Qué métodos se pueden usar para sintetizar éster éter

En el vasto campo de la química orgánica, los ésteres y los éteres son dos clases de compuestos extremadamente importantes. No son solo los componentes básicos de muchos productos naturales, sino que también juegan un papel central en la producción industrial. Comprender su síntesis eficiente es crucial para campos como la industria química, los productos farmacéuticos y la ciencia de los materiales.

Síntesis de éster

La esterificación es el método principal para sintetizar ésteres. Su núcleo es la reacción de condensación de ácidos carboxílicos y alcoholes.

1. Esterificación de Fischer

Este es uno de los métodos más clásicos y ampliamente utilizados para Synthesing Esters . En esta reacción, un ácido carboxílico y un alcohol experimentan una reacción reversible en presencia de un catalizador de ácido (generalmente ácido sulfúrico concentrado o ácido p-toluenesulfónico) para producir un éster y agua. El mecanismo implica la protonación del grupo carboxilo, lo que mejora la electrofilia. El átomo de oxígeno del alcohol actúa como un nucleófilo para atacar el éster, formando un intermedio tetraédrico. Debido a que la reacción es reversible, a menudo son necesarias estrategias para eliminar el agua generada, como la destilación azeotrópica utilizando un aparato Dean-Stark, para mejorar los rendimientos.

2. Reacción de acilación

Además de los ácidos carboxílicos, sus derivados, como cloruros ácidos o anhídridos, también pueden usarse como agentes acilantes para sintetizar ésteres.

Método de cloruro de acilo: los cloruros ácidos son altamente reactivos y reaccionan rápidamente con los alcoholes en condiciones suaves para producir ésteres y cloruro de hidrógeno. Esta reacción generalmente requiere la adición de una base (como piridina o trietilamina) para neutralizar el HCl generado para evitar que reaccione con el alcohol o las reacciones laterales catalizantes. Las ventajas de este método son la rapidez, el alto rendimiento e irreversibilidad.

Método de anhídrido ácido: los anhídridos ácidos reaccionan con los alcoholes para producir ésteres y una molécula de ácido carboxílico. Esta reacción tiene una reactividad intermedia entre la de los cloruros ácidos y los ácidos carboxílicos y de manera similar requiere un catalizador apropiado. El anhídrido acético se usa comúnmente para preparar acetatos, como el acetato de etilo.

3. Transesterificación

Esta reacción implica la reacción de un éster con un alcohol u otro éster para producir un nuevo éster y un alcohol. Este proceso es reversible y típicamente es catalizado por un ácido o base. La transesterificación tiene un valor industrial significativo en la producción de biodiesel. Por ejemplo, los aceites vegetales o grasas animales (triglicéridos) reaccionan con metanol o etanol en presencia de un catalizador (como el metóxido de sodio) para producir ésteres de metilo o etilo de ácidos grasos (biodiesel) y glicerol.

4. Métodos de síntesis especializados para ésteres

Reducción de Corey-Bakshi-shibata (CBS): este método se usa principalmente para sintetizar alcoholes quirales, que luego se pueden usar para sintetizar ésteres quirales.

Reacción de Mitsunobu: esta reacción de esterificación suave utiliza reactivos como trifenilfosfina y azodicarboxilato de dietilo (muerto) para convertir directamente alcoholes y ácidos carboxílicos en ésteres, evitando las condiciones ácidas de la reacción de esterificación de Fischer. Esta reacción a menudo exhibe inversión estereoquímica.

Síntesis de éter

La síntesis de éteres es generalmente más compleja que la de los ésteres, y su enfoque central es la construcción de enlaces de carbono-oxígeno-carbono.

1. Síntesis de Williamson Ether

Este es el método más utilizado para sintetizar éteres asimétricos en entornos de laboratorio e industriales. Esta reacción ocurre a través de una reacción SN2 de un hidrocarburo halogenado con alqueóxido de sodio o fenolato de sodio (derivado por la desprotonación de una base fuerte). La elección del hidrocarburo halogenado es crucial. Los hidrocarburos halogenados primarios son generalmente la mejor opción porque evitan efectivamente las reacciones de eliminación. Los hidrocarburos halogenados terciarios tienden a sufrir reacciones de eliminación de E2, formando olefinas. La eterificación de fenoles es una aplicación importante de esta reacción, lo que permite la preparación de éteres aromáticos como la anisol.

2. Deshidratación intermolecular de los alcoholes

Bajo la presencia de un catalizador ácido (como el ácido sulfúrico concentrado) y las altas temperaturas, dos moléculas de alcohol pueden sufrir una reacción de deshidratación para formar un éter. Esta reacción es adecuada para la síntesis de éteres simétricos simples, como el éter dietílico. El mecanismo de reacción implica la protonación de una molécula de alcohol, seguido del ataque de la otra molécula de alcohol como nucleófilo, seguido de deshidratación para formar un éter. Debido a que esta reacción es propensa a producir olefinas como subproductos a altas temperaturas, a menudo se requiere un control preciso de las condiciones de reacción.

3. Reacción de adición de olefinas con alcoholes

Bajo la presencia de un catalizador de ácido, una olefina puede sufrir una reacción de adición con un alcohol para formar un éter. Por ejemplo, la reacción del isobutileno con metanol produce metil terc-butil éter (MTBE), que una vez se usó como agente antiknock para la gasolina. Esta reacción sigue a la regla de Markovnikov.

4. Reacciones de apertura de anillo de epóxidos

Los epóxidos, como éteres cíclicos especiales, son altamente reactivos debido a su tensión en el anillo. En condiciones ácidas o alcalinas, los epóxidos pueden sufrir reacciones de apertura de anillo, reaccionando con nucleófilos (como alcoholes y agua) para formar nuevos éteres o alcoholes. Por ejemplo, el óxido de etileno reacciona con etanol bajo catálisis ácido para producir etilenglicol monoetil éter.

5. Métodos de síntesis especiales de éteres

Oxidación Swern: si bien la oxidación Swern se usa principalmente para preparar aldehídos y cetonas, su cloruro de dimetilsulfóxido (DMSO) y oxalilo intermedios, se pueden usar para sintetizar ciertos éteres especializados en condiciones específicas.

Catálisis de óxido mercúrico: en ciertas circunstancias, las olefinas pueden reaccionar con los alcoholes sobre la presencia de catalizadores como el óxido mercúrico para formar éteres. Esta es una reacción de adición de tipo Markovnikov.