Fruchtester und Ester der Carbonsäuren

Carbonsäuren bilden mit Alkoholen Ester, wobei gleichzeitig Wasser entsteht:

R-COOH + R'-OH <--> R-COO-R' + H2O

Durch Kochen mit Wasser können Ester wieder in Säure und Alkohol gespalten ("verseift") werden. Die Esterbildung ("Veresterung") verläuft also umkehrbar und führt gewöhnlich zu typischen Gleichgewichten, in welchen sowohl Alkohol wie Säure neben Ester und Wasser noch in erheblichen Mengen vorhanden sind. Die Einstellung des Gleichgewichtszustandes dauert meist sehr lange, kann aber durch katalytische Wirkung von Protonen (aus H2SO4 konz. oder HCl-Gas) stark beschleunigt werden. Die Hydrolyse des Esters wird durch Protonenspender ebenfalls beschleunigt. Meistens spaltet man allerdings Ester durch Kochen mit Lauge, wobei die Hydroxid-Ionen (OH--Ionen) den entstehenden Säuremolekülen Protonen entziehen und sie als Anionen aus dem Gleichgewicht entfernen, so daß die Esterspaltung (die "Verseifung") dann praktisch vollständig verläuft:

R-COO-R' + NaOH --> R-COO-Na+ + R'-OH

Die Veresterung bildet ein Beispiel einer nucleophilen Addition, indem sich zuerst ein Alkoholmolekül an das positiv polarisierte Kohlenstoffatom der Carboxylgruppe anlagert.

Man benennt die Ester vielfach ähnlich wie Salze: Methylacetat für Essigsäuremethylester, Ethylbutyrat für Buttersäureethylester usw.

Name Formel Gekürzte Formel
Essigsäureethylester : CH3-COO-CH2-CH3 CH3-COO-CH2-CH3
Methansäurepentylester CH-OO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 CH-OO-(CH2)4-CH3
Methansäureethylester: CH-OO-CH2-CH3 CH-OO-CH2-CH3
Propionsäurepropylester CH3-CH2-COO-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-COO-(CH2)2-CH3
Butansäureethylester CH3-CH2-CH2-COO-CH2-CH3 CH3-(CH2)2-COO-CH2-CH3

Ester niederer Carbonsäuren mit niederen Alkoholen (C1 bis C5) sind ziemlich stark flüchtig und durch einen angenehm, fruchtartigen Geruch ausgezeichnet. Manche von ihnen kommen in geringen Mengen in reifen Früchten vor ("Fruchtester") und werden als Aromastoffe für Limonaden und Bonbons aber auch als Lösungsmittel für Lacke verwendet.
Essigsäurepentylester ist ein wichtiger Bestandteil des Birnen-Aromas.

Noch einige fruchtige Ester:
(Es ist zu beachten, dass sich das Aroma meist aus vielen Nuancen zahlreicher Stoffe (Ester, Terpene, Aldehyde, Ketone,...) zusammensetzt.)

Methylbutyrat Apfel
Ethylbutyrat Ananas
Isoamylbutyrat Birne
Pentylethanoat Banane
Isobutylacetat Banane
Benzylbutanoat Erdbeere
Propylbutanoat Erdbeere
Ethyl-2-methylbutanoat Orange
Ethyl-3-hydroxyhexanoat Orange
Benzyl-salicylat Nelken
g-/d-Lacton u. Ester Pfirsich
3-Methylbutanal (Aldehyd !) Kartoffel,Malz
Capronsäureethylester u.v.a Käse (Emmentaler)
2-Methylbuttersäure-ethanoat griech.Olivenöl (fruchtiges Aroma)
Eugenolacetat (80% Eugenol !) Gewürznelke (ca.15%)

Weinaromen: A.Rapp,Aromastoffe des Weines, CHIUZ 26,273-284 (1992) Gewürzaromen: Gernot Katzer, Gewürzlexikon (im Internet!)

weitere Formeln.

Die Fruchtreifung unterliegt ganz spezifischen Prozessen. Auffallend ist bei vielen reifenden Früchten ein Farbwechsel, der meist durch Abbau des Chlorophylls und durch Synthese von Carotinoiden zustande kommt. Weiterhin werden oft Stärke und organische Säuren abgebaut. Die Zucker werden vermehrt ("süß werden") und Duft- und Aromastoffe werden synthetisiert (darunter viele verschieden Ester), dazu kommt häufig ein Wachsüberzug der ebenfalls ein Ester ist.

Viele dieser Prozesse sind energiebedürftig. Daher steigt die Atmung in der Reifeperiode vieler Früchte stark an, am Ende der Reifung nimmt sie stetig wieder ab.
Ausgelöst wird die Reifung durch Ethylen, das in der Frucht selbst gebildet wird. Ethylenzufuhr von außen beschleunigt den Reife-Prozess. Deshalb sollte man nie reife Früchte mit unreifen zusammen aufbewahren, wenn man nicht den Reifungsprozess beschleunigen will.

Auch für andere Pflanzengewebe sind Gärungsprozesse beschrieben worden, welche sich als Folge eines vorübergehenden Sauerstoffmangels einstellen. Neben Alkohol gehören oft auch organische Säuren zu den Endprodukten des Hexoseabbaus: Milchsäure, Oxalsäure, Weinsäure, Äpfelsäure und Citronensäure.

Unter diesen Bedingungen sind alle Komponenten für eine Esterbildung gegeben:

Alkohol, Fruchtsäure und Wärme (dazu kommen spezifische Enzyme, die die Synthese von Estern beschleunigen können.)

Daneben gibt es noch viele aromatische Verbindungen in den Pflanzen die den typischen Geruch ausmachen und aus einem Gemisch verschiedener Ester bestehen. Der Kaffee-Geruch ist ein typisches Beispiel; hier werden die Ester aber aus Phenolcarbonsäuren (Zimtsäuren) abgeleitet.

Wachse sind Ester höherer Carbonsäuren mit höheren Alkoholen. Bienenwachs enthält hauptsächlich Säuren und Alkohole mit 26 und 28 Kohlenstoffatomen.

Die Fette und fetten Öle sind Glycerinester höherer Carbonsäuren.

Durch Hydrolyse ("Verseifung") der Fette mit Natron- oder Kalilauge entstehen die Alkalisalze der höheren Fettsäuren, die allgemein als Seifen bezeichnet werden und als waschaktive Substanzen große Bedeutung erlangt haben.

home / Chemie-Ecke