10.12: Herstellung von Alkoholen durch Substitutionsreaktionen

Überblick

Alkohole können aus Alkylhalogeniden über nukleophile Substitutionsreaktionen synthetisiert werden. Die hochpolare Kohlenstoff-Halogen-Bindung im Substrat macht Halogenid zu einer guten Abgangsgruppe. Das Hydroxidion oder Wasser kann als Nukleophil wirken, das Halogenid ersetzen und einen Alkohol bilden. Die Substitutionsreaktionen erfolgen über zwei verschiedene Reaktionswege, S_N1 oder S_N2, abhängig von der Art des an das Halogenid gebundenen Kohlenstoffs.

Primäre Alkohole werden aus primären Alkylhalogeniden synthetisiert und die Reaktion verläuft über den S_N2-Mechanismus. Das Nukleophil greift den halogenhaltigen Kohlenstoff von der Seite an, die der Kohlenstoff-Halogen-Bindung gegenüberliegt. In Gegenwart eines starken Nukleophils findet jedoch auch eine konkurrierende Eliminierungsreaktion statt.

Abbildung_1: Parallelreaktionen von 1-Brombutan zu Substitutionsprodukten und Eliminierungsprodukten (Protonenabstraktion).

Die Synthese sekundärer Alkohole aus sekundären Alkylhalogeniden über eine Substitutionsreaktion wird nicht bevorzugt, da aus den konkurrierenden S_N2- und E2-Reaktionswegen ein Produktgemisch entsteht.

Abbildung_2: Parallelreaktionen von 2-Brom-3-methylbutan zu Substitutionsprodukten und Eliminierungsprodukten (Protonenabstraktion).

Tertiäre Alkylhalogenide gehen mit einer schwachen Base wie Wasser eine S_N1-Reaktion ein, bei der tertiäre Alkohole und aufgrund einer konkurrierenden E2-Eliminierungsreaktion auch ein Alken als Nebenprodukt entstehen.

Abbildung_3: Parallelreaktionen tertiärer Alkylhalogenide zu Eliminierungs- und Substitutionsprodukten.

Wenn ein starkes Nukleophil wie Natriumhydroxid verwendet wird, dominiert die E1-Reaktion gegenüber S_N1.

Die Art des Reaktanten bestimmt die Stereochemie des gebildeten Produkts. Wenn das Halogen im Alkylhalogenid an einen chiralen Kohlenstoff gebunden ist, ist der resultierende Alkohol eine Mischung aus zwei Enantiomeren.

Abbildung_4: Substitutionsreaktion an einem asymmetrischen Kohlenstoff, um als Produkt eine razemische Mischung optisch aktiver Alkohole zu ergeben

Erinnern Sie sich an nukleophile Substitutionsreaktionen, bei denen eine funktionelle Gruppe durch eine andere substituiert wird.

Diese Reaktionen erfordern ein sp 3-hybridisiertes Elektrophil mit einer guten Abgangsgruppe und können zur Synthese von Alkoholen über einen S_N1- oder einen S_N2-Mechanismus verwendet werden.

Primäre Alkylhalogenide durchlaufen bevorzugt Substitutionsreaktionen über den S N 2-Mechanismus mit starken_Nukleophilenwie Natriumhydroxid, um primäre Alkohole zu erhalten. Das konkurrierende E2-Eliminierungsverfahren ergibt ein Alken als Nebenprodukt.

Die Synthese von sekundären Alkoholen aus sekundären Alkylhalogeniden durch Substitution ist ungünstiger, da konkurrierende Eliminationsreaktionen zu einer Mischung von Alkoholen und Alkenen als Endprodukte führen.

Bei der Synthese tertiärer Alkohole durchlaufen tertiäre Alkylhalogenide Substitutionsreaktionen über den S N 1-Mechanismus mit schwachen_Nukleophilenwie Wasser.

Wird Wasser jedoch durch ein starkes Nukleophil wie Natriumhydroxid ersetzt, begünstigt das tertiäre Substrat die E2-Reaktion, wodurch ein Alken entsteht.

Wenn das tertiäre Halogenid chiral ist, ergibt eine S_N1-Reaktion ein racemisches Gemisch aus tertiären Alkoholen.

Die konkurrierende Eliminationsreaktion kann minimiert werden, indem eine relativ niedrige Temperatur für die Synthese von Alkoholen in einem schwachen basischen oder neutralen Medium angewendet wird.