费歇尔酯化反应其实是最经典初中化学就已经了解过的酯化反应,只要做有机合成的人基本都用过。但是很多人从来没仔细研究过它的机理和经验。
费歇尔酯化反应(Fischer Esterification)是羧酸跟醇在酸催化剂下加热合成酯的手法。反应是由德国化学家Hermann Emil Fischer和Arthur Speier在1895年报道。
试剂:催化酸(HCl 或 H2SO4)
反应物:羧酸,醇
产物:酯,水
反应类型:亲核酰基取代反应
反应机理:
首先,羧酸的羰基氧在酸性条件下发生质子化,增强了羰基碳的亲电性,使反应速率加快。羧酸的羰基碳受到醇的亲核进攻,产生具有两个羟基的四面体中间体,随后质子转移(互变异构)到两个等效的其中一个羟基上,在质子转移之后,转化为易离去的基团,当该基团离去后,羰基恢复并形成酯。
实验步骤
典型的Fischer Esterification 往α-溴代羧酸中加入浓硫酸(30 μL/mmol)与甲醇 (2 mL/mmol),加热回流1小时。反应溶液冷却到室温后浓缩。加入乙醚萃取,有机层用5%碳酸氢钠水溶液与饱和食盐水洗净后,用硫酸镁干燥。过滤后浓缩得到酯化产物。
反应经验
由于该反应是平衡反应,所以如果想要得到好的产率的话就必须使得平衡往产物方向便宜。通常的方法是加入过量的其中一种原料,并且用Dean-Stark(分水器)除水。
酯+醇作为原料在相同条件下反应的话,可以发生酯交换反应,机理相同。
常用催化剂为硫酸、对甲苯磺酸等质子酸或三氟甲磺酸钪等路易斯酸。
对于更为敏感的底物,可加入DCC作为脱水剂提高反应效果(Steglich 酯化反应)。或者加入DMAP(Yamaguchi酯化反应 )。这两种方法对于大环内酯效果更好。
反应一般不加入其它溶剂,有时也在非极性溶剂(如甲苯)进行。反应时间一般为1~10小时,温度60~110°C。