La reacción entre el alcohol plegado y el ácido inorgánico que contiene oxígeno
La reacción entre el alcohol y el ácido inorgánico que contiene oxígeno pierde una molécula de agua y genera un éster de ácido inorgánico.
El proceso de reacción entre el alcohol y el ácido nítrico es el siguiente: la molécula de alcohol actúa como nucleófilo para atacar la parte cargada positivamente del ácido o sus derivados, el doble enlace nitrógeno-oxígeno se abre y luego se El enlace hidrógeno-oxígeno de la molécula de alcohol se rompe y la parte de ácido nítrico. Se pierde una molécula de agua y se forma nuevamente un doble enlace nitrógeno-oxígeno.
Este tipo de reacción se utiliza principalmente para la preparación de ésteres de alcoholes primarios de ácidos inorgánicos. Este método no es adecuado para la preparación de ésteres de alcohol terciario de ácidos inorgánicos porque las reacciones de eliminación ocurren fácilmente cuando los alcoholes terciarios reaccionan con ácidos inorgánicos.
El alcohol reacciona con cloruros y anhídridos de ácidos inorgánicos que contienen oxígeno para producir ésteres de ácidos inorgánicos.
Los ésteres de ácidos inorgánicos que contienen oxígeno tienen muchos usos. El dinitrato de etilenglicol y el trinitrato de glicerilo (comúnmente conocido como nitroglicerina) son explosivos potentes. La nitroglicerina también se puede utilizar para dilatar los vasos sanguíneos y tratar la angina y los cólicos biliares. Los científicos han descubierto que la razón por la que la nitroglicerina puede tratar enfermedades cardíacas es que libera la molécula mensajera "NO" y han aclarado el mecanismo del "NO" en las actividades de la vida. Por ello ganaron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1998.
Hay fosfatos en los nucleótidos de los organismos vivos. Por ejemplo, la reacción entre el glicerol fosfato y los iones de calcio se puede utilizar para controlar la concentración de iones de calcio en el cuerpo. Si esta reacción está desequilibrada, se puede desarrollar raquitismo. resultado.
Reacción de sustitución del grupo hidroxilo del alcohol plegado
En los alcoholes, el enlace carbono-oxígeno es un enlace valente polar. Dado que la electronegatividad del oxígeno es mayor que la del carbono, es más. útil El par de electrones está sesgado hacia el oxígeno. Cuando el nucleófilo ataca al carbono positivo, el enlace carbono-oxígeno se rompe y el grupo hidroxilo es reemplazado por el nucleófilo. Una de las reacciones de sustitución nucleofílica más importantes es la sustitución de grupos hidroxilo por átomos de halógeno. Los métodos comúnmente utilizados son los siguientes:
1. Reacción con ácido halohídrico
(1) Condiciones generales
El ácido halohídrico reacciona con el alcohol para generar haluro de alquilo. El grupo hidroxilo del alcohol medio se reemplaza por un átomo de halógeno.
ROH+HX-->RX+H20
El grupo hidroxilo alcohólico no es un buen grupo saliente y requiere la ayuda de un ácido para protonar el grupo hidroxilo y dejarlo en la forma de agua. La reactividad de varios alcoholes es 3°>2°>1°. Los alcoholes terciarios son fáciles de reaccionar y pueden reaccionar con ácido clorhídrico concentrado agitando a temperatura ambiente. El ácido bromhídrico también puede reaccionar con alcoholes terciarios a bajas temperaturas. Por ejemplo, si se hace pasar cloruro de hidrógeno o bromuro de hidrógeno gaseoso a través de un alcohol terciario a 0°C, la reacción puede completarse en unos pocos minutos. Este es un método común para preparar haluros de alquilo terciario.
Entre los ácidos halohídricos, el ácido yodhídrico es el más ácido, seguido del ácido bromhídrico y el ácido clorhídrico concentrado es el más débil. La nucleofilicidad de los iones haluro es I->Br->Cl-, por lo que la reactividad. del ácido halohídrico es HI>HBr>HCl. Si se usa alcohol primario para reaccionar con estos tres tipos de ácido hálico, respectivamente, el ácido yodhídrico puede reaccionar directamente, el ácido bromhídrico necesita usar ácido sulfúrico para mejorar su acidez y el ácido clorhídrico concentrado debe mezclarse con cloruro de zinc anhidro para reaccionar. El cloruro de zinc es un ácido de Lewis fuerte y actúa de manera similar a un ácido protónico en la reacción.
