Pengantar Ester

Halaman ini menjelaskan apa yang dimaksud dengan ester dan melihat sekilas tentang sifat-sifat fisik ester yang sederhana seperti kelarutan dan titik didih. Disini juga dibahas sedikit tentang ester-ester yang lebih rumit, yaitu ester-ester yang terbentuk secara alami seperti lemak dan miyak hewani dan nabati.

Pengertian ester

Ester diturunkan dari asam karboksilat. Sebuah asam karboksilat mengandung gugus -COOH, dan pada sebuah ester hidrogen pada gugus ini digantikan dengan sebuah gugus hidrokarbon dari berbagai jenis. Gugus ini bisa berupa gugus alkil seperti metil atau etil, atau gugus yang mengandung sebuah cincin benzen seperti fenil.
Contoh ester umum – etil etanoat
Ester yang paling umum dibahas adalah etil etanoat. Pada ester ini, gugus -COOH telah digantikan dengan sebuah gugus etil. Rumus struktur untuk etil etanoat adalah sebagai berikut:

Perhatikan bahwa ester diberi nama berlawanan dengan urutan penulisan rumus strukturnya. Kata "etanoat" berasal dari asam etanoat, sedangkan "etil" berasal dari gugus etil pada ujungnya.
Contoh ester yang lain
Pada masing-masing contoh berikut, pastikan bahwa anda bisa memahami bagaimana hubungan antara nama dan rumus molekulnya.

Perlu diperhatikan bahwa asam diberi nama dengan menjumlahkan total atom karbon dalam rantai – termasuk atom karbon yang terdapat pada gugus -COOH. Jadi, misalnya, CH₃CH₂COOH adalah asam propanoat, dan CH₃CH₂COO adalah gugus propanoat.

Lemak dan minyak

Perbedaan antara lemak dan minyak
Minyak dan lemak hewani dan nabati merupakan ester yang besar dan rumit. Perbedaan antara sebuah lemak (seperti mentega) dengan sebuah minyak (seperti miyak bunga matahari) hanya pada titik leleh campuran ester yang dikandungnya.
Jika titik leleh dibawah suhu kamar, maka ester akan berwujud cair – yakni minyak. Jika titik leleh diatas suhu kamar, ester akan berwujud padatan – yakni lemak.
Penyebab perbedaan titik leleh ini akan dibahas lebih lanjut pada pembahasan berikutnya tentang sifat-sifat fisik.

Sekilas pengantar tentang struktur ester

Lemak dan minyak sebagai ester-ester yang besar
Ester bisa dibuat dari asam karboksilat dan alkohol. Prosesnya akan dibahas mendetail pada halaman yang lain, tapi secara umum, kedua molekul (asam karboksilat dan alkohol) bergabung melepaskan sebuah molekul air dalam proses tersebut.
Untuk memahami struktur ester, kita akan memulai dengan ester yang sangat sederhana seperti etil etanoat lalu dilanjutkan dengan lemak dan minyak yang lebih rumit.
Diagram berikut memperlihatkan hubungan antara asam etanoat, etanol dan ester.

Persamaan ini bukan persamaan lengkap, sebab air juga dihasilkan dalam proses ini.
Sekarang mari kita mengganti etanol pada gambar di atas dengan alkohol yang lebih rumit, yang memiliki lebih dari satu gugus -OH. Diagram berikut menunjukkan struktur dari propan-1,2,3-triol (nama lama: gliserol).

Seperti halnya etanol pada persamaan sebelumnya, struktur di atas digambarkan dari belakang-ke-depan untuk lebih memperjelas gambar-gambar selanjutnya. Normalnya, struktur di atas digambarkan dengan gugus -OH berada di sebelah kanan.
Jika anda membuat sebuah ester dari alkohol ini dengan asam etanoat, maka anda bisa menempelkan tiga gugus etanoat pada alkohol tersebut.

Sekarang, perpanjang rantai asam, dan akhirnya anda mendapatkan sebuah lemak.

