La esterificación de Shiina es una reacción química orgánica que sintetiza ésteres carboxílicos a partir de cantidades casi iguales de ácidos carboxílicos y alcoholes mediante el uso de anhídridos de ácidos carboxílicos aromáticos como agentes de condensación de deshidratación . En 1994, el Prof. Isamu Shiina ( Universidad de Ciencias de Tokio , Japón) informó sobre un método de acoplamiento ácido usando ácido de Lewis , [1] [2] y, en 2002, una esterificación básica usando un catalizador nucleofílico. [3] [4]
La adición sucesiva de ácidos carboxílicos y alcoholes en un sistema que contiene anhídrido de ácido carboxílico aromático y catalizador produce ésteres carboxílicos correspondientes a través del proceso que se muestra en la siguiente figura. En la esterificación ácida de Shiina, se utilizan catalizadores ácidos de Lewis, mientras que los catalizadores nucleofílicos se utilizan para la esterificación de Shiina en condiciones básicas.
En la reacción ácida, el anhídrido 4-trifluorometilbenzoico (TFBA) se usa principalmente como agente de condensación de deshidratación. Primero, el catalizador ácido de Lewis activa el TFBA, y luego un grupo carboxilo en el ácido carboxílico reacciona con el TFBA activado para producir anhídrido mixto (MA) una vez. Luego, un grupo carbonilo derivado del ácido carboxílico en MA se activa selectivamente y es atacado por un grupo hidroxilo en el alcohol a través de sustitución nucleófila intermolecular. Simultáneamente, la sal de ácido carboxílico aromático residual, que se deriva del MA, actúa como desprotonador .agente, haciendo que la esterificación progrese y produzca el éster carboxílico deseado. Para equilibrar la reacción, cada TFBA acepta los átomos de una molécula de agua de sus materiales iniciales, es decir, el ácido carboxílico y el alcohol, y luego se transforma en dos moléculas de ácido 4-trifluorometilbenzoico al final de la reacción. Dado que el catalizador ácido de Lewis se reproduce al final de la reacción, solo se necesita una pequeña proporción de catalizador en relación con el material de partida para impulsar la reacción.
En la reacción básica, el anhídrido 2-metil-6-nitrobenzoico ( MNBA ) se usa principalmente como agente de condensación de deshidratación. [5] Primero, el catalizador nucleófilo actúa sobre el MNBA para producir carboxilato de acilo activado. La reacción del grupo carboxilo en el ácido carboxílico con el carboxilato de acilo activado produce el MA correspondiente, de la misma manera que en la reacción ácida. Entonces, el catalizador nucleofílico actúa selectivamente sobre un carbonilogrupo derivado del ácido carboxílico en MA para producir nuevamente carboxilato de acilo activado. El grupo hidroxilo del alcohol ataca a su molécula huésped por sustitución nucleofílica intermolecular, y al mismo tiempo, el anión carboxilato, derivado del ácido 2-metil-6-nitrobenzoico, actúa como agente desprotonador , favoreciendo la progresión de la esterificación y produciendo la éster carboxílico deseado. Para equilibrar la reacción, cada MNBA acepta los átomos de una molécula de agua de sus materiales de partida, transformándose en dos moléculas de la sal de amina del ácido 2-metil-6-nitrobenzoico y, por lo tanto, terminando la reacción. Debido a que el catalizador nucleófilo se reproduce al final de la reacción, solo se requieren pequeñas cantidades estequiométricas.
Todos los procesos de esterificación de Shiina consisten en reacciones reversibles, con la excepción del último paso de sustitución nucleofílica con alcohol. Por lo tanto, el anhídrido de ácido carboxílico aromático y el anhídrido mixto (MA) coexisten en el sistema. Además, el anhídrido de ácido carboxílico alifático producido a través de la desproporción del MA está presente simultáneamente en el sistema; por lo tanto, se usa directamente como una mezcla sin separarse. Debido a la activación por catalizadores ácidos de Lewis o catalizadores nucleofílicos, la mezcla de estos tres componentes comienza a reaccionar con el alcohol; Además de los ésteres de ácidos carboxílicos alifáticos objetivo, es probable que se formen como subproductos ésteres de ácidos carboxílicos aromáticos.