L’esterificazione, o la combinazione di un alcol con un acido per produrre un estere, è una forma di reazione di condensazione, poiché l’acqua viene eliminata nel processo. Può anche verificarsi la reazione inversa: l’estere può ricombinarsi con l’acqua per produrre l’alcol e l’acido. In alcuni casi questa “desterificazione” può essere prevenuta introducendo nel recipiente di reazione una piccola quantità di acido solforico. Aiuta combinandosi con l’acqua prodotta e di fatto legandola. Principalmente, il vantaggio dell’acido solforico nell’esterificazione è che agisce come donatore di protoni, aumentando la velocità di reazione tra l’acido e l’alcol; quando l’acido utilizzato è un acido carbossilico, la reazione è talvolta chiamata esterificazione di Fischer-Speier.
Gli acidi carbossilici (R-COOH, dove R è un attaccamento organico) possono essere troppo deboli per essere usati, da soli, per una reazione di esterificazione. È necessario un forte donatore di protoni per far agire l’acido carbossilico come se fosse, di per sé, una buona fonte di protoni. L’acido solforico in esterificazione assolve il compito iniettando un protone nella struttura dell’acido carbossilico attraverso la reazione H2SO4+R-COOH→HSO4-+R-C+(OH)2. La molecola di alcol, R′-OH, con il suo atomo di ossigeno ricco di elettroni, è attratta da questa struttura carbossilica protonata e forma un conglomerato complesso, R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′ .
Questa disposizione di atomi e carica non è molto stabile, quindi subisce uno spostamento protonico (H+), vale a dire RC(OH)(O(H2)+)-OR′. In questo stato, è facile che la molecola d’acqua chiaramente identificabile si allontani, dando una maggiore stabilizzazione e lasciando indietro la specie energeticamente più favorevole, R-C+(OH)OR′. Infine, la rigenerazione dell’acido solforico completa il processo: R-C+(OH)OR′+HSO4-→RC(O)-R′. Poiché l’acido solforico viene rigenerato ma non consumato dalla reazione, è considerato un catalizzatore, non un reagente.
È interessante notare che l’esterificazione non richiede molecole separate di alcol e acido, ma in alcuni casi può verificarsi una reazione all’interno di una singola molecola contenente entrambe le parti o gruppi molecolari funzionali. Devono essere soddisfatte alcune condizioni: entrambi i gruppi ossidrile e carbossilico devono essere liberi spazialmente e in grado di affrontare ogni fase del processo inalterata. Un esempio di una molecola che può subire questo tipo di esterificazione è l’acido 5-idrossipentanoico, HO-CH2CH2CH2CH2COOH. L’estere prodotto da questa forma di esterificazione, che porta alla chiusura dell’anello, è chiamato lattone, in questo caso δ-valerolattone. Il posizionamento dell’anello ossigeno (-COC-) rispetto al gruppo carbonilico (C=O) è quello indicato dalla lettera greca, delta.
L’acido solforico nell’esterificazione non è generalmente usato in connessione con alcoli terziari, quelli che hanno il loro atomo di carbonio contenente ossidrile attaccato ad altri tre atomi di carbonio. La disidratazione senza formazione di esteri si verifica negli alcoli terziari in presenza di acido solforico. Ad esempio, l’alcol terziario butilico, (CH3)3C-OH, quando combinato con acido solforico, produce isobutilene, (CH3)2=CH2+H2O. In questo caso, l’alcol è ciò che viene protonato, seguito dalla partenza di una molecola d’acqua. L’uso dell’acido solforico nell’esterificazione non è una metodologia praticabile per la preparazione di esteri terziari.