GL_11_Спирты (1125819), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Пентанол-1 в тех же условиях образует только 1-бромпентан без продуктов перегруппировки, и это превращение, несомненно, протекает по S_N2-механизму. Однако первичные спирты с раз­ветвленной цепью дают уже некоторое количество изомерного галогенида:

Таким образом, замещение гидроксильной группы спиртов на галоген под действием галогеноводородов без изомеризации осуществляется только для третичных спиртов и н-алканолов-1. Для получения индивидуальных алкилгалогенидов из спиртов, способных к изомеризации или перегруппировке, следует применять другие препаративные методы.

Получение алкилгалогенидов из спиртов и галогенидов фосфора

Для превращения спиртов в алкилгалогениды применяют различные три- и пентагалогениды фосфора: РВr₃; РСl₅; РОС1₃ или РI₃, получаемый из красного фосфора и йода непосредственно во время реакции. Для первичных и вторичных спиртов на три моля спирта можно расходовать только один моль трехбромистого или трехйодистого фосфора:

3 ROH + РВr₃  3 RBr + Н₃РО₃.

Галогениды и оксигалогениды фосфора относятся к умеренно сильным кислотам Льюиса, а их анионы выполняют роль нуклеофильного агента. Механизм реакции замещения гидроксильной группы на бром или йод в реакции спиртов с РВr₃ или РI₃ заключается в образовании протонированной формы алкилдибром-фосфита в качестве интермедиата с последующей нуклеофильной атакой бромид- или йодид-иона и отщеплением уходящей группы НОРХ₂. Первая стадия этого процесса по существу представляет собой нуклеофильное замещение у атома фосфора под действием спирта как нуклеофильного агента:

Образующийся в результате двухстадийного процесса НОРВг₂ далее реагирует со спиртом по аналогичному механизму, и в конечном итоге все три атома галогена РВr₃ или РI₃ принимают участие в реакции замещения гидроксила на галоген:

Замещение гидроксильной группы на галоген под действием РВr_з и других галогенидов и оксигалогенидов фосфора происходит с инверсией конфигурации у асимметрического атома углерода, связанного с гидроксильной группой. Замещение гидроксила на галоген под действием РВr₃, РI₃, РСl₅, РОСl₃ часто сопровождается изомеризацией и перегруппировками. Это неудивительно, если принять во внимание, что галогениды и оксигалогениды фосфора проявляют свойства типичных кислот Льюиса, способствующих этим нежелательным процессам. Пентанол-3 в реакции с трехбромистым фосфором в эфире образует 85% 3-бромпентана и 15% 2-бромпентана - продукта перегруппировки. З-Метилбутанол-2 и неопентиловый спирт с трехбромистым фосфором также дают смесь изомерных галогенидов, в которой доминирует продукт изомеризации. Степень изомеризации и перегруппировки здесь ниже, чем в реакциях замещения под действием НВг и других галогеноводородов, но все-таки весьма велика:

Применение третичных оснований, таких, как пиридин, хинолин, N,N-диметиланилин, в смеси с РВr₃, РI₃, РСl₅, РОС1₃ несколько уменьшает долю продукта перегруппировки, но не устраняет ее. Таким образом, галогениды и оксигалогениды фосфора не могут быть рекомендованы в качестве региоселективных и тем более региоспецифических реагентов для замещения спиртовой гидроксильной группы. Эти реагенты следует применять только в наиболее простых случаях, где перегруппировка и изомеризация невозможны.

Получение алкилхлоридов из спиртов и тионилхлорида

Тионилхлорид превращает первичные и вторичные спирты в алкилхлориды с выходом 70-90%. Третичные спирты преимущественно подвергаются дегидратации при взаимодействии с SOCl₂ с образованием алкенов. Следует различать две разновидности этой реакции: в присутствии или в отсутствие основания (пиридин, триэтиламин, диметиланилин и другие третичные амины):

Ранее полагали, что в отсутствие основания замещение гидроксила на хлор протекает как внутримолекулярное S_Ni нуклеофильное замещение в промежуточно образующемся из спирта и тионилхлорида хлорсульфите. Внутримолекулярное замещение двуокиси серы хлором в хлорсульфите по механизму S_Ni должно происходить с той же стороны, откуда отщепляется уходящая группа SO₂. Следовательно, внутримолекулярное нуклеофильное замещение должно сопровождаться полным сохранением конфигурации у асимметричного атома углерода:

Для этого процесса был предложен механизм с четырехзвенным циклическим переходным состоянием. В настоящее время надежно установлено, что такой процесс реально не происходит, а реакции, для которых ранее предполагали S_Ni -механизм, в действительности включают образование ионных пар в качестве интермедиата:

Детальное исследование стереохимии термического разложения оптически активного 2-октилхлорсульфита показало явное несоответствие с механизмом S_Ni . В отсутствие растворителя образуется 2-хлороктан с 78%-м обращением конфигурации, что определенно указывает на замещение хлорсульфитной группы в результате атаки хлорид-ионов с тыла. При термическом разложении 2-октилхлорсульфита в диоксане наблюдается сохранение конфигурации на 84%, но этот результат следует рассматривать как следствие двойной инверсии конфигурации. В первой стадии диоксан в качестве нуклеофильного агента замещает хлорсульфит в обычном процессе бимолекулярного нуклеофильного замещения:

Во второй стадии хлорид-ион замещает диоксан в оксониевом катионе:

Двойное обращение равносильно сохранению конфигурации у асимметричного атома углерода. Аналогично можно описать превращение спиртов в хлориды или бромиды под действием хлорокиси или бромокиси фосфора.