Utilice el reactivo de Lucas para identificar alcoholes primarios, alcoholes secundarios y alcoholes terciarios.
La mezcla de ácido clorhídrico concentrado y cloruro de zinc anhidro se llama reactivo de Lucas. Se puede utilizar para identificar alcoholes primarios, secundarios y terciarios con seis carbonos y menos de seis carbonos. Agréguelo a un tubo de ensayo que contenga reactivo de Lucas. Después de agitar, se puede encontrar que el alcohol terciario reacciona inmediatamente para generar un cloroalcano aceitoso. que es insoluble en ácido, la solución se vuelve turbia y luego se separa en dos capas, y la reacción es exotérmica, el alcohol secundario reacciona durante 2 a 5 minutos, la exotermia es pequeña y obvia, y la solución se separa en dos capas; El alcohol primario aún no reacciona después de dejarlo a temperatura ambiente durante 1 hora y debe calentarse para reaccionar.
Al utilizar el reactivo de Lucas, tenga en cuenta que algunos alcoholes primarios, como el alcohol alílico (alcohol alílico) y el alcohol bencílico (alcohol bencílico), también pueden reaccionar rápidamente. Esto se debe a que el yugo p-π es fácil. para formar carbocatión para la reacción SN1.
Las velocidades de reacción de varios alcoholes y el reactivo de Lucas son
alcoholes alílicos, alcoholes bencílicos, alcoholes terciarios>;alcoholes secundarios>;alcoholes primarios
ácido halógeno de hidrógeno. Reacciona con la mayoría de los alcoholes primarios según el mecanismo SN2.
El ácido halogenado reacciona según el mecanismo SN1 con la mayoría de los alcoholes secundarios y terciarios y enzimas primarias con una resistencia al aire particularmente grande.
Si la reacción se basa en el mecanismo SN, se producirán productos de reordenamiento. Por ejemplo, la reacción entre 2-pentanol y ácido bromhídrico producirá 86% de 2-bromopentano y 14% de 3-bromopentano; La reacción de calentamiento en ácido bromhídrico y ácido sulfúrico contiene un 80% de bromuro de isobutilo y un 20% de bromuro de butilo terciario. Debido al gran impedimento β estérico del alcohol neopentílico, se produce el producto reordenado, bromuro de 2-metil-2-butilo. La reacción entre alcoholes terciarios y ácidos hidrohálicos generalmente no causa reordenamiento, pero los alcoholes terciarios son propensos a reacciones de eliminación, por lo que la reacción de sustitución debe llevarse a cabo a bajas temperaturas.
2. Reacción con haluro de fósforo
El alcohol reacciona con haluro de fósforo para formar haluro de alquilo.
El grupo hidroxilo alcohólico es un grupo saliente malo. Reacciona con el tribromuro de fósforo para formar CH3CH2OPBr2. El Br ataca al átomo de carbono del grupo alquilo y el -OPBr2 sale como grupo saliente. - Hay dos átomos de bromo más en OPBr2, que pueden seguir reaccionando con los alcoholes.
El yoduro de alcanos se puede preparar a partir de triyoduro de fósforo y alcohol, pero normalmente el triyoduro de fósforo se reemplaza por fósforo rojo y yodo. El alcohol, el fósforo rojo y el yodo se calientan juntos para formar el triyoduro. El fósforo reacciona con el alcohol.
Los cloroalcanos se preparan habitualmente haciendo reaccionar pentacloruro de fósforo con alcohol.
Entre los métodos anteriores, el método más utilizado es combinar tribromuro de fósforo con alcoholes primarios, alcoholes primarios con cadenas ramificadas en la posición β y alcoholes secundarios para generar los alcoholes secundarios correspondientes y algunos La temperatura. de alcoholes primarios que son propensos a reacciones de reordenamiento deben estar por debajo de 0°C para evitar el reordenamiento. El fósforo rojo y el yodo se utilizan a menudo en la preparación con alcohol primario de los yodoalcanos correspondientes.
3. Reacción con cloruro de tionilo
Si se utilizan cloruro de tionilo y alcohol para reaccionar, se puede obtener cloruro de alquilo directamente, y se generan dos gases, dióxido de azufre y cloruro de hidrógeno. Al mismo tiempo, durante la reacción, todos estos gases abandonan el sistema de reacción, lo que favorece que la reacción avance en la dirección de producir productos. La reacción no solo es rápida, las condiciones de reacción son suaves, el rendimiento es alto y ningún otro. Se generan subproductos. Generalmente, usar un exceso de cloruro de tionilo y mantenerlo ligeramente hirviendo es un buen método para producir oxialcanos.
