Was ist die Funktion von Schwefelsäure bei der Veresterung?

Die Veresterung oder die Kombination eines Alkohols mit einer Säure zur Herstellung eines Esters ist eine Form der Kondensationsreaktion, da dabei Wasser entfernt wird. Die Rückreaktion kann auch auftreten: Der Ester kann sich mit Wasser rekombinieren, um den Alkohol und die Säure zu erzeugen. In einigen Fällen kann diese "Entesterung" durch Einbringen einer kleinen Menge Schwefelsäure in das Reaktionsgefäß verhindert werden. Es hilft, indem es sich mit dem produzierten Wasser verbindet und es tatsächlich bindet. In erster Linie besteht der Vorteil der Schwefelsäure bei der Veresterung darin, dass sie als Protonendonor wirkt und die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen der Säure und dem Alkohol erhöht. Wenn die verwendete Säure eine Carbonsäure ist, wird die Reaktion manchmal als Fischer-Speier- Veresterung bezeichnet.

Carbonsäuren (R-COOH, wobei R eine organische Bindung ist) können zu schwach sein, um ohne Unterstützung für eine Veresterungsreaktion verwendet zu werden. Ein starker Protonendonor wird benötigt, um die Carbonsäure so wirken zu lassen, als wäre sie für sich genommen eine gute Protonenquelle. Schwefelsäure bei der Veresterung erfüllt die Aufgabe durch Injektion eines Protons in die Carbonsäurestruktur durch die Reaktion H ₂ SO ₄ + R-COOH → HSO ₄ ^- + RC ⁺ (OH) ₂ . Das Alkoholmolekül R'-OH mit seinem elektronenreichen Sauerstoffatom wird an diese protonierte Carbonsäurestruktur angezogen und bildet ein komplexes Konglomerat RC ⁺ (OH) OR '+ HSO ₄ ^- → RC (O) -R' .

Diese Anordnung von Atomen und Ladung ist nicht sehr stabil, so dass sie eine Protonenverschiebung (H +) erfährt, nämlich RC (OH) (O (H ₂ ) ⁺ ) - OR '. In diesem Zustand kann sich das eindeutig identifizierbare Wassermolekül leicht lösen, was zu einer erhöhten Stabilisierung führt und die energetisch günstigere Spezies RC ⁺ (OH) OR 'zurücklässt. Schließlich vervollständigt die Regeneration von Schwefelsäure den Prozess: RC ⁺ (OH) OR '+ HSO ₄ ^- → RC (O) -R'. Da Schwefelsäure bei der Veresterung regeneriert, aber nicht durch die Reaktion verbraucht wird, wird sie als Katalysator und nicht als Reaktant angesehen.

Interessanterweise erfordert die Veresterung keine getrennten Alkohol- und Säuremoleküle, aber die Reaktion kann in einigen Fällen innerhalb eines einzelnen Moleküls stattfinden, das beide Einheiten oder funktionelle Molekülgruppen enthält. Bestimmte Bedingungen müssen erfüllt sein: Sowohl die Hydroxyl- als auch die Carboxylgruppe müssen räumlich ungehindert und in der Lage sein, jeden Schritt des Prozesses ungestört zu durchlaufen. Ein Beispiel für ein Molekül, das diese Art der Veresterung eingehen kann, ist 5-Hydroxypentansäure, HO-CH ₂ CH ₂ CH ₂ COOH. Der durch diese Form der Veresterung erzeugte Ester, der zum Ringschluss führt, wird als Lacton bezeichnet - in diesem Fall als δ-Valerolacton. Die Positionierung des Ringsauerstoffs (-COC-) im Vergleich zur Carbonylgruppe (C = O) wird durch den griechischen Buchstaben Delta angezeigt.

Schwefelsäure wird bei der Veresterung im Allgemeinen nicht in Verbindung mit tertiären Alkoholen verwendet - solchen, deren hydroxylhaltiges Kohlenstoffatom an drei andere Kohlenstoffatome gebunden ist. Dehydratisierung ohne Esterbildung tritt in tertiären Alkoholen in Gegenwart von Schwefelsäure auf. Beispielsweise erzeugt tert.-Butylalkohol (CH ₃ ) ₃ C-OH in Kombination mit Schwefelsäure Isobutylen (CH ₃ ) 2 = CH ₂ + H ₂ O. In diesem Fall ist der Alkohol das, was protoniert ist. gefolgt vom Abgang eines Wassermoleküls. Die Verwendung von Schwefelsäure bei der Veresterung ist keine praktikable Methode zur Herstellung von tertiären Estern.