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化学において、エステルとは、酸（有機酸または無機酸）から誘導される化合物で、その酸の少なくとも１つの酸性ヒドロキシル基（−OH ）の水素原子（H）が有機基（R ′）に置換されたものである。[ 1 ]これらの化合物は特徴的な官能基を有する。酸素が他のカルコゲンに置換された類似体もエステルに分類される。[ 1 ]一部の著者によれば、他の酸の酸性水素の有機誘導体（例えばアミド）もエステルであるが、 IUPACによればそうではない。[ 1 ]
グリセリドはグリセロールの脂肪酸エステルであり、脂質の主要な種類の一つとして、動物性脂肪や植物油の大部分を構成するため、生物学的に重要です。ラクトンは環状カルボン酸エステルであり、天然に存在するラクトンは主に5員環および6員環ラクトンです。ラクトンは、果物、バター、チーズ、セロリなどの野菜、その他の食品の香りに寄与しています。
エステルはオキソ酸（例えば、酢酸、炭酸、硫酸、リン酸、硝酸、キサント酸のエステル）から生成されますが、酸素を含まない酸（例えば、チオシアン酸とトリチオ炭酸のエステル）からも生成されます。エステル生成の一例として、カルボン酸（R−C(=O)−OH）とアルコール（R'−OH ）の置換反応があり、エステル（R−C(=O)−O−R'）が生成されます。ここで、Rは任意の基（通常は水素または有機基）を表し、R 'は有機基を表します。
カルボン酸の有機エステルは一般的に心地よい香りを持ち、低分子量のものは香料としてよく使用され、精油やフェロモンに含まれています。これらは、幅広いプラスチック、可塑剤、樹脂、ラッカーの高級溶剤として機能し、[ 2 ]市販されている合成潤滑剤の中で最大のクラスの1つです。 [ 3 ]ポリエステルは重要なプラスチックであり、モノマーがエステル部分で結合しています。リン酸のエステルは、 DNA分子の骨格を形成します。ニトログリセリンなどの硝酸のエステルは、爆発性があることで知られています。
この記事で言及されている酸の酸性水素が有機基ではなく他の基で置換されている化合物も存在します。一部の著者によると、これらの化合物もエステルであり、特に酸性水素を置換する有機基の最初の炭素原子が第14族元素（Si、Ge、Sn、Pb）の別の原子で置換されている場合にそうです。例えば、彼らによると、酢酸トリメチルシリルCH 3 COOSi(CH 3 ) 3は酢酸のトリメチルシリルエステルであり、ジブチル錫ジラウレート(CH 3 (CH 2 ) 10 COO) 2 Sn((CH 2 ) 3 CH 3 ) 2はラウリン酸のジブチルスタンニレンエステルであり、フィリップス触媒CrO 2 (OSi(OCH 3 ) 3 ) 2はクロム酸( H 2 CrO 4 )のトリメトキシシリルエステルです。[ 4 ] [ 5 ]
エステルという言葉は、1848年にドイツの化学者レオポルド・グメリンによって造語された[ 6 ]。おそらくドイツ語のEssigäther「酢酸エーテル」の短縮形だろう。
アルコールと酸から形成されるエステルの名称は、親アルコールと親酸に由来し、後者は有機または無機である。最も単純なカルボン酸から誘導されるエステルは、一般的に、より伝統的ないわゆる「慣用名」に従って命名され、例えば、ギ酸エステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、酪酸エステルなどである。これに対し、IUPAC命名法では、メタノエート、エタノエート、プロパン酸エステル、ブタン酸エステルなどとなる。一方、より複雑なカルボン酸から誘導されるエステルは、酸の名称に接尾辞-oateを付加した体系的なIUPAC名を使用して命名されることが多い。例えば、慣用名ヘキシルカプリレートとしても知られるエステルヘキシルオクタノエートは、 CH 3 (CH 2 ) 6 CO 2 (CH 2 ) 5 CH 3という式を持つ。
