Esterificació de Fischer-Speier

La esterificació de Fischer-Speier o esterificació de Fischer és un tipo especial d'esterificació que consistix en la formació d'un éster per refluix d'un àcit carboxílic i un alcohol, en presència d'un catalisador àcit. La reacció va ser descrita per volta primera per Emil Fischer i Arthur Speier en 1895. La majoria de àcit carboxílics són aptes per a la reacció, pero l'alcohol deu ser generalment un alcohol primari o secundari. Els alcohols terciarios són susceptibles a l'eliminació, i els fenolés solen ser molt poc reactius per a donar rendiments útils. Els catalisadors més comunament usats per a una esterificació de Fischer inclouen al àcit sulfúric, àcit tósilico i un àcit de Lewis com el triflato de escandio(III). Per a substrats més valiosos o sensibles (per eixemple, biomaterialés), sol usar-se DCC. La reacció sol portar-se a terme sense un solvent, particularment quan hi ha un gran excés de reactant, o en un solvent no polar. Els temps de reacció comunes varien d'1 a 10 hores a temperatures de 60-110 °C.

l'acilación directa dels alcohols en àcit carboxílics és preferida sobre les acilaciones en anhídrit (economia d'àtoms pobre) o clorur de acilo (sensible a la humitat). La principal desventaja de la acilación directa és l'equilibri químic desfavorable, que deu ser remediat, per eixemple, per un gran excés d'un dels reactants, o per eliminació de l'aigua (per eixemple, per mig de la destilació de Dean-Stark, l'us de tamisos moleculars, o l'us d'una cantitat estequiomètrica d'àcit sulfúric concentrat com a catalisador). En un estudi es va trobar que el TBATB és un catalisador molt efectiu. Per eixemple, la acilación del 3-fenilpropanol en àcit acètic glacial i TBATB a refluix genera l'éster en 15 minuts en un rendiment químic del 75%, sense la necessitat d'eliminar aigua. Es creu que l'àcit bromhídrico lliberat per el TBATB protona a l'alcohol sobre l'àcit, fent que el carboxilato siga el nucleófilo real en un mecanisme "invers" al de l'esterificació normal.

Mecanisme

El mecanisme de reacció per a esta reacció té varis passos:

1. Es transferix un protó del catalisador àcit a l'oxigen del grup carbonilo carboxílic, incrementant el caràcter electrófilo del carbono carbonílico.
2. El carbono carbonílico és, a continuació, atacat per l'àtom d'oxigen nucleofílico de l'alcohol.
3. Es transferix un protó del catión oxonio a una segona molècula d'alcohol, donant lloc a un complex activat.
4. La protonación d'un dels grups hidroxilo del complex activat conduïx a un nou ion oxonio.
5. La pèrdua d'aigua de l'últim ion oxonio, i la posterior deprotonación dona lloc al éster.

Un mecanisme general per a una esterificació de Fischer es mostra a continuació.

Ventages i desventages

Ventages

Les principals ventages de l'esterificació de Fischer comparades en atres reaccions d'esterificació estan basades en la seua simplicitat. Les condicions àcides poden ser usades si no existixen grups funcionals sensibles a estes (alquenos, grups amino, grups hidrolisables). S'utilisa principalment àcit sulfúric, encara que àcit dèbils poden ser utilisats a costa d'aumentar el temps de reacció. Degut a que els reactius que s'usen reaccionen de manera directa, no es generen residus que puguen generar un impacte ambiental greu en contrast en atres reactius utilisats en esterificació, per eixemple, els halurs de llogue són potencialment gasos d'efecte hivernàcul i reaccionen en la capa d'ozon. Un subproducte de les reaccions en clorur d'àcit és el clorur d'hidrogen, un gas que en contacte en la humitat de l'ambient es torna corroent i reacciona violentament en aigua i uns atres nucleófilos. Aünat a açò, els clorur d'àcit reaccionen fàcilment en atres nucleófilos abans que en l'alcohol.

Els anhídrit d'àcit són més reactius que els éster degut a que el seu grup eixint és un anión carboxilato (millor grup eixint que un alcóxido per la deslocalisació de la càrrega), no obstant, les rutes sintètiques que els inclouen són usualment pobres sobre l'economia atòmica.

L'esterificació de fischer és una reacció de control termodinàmic en la qual, per la seua llentitut, l'éster més estable tendix a ser el producte majoritari. Esta característica pot ser desijable si hi ha múltiples llocs de reacció o si es desija evitar la formació de éster diferents. En contrast, les reaccions que involucren anhídrit o clorur d'àcit tendixen a ser ràpides i de control cinètic.

Desventages

Les principals desventages de l'esterificació de Fischer són la seua reversibilidad termodinàmica i les baixes velocitats de reacció, depenent de les condicions de reacció. Aünat a açò, pot ser inconvenient si existixen grups funcionals sensibles als àcit forts en el cas dels quals, atres àcit catalítics (com el triflato de escandio) deuen ser utilisats. Si l'éster resultant té un punt d'ebullició menor que el dels reactius o l'aigua, el producte pot ser destilat facilitant la separació i purificació, no obstant, la temperatura màxima de treball pot ser disminuïda per açò. Si l'éster té una temperatura d'ebullició major, la mescla de reacció deu ser colocada a refluix i es deu utilisar un excés de matèria primera. En este cas, les sals anhidras com el sulfat de coure(II) o el pirosulfato de potassi poden ser agregades per a atrapar l'aigua per mig de la formació d'hidrats, desplaçant l'equilibri cap als productes (éster). Les sals hidratadas poden ser retirades per decantament o filtració previ a la purificació.