4. Preparación de hidrocarburos halogenados mediante la reacción de alcohol y cloruro de sulfonilo como etapa intermedia.
Los grupos hidroxilo de alcohol deben ser catalizados por ácido protónico o ácido de Lewis antes de que se pueda llevar a cabo la reacción de sustitución. fuera, mientras que el sulfonato de benceno El resto ácido en los ésteres ácidos es un buen grupo saliente, por lo que este tipo de éster es más fácil de llevar a cabo una reacción de sustitución nucleofílica que el alcohol.
De esta manera, el alcohol primario o secundario se hace reaccionar con cloruro de bencenosulfonilo para formar un éster de sulfonato, y luego se convierte en un haluro de alquilo con muy buena pureza. El cloruro de sulfonilo se puede preparar haciendo reaccionar el ácido sulfónico correspondiente con pentacloruro de fósforo.
Oxidación de alcoholes plegados
Los alcoholes primarios y los alcoholes secundarios tienen hidrógeno en el átomo de carbono conectado al grupo hidroxilo del alcohol y pueden oxidarse a aldehídos, cetonas o alcoholes terciarios; No hay hidrógeno en el átomo de carbono conectado al grupo hidroxilo alcohólico, por lo que no se oxida fácilmente. Por ejemplo, en condiciones ácidas, es fácil deshidratarse en alqueno, y luego el enlace carbono-carbono se oxida y se rompe para formar. un compuesto de molécula pequeña.
1. Oxidar con permanganato de potasio o dióxido de manganeso.
Los alcoholes no se oxidan con soluciones acuosas frías, diluidas y neutras de permanganato de potasio. Los alcoholes primarios y los alcoholes secundarios pueden oxidarse bajo. condiciones relativamente fuertes (como la calefacción). El alcohol primario genera sal de carboxilato de potasio, que se disuelve en agua y precipita dióxido de manganeso. Después de la neutralización, se puede obtener ácido carboxílico.
Los alcoholes secundarios se pueden oxidar a cetonas. Sin embargo, cuando los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas con permanganato de potasio, se oxidan aún más fácilmente y se rompen los enlaces carbono-carbono, por lo que rara vez se utilizan en la síntesis de cetonas.
Los alcoholes terciarios no se oxidan fácilmente con permanganato de potasio en condiciones neutras o alcalinas. En condiciones ácidas, pueden deshidratarse en alquenos y luego los enlaces carbono-carbono se romperán para formar compuestos moleculares pequeños.
El permanganato de potasio y el sulfato de manganeso pueden producir dióxido de manganeso en condiciones alcalinas. El dióxido de manganeso recién preparado puede oxidar alcoholes primarios y alcoholes secundarios con enlaces insaturados en el carbono β para formar los correspondientes aldehídos y cetonas, los enlaces insaturados. puede no verse afectado.
2. Oxidación con ácido crómico
Las formas de ácido crómico que se pueden utilizar como oxidantes son: Na2Cr2O7 y mezcla de ácido sulfúrico al 40%~50%, solución de ácido acético glacial CrO3, Complejos de CrO3 y piridina, etc.
Los alcoholes de primer grado comúnmente se oxidan con una mezcla de NaCr2O7 y 40% ~ 50% de ácido sulfúrico. Primero se obtienen aldehídos, y los aldehídos se oxidan posteriormente en ácidos. Si se controlan las condiciones de oxidación apropiadas y el aldehído se evapora inmediatamente del sistema de reacción después de la oxidación a aldehído, se puede evitar una mayor oxidación del aldehído a ácido. La reacción debe llevarse a cabo a una temperatura inferior al punto de ebullición del alcohol y superior. que el punto de ebullición del aldehído se añade alcohol gota a gota a una solución de NaCr2O7, H2SO4 y H2O a una temperatura de ~75°C. Una vez generado el propionaldehído, se destila. El rendimiento de esta reacción no es alto porque algunos aldehídos siempre se oxidan a ácidos.
Este método sólo puede utilizarse si el punto de ebullición del aldehído es inferior a 100°C, por lo que su uso es muy limitado.
