En carbonatester , også kaldet organisk carbonat eller organocarbonat , er en ester af kulsyre . Det er en funktionel gruppe med den almene struktur R 1 O (C = O) 2 , formelt udgøres af en carbonylgruppe gruppe omgivet af to alkoxygrupper grupper . Deres struktur er tæt på den for R 1 O (C = O) R estere og R 1 OR 2 ethere , såvel som af uorganiske carbonater .
De monomerer af polycarbonater (f.eks Lexan ) er forbundet af carbonatgrupper. Disse polycarbonater bruges i optiske linser , cd'er og skudsikre briller. Små carbonatestere, såsom dimethylcarbonat , ethylencarbonatet eller propylencarbonatet anvendes som opløsningsmidler . Dimethylcarbonat er også et mildt methyleringsmiddel .
Carbonatestere kan opdeles i tre kategorier alt efter deres struktur.
Den første kategori indbefatter dialkylcarbonater eller diaryl, det vil sige carbonatet med to substituenter R. Den enkleste af disse er dimethylcarbonat og diphenylcarbonat :
Dimethylcarbonat
Diphenylcarbonat
Den anden kategori indeholder carbonatestere, hvis to substituenter ikke er terminale alkyler eller aryler, men bifunktionelle alifatiske eller aromatiske grupper. Blandt dem kan der for eksempel nævnes poly (propylencarbonat) eller poly (bisphenol A-carbonat) (Lexan):
poly (propylenkarbonat)
poly (bisphenol A-carbonat) (Lexan)
Den sidste kategori indbefatter carbonatestere, hvor de to grupper er forbundet med broer til to eller tre carbonatomer, såsom ethylencarbonat og trimethylencarbonat ; substituenter, f.eks CH 3 for propylencarbonat , er også mulige:
Ethylenkarbonat
Trimethylencarbonat
Der er to hovedmåder til fremstilling af carbonatestere: reaktionen mellem en alkohol (eller en phenol ) og phosgen (fosgenering) og reaktionen mellem en alkohol, kulilte og en oxidant ( oxidativ carbonylering ). Andre carbonatestere kan derefter fremstilles ved transesterificering .
Alkoholer reagerer med phosgen til dannelse af en carbonatester ifølge følgende reaktion:
2 ROH + COCI 2 → ROCO 2 R + 2 HCIPhenoler reagerer på en lignende måde, hvor bisphenol A-polycarbonater produceres på denne måde. Denne reaktion har et meget godt udbytte. Imidlertid er det anvendte phosgen toksisk, og generelt tilsættes en støkiometrisk mængde base (f.eks. Pyridin ) for at neutralisere det dannede hydrogenchlorid . Denne proces er derfor uønsket.
Chloroformiatestere er mellemprodukter i denne reaktion. I stedet for at reagere igen med en alkohol, kan de være uforholdsmæssige for at give den ønskede carbonatdiester og fosgenækvivalent. under disse betingelser kræver reaktionen halvdelen af fosgenet og basen og producerer derfor halvdelen af de mistede salte:
PhOH + COCI 2 → PhOCOCl + HCI 2 PhOCOCl → PhOCO 2 Ph + COCI 2Med en egnet katalysator kan alkoholer reagere med carbonmonoxid og en oxidant (f.eks. Dioxygen ):
2 CH 3 OH + CO + [O] → CH 3 OCO 2 CH 3 + H 2 OReaktion af kuldioxid med epoxy er en måde at fremstille fem atomcykliske carbonatestere på. Den årlige produktion af denne type cykliske carbonater anslås til 100.000 tons om året i 2010. Industrielt reagerer oxiderne af ethylen og propylen hurtigt med kuldioxid for at give carbonater af ethylen og propylen (med den passende katalysator). For eksempel :
C 2 H 4 O + CO 2 → C 2 H 4 O 2 CONår det oprindelige carbonat er produceret, kan det omdannes til andre carbonater ved transesterificering . En mere nukleofil alkohol vil være i stand til at erstatte en mindre nukleofil alkohol. Det er for eksempel muligt at erstatte en phenol af et arylcarbonat med en alifatisk alkohol. Hvis den indledende alkohol også er mere flygtig, er det muligt at flytte ligevægten ved at destillere den.
I laboratoriet er de vigtigste metoder til syntese af carbonatestere:
Et stort antal organiske carbonater anvendes som opløsningsmidler . De er klassificeret som polære opløsningsmidler med et bredt temperaturområde, hvor de er flydende. For eksempel propylencarbonat til et smeltepunkt på -55 ° C og et kogepunkt på 240 ° C . De har også fordelene ved lav økotoksicitet og god bionedbrydelighed . Imidlertid er den industrielle produktion af carbonater ikke grøn, fordi produktionen af lineære carbonater er baseret på phosgen , et særligt giftigt forurenende stof, og det af cykliske carbonater på propylenoxid , et kræftfremkaldende stof.
Organiske carbonater anvendes som opløsningsmidler i lithiumbatterier ; grund af deres høje polaritet, kan de opløse saltene af lithium . Problemet med høj viskositet omgås generelt ved anvendelse af blandinger af carbonater, for eksempel blandinger af dimethylcarbonat fra diethylcarbonat og dimethoxyethan .