13.11: Преобразование карбоновых кислот в сложные эфиры: обзор этерификации, катализируемой кислотой (по Фишеру)

Реакция этерификации Фишера была разработана немецким химиком Эмилем Фишером в 1895 году. Это реакция конденсации между карбоновыми кислотами и спиртами в кислой среде с образованием сложных эфиров и воды.

Карбоновые кислоты с гидроксифункциональными группами подвергаются внутримолекулярной этерификации по Фишеру с образованием лактонов. Циклические пяти- и шестичленные лактоны образуются спонтанно.

Скорость реакции этерификации по Фишеру во многом зависит от стерических факторов. Первичные спирты быстрее всего реагируют с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров, тогда как третичные спирты подвергаются этерификации по Фишеру медленнее, образуя алкеновые побочные продукты.

Этерификация по Фишеру — это по своей сути медленная реакция с низким значением константы равновесия, которая никогда не достигает завершения. В ходе реакции всегда устанавливается равновесие между реагентом и продуктом. Следовательно, вместе с образующимся эфиром всегда присутствуют следы непрореагировавшей кислоты. Использование избытка спирта в качестве растворителя направляет равновесие в сторону продукта в соответствии с принципом Ле Шателье. Альтернативно, удаление воды из реакционной смеси с помощью ловушки Дина-Старка также может довести реакцию до завершения.

Обработка карбоновых кислот спиртом в подкисленных условиях дает образование сложных эфиров в качестве продукта. Такая реакция конденсации, катализируемая кислотой, называется этерификацией Фишера и названа в честь немецкого химика Эмиля Фишера.

Катализаторы, такие как HCl и H2 SO₄, протонируют карбонильную группу карбоновой кислоты, стимулируя нуклеофильную атаку алкоголя.

Гидроксикислоты, то есть кислоты, несущие группу –OH в γ или δ положении, подвергаются внутримолекулярной этерификации с образованием пяти- и шестичленных кольцевых лактонов.

Обратите внимание, что и кислота, и алкоголь находятся в равновесии с продуктом. Таким образом, применяя принцип Ле-Шателье, использование избытка спирта в качестве растворителя или непрерывное удаление воды смещает равновесие вправо, увеличивая выход сложного эфира.

На реакцию также влияют стерические факторы, а наличие объемных групп на кислоте или алкоголе замедляет скорость реакции. Таким образом, первичные спирты – с наименьшими стерическими препятствиями – предпочтительнее фенола или объемных третичных спиртов, которые подвергаются элиминации.