10.12: Preparazione di alcoli tramite reazioni di sostituzione

Panoramica

Gli alcoli possono essere sintetizzati da alogenuri alchilici tramite reazioni di sostituzione nucleofila. Il legame carbonio-alogeno altamente polare nel substrato rende l'alogenuro un buon gruppo uscente. Lo ione idrossido o l'acqua possono agire come un nucleofilo per prendere il posto dell'alogenuro e formare un alcol. Le reazioni di sostituzione avvengono attraverso due diversi percorsi di reazione, S_N1 o S_N2, a seconda della natura del carbonio attaccato all'alogenuro.

Gli alcoli primari vengono sintetizzati dagli alogenuri alchilici primari e la reazione procede tramite il meccanismo S_N2. Il nucleofilo attacca il carbonio contenente alogeno dal lato opposto al legame carbonio-alogeno. Tuttavia, in presenza di un nucleofilo forte, si verifica anche una reazione di eliminazione competitiva.

Figura 1: Reazioni parallele dell'1-bromobutano in prodotti di sostituzione e prodotti di eliminazione (sottrazione di protoni)

La sintesi di alcoli secondari da alogenuri alchilici secondari tramite reazione di sostituzione non è favorita poiché si forma una miscela di prodotti dalle vie di reazione concorrenti S_N2 ed E2.

Figura 2: Reazioni parallele del 2-bromo-3-metilbutano in prodotti di sostituzione e prodotti di eliminazione (sottrazione di protoni).

Gli alogenuri alchilici terziari subiscono la reazione S_N1 con una base debole come l'acqua per produrre alcoli terziari insieme all'alchene come prodotto minore a causa di una reazione di eliminazione E2 concorrente.

Figura 3: Reazioni parallele degli alogenuri alchilici terziari ai prodotti di eliminazione e sostituzione.

Se viene utilizzato un nucleofilo forte come l'idrossido di sodio, la reazione E1 domina su S_N1.

La natura del reagente determina la stereochimica del prodotto formato. Se l'alogeno nell'alogenuro alchilico è collegato ad un carbonio chirale, l'alcol risultante è una miscela di due enantiomeri.

Figura 4: Reazione di sostituzione su un carbonio asimmetrico per produrre una miscela racemica di alcoli otticamente attivi come prodotto

Ricordiamo le reazioni di sostituzione nucleofila, in cui un gruppo funzionale viene sostituito con un altro.

Queste reazioni richiedono un elettrofilo ibridato sp³ con un buon gruppo uscente e possono essere utilizzate per sintetizzare alcoli tramite un meccanismo S_N1 o S_N2.

Gli alogenuri alchilici primari, preferenzialmente, subiscono reazioni di sostituzione attraverso il meccanismo S_N2 con nucleofili forti come l'idrossido di sodio per produrre alcoli primari. Il processo di eliminazione E2 in competizione dà un alchene come prodotto minore.

La sintesi di alcoli secondari da alogenuri alchilici secondari tramite sostituzione è meno favorevole perché reazioni di eliminazione concorrenti portano a una miscela di alcoli e alcheni come prodotti finali.

Nella sintesi degli alcoli terziari, gli alogenuri alchilici terziari subiscono reazioni di sostituzione attraverso il meccanismo S_N1 con nucleofili deboli come l'acqua.

Tuttavia, se l'acqua viene sostituita con un nucleofilo forte come l'idrossido di sodio, il substrato terziario favorisce la reazione E2, producendo un alchene.

Se l'alogenuro terziario è chirale, allora una reazione S_N1 dà una miscela racemica di alcoli terziari.

La reazione di eliminazione concorrente può essere minimizzata applicando una temperatura relativamente bassa per la sintesi di alcoli in una base debole o in un mezzo neutro.