L’estérification, ou la combinaison d’un alcool avec un acide pour produire un ester, est une forme de réaction de condensation, puisque l’eau est éliminée dans le processus. La réaction inverse peut également se produire : l’ester peut se recombiner avec l’eau pour produire l’alcool et l’acide. Dans certains cas, cette désestérification peut être évitée par l’introduction dans le réacteur d’une petite quantité d’acide sulfurique. Il aide en se combinant avec l’eau produite, et en l’immobilisant en fait. Principalement, l’avantage de l’acide sulfurique dans l’estérification est qu’il agit comme un donneur de protons, augmentant la vitesse de réaction entre l’acide et l’alcool ; lorsque l’acide utilisé est un acide carboxylique, la réaction est parfois appelée estérification de Fischer-Speier.
Les acides carboxyliques (R-COOH, où R est un attachement organique) peuvent être trop faibles pour être utilisés, sans aide, pour une réaction d’estérification. Un puissant donneur de protons est nécessaire pour que l’acide carboxylique agisse comme s’il était, en soi, une bonne source de protons. L’acide sulfurique dans l’estérification accomplit la tâche en injectant un proton dans la structure de l’acide carboxylique via la réaction H2SO4+R-COOH→HSO4-+R-C+(OH)2. La molécule d’alcool, R′-OH, avec son atome d’oxygène riche en électrons, est attirée par cette structure carboxylique protonée et forme un conglomérat complexe, R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′ .
Cet arrangement d’atomes et de charge n’est pas très stable, il subit donc un déplacement de proton (H+), à savoir RC(OH)(O(H2)+)-OR′. Dans cet état, il est facile pour la molécule d’eau clairement identifiable de s’en aller, donnant une stabilisation accrue et laissant derrière elle l’espèce énergétiquement plus favorable, R-C+(OH)OR′. Enfin, la régénération de l’acide sulfurique complète le processus : R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′. L’acide sulfurique étant régénéré mais non consommé par la réaction, il est considéré comme un catalyseur et non comme un réactif.
Il est intéressant de noter que l’estérification ne nécessite pas de molécules d’alcool et d’acide séparées, mais une réaction peut se produire dans certains cas au sein d’une seule molécule contenant les deux fragments ou des groupes moléculaires fonctionnels. Certaines conditions doivent être remplies : à la fois les groupes hydroxyle et carboxylique doivent être libres dans l’espace et capables de subir chaque étape du processus sans encombre. Un exemple de molécule pouvant subir ce type d’estérification est l’acide 5-hydroxypentanoïque, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. L’ester produit par cette forme d’estérification, qui entraîne la fermeture du cycle, s’appelle une lactone – dans ce cas, la -valérolactone. Le positionnement de l’oxygène du cycle (-COC-) par rapport au groupe carbonyle (C=O) est ce qui est indiqué par la lettre grecque delta.
L’acide sulfurique dans l’estérification n’est généralement pas utilisé en relation avec les alcools tertiaires – ceux qui ont leur atome de carbone porteur d’hydroxyle attaché à trois autres atomes de carbone. La déshydratation sans formation d’ester se produit dans les alcools tertiaires en présence d’acide sulfurique. Par exemple, l’alcool butylique tertiaire, (CH3)3C-OH, lorsqu’il est combiné avec de l’acide sulfurique, produit de l’isobutylène, (CH3)2=CH2+H2O. Dans ce cas, l’alcool est ce qui est protoné, suivi du départ d’une molécule d’eau. L’utilisation d’acide sulfurique dans l’estérification n’est pas une méthodologie viable pour la préparation d’esters tertiaires.