カルボン酸とアルコールから形成される有機エステルの化学式は、通常RCO 2 R'または RCOOR'の形をとります。ここで、R と R' はそれぞれカルボン酸とアルコールの有機部分であり、ギ酸エステルの場合はR は水素になります。たとえば、ブタノールと酢酸（系統的にはエタン酸）から誘導される酢酸ブチル（系統的には酢酸ブチル）は、CH 3 CO 2 ( CH 2 ) 3 CH 3と表記されます。BuOAc やCH 3 COO(CH 2 ) 3 CH 3などの別の表記もよく見られます。
環状エステルは、有機酸由来か無機酸由来かにかかわらず、ラクトンと呼ばれる。有機ラクトンの一例として、 γ-バレロラクトンが挙げられる。
エステル類の中で珍しいクラスにオルトエステル類がある。その一つがオルトカルボン酸のエステル類である。これらのエステル類はRC(OR′) 3という式で表される。ここでRは任意の基（有機基または無機基）を表し、R ′はオルガニル基を表す。例えば、トリエチルオルトホルメート（HC (OCH2CH3 ) 3 ）は、その名称（合成方法ではない）からすると、オルトギ酸（HC(OH) 3）とエタノールのエステル化によって得られる。
エステルは無機酸からも誘導することができる。
互変異性体として存在する無機酸は、2種類以上のエステルを形成する。
不安定な、あるいは捉えにくい無機酸の中には、安定なエステルを形成するものがある。
原則として、数百種類が知られている金属およびメタロイドアルコキシドの一部は、対応する酸のエステルとして分類できます（例えば、トリエトキシアルミニウム（Al(OCH 2 CH 3 ) 3）は水酸化アルミニウムであるアルミン酸のエステルとして分類でき、テトラエチルオルトシリケート（Si(OCH 2 CH 3 ) 4 ）はオルトケイ酸のエステルとして分類でき、チタンエトキシド（Ti(OCH 2 CH 3 ) 4 ）はオルトチタン酸のエステルとして分類できます）。
カルボン酸とアルコールから誘導されるエステルは、 C原子上の二価基であるカルボニル基 C=O を含み、これにより120°の C–C–O 角と O–C–O 角が生じます。アミドとは異なり、カルボン酸エステルは C–O–C 結合周りの回転障壁が低いため、構造的に柔軟な官能基です。その柔軟性と低い極性は物理的性質に現れ、対応するアミドよりも剛性が低く (融点が低い)、揮発性が高い (沸点が低い) 傾向があります。[ 7 ]カルボン酸エステルの α-水素のp Kaは約 25 です (α-水素は、カルボキシレートエステルのカルボニル基(C=O)に隣接する炭素に結合した水素です)。 [ 8 ]
多くのカルボン酸エステルは立体配座異性体となる可能性を秘めているが、超共役と双極子最小化効果の組み合わせにより、S - cis (またはZ ) 立体配座を、 S - trans (またはE ) 立体配座よりも採用する傾向がある。Z立体配座の選好は、置換基の性質と、存在する場合は溶媒によって影響を受ける。[ 9 ] [ 10 ]小さな環を持つラクトンは、その環状構造のため、s - trans (すなわちE ) 立体配座に制限される。
カルボン酸とアルコールから誘導されるエステルは、エーテルよりも極性が高いが、アルコールよりも極性が低い。エステルは水素結合受容体として水素結合に関与するが、親アルコールとは異なり水素結合供与体として作用することはできない。この水素結合に関与する能力により、ある程度の水溶性がもたらされる。水素結合供与能力がないため、エステルは自己会合しない。したがって、エステルは同程度の分子量のカルボン酸よりも揮発性が高い。[ 7 ]
エステルは一般的に、その揮発性を利用してガスクロマトグラフィーで同定されます。エステルのIRスペクトルには、 ν C=Oに帰属される1730～1750 cm⁻¹の範囲に強い鋭いバンドが現れます。このピークは、カルボニルに結合している官能基によって変化します。例えば、カルボニルにベンゼン環や二重結合が結合すると、波数は約30 cm⁻¹低下します。
エステルは自然界に広く存在し、産業界でも広く利用されています。自然界では、脂肪は一般的にグリセロールと脂肪酸から誘導されるトリエステルです。[ 12 ]エステルは、リンゴ、ドリアン、梨、バナナ、パイナップル、イチゴなど、多くの果物の香りの原因となっています。[ 13 ]ポリエステルは毎年数十億キログラム生産されており、重要な製品としてはポリエチレンテレフタレート、アクリレートエステル、酢酸セルロースなどがあります。[ 14 ]
