菲舍尔酯化-羧酸在酸性条件下的酯

羧酸来酯酸性条件下(费舍尔酯化)

• 的转换羧酸到一个酯在酸性条件下通常被称为费歇尔酯化
• 在这个反应中有一个平衡在起始物料之间(羧酸+酒精)和产品(酯+水)。
• 平衡向右平移(酯侧)通过使用大量过量的酒精也可以通过去除通过使用干燥剂(干燥剂)或通过Dean-Stark型设备去除而形成的任何水
• 循环酯类可以在这些条件下形成，这些被称为内酯。
• 这个反应的机理是Protonation -一个ddition -Deprotonation -Protonation -Elimination -Deprotonation (PADPED)。
• 反应可以在相反的方向上进行酯用过量的水在酸的存在。这是酸性的酯水解。

目录

1. 羧酸向酯的转化(费舍尔酯化)
2. 分子内费舍尔酯化
3. 费舍尔酯化反应机理
4. 费舍尔酯化与皂化的比较
5. 驱动力是什么?
6. 使用大量过量的试剂
7. 在水形成时去除它
8. 总结
9. 笔记
10. 测试你自己!
11. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.羧酸向酯的转化(费舍尔酯化)

羧酸可以转化为酯类用酸性催化剂和过量的酒精。

这被称为费舍尔酯化反应。或者只是酸的酯化反应。

常用的酸包括硫酸(H₂所以₄)、有毒酸(TsOH)和盐酸HCl等。就我们的目的而言，这些条件可以认为是等价的。

这里有一些费舍尔酯化反应的例子。

注意在这个反应中形式一个新的碳氧键打破碳氧键。

重要的是，我们在形成和断开从氧到羰基，不氧和R基的键。

费舍尔酯化反应就是一个例子亲核酰基取代。

我们还形成了两个新的O-H键来生成一个水分子。

2.分子内费舍尔酯化

费歇尔酯化也可用于制环酯类(内酯)。

这是一个例子分子内的的反应。化学键的形成和断裂是完全一样的!但是自从亲核试剂和亲电试剂连接在同一个分子上，我们得到循环产品。

环的形成对5元环和6元环的形成最有效。［注1虽然有其他的四元环的形成方法，但通常三元环和四元环的张力太大，无法通过这种方法形成内酯环(注2］．

注意，在这个反应中形成了等量的水。

3.费舍尔酯化反应机理

那么这个反应是如何进行的呢?

费舍尔酯化反应有六个步骤。每一步都是可逆的，起始物质和最终产物都处于平衡状态。

在费歇尔酯化反应的第一步羰基氧与酸发生质子化反应氧鎓离子。

由此产生的质子化羰基是更好的亲电试剂而不是中性羰基碳。

第二步是除了中立的亲核试剂(ROH)到质子化羧酸(Form C-O, break C-O (pi))。这就产生了一个四面体中间体。（看到帖子:羰基的亲核加成）

接下来的两个步骤一起被称为“质子转移”，因为它们导致H+从一个氧到另一个氧的净移动。去质子化氢氧根的酒精后面是质子化作用O-H氧。

这就形成了一个好的结果离去基团(H₂O).消去H₂O (形成C-O (质子化酯。去质子化酯然后给出中性酯产品(和水)。

完整机制的一个有用的助记符是首字母缩略词PADPED。

(Protonation-addition-deprotonation-protonation-elimination-deprotonation)。

这也是酸催化酯交换的机制(看到帖子:Tranesterification)，以及屁股酸酯水解、亚胺生成和其他几种反应(看到帖子:学习6种机制的价格）

4.费舍尔酯化与皂化的比较

为什么酸的酯化反应在酸性条件下很好，但在碱性条件下就不行了?