Asam CH₃(CH₂)₁₆COOH disebut sebagai asam oktadekanoat, tapi nama lamanya masih umum digunakan, yaitu asam stearat.
Nama lengkap untuk ester yang dibuat dari asam ini dengan propan-1,2,3-triol adalah propan-1,2,3-triyl trioktadekanoat. Tapi pada kenyataannya, hampir semua orang menyebutnya dengan nama lamanya yaitu gliseril tristearat.
Lemak dan minyak jenuh dan tak jenuh
Jika lemak atau minyak jenuh, itu berarti bahwa asam darimana dia terbentuk tidak memiliki ikatan karbon-karbon rangkap dalam rantainya. Asam stearat merupakan sebuah asam jenuh, dengan demikian gliseril tristearat adalah sebuah lemak jenuh.
Jika asam hanya memiliki satu ikatan rangkap karbon-karbon di dalam rantainya, maka disebut jenuh tunggal. Jika memiliki lebih dari satu ikatan rangkap karbon-karbon, disebut jenuh majemuk.
Istilah-istilah ini selanjutnya berlaku bagi ester yang dibentuknya.
Semua asam berikut adalah asam jenuh, sehingga akan membentuk lemak dan minyak yang jenuh pula:

Asam oleat merupakan sebuah asam jenuh-tunggal yang sederhana dan umum:

dan asam linoleat adalah asam jenuh-majemuk yang sederhana dan umum.

Mungkin anda sudah biasa menemukan istilah "omega 6" dan "omega 3" berkenaan dengan lemak dan minyak.
Asam oleat adalah sebuah asam omega 6. Ini berarti bahwa ikatan C=C pertama berawal pada atom karbon ke-enam dari ujung CH₃.
Asam linoleat adalah sebuah asam omega 3, karena ikatan C=C pertama berawal pada atom karbon ke-tiga dari ujung CH₃.
Karena hubungannya dengan lemak dan minyak, semua asam di atas terkadang disebut sebagai asam lemak.

Sifat-sifat fisik

Ester-ester sederhana
Sifat-sifat yang dijelaskan berikut berkenaan dengan etil etanoat yang mewakili ester-ester sederhana.
Titik didih
Ester-ester yang kecil memiliki titik didih yang mirip dengan titik didih aldehid dan keton yang sama jumlah atom karbonnya.
Seperti halnya aldehid dan keton, ester adalah molekul polar sehingga memiliki interaksi dipol-dipol serta gaya dispersi van der Waals. Akan tetapi, ester tidak membentuk ikatan hidrogen, sehingga titik didihnya tidak menyerupai titik didih asam yang memiliki atom karbon sama.
Sebagai contoh:

molekul	tipe	titik didih (°C)
CH3COOCH2CH3	ester	77.1
CH3CH2CH2COOH	asam karboksilat	164

Kelarutan dalam air
Ester-ester yang kecil cukup larut dalam air tapi kelarutannya menurun seiring dengan bertambah panjangnya rantai.
Sebagai contoh:

ester	rumus molekul	kelarutan (g per 100 g air)
etil metanoat	HCOOCH2CH3	10.5
etil etanoat	CH3COOCH2CH3	8.7
etil propanoat	CH3CH2COOCH2CH3	1.7