エステル化とは、2つの反応物（通常はアルコールと酸）が反応してエステルを生成する化学反応の総称です。エステルは有機化学や生物材料によく見られ、しばしば心地よいフルーティーな香りを持ちます。そのため、香料・フレーバー業界で広く利用されています。また、エステル結合は多くのポリマーにも存在します。
古典的な合成法はフィッシャーエステル化反応であり、これは脱水剤の存在下でカルボン酸をアルコールと反応させるものである。
このような反応の平衡定数は、酢酸エチルなどの典型的なエステルでは約5です。[ 15 ]触媒がない場合、反応は遅くなります。硫酸はこの反応の典型的な触媒です。ポリマースルホン酸など、他の多くの酸も使用されます。エステル化は可逆性が高いため、ルシャトリエの原理を使用してエステルの収率を向上させることができます。
アルコールとカルボン酸の混合物の脱水を促進する試薬が知られています。その一例として、穏やかな条件下でエステルを形成する方法であるステグリッヒエステル化があります。この方法は、基質が高温などの過酷な条件に敏感なペプチド合成でよく用いられます。DCC（ジシクロヘキシルカルボジイミド）は、カルボン酸を活性化してさらに反応させるために使用されます。4-ジメチルアミノピリジン（DMAP）は、アシル転移触媒として使用されます。[ 16 ]
アルコールとカルボン酸の混合物の脱水を行う別の方法として、光延反応がある。
カルボン酸はジアゾメタンを用いてエステル化することができる。
このジアゾメタンを用いることで、カルボン酸混合物をほぼ定量的収率でメチルエステルに変換することができ、例えばガスクロマトグラフィーによる分析に利用できる。この方法は特殊な有機合成操作には有用であるが、大規模な用途には危険かつ高価すぎると考えられている。
カルボン酸はエポキシドで処理することによりエステル化され、β-ヒドロキシエステルが得られる。
この反応は、アクリル酸からビニルエステル樹脂を製造する際に用いられる。
アルコールは塩化アシルクロリドおよび酸無水物と反応してエステルを生成する。
これらの反応は不可逆的であるため、後処理が簡略化される。アシルクロリドと酸無水物は水とも反応するため、無水条件が好ましい。アミンをアシル化してアミドを生成する同様の反応は、アミンの方が求核性が強く、水よりも反応速度が速いため、感度が低い。この方法は高価であるため、実験室規模の操作にのみ用いられる。
トリメチルオキソニウムテトラフルオロボレートは、酸触媒反応が不可能な条件下でのカルボン酸のエステル化に使用できます。 [ 17 ]
カルボン酸塩（多くの場合、その場で生成される）はエステル化に用いられることはまれであるが、アルキルハライドなどの求電子アルキル化剤と反応してエステルを生成する。[ 14 ] [ 18 ]アニオンの存在はこの反応を阻害する可能性があり、それに応じて相間移動触媒やDMFなどの極性の高い非プロトン性溶媒が有利となる。追加のヨウ化物塩は、フィンケルシュタイン反応を介して、難分解性のアルキルハライドの反応を触媒する可能性がある。あるいは、銀などの配位金属の塩は、ハロゲン化物の脱離を容易にすることで反応速度を向上させる可能性がある。
エステル交換反応とは、あるエステルを別のエステルに変換する反応であり、広く行われている。
加水分解と同様に、エステル交換反応も酸と塩基によって触媒されます。この反応は、脂肪酸エステルやアルコールの製造など、トリグリセリドの分解に広く用いられています。ポリ（エチレンテレフタレート）は、ジメチルテレフタレートとエチレングリコールのエステル交換反応によって生成されます。 [ 14 ]
エステル交換反応のサブセットとして、ジケテンのアルコール分解反応がある。この反応により2-ケトエステルが得られる。[ 14 ]
アルケンは金属カルボニル触媒の存在下でカルボアルコキシル化反応を起こす。プロパン酸エステルはこの方法で商業的に生産されている。
プロピオン酸メチルの調製は、その一例である。
メタノールのカルボニル化によりギ酸メチルが得られ、これはギ酸の主要な商業的供給源である。この反応はナトリウムメトキシドによって触媒される。
