Получение алкилгалогенидов из спирта и галогеноводородов
Реакционная способность галогеноводородов уменьшается в ряду
Скорость реакции замещения резко снижается в ряду
.
Механизм последующего нуклеофильного замещения зависит от природы радикала спирта. Для первичных спиртов реализуется SN2 - механизм замещения воды в катионе алкоксония на галоген.
Третичные и вторичные спирты взаимодействуют с галогеноводородами по механизму SN1 с образованием карбокатиона в качестве интермедиата. При этом в реакционной смеси в высокой концентрации находится галогенид-ион - более сильный нуклеофильный агент, чем вода. Поэтому карбокатион стабилизируется не выбросом протона или рекомбинацией с молекулой воды, а взаимодействием с галогенид-ионом как наиболее сильным нуклеофилом.
Получение алкилгалогенидов из спиртов и галогенидов фосфора
Для превращения спиртов в алкилгалогениды применяют различные тригалогениды, пентагалогениды и оксигалогениды фосфора: PBr3, PCl5, PCl3, POCl3, PI3 .
Получение алкилхлоридов из спиртов и тионилхлорида
Тионилхлорид превращает первичные и вторичные спирты в алкилгалогениды с выходом 70-90. Следует различать две разновидности этой реакции: в присутствии или отсутствии основания ( пиридин, триэтиламин, диметиланилин, и др.).
В отсутствии основания реакция протекает с образованием в качестве интермедиата ионных пар.
При замещении гидроксила во вторичных спиртах с помощью тионилхлорида в присутствии оснований наблюдается обращение конфигурации. В этом случае имеет место обычное бимолекулярное нуклеофильное замещение в хлорсульфите под действием хлорид-иона как нуклеофила.
Замещение гидроксила на галоген в реакции спиртов с галогенидами и оксигалогенидами фосфора, мышьяка, серы и селена в присутствии оснований всегда приводит к инверсии конфигурации у хирального атома углерода.
Спирты являются слабыми основаниями ( акцепторами протона) за счет неподеленной пары электронов атома кислорода. Поэтому в присутствии сильной минеральной кислоты происходит протонирование спирта( образование донорно-акцепторной связи H-O).
Механизм SN1-мономолекулярное нуклеофильное замещение.
1-стадия (лимитирующая). Катион алкилгидроксония, отщепляя воду, превращается в карбокатион:
Роль кислоты, таким образом, заключается в превращении OH-группы в H2O,которая отщепляется легче, чем анион HO- .
2-стадия. Карбокатион вызывает гетеролитический разрыв связи в галогенводороде и присоединяет галогенид-анион с образованием конечного продукта:
или
Освободившийся H+ идет на протонирование новых молекул спирта.
Механизм SN2 –бимономолекулярное нуклеофильное замещение.
Этот механизм заключается в практически одновременном отщеплении воды и присоединении нуклеофила-галогена(без образования карбокатиона) и идет в одну стадию.
В механизме SN1 атом углерода в исходном состоянии находится в тетраэдрическом состоянии sp3-гибридизации.
На первой стадии после отщепления уходящей группы (Х) образуется карбкатион, в котором центральный атом углерода находится в состоянии sp2-гибридизации. Все заместители (R, R’, R’’) при этом располагаются в одной плоскости (копланарно).
На второй стадии нуклеофильный реагент (Y) с равной вероятностью может атаковать эту плоскость с любой стороны. В результате чего образуется примерно равное количество продукта с сохраненной и обращенной конфигурациями (рацемат не обладающий оптической активностью).
В механизме SN2 нуклеофил из-за электростатических и пространственных препятствий атакует центральный атом углерода «с тыла» - со стороны противоположной уходящей группе. В переходном состоянии реагент Y, центральный атом углерода C и уходящая группа Х располагаются на одной прямой, а заместители R, R’ и R’’ лежат в одной плоскости. По мере того как уходящая группа покидает переходное состояние связи С–R поворачиваются в ту же сторону, подобно зонтику, выворачиваемому ветром.
Характерной особенностью процессов с участием карбокатионов являются перегруппировки. Эта реакция может также сопровождаться перегруппировками. Атом водорода при соседнем атоме углерода может мигрировать в виде гидрид-иона к карбокатионному центру. Это смещение называется 1,2-гидридным сдвигом. Роль подобным перегруппировок возрастает тогда, когда в результате гидридного сдвига образуется более стабильный карбокатион.
Перегруппировка может происходить не только за счет 1,2-миграции гидрид-иона, но также в результате скелетной изомеризации, когда мигрирует алкильная группа.
Ретропинаколиновая перегруппировка-миграция углеводородной группы:
