Этерификация по Фишеру
Механизм и равновесие
linkОпора
- Урок 258. Присоединение — отщепление: общий механизм — рисовать тетраэдрический интермедиат
- Урок 236. Ацетали; защита карбонильной группы — получать ацетали и использовать их как защиту
Кислота со спиртом в присутствии кислотного катализатора даёт сложный эфир по механизму присоединения — отщепления из урока 258. Кислота протонирует карбонильную группу, как при образовании ацеталя (урок 236), и тогда её может атаковать слабый нуклеофил — спирт. Все стадии обратимы, поэтому выход эфира определяется положением равновесия.
Как провести этерификацию по Фишеру
- Кислота и спирт в присутствии катализатора (\(\ce{H2SO4}\), HCl) находятся в равновесии со сложным эфиром и водой.
- Механизм: кислота протонирует группу C=O, спирт атакует атом углерода, и образуется тетраэдрический интермедиат; протон переходит на группу OH, уходит молекула воды, и после отщепления протона получается эфир.
- Константа равновесия для этилацетата около 4, поэтому равновесие сдвигают избытком спирта или удалением воды.
- Атом кислорода спирта оказывается в эфире: разрывается связь C–OH кислоты.
Примеры
1. Метилсалицилат. Салициловая кислота с метанолом в присутствии серной кислоты даёт метилсалицилат — компонент согревающих мазей.
2. Изоамилацетат. Уксусная кислота с 3-метилбутан-1-олом в присутствии серной кислоты даёт изоамилацетат — вещество с запахом банана; воду удаляют из смеси, чтобы сдвинуть равновесие.
errorУходит вода, а не спирт
Разрывается связь C–OH кислоты, поэтому атом кислорода, который связывает две части эфира, приходит из спирта.
edit_noteПопробуйте сами
Как сдвинуть равновесие этерификации в сторону эфира?
expand_moreПоказать решение
Взять избыток спирта (или кислоты) или удалять воду из реакционной смеси.
Другие пути к эфиру
Равновесие этерификации из первой части урока не всегда удаётся сдвинуть, а сильная кислота может разрушить чувствительную молекулу или превратить третичный спирт в алкен. Тогда сложный эфир получают необратимыми реакциями: ацилированием спирта хлорангидридом, метилированием кислоты диазометаном или \(S_N2\)-алкилированием карбоксилат-иона. Каждый из этих путей хорош в своём случае.
Как получить сложный эфир иначе
- Хлорангидрид или ангидрид реагирует со спиртом в присутствии пиридина необратимо; так ацилируют ценные и пространственно затруднённые спирты.
- Диазометан с кислотой быстро и количественно даёт метиловый эфир, а побочный продукт — азот — уходит из смеси.
- Карбоксилат-ион с первичным алкилгалогенидом вступает в \(S_N2\)-реакцию и даёт эфир.
- Дициклогексилкарбодиимид (DCC) с добавкой DMAP связывает воду и позволяет получить эфир без кислоты (этерификация по Стеглиху); спирт можно ацилировать и по Мицунобу (тема 17).
Примеры
1. Диазометан. 4-Нитробензойная кислота с диазометаном даёт метил-4-нитробензоат и азот.
2. Алкилирование карбоксилата. Ацетат-ион с бензилбромидом в ДМФА вступает в \(S_N2\)-реакцию и даёт бензилацетат.
errorТретичные спирты ацилируют только хлорангидридом или ангидридом
В кислой среде третичный спирт отщепляет воду и превращается в алкен, поэтому его ацилируют хлорангидридом или ангидридом в присутствии основания.
edit_noteПопробуйте сами
Как получить трет-бутилпропаноат?
expand_moreПоказать решение
Ацилировать трет-бутанол пропаноилхлоридом в присутствии пиридина: по Фишеру третичный спирт превратился бы в алкен.
push_pinГлавное
Кислота и спирт с кислотным катализатором дают сложный эфир и воду обратимо (\(K \approx 4\)): протонирование C=O, атака спирта, тетраэдрический интермедиат, уход воды. Кислород спирта остаётся в эфире (разрыв ацил–кислород). Равновесие сдвигают избытком спирта или удалением воды. Иные пути: хлорангидрид или ангидрид + спирт (третичные спирты — только так), диазометан (метиловые эфиры), карбоксилат + алкилгалогенид, DCC.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.