Qual é a função do ácido sulfúrico na esterificação?

A esterificação, ou a combinação de um álcool com um ácido para produzir um éster, é uma forma de reação de condensação, uma vez que a água é eliminada no processo. A reação reversa também pode ocorrer: o éster pode se recombinar com água para produzir álcool e ácido. Em alguns casos, essa "desesterificação" pode ser evitada pela introdução no vaso de reação de uma pequena quantidade de ácido sulfúrico. Ajuda combinando com a água produzida e, de fato, amarrando-a. Principalmente, o benefício do ácido sulfúrico na esterificação é que ele atua como doador de prótons, aumentando a taxa de reação entre o ácido e o álcool; quando o ácido usado é um ácido carboxílico, a reação às vezes é chamada de esterificação de Fischer-Speier .

Os ácidos carboxílicos (R-COOH, onde R é um acessório orgânico) podem ser muito fracos para serem utilizados, sem ajuda, em uma reação de esterificação. É necessário um forte doador de prótons para fazer o ácido carboxílico agir como se fosse uma boa fonte de prótons. O ácido sulfúrico na esterificação realiza a tarefa injetando um próton na estrutura do ácido carboxílico através da reação H2SO4 + R-COOH → HSO4 ^- + RC ⁺ (OH) ₂ . A molécula de álcool, R′-OH, com seu átomo de oxigênio rico em elétrons, é atraída para essa estrutura carboxílica protonada e forma um conglomerado complexo, RC ⁺ (OH) OR ′ + HSO ₄ ^- → RC (O) -R ′ .

Esse arranjo de átomos e carga não é muito estável, portanto sofre uma troca de prótons (H +), a saber, RC (OH) (O (H2) ⁺ ) -OR '. Nesse estado, é fácil a molécula de água claramente identificável partir, proporcionando maior estabilização e deixando para trás as espécies energeticamente mais favoráveis, RC ⁺ (OH) OR '. Finalmente, a regeneração do ácido sulfúrico completa o processo: RC ⁺ (OH) OR ′ + HSO ₄ ^- → RC (O) -R ′. Como o ácido sulfúrico na esterificação é regenerado, mas não consumido pela reação, ele é considerado um catalisador, não um reagente.

Curiosamente, a esterificação não requer moléculas separadas de álcool e ácido, mas a reação pode ocorrer em alguns casos dentro de uma única molécula contendo ambas as porções ou grupos moleculares funcionais. Certas condições devem ser atendidas: os grupos hidroxil e carboxílico devem ser livres de obstáculos espaciais e capazes de passar por cada etapa do processo sem prejuízo. Um exemplo de uma molécula que pode sofrer esse tipo de esterificação é o ácido 5-hidroxipentanóico, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. O éster produzido por essa forma de esterificação, que resulta no fechamento do anel, é chamado de lactona - neste caso, δ-valerolactona. O posicionamento do oxigênio do anel (-COC-) em comparação com o grupo carbonil (C = O) é o que é indicado pela letra grega delta.

O ácido sulfúrico na esterificação geralmente não é usado em conexão com álcoois terciários - aqueles que têm seu átomo de carbono contendo hidroxila ligado a outros três átomos de carbono. A desidratação sem formação de éster ocorre em álcoois terciários quando na presença de ácido sulfúrico. Como exemplo, o álcool butílico terciário, (CH3) 3C-OH, quando combinado com ácido sulfúrico, produz isobutileno, (CH3) 2 = CH2 + H2O. Nesse caso, o álcool é o que é protonado, seguido pela partida de uma molécula de água. O uso de ácido sulfúrico na esterificação não é uma metodologia viável para a preparação de ésteres terciários.