صابونی شدن ( هیدرولیز قلیایی استرها )

هیدرولیز ، در ابتدا لازم است که قدری در باره استرها و نحوه تشکیل و تهیه آنها بحث کنیم . استر، ترکیبی آلی با فرمول کلی $RCOOR^{\acute{}}$ است که از واکنش بین کربوکسیلیک اسید با الکل ( اکثرا نوع اول ) حاصل می شود . واکنش استری شدن و یا واکنش اسید با الکل فرایندی برگشت پذیر است ، بر خلاف صابونی شدن ( هیدرولیز قلیایی ) که فرایندی برگشت ناپذیر است . استری شدن در محیط اسیدی از سرعت کمی برخوردار بوده و هم این که به مقدار خیلی کم گرماگیر است به طوری که می توان گفت که : $\Delta H\approx 0$ و اختلاف سطح انرژی مواد اولیه با فراورده ها را می توان خیلی ناچیز در نظر گرفت .

هیدرولیز استرها در محیط قلیایی را اصطلاحا صابونی شدن می گوییم چون که یکی از فراورده های آن در واکنش با سدیم هیدروکسید ، نمک اسید چرب یا صابون $RCOO^{-}Na^{+}$

می باشد . $RCOOR{}'(s)+NaOH(aq)\rightarrow RCOO^{-}Na^{+}(aq)+ROH(aq)$

مثال عینی برای این نوع واکنش : $H_{3}C-CH_{2}COOCH_{3}\xrightarrow[]{1 )NaOH , H_{2}O}H_{3}CCH_{2}COO^{-}Na^{+}+H_3OH(aq)$ البته نمک سدیمی که در این واکنش تشکیل میشه ، صابون نخواهد بود ، صابون ها در واقع نمک سدیم ، پتاسیم و یا آمونیوم اسید های چرب حداقل با 12 اتم کربن خواهند بود .

و اما مکانیسم واکنش صابونی شدن ، چگونه می تونه باشه ، در فرایند هیدرولیز قلیایی یک استر سنگین با سدیم هیدروکسید و قلیای قوی مثل پتاس ، اینو بدونیم که یون هیدروکسید حاصل از قلیا در محیط آبی به کربن گروه کربونیل ( الکتروفیل ) به عنوان باز لوویس یا نوکلئوفیل حمله می کند و یک حدواسط چهاروجهی ناپایدار تشکیل می شود . که در اثر رسیدن به آرایش جدید ، ابتدا اسید و آنیون آلکوکسی میده و در نهایت به آنیون کربوکسیلات و الکل تبدیل می شود .

استرها ، معمولا از واکنش الکل ها یا فنل ها $C_{6}H_{5}OH$ با اسید ها و یا مشتقات اسید حاصل می شود . مشتقات اسید ها در واقع ترکیباتی هستند که در آنها $-OH$ از گروه کربوکسیل $-COOH$ اسید ها به وسیله $-OR , -NH_{2} , -OOCR , -Cl$ جایگزین می شوند . باید بدانیم که مشتقات کربوکسیلیک اسیدها در محلول قلیایی یا اسیدی سریع تر از محلول خنثی هیدرولیز می شوند . در محلول قلیایی ، یون هیدروکسید به عنوان یک نوکلئوفیل قوی عمل می کند و در محلول اسیدی یون هیدرونیوم وجود دارد که به اکسیژن گروه کربونیل متصل شده و مولکول را برای حمله یک نوکلئوفیل ضعیف مانند آب آماده می کند .

واکنش های جانشینی هسته دوستی ( نوکلئوفیلی ) بر روی اتم کربن گروه کربونیل در اسید های کربوکیسیلیک و مشتقات آن ، از مهم ترین واکنش ها در این گروه ترکیبات آلی است . در این واکنش ها یک گروه نوکلئوفیل $(Nu:^{-})$ به اتم کربن گروه کربونیل $-C=O$ حمله می کند و گروه دیگری به عنوان ترک کننده $(L:^{-})$ خارج می شود .

گروه ترک کننده همراه با الکترون های پیوندی خود ( وصل به کربن ) جدا می شود . باید بدانیم که پایداری گروه ترک کننده به قدرت بازی آن بستگی دارد به طوری که بازهای ضعیف ( مزدوج اسیدهای قوی ) گروه های ترک کننده مناسبی در این فرایند خواهند بود .

یادآوری کنم که سرعت استری شدن الکل های مختلف با یک کربوکسیلیک اسید معین ، از ترتیب زیر پیروی می کند .

سرعت استری شدن : الکل نوع سوم < الکل نوع دوم < الکل نوع اول

الکل نوع اول : که در آن گروه هیدروکسیل $-OH$ به کربن نوع اول ( کربنی که فقط با یک کربن پیوند دارد ) . متصل است . $H_{3}C-OH$

الکل نوع دوم : که در آن گروه هیدروکسیل $-OH$ به کربن نوع دوم ( کربنی که با دو کربن پیوند دارد ) . متصل است . $(H_{3}C)_{2}CHOH$

الکل نوع سوم : که در آن گروه هیدروکسیل $-OH$ به کربن نوع سوم ( کربنی که با سه کربن پیوند دارد ) . متصل است . $(H_{3}C)_{3}C-OH$

صابونی شدن استرها یک فرایند برگشت ناپذیر است ، چون که مواد حاصل از آن ( الکل $ROH$ و آنیون کربوکسیلات $RCOO^{-}$ ) هر دو نوکلئوفیل بوده و نمی توانند به یکدیگر حمله کنند .