Stöchiometrie

Äquivalente bei der Esterverseifung

Wie man bei der Verseifung von Mono- und Diestern mit Rücktitration das Titrationsäquivalent und die Molmasse eines Esters berechnet.

Prüfungsrelevanz: relevant ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze6 Punkte
  • Bei der Esterverseifung mit Rücktitration wird ein Ester mit Laugenüberschuss gespalten und die Restlauge mit HCl zurücktitriert.
  • Die verbrauchte Lauge ergibt sich aus der Differenz Blindwert minus Probe.
  • Jede Estergruppe verbraucht ein Hydroxid: Ein Diester hat \(z = 2\), das Äquivalent ist \(Ä = c \cdot M_\mathrm{r} / z\).
  • 1 mL ethanolische KOH (0,5 mol/L) entspricht 55,56 mg Diethylphthalat und 69,59 mg Dibutylphthalat.
  • Methylsalicylat hat \(z = 1\), weil die phenolische OH-Gruppe bei der Rücktitration wieder protoniert wird.
  • Die Molmasse eines Esters folgt aus \(M = z \cdot m / n(\ce{OH-})\).

Worum es geht

Ester wie Diethylphthalat oder Methylsalicylat lassen sich nicht direkt mit Lauge titrieren. Man verseift sie mit einem Laugenüberschuss und bestimmt den Rest durch Rücktitration. Entscheidend für die Rechnung ist, wie viele Hydroxid-Ionen ein Molekül verbraucht.

Prinzip der Verseifung

Bei der Verseifung spaltet Hydroxid eine Estergruppe in Carboxylat und Alkohol. Die Reaktion läuft langsam. Deshalb erhitzt man die Probe mit einem bekannten Überschuss an ethanolischer KOH unter Rückfluss. Wie die Methodik im Detail aussieht, steht bei der Verseifung von Carbonsäurederivaten.

Nach der Verseifung titriert man die übrige Lauge mit Salzsäure zurück:

\[\ce{KOH + HCl -> KCl + H2O}\]

Parallel läuft ein Blindversuch mit derselben Laugenmenge, aber ohne Probe. Er erfasst die gesamte vorgelegte Lauge. Die Differenz der Salzsäureverbräuche entspricht genau der Lauge, die der Ester verbraucht hat. Das Grundprinzip der Rücktitration wird hier nur angewendet.

Ablaufschema mit Probenkolben und Blindkolben, beide mit Lauge versetzt, erhitzt und mit Salzsäure zurücktitriert.

Blindversuch und Probe: Die Differenz des Salzsäureverbrauchs entspricht der verbrauchten Lauge.

Mono- und Diester

Jede Estergruppe verbraucht ein Hydroxid-Ion. Ein Monoester braucht also 1 mol KOH je mol, ein Diester 2 mol. Diese Zahl ist die Wertigkeit \(z\) im Titrationsäquivalent. Für Diethylphthalat gilt:

\[\ce{C6H4(COOC2H5)2 + 2 KOH -> C6H4(COOK)2 + 2 C2H5OH}\]

Reaktionsschema: Diethylphthalat reagiert mit zwei KOH zu Dikaliumphthalat und zwei Ethanol.

Verseifung von Diethylphthalat: Zwei Estergruppen verbrauchen zwei Hydroxid-Ionen.

Das Äquivalent sagt, wie viel mg Substanz 1 mL Maßlösung entspricht:

🧮 Formelauswendig können

\[Ä = \frac{c \cdot M_\mathrm{r}}{z}\]

\(Ä\) in mg je mL, \(c\) Konzentration der Maßlösung in mol/L, \(M_\mathrm{r}\) molare Masse in g/mol, \(z\) verbrauchte Hydroxid-Ionen je Molekül.

