Applicazioni dell’Esterificazione in Industria Chimica
L’esterificazione degli acidi carbossilici con gli alcoli ha numerose applicazioni industriali, ad esempio nella produzione di solventi, plastificanti, monomeri per materie plastiche e resine poliestere. Un esempio è rappresentato dall’esterificazione dell’acido tereftalico a dimetiltereftalato, utilizzato per la sintesi del polietilentereftalato appartenente alla famiglia dei poliesteri.
Aspetti Termodinamici
La reazione di esterificazione tra un acido organico e un alcol è una reazione di equilibrio, la cui trasformazione completa a estere può essere realizzata eliminando l’acqua prodotta. Esaminando il caso specifico dell’esterificazione dell’acido tereftalico con metanolo, si osserva che la reazione è lievemente esotermica e la conversione a dimetiltereftalato è molto elevata alla temperatura di 25°C.
Catalisi
I catalizzatori adatti per l’esterificazione possono essere acidi minerali come acido cloridrico, solforico, acidi di Lewis come il trifluoruro di boro, o anche metalli come lo zinco. Nell’esterificazione dell’acido tereftalico, vengono utilizzati l’acido solforico o lo zinco in combinazione con ossidi metallici.
Meccanismo e Cinetica di Reazione
Studi effettuati con la tecnica del marcamento isotopico hanno dimostrato che nell’esterificazione il legame ossigeno-alchile rimane intatto nel processo. La reazione è catalizzata da acidi e la velocità è proporzionale alla concentrazione dell’acido organico, dell’alcol e dell’acido usato come catalizzatore. Pertanto tutti e tre i componenti devono essere coinvolti nello stato di transizione della reazione.
Condizioni di Reazione
Nell’esterificazione dell’acido tereftalico a dimetiltereftalato, con acido solforico come catalizzatore, si opera con un rapporto acido solforico-acido tereftalico di 4:1 o di 6:1. A 105°C e a 4-5 atm con un tempo di permanenza di circa 30 minuti, si ottiene una conversione pressoché completa di acido in estere. Molto usati sono anche i catalizzatori a base di ossidi metallici o a base di zinco associato a ossidi metallici. Con questi catalizzatori si opera con un rapporto metanolo/acido tereftalico di 4:1 con quantità di catalizzatore dello 0.25-1% in peso rispetto alla massa dei reagenti, con temperature di reazione di 200-300 °C e pressioni di circa 130-150 atm. La conversione dell’acido tereftalico a dimetiltereftalato è del 93-97% con un tempo di permanenza di 10-20 minuti.