Quelle est la fonction de l'acide sulfurique dans l'estérification?

L'estérification, ou la combinaison d'un alcool avec un acide pour produire un ester, est une forme de réaction de condensation, puisque l'eau est éliminée au cours du processus. La réaction inverse peut également se produire: l'ester peut se recombiner avec de l'eau pour produire l'alcool et l'acide. Dans certains cas, cette "désestérification" peut être empêchée par l'introduction dans le réacteur d'une petite quantité d'acide sulfurique. Il aide en se combinant avec l'eau produite et en la liant. Essentiellement, l’avantage de l’acide sulfurique dans l’estérification est qu’il agit comme donneur de proton, ce qui augmente la vitesse de réaction entre l’acide et l’alcool; lorsque l'acide utilisé est un acide carboxylique, la réaction est parfois appelée estérification de Fischer-Speier .

Les acides carboxyliques (R-COOH, où R est un attachement organique) peuvent être trop faibles pour être utilisés sans aide pour une réaction d'estérification. Un puissant donneur de protons est nécessaire pour que l’acide carboxylique agisse comme s’il était en soi une bonne source de protons. Dans l’estérification, l’acide sulfurique accomplit cette tâche en injectant un proton dans la structure de l’acide carboxylique par le biais de la réaction H ₂ SO ₄ + R-COOH → HSO ₄ ^- + RC ⁺ (OH) ₂ . La molécule d'alcool, R′-OH, avec son atome d'oxygène riche en électrons, est attirée par cette structure carboxylique protonée et forme un conglomérat complexe, RC ⁺ (OH) OR '+ HSO ₄ ^- → RC (O) -R' .

Cet arrangement d'atomes et de charges n'est pas très stable, il subit donc un décalage de proton (H +), à savoir RC (OH) (O (H ₂ ) ⁺ ) -OR '. Dans cet état, il est facile pour la molécule d'eau clairement identifiable de partir, ce qui permet une stabilisation accrue et laisse derrière elle l'espèce plus favorable sur le plan énergétique, RC ⁺ (OH) OR '. Enfin, la régénération de l'acide sulfurique achève le processus: RC ⁺ (OH) OR '+ HSO ₄ ^- → RC (O) -R'. Étant donné que l'acide sulfurique en cours d'estérification est régénéré mais n'est pas consommé par la réaction, il est considéré comme un catalyseur et non comme un réactif.

Fait intéressant, l’estérification ne nécessite pas de molécules d’alcool et d’acide séparées, mais une réaction peut se produire dans une seule molécule contenant les deux fragments , ou des groupes moléculaires fonctionnels. Certaines conditions doivent être remplies: les groupes hydroxyle et carboxyliques ne doivent pas être encombrés dans le temps et doivent pouvoir subir toutes les étapes du processus. Un exemple de molécule pouvant subir ce type d'estérification est l'acide 5-hydroxypentanoïque, HO-CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ COOH. L'ester produit par cette forme d'estérification, qui entraîne la fermeture du cycle, est appelé une lactone - en l'occurrence, la δ-valérolactone. Le positionnement de l'oxygène du cycle (-COC-) par rapport au groupe carbonyle (C = O) correspond à ce qui est indiqué par la lettre grecque, delta.

L'acide sulfurique dans l'estérification n'est généralement pas utilisé avec les alcools tertiaires - ceux dont l'atome de carbone portant l'hydroxyle est lié à trois autres atomes de carbone. La déshydratation sans formation d'ester se produit dans les alcools tertiaires en présence d'acide sulfurique. A titre d'exemple, l'alcool butylique tertiaire, (CH ₃ ) ₃ C-OH, lorsqu'il est combiné à l'acide sulfurique, produit de l'isobutylène, (CH ₃ ) 2 = CH ₂ + H ₂ O. Dans ce cas, l'alcool est ce qui est protoné, suivi du départ d'une molécule d'eau. L'utilisation d'acide sulfurique dans l'estérification n'est pas une méthode viable pour préparer des esters tertiaires.