Los alcoholes secundarios suelen ser oxidados por los oxidantes del ácido crómico antes mencionados, y las cetonas son relativamente estables en estas condiciones. Por tanto es un método más útil.
El complejo de anhídrido crómico-bipiridina formado por la reacción del anhídrido crómico (CrO3) y la piridina es un cristal rojo higroscópico, llamado reactivo de Sarrett, que puede oxidar alcoholes primarios a aldehídos. Los alcoholes secundarios se oxidan a cetonas con una. alto rendimiento porque la piridina es alcalina y es un buen agente oxidante para alcoholes que son inestables en ácidos. La reacción generalmente se lleva a cabo en diclorometano a aproximadamente 25°C. Si hay dobles o triples enlaces en la molécula, no se verán afectados por la oxidación.
Los alcoholes secundarios también se pueden oxidar a las cetonas correspondientes mediante el reactivo de Jones. Si el reactivo es un alcohol secundario insaturado, la cetona correspondiente se generará al oxidarse con el reactivo de Jones sin afectar el doble enlace de este reactivo. Es disolver anhídrido crómico en ácido sulfúrico diluido y luego agregarlo gota a gota a la solución de acetona del alcohol que se va a oxidar. La reacción se lleva a cabo a 15 ~ 20 ° C y se puede obtener un mayor rendimiento de cetona.
Si se utiliza un exceso de ácido crómico y las condiciones de reacción son fuertes, los dobles enlaces también se oxidarán en cetonas o ácidos.
Utilice una solución acuosa de ácido sulfúrico de anhídrido crómico para identificar alcoholes primarios y alcoholes secundarios.
Los alcoholes primarios y los alcoholes secundarios pueden cambiar la solución acuosa transparente de ácido sulfúrico de anhídrido crómico de naranja a verde azulado opaco. Los alcoholes terciarios no tienen esta reacción. Los alquenos y alquinos tampoco tienen esta reacción. La razón de la reacción anterior es que el alcohol primario y el alcohol secundario desempeñan un papel oxidativo.
3. Oxidación con ácido nítrico
El alcohol primario se puede oxidar a ácido en ácido nítrico diluido. Los alcoholes secundarios y terciarios deben oxidarse en ácido nítrico relativamente concentrado y, al mismo tiempo, los enlaces carbono-carbono se rompen y se convierten en ácidos de molécula pequeña. Los alcoholes cíclicos se oxidan y los enlaces carbono-carbono se rompen en ácidos dibásicos.
4. Método de oxidación de Oppenauer
Otro método selectivo de oxidación de alcoholes se llama métodos de oxidación de Oppenauer (métodos de oxidación), es decir, en una base como en presencia de butóxido de aluminio o isopropóxido de aluminio, el alcohol secundario reacciona con acetona (o metiletilcetona, ciclohexanona) (a veces se agrega benceno o tolueno como solvente), y el alcohol transfiere dos átomos de hidrógeno a acetona, y el alcohol se convierte en Para formar una cetona, la acetona se reducido a alcohol isopropílico. La característica de esta reacción es que sólo se produce la transferencia de átomos de hidrógeno entre el alcohol y la cetona, sin involucrar otras partes de la molécula. Por lo tanto, este método es más adecuado cuando la molécula contiene dobles enlaces carbono-carbono u otros grupos que son inestables al ácido. Por lo tanto, este método también es un método eficaz para preparar cetonas insaturadas a partir de un alcohol secundario insaturado. 5. Oxidación con reactivo de Pfitzner-Moffatt
A partir de alcoholes primarios se pueden obtener aldehídos con rendimientos muy altos bajo la acción del reactivo de Pfitzner-Moffatt. Este reactivo está compuesto de dimetilsulfóxido y diciclohexilcarbodiimida. El nombre inglés de diciclohexilcarbodiimida, abreviado como DCC, es el producto de deshidratación de la urea disustituida. Este es un agente deshidratante muy importante. Por ejemplo, con alcohol p-nitrobencílico se puede obtener p-nitrobenzaldehído con un rendimiento del 92% bajo la acción del ácido fosfórico y este reactivo.
En esta reacción, la ciclohexilcarbodiimida acepta una molécula de agua y se convierte en un derivado de la urea, mientras que el dimetilsulfóxido se convierte en sulfuro de dimetilo. Este agente oxidante también se puede utilizar para oxidar alcoholes secundarios.
