterifikaatioissa tarkoitetaan esteriyhdisteen ryhmän korvaamista alkoholiryhmällä siten, että syntyy uusi esteriyhdiste ja uusi alkoholi. Yleinen ja käytännöllinen esimerkki on triglyseridien reaktio metanolin kanssa, jolloin rasvahappometyyli-estereitä (FAME) ja glyserolia muodostuu. Tämä reaktio on keskeinen vaihe biodiesel-tuotannossa, jossa kasvi- tai eläinrasvoja esteröidään biodieseliksi.

Mekaniikka ja katalyytit: Transesterifikaatio on nukleofila substituutio, jossa alkoholi toimii nukleofiilinä karbonyyliryhmän ohjaamassa esterivaihdossa. Base-katalysoidussa reaktiossa metanoli muodostaa metoksidi-ioni, joka hyökkää triglyseridin karbonyyliryhmään. Valmistuu diglyseridi ja rasvahappometyyli-estereita, ja reaktio etenee tyypillisesti kolmessa vaiheessa, kunnes kaikki rasvahapot on esteröityneet. Happokatalyysissä reaktio etenee hitaammin, mutta sallii paremmin öljyjen sisältämien epäpuhtauksien kanssa toimimisen; entsymaattinen transesterifikaation (lipaasit) mahdollistaa reaktion tietyillä lämpötiloilla ja pH-olosuhteissa, usein pienemmällä saippoutumisriskillä.

Teollisesti biodiesel-tuotannossa käytetään pääasiassa base-katalytoituja reaktioita. Tyypillisiä olosuhteita ovat öljyn ja alkoholin (yleisesti metanolin) molaarinen suhde noin 1:6–1:12, katalyytti noin 0,5–1 painoprosenttia öljystä sekä lämpötila noin 50–60 °C. Vesi ja epäpuhtaudet voivat aiheuttaa saippoutumista ja heikentää tuottoa, ja glyseroli erottuu helposti. Lopulliset esterit puhdistetaan poistamalla sivutuotteet ja ylimääräinen alkoholi sekä neutraloimalla tai pesemällä.

Erikoistapauksia: happokatalysoitu transesterifikaatio soveltuu öljyille, joissa on korkea vapaiden rasvahappojen määrä (FFAs), mutta vaatii vahvempia olosuhteita. Enzymatiivinen transesterifikaatio tarjoaa vaihtoehdon ympäristöystävällisyyden ja toleranssin FFAs huomioon ottaen, mutta vaatii yleensä kalliimpia katalyyttejä ja pidempiä reaktioaikoja. Transesterifikaatiot ovat siten keskeinen työkalu sekä teollisessa biodieselissä että tutkimuksessa esteröintien suunnittelussa.