La esterificación, o la combinación de un alcohol con un ácido para producir un éster, es una forma de reacción de condensación, ya que el agua se elimina en el proceso. También puede ocurrir la reacción inversa: el éster puede recombinarse con agua para producir el alcohol y el ácido. En algunos casos, esta «desesterificación» puede evitarse mediante la introducción en el recipiente de reacción de una pequeña cantidad de ácido sulfúrico. Ayuda combinándose con el agua producida y, de hecho, atándola. Principalmente, el beneficio del ácido sulfúrico en la esterificación es que actúa como donante de protones, aumentando la velocidad de reacción entre el ácido y el alcohol; cuando el ácido utilizado es un ácido carboxílico, la reacción a veces se denomina esterificación de Fischer-Speier.
Los ácidos carboxílicos (R-COOH, donde R es un enlace orgánico) pueden ser demasiado débiles para usarse, sin ayuda, para una reacción de esterificación. Se necesita un donante de protones fuerte para que el ácido carboxílico actúe como si fuera, en sí mismo, una buena fuente de protones. El ácido sulfúrico en la esterificación logra la tarea inyectando un protón en la estructura del ácido carboxílico a través de la reacción H2SO4 + R-COOH → HSO4- + R-C + (OH) 2. La molécula de alcohol, R′-OH, con su átomo de oxígeno rico en electrones, se atrae a esta estructura carboxílica protonada y forma un conglomerado complejo, R-C + (OH) OR ′ + HSO4- → RC (O) -R ′ .
Esta disposición de átomos y carga no es muy estable, por lo que sufre un desplazamiento de protón (H +), a saber, RC (OH) (O (H2) +) – OR ′. En este estado, es fácil que la molécula de agua claramente identificable se vaya, dando una mayor estabilización y dejando atrás las especies energéticamente más favorables, R-C + (OH) OR ′. Finalmente, la regeneración del ácido sulfúrico completa el proceso: R-C + (OH) OR ′ + HSO4- → RC (O) -R ′. Dado que el ácido sulfúrico se regenera pero no se consume en la reacción, se considera un catalizador, no un reactivo.
Curiosamente, la esterificación no requiere moléculas de alcohol y ácido separadas, pero la reacción puede ocurrir en algunos casos dentro de una sola molécula que contiene ambos restos o grupos moleculares funcionales. Deben cumplirse ciertas condiciones: tanto el grupo hidroxilo como el carboxílico deben estar libres de obstáculos espacialmente y ser capaces de someterse a cada paso del proceso sin impedimentos. Un ejemplo de una molécula que puede sufrir este tipo de esterificación es el ácido 5-hidroxipentanoico, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. El éster producido por esta forma de esterificación, que da como resultado el cierre del anillo, se llama lactona, en este caso, δ-valerolactona. La posición del oxígeno del anillo (-COC-) en comparación con el grupo carbonilo (C = O) es lo que indica la letra griega, delta.
El ácido sulfúrico en la esterificación no se usa generalmente en relación con los alcoholes terciarios, aquellos que tienen su átomo de carbono que contiene hidroxilo unido a otros tres átomos de carbono. La deshidratación sin formación de ésteres ocurre en alcoholes terciarios cuando están en presencia de ácido sulfúrico. Por ejemplo, el alcohol butílico terciario, (CH3) 3C-OH, cuando se combina con ácido sulfúrico, produce isobutileno, (CH3) 2 = CH2 + H2O. En este caso, el alcohol es lo que se protona, seguido de la salida de una molécula de agua. El uso de ácido sulfúrico en la esterificación no es una metodología viable para preparar ésteres terciarios.