Mikä on rikkihapon tehtävä esteröinnissä?

Esteröinti tai alkoholin yhdistäminen hapon kanssa esterin tuottamiseksi on eräänlainen kondensaatioreaktio, koska vesi poistuu prosessista. Käänteinen reaktio voi myös tapahtua: esteri voi yhdistyä uudelleen veden kanssa alkoholin ja hapon tuottamiseksi. Joissakin tapauksissa tämä “esteröinnin poisto” voidaan estää lisäämällä pieni määrä rikkihappoa reaktioastiaan. Se auttaa yhdistämällä tuotetun veden kanssa ja sitomalla sen käytännössä. Rikkihapon etu esteröinnissä on ensisijaisesti se, että se toimii protonin luovuttajana ja lisää hapon ja alkoholin välistä reaktiota; kun käytetty happo on karboksyylihappo, reaktiota kutsutaan joskus Fischer-Speier-esteröinniksi.

Karboksyylihapot (R-COOH, jossa R on orgaaninen kiinnitys) voivat olla liian heikkoja käytettäväksi ilman apua esteröintireaktioon. Vahvaa protoninluovuttajaa tarvitaan, jotta karboksyylihappo toimisi ikään kuin se olisi hyvä protonilähde. Esteröinnissä oleva rikkihappo suorittaa tehtävän ruiskuttamalla protonin karboksyylihapporakenteeseen reaktion H2SO4+R-COOH → HSO4-+R-C+(OH) 2 kautta. Alkoholimolekyyli, R′-OH, jossa on runsaasti elektronia sisältävä happiatomi, vetää tähän protonoituun karboksyylirakenteeseen ja muodostaa monimutkaisen ryhmittymän, R-C+(OH) OR ′+HSO4- → RC (O) -R ‘ .

Tämä atomien ja varauksen järjestely ei ole kovin vakaa, joten siinä tapahtuu protonin (H+) siirtymä, nimittäin RC (OH) (O (H2)+)-OR ‘. Tässä tilassa selvästi tunnistettavan vesimolekyylin on helppo poistua, mikä lisää vakautta ja jättää jälkeensä energisesti suotuisammat lajit, R-C+(OH) OR ‘. Lopuksi rikkihapon regenerointi viimeistelee prosessin: R-C+(OH) OR ‘+HSO4- → RC (O) -R’. Koska rikkihappo regeneroidaan mutta ei kuluta reaktiossa, sitä pidetään katalyyttinä, ei reagenssina.

Mielenkiintoista on, että esteröinti ei vaadi erillisiä alkoholi- ja happomolekyylejä, mutta reaktio voi joissakin tapauksissa tapahtua yhdessä molekyylissä, joka sisältää molemmat osat tai toiminnalliset molekyyliryhmät. Tiettyjen ehtojen on täytyttävä: sekä hydroksyyli- että karboksyyliryhmien on oltava esteettömiä avaruudessa ja pystyttävä suorittamaan prosessin jokainen vaihe häiriöttömästi. Esimerkki molekyylistä, joka voi käydä läpi tämän tyyppisen esteröinnin, on 5-hydroksipentaanihappo, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. Tämän esteröintimuodon tuottamaa esteriä, joka johtaa renkaan sulkemiseen, kutsutaan laktoniksi-tässä tapauksessa δ-valerolaktoniksi. Renkaan hapen (-COC-) sijoittaminen verrattuna karbonyyliryhmään (C = O) on kreikkalainen kirjain delta.

Rikkihappoa esteröinnissä ei yleensä käytetä tertiääristen alkoholien yhteydessä-sellaisten, joiden hydroksyylipitoinen hiiliatomi on kiinnitetty kolmeen muuhun hiiliatomiin. Kuivuminen ilman esterin muodostumista tapahtuu tertiäärisissä alkoholeissa rikkihapon läsnä ollessa. Esimerkiksi tertiäärinen butyylialkoholi, (CH3) 3C-OH, yhdessä rikkihapon kanssa, tuottaa isobutyleeniä, (CH3) 2 = CH2+H2. Tässä tapauksessa alkoholi on protonoitua, jota seuraa vesimolekyylin poistuminen. Rikkihapon käyttö esteröinnissä ei ole toteuttamiskelpoinen menetelmä tertiääriestereiden valmistamiseksi.