Tenga cuidado al realizar reacciones de oxidación: Muchas sustancias orgánicas explotarán violentamente cuando entren en contacto con oxidantes fuertes, por lo que cuando se utilice permanganato de potasio, ácido perclórico y oxidantes similares, se deben realizar en disolvente. Reacción, porque el disolvente puede disipar una gran cantidad de calor liberado y ralentizar la velocidad de reacción.
Deshidrogenación de alcoholes plegados
Los alcoholes primarios y los alcoholes secundarios pueden perder hidrógeno para formar compuestos carbonílicos bajo la acción de agentes deshidrogenantes. Para la producción industrial, la deshidrogenación de alcoholes generalmente es de cobre o cobre. El óxido de cromo se utiliza comúnmente como agente deshidrogenante. Se pueden generar aldehídos o cetonas haciendo pasar vapor de alcohol a través del catalizador a 300°C. Además, también se pueden utilizar Pd, etc. como reactivos de deshidrogenación.
3.4 Reacción de desplazamiento halógeno de alcoholes, fenoles y éteres
3.4.1 Reacción de desplazamiento halógeno de alcoholes
La reacción de desplazamiento halógeno de alcoholes es importante para la obtención de haluros Método, los agentes halogenantes comúnmente utilizados son ácido halohídrico, haluro de tionilo, oxihaluro de fósforo y haluro de fósforo. De hecho, no importa qué método se utilice, no es más que cambiar primero el grupo hidroxilo a un grupo saliente mejor y luego usar halógeno para la sustitución nucleofílica.
(1) El ácido hidrohálico (haluro de hidrógeno) se utiliza como agente halogenante.
La reacción entre el alcohol y el ácido hidrohálico es generalmente una reacción de sustitución nucleofílica. Los sustratos que pueden formar un carbocatión estable se pueden llevar a cabo según el mecanismo SN1, y otras reacciones generalmente se llevan a cabo según el mecanismo SN2.
El orden de actividad de los alcoholes es alcohol terciario>alcohol secundario>alcohol primario (SN1); el orden de actividad del ácido hidrohálico (haluro de hidrógeno) es HI>HBr>HCl>HF, el agente halogenante de baja actividad puede ser Se añadió catálisis con ácido de Lewis.
Las aminas terciarias también pueden catalizar este tipo de reacciones. ver RU 2051889, Proceso para preparar cloruro de 2-etilhexilo-1 (1993).
(2) Haluro de tionilo (haluro de tionilo) como agente halogenante
Haluro de tionilo Reacciona con alcohol para produce haluros de alquilo, dióxido de azufre y haluro de hidrógeno, que son fáciles de separar. Se usa ampliamente en la halogenación de alcoholes, como la síntesis del cloruro del ácido carboxílico de oxipiperazina intermedio de cefoperazona sódica.
En lo que respecta a la cloración con cloruro de tionilo, los mecanismos de reacción son diferentes bajo diferentes condiciones de reacción.
El DMF y el HMPA pueden catalizar la reacción entre el alcohol y el haluro de sulfóxido. El DMF puede reaccionar con SOCl2 para formar sal de enonio clorada:
Esta sal de enonio se puede utilizar como agente clorante para lograr la cloración de alcoholes.
Del mismo modo, el producto de reacción de HMPA y SOCl2 también es un buen agente clorante y su mecanismo es el mismo que el del DMF.
Ejemplo de reacción: Cloración catalizada por HMPA de un alcohol primario.
Las bases orgánicas, como la piridina, pueden formar sales con haluro de hidrógeno para aumentar la concentración de iones haluro y también aumentar la velocidad de dichas reacciones. Este método es especialmente adecuado para sustratos sensibles a los ácidos.
Calentando aldehídos aromáticos sustituidos donadores de electrones o no sustituidos con bromuro de sulfóxido, se puede obtener dibromuro de bencilo. La adición de una pequeña cantidad de bromuro de hidrógeno al grupo aldehído carbonilo presente en los reactivos es el primer paso de la reacción.
En DMF anhidra, el cloruro de tionilo puede convertir los aldehídos aromáticos en el correspondiente dicloruro de bencilo.
(3) Haluro de fósforo como agente halogenante
El trihaluro de fósforo y el pentahaluro de fósforo también son reactivos comúnmente utilizados para convertir alcoholes en haluros de alquilo. Su reactividad es mayor que la del ácido halohídrico y es menos probable que se produzcan reacciones de reordenamiento. Los haluros de fósforo comúnmente utilizados son el tricloruro de fósforo y el tribromuro de fósforo; este último puede prepararse in situ a partir de bromo y fósforo.
