En karbonatester , også kalt organisk karbonat eller organokarbonat , er en ester av karbonsyre . Det er en funksjonell gruppe med den generelle struktur R 1 O (C = O) 2 , formelt utgjøres av en karbonyl- gruppe omgitt av to alkoksy- grupper . Deres struktur er nær den for R 1 O (C = O) R estere og R 1 eller 2 etere , så vel som av uorganiske karbonater .
De monomerer av polykarbonater (f.eks Lexan ) er koblet sammen med karbonat-grupper. Disse polykarbonatene brukes i optiske linser , CD-er og skuddsikre briller. Små karbonatestere som dimetylkarbonat , etylenkarbonat eller propylenkarbonat blir brukt som løsningsmidler . Dimetylkarbonat er også et mildt metyleringsmiddel .
Karbonatestere kan deles inn i tre kategorier i henhold til deres struktur.
Den første kategorien inkluderer dialkylkarbonater eller diaryl, det vil si at karbonatet har to substituenter R. Den enkleste av disse er dimetylkarbonat og difenylkarbonat :
Dimetylkarbonat
Difenylkarbonat
Den andre kategorien inneholder karbonatestere hvis to substituenter ikke er alkyler eller terminale aryler, men bifunksjonelle alifatiske eller aromatiske grupper. Blant dem kan nevnes for eksempel poly (propylenkarbonat) eller poly (bisfenol A-karbonat) (Lexan):
poly (propylenkarbonat)
poly (bisfenol A-karbonat) (Lexan)
Den siste kategorien inkluderer karbonatestere der de to gruppene er forbundet med broer til to eller tre karbonatomer, slik som etylenkarbonat og trimetylenkarbonat ; substituenter, for eksempel CH 3 for propylen-karbonat , er også mulige:
Etylenkarbonat
Trimetylenkarbonat
Det er to hovedmåter å fremstille karbonatestere: reaksjonen mellom en alkohol (eller en fenol ) og fosgen (fosgenering), og reaksjonen mellom en alkohol, karbonmonoksid og en oksidant ( oksidativ karbonylering ). Andre karbonatestere kan deretter fremstilles ved transesterifisering .
Alkoholer reagerer med fosgen for å danne en karbonatester i henhold til følgende reaksjon:
2 ROH + COCl 2 → ROCO 2 R + 2 HClFenoler reagerer på lignende måte, med bisfenol A-polykarbonater produsert på denne måten. Denne reaksjonen har et veldig godt utbytte. Imidlertid er fosgenet som er giftig, og generelt tilsettes en støkiometrisk mengde base (f.eks. Pyridin ) for å nøytralisere det dannede hydrogenklorid . Denne prosessen er derfor uønsket.
Kloroformiatestere er mellomprodukter i denne reaksjonen. I stedet for å reagere igjen med en alkohol, kan de være uforholdsmessige for å gi ønsket karbonatdiester og fosgenekvivalent. under disse forholdene krever reaksjonen halvparten av fosgenet og basen, og produserer derfor halvparten av de tapte saltene:
PhOH + COCl 2 → PhOCOCl + HCl 2 PhOCOCl → PhOCO 2 Ph + COCl 2Med en egnet katalysator kan alkoholer reagere med karbonmonoksid og en oksidant (f.eks. Dioksygen ):
2 CH 3 OH + CO + [O] → CH, 3 OCO 2 CH 3 + H 2 OReaksjon av karbondioksid med epoksyer er en måte å fremstille fem atomsykliske karbonatestere. Den årlige produksjonen av denne typen sykliske karbonater er estimert til 100 000 tonn per år, i 2010. Industrielt reagerer etylen- og propylenoksider raskt med karbondioksid for å gi etylen- og propylenkarbonater (med passende katalysator). For eksempel :
C 2 H 4 O + CO 2 → C 2 H 4 O 2 CONår det første karbonatet er produsert, kan det omdannes til andre karbonater ved omestring . En mer nukleofil alkohol vil kunne erstatte en mindre nukleofil alkohol. Det er for eksempel mulig å erstatte en fenol av et arylkarbonat med en alifatisk alkohol. Hvis den innledende alkoholen også er mer flyktig, er det mulig å forskyve likevekten ved å destillere den.
I laboratoriet er de viktigste metodene som brukes til syntese av karbonatestere:
Et stort antall organiske karbonater brukes som løsningsmidler . De er klassifisert som polare løsemidler , med et bredt temperaturområde der de er flytende. For eksempel propylenkarbonat til et smeltepunkt på -55 ° C og et kokepunkt på 240 ° C . De har også fordelene med lav økotoksisitet og god biologisk nedbrytbarhet . Imidlertid er den industrielle produksjonen av karbonater ikke grønn, fordi produksjonen av lineære karbonater er basert på fosgen , et spesielt giftig forurensende stoff, og det av sykliske karbonater på propylenoksyd , et kreftfremkallende middel.
Organiske karbonater brukes som løsemidler i litiumbatterier ; på grunn av deres høye polaritet, kan de oppløse saltene av litium . Problemet med høy viskositet blir generelt omgått ved å bruke blandinger av karbonater, for eksempel blandinger av dimetylkarbonat fra dietylkarbonat og dimetoksyetan .