ヒドロエステル化では、アルケンとアルキンがカルボン酸のO-H結合に挿入されます。酢酸ビニルは、酢酸亜鉛触媒の存在下で酢酸をアセチレンに付加することによって工業的に製造されます。 [ 19 ]
酢酸ビニルは、エチレン、酢酸、酸素のパラジウム触媒反応によっても製造できる。
ケイタングステン酸は、酢酸をエチレンでアルキル化することにより酢酸エチルを製造するために使用される。
ティシェンコ反応は、無水塩基の存在下でアルデヒドが不均化反応を起こしてエステルを生成する反応である。触媒としてはアルミニウムアルコキシドまたはナトリウムアルコキシドが用いられる。ベンズアルデヒドは、ベンジルオキシドナトリウム（ナトリウムとベンジルアルコールから生成）と反応して安息香酸ベンジルを生成する。[ 20 ]この方法は、アセトアルデヒドから酢酸エチルを製造する際に用いられる。[ 14 ]
エステルは、酸ハロゲン化物や酸無水物よりも反応性が低い。より反応性の高いアシル誘導体と同様に、アンモニアや第一級・第二級アミンと反応してアミドを生成するが、酸ハロゲン化物の方が収率が高いため、この種の反応はあまり用いられない。
エステルは、エステル交換反応と呼ばれるプロセスで他のエステルに変換できます。エステル交換反応は、酸触媒または塩基触媒のいずれかで行われ、エステルとアルコールの反応を伴います。残念ながら、脱離基もアルコールであるため、正反応と逆反応はしばしばほぼ同じ速度で起こります。反応物アルコールを過剰に使用したり、脱離基アルコールを除去したり（例えば蒸留によって）すると、ルシャトリエの原理に従って正反応がほぼ完了に近づきます。[ 24 ]
酸触媒によるエステルの加水分解も平衡反応であり、本質的にはフィッシャーエステル化反応の逆反応である。アルコール（脱離基として働く）と水（求核剤として働く）はpKa値が類似しているため、順反応と逆反応が競合する。エステル交換反応と同様に、反応物（水）を過剰に用いるか、生成物（アルコール）の一方を除去することで、順反応を促進することができる。
エステルの塩基加水分解（鹸化として知られる）は平衡プロセスではなく、反応では塩基が1当量消費され、アルコール1当量とカルボン酸塩1当量が生成される。脂肪酸エステルの鹸化は、石鹸の製造に使用される工業的に重要なプロセスである。[ 24 ]
エステル化は可逆反応です。エステルは酸性および塩基性条件下で加水分解されます。酸性条件下では、この反応はフィッシャーエステル化の逆反応となります。塩基性条件下では、水酸化物が求核剤として働き、アルコキシドが脱離基となります。この反応、すなわち鹸化は、石鹸製造の基礎となる反応です。
アルコキシド基は、アンモニアや第一級または第二級アミンなどのより強い求核剤によって置換され、アミドを生成することもある（アンモノリシス反応）。
この反応は通常、可逆的ではありません。アミンの代わりにヒドラジンやヒドロキシルアミンを使用できます。エステルは、ロッセン転位において中間体ヒドロキサム酸を経てイソシアネートに変換できます。
グリニャール試薬や有機リチウム化合物などの炭素求核剤は、カルボニル基に容易に付加する。
ケトンやアルデヒドと比較して、エステルは還元に対して比較的耐性がある。20世紀初頭に導入された接触水素化は画期的な技術であり、脂肪酸エステルは水素化されて脂肪アルコールとなる。
代表的な触媒としてはクロム酸銅が挙げられる。接触水素化反応が開発される以前は、エステルはブーヴォー・ブラン還元法を用いて大規模に還元されていた。この方法は現在ではほとんど用いられていないが、プロトン源の存在下でナトリウムを使用する。
特に精密化学合成においては、水素化アルミニウムリチウムはエステルを2つの第一級アルコールに還元するために使用される。関連試薬である水素化ホウ素ナトリウムはこの反応では遅い。DIBAHはエステルをアルデヒドに還元する。[ 25 ]
対応するエーテルを得るための直接還元は、中間体ヘミアセタールが分解してアルコールとアルデヒド（これはすぐに還元されて2番目のアルコールになる）を生成する傾向があるため困難である。この反応は、さまざまなルイス酸とトリエチルシランを使用して達成することができる。 [ 26 ] [ 27 ]