La reacción del trihaluro de fósforo y el alcohol puede producir mono, di y triésteres de ácido fosforoso. Posteriormente, los iones haluro reemplazan a los ésteres de fosfato anteriores, desplazando el fragmento de ácido oxifosforoso para generar haluro de alquilo.
De manera similar a los haluros de sulfóxido, la reacción de los haluros de fósforo y DMF también puede producir sales de haloenil amonio. Este último es un agente halogenante altamente activo que reacciona con alcoholes para producir haluros de alquilo con una inversión de configuración.
(4) Los compuestos halogenados organofosfina se utilizan como agentes halogenantes.
Los haluros de trifenilfosfina, como Ph3PX2, Ph3PCX3X y (PhO)3POX2, etc., reaccionan al halogenar alcoholes de alta actividad y. condiciones suaves. Estos agentes halogenantes se pueden sintetizar in situ a partir de trifenilfosfina o fosfito de trifenilo y halógeno o haluro de alquilo.
El siguiente es un posible mecanismo de reacción, en el que el proceso de sustitución de halógeno es una reacción SN2.
La reacción anterior se puede llevar a cabo en DMF o HMPA, que pueden convertir alcoholes ópticamente activos en haluros de alquilo de configuración invertida. También se utiliza para la halogenación de alcoholes sensibles a los ácidos.
El producto de reacción de trifenilfosfina y amida N-halogenada (NXS) también sufre una reacción similar con un mecanismo similar y es adecuado para la halogenación de alcoholes o esteroles lábiles a los ácidos.
(5) Otros agentes halogenantes
Los reactivos de halosilano pueden convertir alcoholes en haluros de alquilo en condiciones suaves.
El producto de reacción de NXS y sulfuro de dimetilo es la sal de sulfonio halogenada, que es altamente selectiva para la sustitución de grupos hidroxilo alilo y bencílico. Las condiciones de reacción son suaves y no afectan a otros grupos hidroxilo primarios y secundarios. .
El ácido metanosulfónico/yoduro de sodio puede yodar el grupo hidroxilo en la posición alilo o bencílico en condiciones suaves. Esta selectividad puede estar relacionada con la estabilidad del carbocatión.
La tetrametil alfa-haloenamina puede convertir grupos hidroxilo primarios y secundarios, así como grupos hidroxilo en posiciones alilo, propargilo y bencílico en hidrocarburos halogenados en condiciones suaves. Sus análogos macro-obtenidos pueden halogenar grupos hidroxilo primarios, alílicos y bencílicos con alta selectividad.
El mecanismo de reacción es el mismo que el de la reacción de halogenación de haluros de sulfóxido catalizada por DMF.
El tetrafluoroborato de 2-cloro-3-etil-benzoxazol también se convierte en un agente halogenante suave mediante un mecanismo de reacción similar. Como la síntesis de intermediarios de prostaglandinas.
3.4.2 Reacción de sustitución de halógenos del fenol
La actividad del grupo hidroxilo fenólico es baja, y la reacción de sustitución de halógenos debe realizarse con pentahaluro de fósforo o una mezcla de pentahaluro de fósforo/oxihaluro de fósforo. bajo condiciones. Los oxihaluros de fósforo también se pueden utilizar solos para determinados sustratos.
El haluro de trifenilfosfina también es un reactivo comúnmente utilizado para convertir fenoles en compuestos de haluro aromáticos.
Otro ejemplo:
(R)-(+)- y (S)-(-)-2,2'-Bis(difenilfosfino)-1,1'- Binaphthyl(BINAP), Organic Syntheses, Coll. Vol. 8, P.57, Vol. 67, P.20.
La sustitución de halógeno por hidroxilo para formar una estructura C-O-P es el primer paso en la reacción, seguida de sustitución halógena de O por C (eliminación de aditivos).
3.4.3 Reacción de sustitución de halógenos de éteres
Los éteres pueden reaccionar con ácidos halogenados y otras sustancias para generar haluros y compuestos hidroxilo (alcoholes o fenoles), como tetrahidrofurano, metanol y cloro. El sulfóxido reacciona para formar éter 4-clorobutil.
La protonación del átomo de oxígeno del éter es generalmente el primer paso de la reacción, seguido de la reacción de sustitución nucleofílica.
