13.11: Carbonsäuren zu Estern: Überblick über die säurekatalysierte (Fischer) Veresterung

Die Fischer-Veresterungsreaktion wurde 1895 vom deutschen Chemiker Emil Fischer entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Kondensationsreaktion zwischen Carbonsäuren und Alkoholen in einem sauren Medium zu Estern und Wasser.

Hydroxyfunktionalisierte Carbonsäuren durchlaufen eine intramolekulare Fischer-Veresterung unter Bildung von Lactonen. Die zyklischen fünf- und sechsgliedrigen Lactone entstehen spontan.

Die Reaktionsgeschwindigkeit der Fischer-Veresterung hängt stark von sterischen Faktoren ab. Primäre Alkohole reagieren am schnellsten mit Carbonsäuren unter Bildung von Estern, während tertiäre Alkohole die Fischer-Veresterung langsamer durchlaufen und dabei Alkennebenprodukte bilden.

Die Fischer-Veresterung ist eine von Natur aus langsame Reaktion mit einem niedrigen Gleichgewichtskonstantenwert, die nie abgeschlossen wird. Während der Reaktion stellt sich immer ein Gleichgewicht zwischen Reaktant und Produkt ein. Folglich sind zusammen mit dem Produktester immer Spuren nicht umgesetzter Säure vorhanden. Die Verwendung von überschüssigem Alkohol als Lösungsmittel lenkt das Gleichgewicht nach dem Prinzip von Le Chatelier in Richtung des Produkts. Alternativ kann die Reaktion auch durch Entfernen des Wassers aus der Reaktionsmischung mithilfe einer Dean-Stark-Falle zum Abschluss gebracht werden.

Die Behandlung von Carbonsäuren mit Alkohol unter angesäuerten Bedingungen ergibt Ester als Produkt. Eine solche säurekatalysierte Kondensationsreaktion wird als Fischer-Veresterung bezeichnet – benannt nach dem deutschen Chemiker Emil Fischer.

Katalysatoren wie HCl und_H2SO4 protonieren die Carbonylgruppe der Carbonsäure, um den nukleophilen Angriff durch den Alkohol zu fördern.

Hydroxysäuren, d. h. Säuren, die die -OH-Gruppe an der γ oder δ Position tragen, werden intramolekular verestert, um fünf- und sechsgliedrige Ringe, Lactone, zu bilden.

Beachten Sie, dass sowohl die Säure als auch der Alkohol im Gleichgewicht mit dem Produkt sind. Bei Anwendung des Le-Chatelier-Prinzips treibt die Verwendung von überschüssigem Alkohol als Lösungsmittel oder die kontinuierliche Entfernung von Wasser das Gleichgewicht nach rechts, wodurch die Ausbeute des Esters erhöht wird.

Die Reaktion wird auch von sterischen Faktoren beeinflusst, und das Vorhandensein von sperrigen Gruppen auf der Säure oder dem Alkohol verzögert die Reaktionsgeschwindigkeit. Daher werden primäre Alkohole – mit der geringsten sterischen Behinderung – gegenüber Phenol oder sperrigen tertiären Alkoholen bevorzugt, die eliminiert werden.