13.11: Kwasy karboksylowe do estrów: przegląd estryfikacji katalizowanej kwasem (Fischera).

Reakcję estryfikacji Fischera opracował niemiecki chemik Emil Fischer w 1895 r. Jest to reakcja kondensacji kwasów karboksylowych i alkoholi w środowisku kwaśnym, w wyniku której powstają estry i woda.

Kwasy karboksylowe funkcjonalizowane hydroksylami podlegają wewnątrzcząsteczkowej estryfikacji Fischera z wytworzeniem laktonów. Cykliczne pięcio- i sześcioczłonowe laktony powstają spontanicznie.

Szybkość reakcji estryfikacji Fischera zależy w dużym stopniu od czynników sterycznych. Alkohole pierwszorzędowe najszybciej reagują z kwasami karboksylowymi, tworząc estry, podczas gdy alkohole trzeciorzędowe ulegają wolniejszej estryfikacji Fischera, tworząc alkenowe produkty uboczne.

Estryfikacja Fischera jest z natury powolną reakcją o niskiej wartości stałej równowagi i nigdy nie zostaje zakończona. Podczas reakcji zawsze ustala się równowaga między reagentem a produktem. W związku z tym wraz z otrzymanym estrem zawsze obecne są ślady nieprzereagowanego kwasu. Użycie nadmiaru alkoholu jako rozpuszczalnika kieruje równowagę w stronę produktu, zgodnie z zasadą Le Chateliera. Alternatywnie, usunięcie wody z mieszaniny reakcyjnej za pomocą aparatu Deana-Starka może również doprowadzić reakcję do końca.

Traktowanie kwasów karboksylowych alkoholem w zakwaszonych warunkach daje estry jako produkt. Taka katalizowana kwasem reakcja kondensacji nazywa się estryfikacją Fischera – nazwaną tak na cześć niemieckiego chemika Emila Fischera.

Katalizatory takie jak HCl i_H2SO4 protonują grupę karbonylową kwasu karboksylowego, aby zachęcić alkohol do ataku nukleofilowego.

Hydroksykwasy, czyli kwasy noszące grupę –OH w pozycji γ lub δ, ulegają estryfikacja wewnątrzcząsteczkowa z wytworzeniem laktonów o pięcio- i sześcioczłonowym pierścieniu.

Zauważ, że zarówno kwas, jak i alkohol są w równowadze z produktem. Tak więc, stosując zasadę Le-Chateliera, użycie nadmiaru alkoholu jako rozpuszczalnika lub ciągłe usuwanie wody przesuwa równowagę w prawo, zwiększając wydajność estru.

Na reakcję mają również wpływ czynniki steryczne, a obecność dużych grup na kwasie lub alkoholu opóźnia szybkość reakcji. Tak więc alkohole pierwszorzędowe – z najmniejszą przeszkodą steryczną – są preferowane w stosunku do fenolu lub dużych alkoholi trzeciorzędowych, które ulegają eliminacji.