Una vez roto el enlace éter, qué fragmento genera alcohol y qué fragmento genera haluro depende de su capacidad de extracción de electrones.
Los ácidos de Lewis como BF3 y BBr3 también pueden romper enlaces éter con un mecanismo similar.
Ver US 4595765, 1986.
El haluro de trimetilsililo también es un agente halogenante suave.
El uso de cloruro de trimetilsililo/yoduro de sodio como agente de yodación no genera yoduro de hidrógeno y puede obtener yoduro con alto rendimiento.
3.5 Reacción de sustitución de halógenos del ácido carboxílico
Las reacciones de sustitución de halógenos de ácidos carboxílicos más comunes son la sustitución de grupos hidroxilo carboxílicos y la descarboxilación de sustitución de halógenos.
3.5.1 Reacción de sustitución de halógeno del grupo hidroxilo carboxílico: preparación de haluro de ácido
El ácido carboxílico puede reaccionar con agentes halogenantes como el haluro de tionilo y el haluro de fósforo bajo ciertas condiciones para generar anhídridos mixtos. -haluros de acilo.
(1) Haluro de sulfóxido como agente halogenante
El haluro de sulfóxido es un agente halogenante de ácido carboxílico de uso común. Su ventaja es que genera haluro de hidrógeno y dióxido de azufre después de la halogenación y su ebullición. El punto es bajo, fácil de eliminar, por lo que es fácil de separar después de la reacción.
Esta reacción tiene poco efecto sobre los dobles enlaces, los grupos carbonilo o los grupos éster del sustrato. Se puede llevar a cabo en un exceso de haluro de sulfóxido, o se puede utilizar benceno o éter de petróleo como disolvente.
El cloruro de tionilo es el agente clorante más utilizado para la síntesis de cloruros de ácido a partir de ácidos carboxílicos. También puede reaccionar con anhídridos de ácido para formar haluros de ácido.
Mecanismo de reacción:
La reacción anterior puede ser catalizada por bases orgánicas (piridina o DMAP, etc.) y ácidos de Lewis (ZnCl2, etc.).
(2) Haluro de fósforo como agente halogenante
Entre los haluros de fósforo, el orden de actividad del agente halogenante es pentahaluro de fósforo>trihaluro de fósforo>oxitrihaluro de fósforo. El pentacloruro de fósforo se utiliza a menudo para la cloración ácida de ácidos carboxílicos menos reactivos, especialmente ácidos aromáticos con grupos aceptores de electrones o ácidos polibásicos aromáticos.
El producto debe tener cierta diferencia de punto de ebullición con el oxicloruro de fósforo para facilitar la separación.
El trihaluro de fósforo se puede utilizar para la halogenación ácida de ácidos grasos.
El oxicloruro de fósforo puede reaccionar con los carboxilatos para formar cloruros ácidos.
Mecanismo de reacción, tomando como ejemplo el trihaluro de fósforo.
En la reacción de halogenación ácida anterior, el orden de actividad de los ácidos carboxílicos es ácido graso > ácido aromático (ácido aromático sustituido con un grupo donador de electrones > ácido aromático no sustituido > ácido aromático sustituido con un grupo aceptor de electrones), que muestra que el ataque nucleofílico del ácido carboxílico del azufre (fósforo) por el grupo hidroxilo es el paso controlador.
(3) Cloruro de oxalilo como agente clorante
El cloruro de oxalilo puede convertir el ácido carboxílico en cloruro de ácido en condiciones suaves en solventes de hidrocarburos. Este método puede evitar el cloruro de fósforo y otros efectos de la cloración. agentes sobre grupos sensibles en sustratos.
Mecanismo de reacción:
Se puede observar que la conversión de ácido carboxílico en sal de sodio en el ejemplo anterior puede evitar la generación de cloruro de hidrógeno, reduciendo así el impacto en los grupos sensibles.
(4) Otros agentes halogenantes
El cloruro de ácido cianúrico (cloruro cianúrico) puede convertir el ácido carboxílico en cloruro de ácido en condiciones suaves en presencia de trietilamina.
De manera similar a la halogenación de alcoholes, los haluros de trifenilfosfina y las tetrametilalfa-haloenaminas también se pueden utilizar en la reacción de haluros de ácido a partir de ácidos carboxílicos.
