10.12: Получение спиртов через реакции замещения.

Обзор

Спирты можно синтезировать из алкилгалогенидов посредством реакций нуклеофильного замещения. Высокополярная связь углерод-галоген в субстрате делает галогенид хорошей уходящей группой. Гидроксид-ион или вода могут действовать как нуклеофилы, замещая галогенид и образуя спирт. Реакции замещения протекают по двум различным путям реакции: S_N1 или S_N2, в зависимости от природы углерода, присоединенного к галогениду.

Первичные спирты синтезируются из первичных алкилгалогенидов, реакция протекает по S_N2-механизму. Нуклеофил атакует галогенсодержащий углерод со стороны, противоположной связи углерод-галоген. Однако в присутствии сильного нуклеофила происходит и конкурирующая реакция элиминирования.

Рисунок_1: Параллельные реакции 1-бромбутана с образованием продуктов замещения и продуктов элиминирования (отщепление протона).

Синтез вторичных спиртов из вторичных алкилгалогенидов посредством реакции замещения не является предпочтительным, поскольку образуется смесь продуктов конкурирующих путей реакций S_N2 и E2.

Рисунок_2: Параллельные реакции 2-бром-3-метилбутана с образованием продуктов замещения и продуктов отщепления (отщепление протона).

Третичные алкилгалогениды подвергаются реакции S_N1 со слабым основанием, таким как вода, с образованием третичных спиртов вместе с алкеном в качестве второстепенного продукта из-за конкурирующей реакции элиминирования E2.

Рисунок_3: Параллельные реакции третичных алкилгалогенидов на продукты отщепления и замещения.

Если используется сильный нуклеофил, такой как гидроксид натрия, реакция E1 доминирует над S_N1.

Природа реагента определяет стереохимию образующегося продукта. Если галоген в алкилгалогениде соединить с хиральным углеродом, образующийся спирт представляет собой смесь двух энантиомеров.

Рисунок_4: Реакция замещения асимметричного углерода с образованием рацемической смеси оптически активных спиртов в качестве продукта.

Вспомним реакции нуклеофильного замещения, в которых одна функциональная группа заменяется другой.

Эти реакции требуют sp-3-гибридизованного электрофила с хорошей уходящей группой и могут быть использованы для синтеза спиртов по механизму S_N1 или S_N2.

Первичные алкилгалогениды, преимущественно, претерпевают реакции замещения через механизм S_N2 с сильными нуклеофилами, такими как гидроксид натрия, с образованием первичных спиртов. Конкурирующий процесс элиминации Е2 дает алкен в качестве второстепенного продукта.

Синтез вторичных спиртов из вторичных алкилгалогенидов путем замещения менее благоприятен, поскольку конкурирующие реакции элиминации приводят к получению смеси спиртов и алкенов в качестве конечных продуктов.

При синтезе третичных спиртов третичные алкилгалогениды вступают в реакции замещения по механизму S_N1 со слабыми нуклеофилами, такими как вода.

Однако, если воду заменить сильным нуклеофилом, таким как гидроксид натрия, третичный субстрат способствует реакции Е2, образуя алкен.

Если третичный галогенид является хиральным, то реакция S_N1 дает рацемическую смесь третичных спиртов.

Конкурирующая реакция элиминации может быть сведена к минимуму путем применения относительно низкой температуры для синтеза спиртов в слабом основании или нейтральной среде.