根据加料顺序不同,二氯亚砜参与的酸与醇的酯化反应机理也不同。
其一:如下二氯亚砜先与酸生成酰氯,然后浓缩出去过量二氯亚砜及二氧化硫,盐酸气体后,与醇反应生成酯。酯中的氧分别来自与酸及醇。

一般会加入几滴DMF催化:

其二:在低温条件下,甲醇-二氯亚砜体系中生成中间物氯化亚硫酸甲酯,然后与酸反应脱去更易离去的基团(-OSOCl),从而达到更高的产率及反应速率。最终得到的酯上的两个氧都来自羧酸上。机理过程如下:
a)氯化亚硫酸甲酯的生成

在低温(0oC)条件下,甲醇的O-H键和二氯亚砜中的一个Cl-S键发生断裂,形成新的H-Cl和O-S键。
b)氯化亚硫酸甲酯的SN1亲核取代。

氯化亚硫酸甲酯中的-SOOCl基团极易和甲基脱离,从而与羧酸游离的H 生成氯化亚硫酸,而氯化亚硫酸极易分解成HCl和SO2,从而使反应不断推进。
反应体系的甲基和羧酸根结合则生成酯,从而解释了生成的酯中的两个氧都来自羧酸。
(甲基极易脱离形成碳正离子,顾此反应应为SN1亲核取代,酸为亲核试剂)
c)氯化亚硫酸的分解

另外,如果用过量的二氯亚砜并保持微沸下,:在其第一步生成氯代亚硫酸酯,生成的二氧化硫及盐酸气体离开反应体系,促进反应生成氯代物。
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