3.5.2 Reacción de descarboxilación por desplazamiento de halógeno del ácido carboxílico
La sal de plata del ácido carboxílico reacciona con bromo o yodo para producir un hidrocarburo halogenado con un carbono menos que el sustrato, que es llamada reacción de Hunsdiecker.
Esta reacción generalmente produce buenos resultados para ácidos grasos saturados con 2-18 carbonos. Al mismo tiempo, esta reacción también se puede utilizar para la descarboxilación y halogenación de ácidos aromáticos.
La presencia de agua en la reacción anterior afectará al rendimiento e incluso provocará fallos. Usando sales de mercurio para reemplazar las sales de plata anhidras inestables, en condiciones de luz, el rendimiento puede ser mayor que el del método de las sales de plata. En la implementación real, el ácido carboxílico, el exceso de óxido de mercurio y el halógeno pueden reaccionar directamente y la operación es simple.
De manera similar a la reacción de Hunsdiecker, el ácido carboxílico reacciona con haluro metálico (LiCl) y tetraacetato de plomo en un disolvente como benceno o éter para producir un producto clorado descarboxilado, lo que se denomina método modificado de Kochi.
Durante esta reacción no se produce reordenamiento, y es especialmente adecuado para la síntesis de hidrocarburos clorados secundarios y terciarios e hidrocarburos clorados beta-cuaternarios.
El siguiente proceso puede ser su mecanismo de reacción.
La reacción de descarboxilación yodación puede ocurrir exponiendo ácido carboxílico a yodo y tetraacetato de plomo en tetracloruro de carbono. Se llama método modificado de Barton. La reacción de los ácidos grasos primarios o secundarios es generalmente mejor y el rendimiento de la reacción del ácido benzoico suele ser de alrededor del 60%.
3.6 Reacción de intercambio de halógeno de otros grupos funcionales
3.6.1 Reacción de intercambio de halógeno de haluro
Reacción de intercambio de halógeno entre haluro primario y haluro inorgánico Llamada reacción de Finkelstein .
La reacción del haluro alifático anterior debería ser el mecanismo SN2.
También pueden ocurrir reacciones similares con los haluros aromáticos.
El mecanismo de reacción puede ser adición-eliminación. Como disolventes se pueden utilizar disolventes polares apróticos tales como DMF, acetona o disulfuro de carbono.
El ácido de Lewis puede activar los hidrocarburos halogenados ayudando a que los halógenos salgan, por lo que agregar ácido de Lewis a menudo puede promover reacciones de intercambio de halógenos.
La fluoración puede incluir fluoruro de sodio, fluoruro de potasio, fluoruro de plata, fluoruro, etc. Entre ellos, el fluoruro de potasio tiene mayor actividad, es más barato y se usa comúnmente.
El fluoruro de antimonio reacciona selectivamente con múltiples halógenos en el mismo átomo de carbono pero no con un solo halógeno. Esta propiedad se puede utilizar para sintetizar compuestos de trifluorometilo.
El éter 18-Crown-6 puede mejorar significativamente el rendimiento del intercambio de flúor con fluoruro de potasio.
3.6.2 Reacción de sustitución de halógenos del éster sulfonato
Convierte el grupo hidroxilo alcohólico en un éster sulfonato más activo, que puede halogenarse en condiciones suaves. Este método puede evitar la reacción secundaria de la halogenación del alcohol y es más eficaz que el intercambio de halógenos. Los agentes halogenantes comúnmente utilizados incluyen haluro de sodio, haluro de potasio, haluro de magnesio y haluro de litio.
La reacción de desplazamiento de sulfonato-halógeno anterior sobre carbono saturado debería ser el mecanismo SN2. La siguiente reacción de desplazamiento de sulfonato-halógeno sobre carbono insaturado debería ser un mecanismo de adición-eliminación.
3.6.3 Reacción de sustitución de halógenos de sales aromáticas de diazonio
La reacción de sustitución de halógenos de compuestos diazoromáticos a menudo puede introducir halógenos en posiciones que son difíciles de introducir mediante halogenación directa. La reacción se lleva a cabo utilizando haluro de cobre como catalizador y el correspondiente ácido halohídrico como agente halogenante, lo que se denomina reacción de Sandmeyer.
La reacción anterior se considera un mecanismo de radicales libres.
No es necesario añadir un catalizador de cobre en la reacción de sustitución del yodo de las sales aromáticas de diazonio, y sólo se pueden calentar directamente la sal de diazonio y el yodo.