При замещении гидроксила во вторичных спиртах на галоген с помощью тионилхлорида или хлорокиси фосфора в присутствии основания наблюдается обращение конфигурации. В этом случае имеет место обычное бимолекулярное нуклеофильное замещение O-S(O)-Cl группы в хлорсульфите под действием хлорид-иона как нуклеофильного агента. Источником хлорид-иона служит гидрохлорид третичного амина, образующийся при взаимодействии спирта, тионилхлорида и третичного амина:

Замещение гидроксила на галоген в реакции спиртов с галогенидами и оксигалогенидами фосфора, мышьяка, серы и селена (PCl₅, AsCl₅, РОСl₃, РВr₃, POCI₃ и др.) в присутствии основания всегда приводит к инверсии конфигурации у хирального атома углерода. Для вторичных спиртов с замещением конкурирует элиминирование с образованием алкенов, которое становится доминирующим для третичных спиртов. Перегруппировки и изомеризации при замещении гидроксильной группы первичных и вторичных спиртов на хлор под действием тионилхлорида в присутствии пиридина или другого третичного основания при 0 ... -10 ^oС происходит в значительно меньшей степени по сравнению с замещением с РВr₃ или РСl₅ в смеси с пиридином, хотя и не исключаются совсем:

Получение алкилгалогенидов из спиртов и квазифосфониевых солей

Современные методы замещения спиртовой гидроксильной группы на галоген отличаются высокой регио- и стереоселективностью. В последние годы для этой цели наибольшее распространение получили квазифосфониевые соли - аддукты ароматических фосфинов с галогенами, тетрагалогенметанами или N-галогенсукцинимидом. Такие реагенты используют для региоселективного замещения ОН-группы в мягких условиях и с очень высокой степенью инверсии конфигурации. Трифенилфосфин образует стабильные комплексы с бромом и хлором. Эти комплексы превращают спирты в алкилгалогениды. Метод особенно удобен для вторичных и первичных спиртов, для которых можно ожидать изомеризации и перегруппировки. Замещение гидроксила на галоген под действием комплексов (С_бН₅)₃Р^.Br₂ и (С_бН₅)₃Р^.Сl₂ отличается высокой региоселективностью:

В первой стадии реакции спирт вытесняет галогенид-ион из ковалентно построенного соединения пятивалентного фосфора с образованием ионного фосфониевого интермедиата или ковалентного фосфорана. Затем этот интермедиат подвергается нуклеофильной атаке галогенид-ионом с отщеплением трифенилфосфиноксида, играющего роль уходящей группы:

Согласно этой схеме, конечным стереохимическим результа­том должно быть обращение конфигурации у асимметрично­го атома углерода, при котором происходит замещение гид­роксила на галоген.

Спирты можно превратить в хлориды или бромиды при взаи­модействии с трифенилфосфином и четыреххлористым или четы­рехбромистым углеродом:

Механизм этой реакции более сложен. Мягкий нуклеофильный агент трифенилфосфин атакует тетрахлорид углерода по ато­му хлора как мягкому электрофильному центру этой молекулы. Анион Сl₃С^- является хорошей уходящей группой, так как хло­роформ является достаточно сильной С-Н-кислотой (гл. 3, ч. I):

В присутствии первичного или вторичного спирта образуется алкоксифосфониевая соль:

Хлорид-ион атакует атом углерода в катионе трифенилалкоксифосфония с образованием первичного или вторичного алкилхлорида и трифенилфосфиноксида:

Последняя стадия представляет собой обычное бимолекулярное нуклеофильное замещение, движущей силой которого является образование стабильного трифенилфосфиноксида. Для интермедиата Рh₃Р⁺ОR Сl^- обычно принято строение фосфониевой соли с хлорид-ионом в качестве противоиона. Однако во многих слу­чаях более обоснованной является структура ковалентного фосфорана Ph₃P(Cl)-OR с пятикоординированным атомом фосфора. Такая структура доказана для пространственно затрудненных спиртов - неопентилового, эндо- и экзо-норборнеолов, холесте­рина и др. В любом случае превращение спирта в алкилгалогенид протекает с обращением конфигурации.

Однако возможен иной механизм превращения спирта в алкилгалогенид при взаимодействии трифенилфосфина, спирта и ССl₄. Фосфониевая соль Рh₃Р⁺ОR Сl^-, получающаяся из три­фенилфосфина и CCl₄, может реагировать со второй молекулой трифенилфосфина с образованием илида фосфора (гл. 16, ч. 3) и дихлорида трифенилфосфина:

Алкоксифосфониевая соль может получаться при взаимодей­ствии илида и трифенилфосфиндихлорида со спиртом:

Характеристики

Список файлов книги