回想一下关键驱动力亲核酰基取代反应是强烈的有利的当亲核试剂碱比碱强吗离去基团。［看到帖子:亲核酰基取代]

当我们雇佣酸性我们的条件亲核试剂是卢，我们的离去基团是H₂没有很强的推动力，但至少不是不利的。

在基本条件下，关键的消除步骤极其困难。

如果RO(-)只是导致HO(-)的位移，那么它将是一个很好的亲核酰基取代。但由于羧酸是酸，酸碱反应之间羧酸RO(-)先出现，得到羧酸盐有数₂(-)。

为了在a上发生亲核酰基取代羧酸盐,离去基团就必须是O(^{2 -}）.这太不利了，因为它是一个比RO(-)强得多的碱!所以让这种反应发挥作用就像期待河流倒流。

所以使用酸因为这个反应决定了一切。自共轭酸是更好的离去基团（看到帖子:什么是好的离去基)使用酸催化剂可以使我们在单碱不能进行亲核酰基取代的情况下进行。

5.驱动力是什么?

还有最后一个问题值得问。费舍尔酯化反应的实际驱动力是什么?

亲核酰基取代反应通常遵循酸碱平庸原理。这意味着反应的方向是较强的碱(亲核试剂)取代较弱的碱(离去基团）.［看到帖子:亲核酰基取代]

但是这里，离去基在正向(H₂O)和反方向(ROH)大致相同离去基团能力。

那么，它为什么要遵循任何方向呢?

好问题!由于这种反应没有内在的强大驱动力，我们将不得不这样做选择好反应条件这样平衡就会朝着期望产物的方向流动。

有两种主要方法可以做到这一点，这两种方法可以组合使用。

• 使用大量多余的亲核试剂（酒精) -最好让它成为溶剂。
• 当副产物(水)形成时，将其去除，这将减缓反向反应。

6.试剂过量

对此反应的一项研究[注3]在酸性催化剂的存在下使用醋酸和乙醇。

研究发现，使用等量的乙酸和乙醇进行费舍尔酯化反应可得到65%的产率酯在平衡。

不坏。但是，如果使用10倍以上的酒精。在这种情况下，他们获得了97%的收益率酯。

通过使用多余的100倍，他们甚至能够将反应的收率提高到99%。

7.用Dean-Stark疏水器去除水

另一种方法是确保反应朝着酯编队是删除水形成的时候。这通过勒夏特列耶原理将均衡向右推。

一个聪明的方法是使用一种叫做迪恩-斯塔克陷阱的装置。

在这个过程中，要使用苯或甲苯等溶剂。这些分子共同蒸馏形成所谓的共沸物。蒸汽在回流冷凝器的底部凝结。在这一点上，液体下降，水，比甲苯更密集，下沉到陷阱的底部。

从反应混合物中除去水后，反反应(酯水解)变得不可能。

有关示例，请参见:this(免费)文章(Org Syn 1998,29, 33）

8.总结

费舍尔酯化反应是有机化学中最经典的反应之一，它永远不会消失。

这是最便宜和最有效的形成过程之一酯类从羧酸中，尤其是大规模地。

Fischer酯化反应的所有步骤都是可逆的。机理中的六个步骤(质子-加成-去质子-去质子-消除-去质子)也是反反应的六个步骤，即酸催化水解酯类。

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笔记

注1。由于熵的原因，形成无应变、五元环和六元环的平衡是非常有利的。一个分子离去基团(如H₂O)释放到溶液中，伴随平动熵(3度平动熵和最多3度旋转熵)的增加。这有时被称为螯合效应。［裁判]

注2。由于四元环的环张力过大，不能通过Fischer酯化反应生成β -内酯。然而，β -内酯可以通过分子内封闭形成酒精在酸氯化物或类似的羧酸衍生物上离去基团。β -内酯也存在于一些天然产物中。

注3。本表改编自《有机化学导论》(第4版)第499页，编辑Streitweiser, Heathcock, Kosower。［链接]

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测试你自己!

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(高级)参考资料和进一步阅读

参考文献

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   螯合效应的讨论。当一个新的环形成时，由于碳碳键旋转的限制(每个键约4.5个熵单位)而导致的熵的减少，但由于释放一个额外的分子到溶液中所提供的平动自由度的大幅增加，这一减少远远弥补不了。