Phthalate und Salicylate

Bei Salicylaten muss man genau hinsehen. Die phenolische OH-Gruppe wird zwar in der Hitze deprotoniert. Bei der Rücktitration bis zum Umschlag nimmt sie das Proton aber wieder auf. Sie zählt deshalb nicht mit. Methylsalicylat hat also \(z = 1\). Acetylsalicylsäure hat \(z = 2\), denn Carboxygruppe und Acetylester verbrauchen je ein Hydroxid.

Vier Strukturformeln mit markierten Ester- und Carboxygruppen und Angabe z = 2, 2, 1 und 2.

Gruppen, die bei der Verseifung mit Rücktitration Hydroxid verbrauchen, und der resultierende Wert von z.
Stoff \(M_\mathrm{r}\) (g/mol) \(z\) Ä bei 0,5 mol/L (mg/mL)
Diethylphthalat 222,24 2 55,56
Dibutylphthalat 278,34 2 69,59
Methylsalicylat 152,15 1 76,07
Acetylsalicylsäure 180,16 2 45,04
🎯 Examensrelevant: Äquivalent von Diethylphthalat

Das Diester-Äquivalent wird im Examen gerne gefragt: 1 mL ethanolische KOH (0,5 mol/L) entspricht 55,56 mg Diethylphthalat. Achte darauf, durch \(z = 2\) zu teilen, sonst erhältst du den doppelten Wert.

Rechenweg bei der Rücktitration

Ein Beispiel mit eigenen Zahlen: Der Blindversuch verbraucht 24,60 mL HCl (0,5 mol/L), die Probe mit Diethylphthalat 17,40 mL.

  1. Differenz bilden: \(24{,}60 - 17{,}40 = 7{,}20\) mL Lauge hat der Ester verbraucht.
  2. Äquivalent einsetzen: \(7{,}20 \cdot 55{,}56 = 400{,}0\) mg Diethylphthalat.
  3. Gehalt berechnen: Bei 410,0 mg Einwaage ergibt das 97,6 %.

Molmasse aus dem Laugenverbrauch

Umgekehrt liefert der Verbrauch die Molmasse eines unbekannten Esters. Man rechnet die verbrauchte Lauge in Stoffmenge um und teilt die Einwaage dadurch. Beispiel: 300 mg Monoester verbrauchen 3,40 mL Lauge (0,5 mol/L), also 1,70 mmol. Dann gilt \(M = m / n(\ce{OH-}) = 300\,\mathrm{mg} / 1{,}70\,\mathrm{mmol} = 176{,}5\) g/mol. Bei einem Diester entspricht ein Mol Ester zwei Mol Lauge. Die Molmasse ist dann doppelt so groß: \(M = z \cdot m / n(\ce{OH-})\).

Wie man daraus Verseifungs- und Esterzahl ableitet, zeigt die Seite zu den Fettkennzahlen.

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Aussage 1

Für Dibutylphthalat (\(M_\mathrm{r} = 278{,}34\) g/mol) entspricht 1 mL KOH (0,5 mol/L) 139,17 mg.

Als Diester hat Dibutylphthalat \(z = 2\). Richtig ist \(0{,}5 \cdot 278{,}34 / 2 = 69{,}59\) mg.

Aussage 2

Die vom Ester verbrauchte Lauge entspricht der Differenz zwischen dem Salzsäureverbrauch des Blindversuchs und dem der Probe.

Der Blindversuch erfasst die gesamte vorgelegte Lauge, die Probe nur den Rest nach der Verseifung.

Aussage 3

1 mL ethanolische KOH (\(c = 0{,}5\) mol/L) entspricht bei der Verseifung 55,56 mg Diethylphthalat.

\(0{,}5 \cdot 222{,}24 / 2 = 55{,}56\) mg, denn der Diester verbraucht zwei Hydroxid-Ionen.

Aussage 4

Methylsalicylat verbraucht bei der Verseifung mit Rücktitration zwei Hydroxid-Ionen je Molekül, weil die phenolische OH-Gruppe mitreagiert.

Die phenolische OH-Gruppe wird bei der Rücktitration wieder protoniert und zählt nicht. Methylsalicylat hat \(z = 1\).

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