エステルは炭素求核剤と様々な反応を起こすことができる。過剰量のグリニャール試薬と反応して第三級アルコールを生成する。エステルはエノラートとも容易に反応する。クライゼン縮合では、あるエステル（ 1 ）のエノラートが別のエステル（ 2 ）のカルボニル基を攻撃して四面体中間体3を生成する。中間体が崩壊し、アルコキシド（R'O −）が脱離してβ-ケトエステル4が生成する。
エノラートと求核剤が異なるエステルである交差クライゼン縮合も可能である。分子内クライゼン縮合は、環状構造を形成するために使用できるため、ディークマン縮合またはディークマン環化と呼ばれる。エステルは、ケトンおよびアルデヒドのエノラートと縮合してβ-ジカルボニル化合物を生成することもできる。 [ 28 ]この具体的な例として、芳香族オルト-アシルオキシケトンが分子内求核アシル置換とそれに続く転位を起こして芳香族β-ジケトンを形成するベーカー-ベンカタラマン転位がある。 [ 29 ]チャン転位は、分子内求核アシル置換反応から生じる転位のもう1つの例である。
エステルはカルボニル炭素で求核剤と反応する。[ 30 ]カルボニルは弱い求電子性を持つが、強い求核剤（アミン、アルコキシド、水素化物源、有機リチウム化合物など）によって攻撃される。カルボニルに隣接するC–H結合は弱い酸性であるが、強い塩基によって脱プロトン化される。このプロセスは通常、縮合反応を開始するものである。エステルのカルボニル酸素は弱い塩基性であり、アミドの窒素からの電子対の共鳴供与により、アミドのカルボニル酸素よりも弱いが、付加物を形成する。
アルデヒドの場合、エステルのカルボキシル基に隣接する（「α」）炭素上の水素原子は十分に酸性であるため脱プロトン化を起こし、その結果、さまざまな有用な反応が起こります。脱プロトン化には、アルコキシドなどの比較的強い塩基が必要です。脱プロトン化により求核性エノラートが生成され、これはさらに反応することができます。たとえば、クライゼン縮合とその分子内等価物であるディークマン縮合などです。この変換はマロン酸エステル合成で利用されており、マロン酸のジエステルが求電子剤（たとえば、ハロゲン化アルキル）と反応し、その後脱炭酸されます。別のバリエーションとして、フラター・ゼーバッハアルキル化があります。
エステル類は、カルボン酸の保護基として機能します。カルボン酸を保護することは、二官能性アミノ酸の自己反応を防ぐために、ペプチド合成において有用です。[ 32 ]メチルエステルとエチルエステルは多くのアミノ酸に対して一般的に入手可能です。[ 33 ] t-ブチルエステルは高価になる傾向があります。しかし、t-ブチルエステルは、強酸性条件下で脱離反応を起こしてカルボン酸とイソブチレンを生成するため、後処理が簡略化されるため、特に有用です。[ 34 ]
多くのエステルは独特のフルーツのような香りを持ち、その多くは植物の精油に天然に存在します。このため、これらの香りを模倣することを目的とした人工香料や香水に広く使用されています。[ 35 ]
b.エステル・オーダ・ザウエルストフゾウレ・エーテルアルテン。ジャンルはエーテル・デュ・トロワジーム。Viele Mineralische undorganische Sauerstoffsäuren treten mit einer Alkohol-Art unter Ausscheidung von Wasser zu 中立 flüchtigen ätherischen Verbindungen zusammen, welche man als gepaarte Verbindungen von Alkohol und Säuren-Wasser oder, nach der Radicaltheorie, als Salze betrachten kann、in welchen eine Säure mit einem Aether verbunden ist.翻訳：
b. エステルエーテルまたはオキシ酸エーテル。第3種のエーテル。酸素を含む多くの鉱酸および有機酸は、脱水時にアルコールと結合して中性で揮発性のエーテル化合物を形成します。これは、アルコールと酸-水の結合化合物と見なすこともできますし、ラジカル理論によれば、酸がエーテルと結合した塩と見なすこともできます。
