13.12: Carbonsäuren zu Estern: Säurekatalysierter (Fischer) Veresterungsmechanismus

Carbonsäuren reagieren mit Alkoholen zu Estern über eine säurekatalysierte Kondensationsreaktion namens Fischer-Veresterung. Hierbei handelt es sich um eine nukleophile Acylsubstitutionsreaktion, die über ein tetraedrisches Zwischenprodukt abläuft, wobei ein Wassermolekül als Abgangsgruppe eliminiert wird.

Der Mechanismus dieser Reaktion wurde von Robert und Urey (1938) durch ein Experiment zur Radioisotopenmarkierung bestätigt, bei dem die Veresterung einer Carbonsäure mit ^18O-markiertem Alkohol durchgeführt wurde. Es wurde festgestellt, dass der resultierende Ester mit einem ^18O-Atom markiert war, was die Tatsache belegt, dass die –OH-Gruppe der Carbonsäure durch die –OR-Gruppe des Alkohols ersetzt wurde.

Modifikationen der Fischer-Veresterung verwenden entweder einen Bortrifluorid-Ether-Komplex oder einen Organozinn-Komplex als Katalysator in säurefreiem Zustand.

Die Fischer-Veresterung einer Carbonsäure ist eine nukleophile Acylsubstitutionsreaktion, die die nukleophile Zugabe von Alkohol und die Eliminierung eines Wassermoleküls als Abgangsgruppe beinhaltet.

Der erste Schritt ist die säurekatalysierte Protonierung des Carbonylsauerstoffatoms. Dies führt zu einer resonanzstabilisierten protonierten Säure mit erhöhter Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffatoms.

Folglich ergibt ein nukleophiler Angriff durch den Alkohol mit anschließender Deprotonierung ein tetraedrisches Zwischenprodukt.

Das tetraedrische Zwischenprodukt ist instabil und wird sofort protoniert, um die -OH-Gruppe in eine besser verlassende Gruppe umzuwandeln. Dabei geht ein Wassermolekül verloren, um einen protonierten Ester zu bilden. Schließlich erhält die Deprotonierung den Ester als gewünschtes Produkt.

Der Mechanismus wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente mit einem ¹⁸O markierten Alkohol untersucht. Die Ausbeute an radioisotopenangereicherten Estern beweist, dass die Acyl-C-O-Bindung der Säure und nicht die O-H-Bindung gespalten wird.