10.12: 通过取代反应制备醇

概述

醇可以由烷基卤通过亲核取代反应合成。 底物中的高极性碳-卤键使卤化物成为良好的离去基团。 氢氧根离子或水可以作为亲核试剂代替卤化物并形成醇。 取代反应通过两种不同的反应途径（S_N1 或 S_N2）发生，具体取决于卤化物上碳的性质。

伯醇由伯烷基卤合成，反应通过S_N2机理进行。 亲核试剂从与碳-卤键相反的一侧攻击含卤素的碳。 然而，在强亲核试剂存在的情况下，也会发生竞争消除反应。

图_1:1-溴丁烷生成取代产物和消除产物（质子提取）的平行反应。

通过取代反应由仲烷基卤化物合成仲醇并不受欢迎，因为竞争的 S_N2 和 E2 反应路线会形成产物混合物。

图_2:2-溴-3-甲基丁烷生成取代产物和消除产物（质子夺取）的平行反应。

叔烷基卤化物与弱碱（例如水）进行 S_N1 反应，生成叔醇，并由于竞争性 E2 消除反应而生成作为次要产物的烯烃。

图_3:叔烷基卤化物消除和取代产物的平行反应。

如果使用强亲核试剂如氢氧化钠，则 E1 反应比 S_N1 反应占主导地位。

反应物的性质决定了所形成产物的立体化学。 如果烷基卤中的卤素与手性碳连接，则所得醇是两种对映体的混合物。

图_4:不对称碳上的取代反应，产生旋光醇的外消旋混合物作为产物

回想一下亲核取代反应，其中一个官能团被另一个官能团取代。

这些反应需要具有良好离去基团的 sp³ 杂交亲电试剂，可用于通过 S_N1 或 S_N2 机制合成醇。

伯烷基卤化物优先通过 S_N2 机制与强亲核试剂（如氢氧化钠）发生取代反应，生成伯醇。竞争性的 E2 消除过程将烯烃作为次要产品。

通过取代从仲烷基卤化物合成仲醇不太有利，因为竞争性消除反应导致醇和烯烃的混合物成为最终产物。

在叔醇的合成中，叔烷基卤化物通过 S_N1 机制与弱亲核试剂（如水）发生取代反应。

然而，如果用氢氧化钠等强亲核试剂取代水，则三级底物有利于 E2 反应，产生烯烃。

如果叔卤化物是手性的，则 S_N1 反应得到叔醇的外消旋混合物。

通过在弱碱或中性介质中应用相对较低的温度合成醇，可以最大限度地减少竞争消除反应。