Penurunan kelarutan ini disebabkan oleh fakta bahwa walaupun ester tidak bisa berikatan hidrogen satu sama lain, tetapi bisa berikatan hidrogen dengan molekul air.
Salah satu atom hidrogen yang sedikit bermuatan positif dalam sebuah molekul air bisa cukup tertarik ke salah satu dari pasagan elektron bebas pada sebuah atom oksigen dalam sebuah ester sehingga sebuah ikatan hidrogen bisa terbentuk.
Tentu akan ada juga gaya dispersi dan gaya-tarik dipol-dipol antara ester dan molekul air.
Pembentukan gaya tarik ini melepaskan energi. Ini membantu menyuplai energi yang diperlukan untuk memisahkan molekul air dari molekul air lainnya dan molekul ester dari molekul ester lainya sebelum bisa bercampur.
Apabila panjang rantai bertambah, bagian-bagian hidrogen dari molekul ester mulai terhindari dari energi tersebut.
Dengan menekan diri diantara molekul-molekul air, bagian-bagian hidrogen ini memutus ikatan hidrogen yang relatif lemah antara molekul-molekul air tanpa menggantinya dengan ikatan yang serupa. Ini menjadikan proses ini kurang menguntungkan dari segi energi, sehingga kelarutan berkurang.
Sifat-sifat fisik lemak dan minyak
Kelarutan dalam air
Tak satupun dari molekul ini yang dapat larut dalam air. Rantai pada lemak dan minyak terlalu penjang sehingga terlalu banyak ikatan hidrogen antara molekul-molekul air yang harus diputus – sehingga tidak menguntungkan dari segi energi.
Titik leleh
Titik leleh menentukan apakah sebuah zat adalah lemak (sebuah padatan pada suhu kamar) atau minyak (sebuah cairan pada suhu kamar).
Lemak biasanya mengandung rantai-rantai jenuh. Ini memungkinkan terbentuknya gaya dispersi van der Waals yang lebih efektif antara molekul-molekulnya. Ini berarti bahwa diperlukan lebih banyak energi untuk memisahkannya, sehingga meningkatkan titik leleh.
Semakin besar tingkat ketidakjenuhan molekul, semakin rendah kecenderungan titik leleh karena gaya dispersi van der Waals kurang efektif.
Mengapa demikian? Kita sedang membicarakan tentang molekul-molekul yang berukuran sangat mirip sehingga potensi terbentuknya dipol-dipol temporer haruslah sama pada semua molekul. Yang menjadi permasalahan hanya seberapa dekat molekul-molekul tersebut bisa.
Gaya-gaya dipersi van der Waals memerlukan agar molekul-molekul mampu berjejal sehingga bisa benar-benar efektif. Keberadaan ikatan rangkap C=C dalam rantai bisa tersusun secara rapi.
Berikut ini diagram sebuah lemak jenuh yang disederhanakan:

Rantai-rantai hidrokarbon bergerak konstan dalam cairan, tapi rantai-rantai ini bisa tertata rapi apabila zat menjadi padat. Jika rantai-rantai pada salah satu molekul bisa tertata dengan rapi, itu berarti bahwa molekul-molekul tetangga bisa mendekat.
Ini akan meningkatkan gaya tarik antara satu molekul dengan molekul tetanggannya sehingga meningkatkan titik leleh.
Lemak dan minyak tak-jenuh memiliki sekurang-kurangnya satu ikatan rangkap C=C pada sekurang-kurangnya satu rantai.
Tidak ada rotasi pada ikatan rangkap C=C sehingga posisi rantai terkunci secara permanen. Ini menjadikan molekul-molekul lebih sulit merapat. Jika tidak merapat dengan baik, gaya van der Waals tidak akan bekerja dengan baik.
Efek ini jauh lebih buruk untuk molekul-molekul dimana rantai-rantai hidrokarbonnya pada kedua ujung ikatan rangkap tersusun cis satu sama lain – dengan kata lain, keduanya berada pada sisi ikatan rangkap yang sama:

Jika berada pada sisi ikatan rangkap yang berlawanan (bentuk trans) maka efeknya tidak terlalu besar. Akan tetapi, keadaan sebenarnya lebih dari yang ditunjukkan diagram berikut karena perubahan-perubahan sudut ikatan di sekitar ikatan rangkap dibandingkan dengan pada bagian rantai yang lain.

Lemak dan minyak trans memiliki titik leleh yang lebih tinggi dibanding yang berbetuk cis karena kerapatan molekulnya tidak terlalu dipengaruhi. Lemak dan minyak tak-jenuh cenderung berbentuk cis.