Методы галогенирования в тонком органическом синтезе

ROH H+ ROH2

ROH2 R+ H2O

R+ Hal RHal

Для первичных спиртов характерно бимолекулярное нуклеофильное замещение по механизму SN2:

Метод пригоден для получения хлор-, бром- и йодпроизводных алканов. Скорость реакции зависит от природы галогеноводорода и строения спирта. Реакционная способность HHal возрастает в ряду: HCl<HBr<HI, а спиртов – в ряду: первичный < вторичный < третичный.

В качестве катализаторов используют протонные кислоты (H2SO4) и кислоты Льюиса (ZnCl2).

4.3. Взаимодействие галогеноводородов с простыми эфирами.

Расщепление простой эфирной связи происходит таким образом, что водород присоединяется к атому кислорода, а галоген, обычно иод, к атому углерода. Таким образом, анализируя количество алкилиодида, определяют наличие и число алкоксильных групп в соединении.

28

нирование - выделяющийся в процессе реакции галогеноводород окисляют до молекулярного галогена и вновь используют в реакции:

RH Br2 RBr HBr

H2O2

2.3. Иодирование.

2.3.1. Присоединение йода по кратным связям.

Осуществляется при комнатной или более низкой температуре:

Атомы йода по размеру больше, чем атомы брома, поэтому наличие при двойной связи даже двух заместителей препятствует дальнейшему присоединению йода:

HI

2.3.2.Замещение под действием молекулярного йода.

Молекулярный йод менее реакционноспособен, чем хлор и бром. Для увеличения скорости реакции замещения атома водорода на йод связывают образующийся йодоводород, добавляя в реакционную смесь основный реагент (Na2CO3, NaHCO3, Ca(OH)2), соли серебра, ртути, либо окислитель, например, иодноватую кислоту:

5 HI HIO3 3 I2 3H2O

21

Замещение водорода на йод в алканах протекает медленно, реакция является обратимой:

R H I2 RI HI

Замещение водорода и карбоксильной группы на йод в ароматических соединениях:

Йодирование часто используют как способ удаления карбоксильной группы из ароматических соединений. Например, прямое декарбоксилирование пирролдикарбоновой кислоты проходит с небольшим выходом, а через йодпроизводные – почти с количественным выходом:

I/KI H2/Pd

H3C I

I N CH3

H

22

Например:

4.2. Взаимодействие галогеноводородов со спиртами.

Реакция представляет нуклеофильное замещение гидроксильной группы на галоген.

ROH HCl RCl H2O

Для вторичных и третичных спиртов нуклеофильное замещение протекает по механизму SN1:

27

Hal CH2 CH2 Hal CH2 CH2 (∆H1)

Табл. 3. Энтальпия присоединения галогеноводородов к этилену.

Радикальное присоединение легче всего протекает в случае HBr. Для стимулирования радикального присоединения реакции проводят в присутствии пероксидов, инициирующих гомолитические реакции, в результате чего образуются менее разветвленные алкилгалогениды (правило Хараша):

При гетеролитическом (электрофильном ) присоединении галогеноводородов реализуется правило Марковникова, согласно которому образуется наиболее разветвленный алкилгалогенид. Скорость электрофильного присоединения увеличивается в присутствии кислот Льюиса:

Хлороводород легче присоединяется по ионному, чем по радикальному механизму.

Совокупность реакций присоединения по ионному и по радикальному механизмам позволяет получить набор разнообразных соединений.

26

2.3.3. Замещение хлора и брома на йод. Реакция Финкельштейна.

Реакция является обратимой, но проведение процесса в ацетоне или метилэтилкетоне, в которых йодид натрия растворим, а хлорид натрия выпадает в осадок, позволяет сместить равновесие в сторону образования йодпроизводного.

2.3.4.Получение алкилйодидов из спиртов.

6 ROH 2P 3I2 6RI 2 H3PO4

2.3.5.Реакция Бородина - Хунсдиккера.

Под действием йода (и других галогенов) проводят декарбоксилирование серебряных солей карбоновых кислот в безводных органических растворителях с образованием соответствующих алкилгалогенидов:

Метод используют в основном для алифатических соединений.

2.3.6. Удаление остатка молекулярного йода после окончания реакции.

Проводят с использованием восстанавливающих агентов (SO2, NaHSO3), аналогично удалению хлора.

3. ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ СМЕШАННЫМИ ГАЛОГЕНАМИ (ICl, IBr).

Cl2 I2 2 ICl

Br2 I2 2 BrIl

В зависимости от условий проведения реакции атом галогена вступает в молекулу органического соединения либо по радикальному, либо по ионному механизму. В первом случае молекула ICl выступает как хлорирующий агент (1), а при ионном механизме – как иодирующий (2). При этом в силу высокой поляризованности молекулы смешанного галогена иодирование протекает исключительно легко. Так, присоединение иода к этилену в ряду I2, IBr, ICl протекает с относительными скоростями 1 : 3000 : 100000.

24

Iи Cl 200 o

O

NOC CH3

Cl

NO2 (1)

4. ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЛОГЕНОВОДОРОДОВ.

4.1. Присоединение галогеноводородов по кратной связи.

Легкость протекания реакций присоединения уменьшается в ряду:

HF<HCl<HBr<HI.

Возможно гетеролитическое электрофильное и гомолитическое радикальное присоединение.

25