¿Qué es la esterificación de Fischer-Speier?

Metil benzoato por esterificación de Fischer
Síntesis de metil benzoato mediante esterificación de Fischer
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La esterificación de Fischer o esterificación de Fischer-Speier es una reacción de esterificación carboxílica que utiliza un ácido inorgánico como catalizador, principalmente ácido sulfúrico (H2SO4).

A continuación repasaremos la estructura de los ésteres carboxílicos y las características generales de las reacciones de esterificación para luego explicar los detalles de la esterificación de Fischer-Speier.

Los ésteres carboxílicos

Los ésteres son compuestos derivados de la reacción entre un oxiácido y un alcohol. Las reacciones donde se forman los ésteres se conocen como reacciones de esterificación.

Los ésteres más habituales son los ésteres de ácidos carboxílicos, aunque existen ésteres de prácticamente cualquier oxiácido inorgánico, como los ésteres carbónicos y los ésteres fosfóricos.

Tipos de ésteres
Tipos de ésteres

Los ésteres carboxílicos se forman por reacción entre un ácido carboxílico y un alcohol orgánico. Por ejemplo, la esterificación entre ácidos grasos y glicerol forma los triglicéridos.

La estructura general de los ésteres carboxílicos es R-COOR’, dónde R y R’ son restos de moléculas orgánicas.

La reacción de esterificación es una forma de reacción de condensación en la que se produce agua. El ácido carboxílico aporta un grupo -COOH (grupo carboxilo). La otra aporta un grupo -OH (grupo hidroxilo).

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Ambos grupos funcionales se combinan, se desprende una molécula de agua (H20) y se forma el grupo -COO- (grupo éster) que une a las dos moléculas.

Reacción de esterifiación
Esquema general de una reacción de esterficación

Esterificación de Fischer-Speier

La esterificación de Fischer-Speier es una reacción de esterificación carboxílica que utiliza un catalizador ácido. Esta reacción fue descrita en 1895 por Emil Fischer y Arthur Speier.

El catalizador ácido más utilizado en la esterificación de Fischer es el ácido sulfúrico (H2SO4).

Esterificación de Fischer-Speier
Esquema de la esterificación de Fischer-Speier

Mecanismo de la esterificación de Fischer

Los ácidos carboxílicos suelen ser ácidos demasiado débiles, por lo que tienen poca tendencia a ceder el protón (H+) que pierden en la esterificación.

Un ácido más fuerte, como el ácido sulfúrico, se comporta como un dador de protones y facilita la reacción de esterificación.

Primero, el ácido sulfúrico inyecta un protón al grupo carboxilo:

R-COOH + H2SO4 → R-C+(OH)2 + HSO4-

La molécula de alcohol, R’-OH, tiene un átomo de oxígeno rico en electrones, es atraído por la estructura carboxílica protonada y se forma el siguiente complejo:

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R-C+(OH)2 + R'-OH → R-COH(O+H2)-OR'

Este complejo no es muy estable y se estabiliza hacia la molécula energéticamente más favorable, que es el éster, liberándose una molécula de agua y un protón (H+). El protón es utilizado entonces para regenerar el ácido sulfúrico:

R-COH(O+H2)-OR' + HSO4- → H2SO4 + H2O + R-COO-R'
Mecanismo de la esterificación de Fischer-Speier
Esquema del mecanismo de acción de la esterificación de Fischer-Speier

El ácido sulfúrico como catalizador

Tal y como se ha descrito en el mecanismo de la esterificación de Fischer, el ácido sulfúrico se regenera y no es consumido en la reacción. Esto hace que el ácido sulfúrico actúe como catalizador y no como reactante.

Las reacciones de esterifiación catalizadas con ácido sulfúrico no sirven cuándo intervienen alcoholes terciarios (grupo hidroxilo unido a una cadena de tres carbonos).

Estos alcoholes en presencia de ácido sulfúrico pueden sufrir deshidratación fácilmente sin la formación de ésteres.

Por ejemplo, el isobutanol, de fórmula (CH3)2CHCH2OH, en presencia de ácido sulfúrico sufre deshidratación y se forma isobutileno, de fórmula (CH3)2C=CH2.

(CH3)2CHCH2OH + H2SO4 → (CH3)2C=CH2  + H2O + HSO4-

Por tanto, la esterificación de Fischer con ácido sulfúrico u otro ácido fuerte no es un método viable para sintetizar ésteres terciarios.

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