- •ОГЛАВЛЕНИЕ
- •1. Способы получения
- •1.1. Способы получения алкилгалогенидов
- •а) галогенирование алканов
- •б) аллильное хлорирование алкенов
- •г) гидрогалогенирование алкенов
- •д) гидрогалогенирование сопряженных диенов
- •е) замещение гидроксильной группы в спиртах на галоген
- •1.2. Способы получения винил- и арилгалогенидов
- •1.3. Способы получения дигалогенпроизводных
- •2. Химические свойства
- •2.1. Реакции нуклеофильного замещения (SN) в алкилгалогенидах
- •А) Механизм мономолекулярного нуклеофильного замещения (SN1)
- •Б) Механизм бимолекулярного нуклеофильного замещения (SN2)
- •2.2. Особенности нуклеофильного замещения галогена в арилгалогенидах
- •А) Нуклеофильное замещение в неактивированных арилгалогенидах
- •Б) Нуклеофильное замещение в активированных арилгалогенидах
- •2.3. Реакция дегидрогалогенирования
- •2.4. Восстановление галогенпроизводных
- •2.5. Реакции галогенпроизводных с металлами
- •3. Задачи и упражнения
- •СПИРТЫ
- •1. Способы получения
- •1.1. Гидратация алкенов
- •1.2. Гидролиз галогенпроизводных
- •1.3. Восстановление карбонильных соединений
- •1.4. Получение спиртов реакцией Гриньяра
- •1.5. Получение диолов и триолов
- •2. Химические свойства
- •2.1. Кислотно-основные свойства
- •2.2. Реакции спиртов с разрывом связи О-Н
- •2.2.1. Алкилирование спиртов
- •2.2.2. Ацилирование спиртов
- •2.3. Реакции спиртов с разрывом связи С-О
- •2.3.1. Замещение гидроксильной группы на галоген
- •2.3.2. Образование простых эфиров (межмолекулярная дегидратация)
- •2.3.3. Внутримолекулярная дегидратация спиртов до алкенов
- •2.4. Окисление и дегидрирование спиртов
- •3. Задачи и упражнения
- •ФЕНОЛЫ
- •1. Способы получения
- •1.1. Щелочной гидролиз арилгалогенидов
- •1.2. Щелочное плавление солей ароматических сульфокислот
- •1.3. «Кумольный» метод получения фенола
- •2. Химические свойства
- •2.1. Кислотно-основные свойства фенолов
- •2.2. Фенолы как нуклеофилы
- •2.2.1. Алкилирование и ацилирование фенолов по атому кислорода
- •2.2.2. Реакции электрофильного замещения
- •3. Задачи и упражнения
- •АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
- •1. Способы получения
- •1.1. Окисление алкенов
- •а) озонолиз алкенов
- •б) окисление алкенов в присутствии хлорида палладия
- •1.2. Гидратация алкинов
- •1.3. Получение ароматических альдегидов и кетонов ацилированием аренов
- •1.4. Гидролиз геминальных дигалогенидов
- •1.5. Окисление и дегидрирование спиртов
- •1.6. Получение альдегидов и кетонов из карбоновых кислот и их производных
- •а) восстановление ацилгалогенидов до альдегидов (реакция Розенмунда)
- •б) пиролиз кальциевых солей карбоновых кислот
- •в) синтез кетонов реакцией Гриньяра из нитрилов карбоновых кислот
- •2. Химические свойства
- •2.1. Кислотно-основные свойства и кето-енольная таутомерия
- •2.2. Реакции нуклеофильного присоединения
- •а) Реакции с О-нуклеофилами
- •б) Реакции с S-нуклеофилами
- •в) Реакции с N-нуклеофилами
- •г) Реакции с С-нуклеофилами
- •2.3. Реакции енолизующихся альдегидов и кетонов с галогенами
- •2.4. Окисление и восстановление альдегидов и кетонов
- •2.4.1. Окисление альдегидов и кетонов
- •2.4.2. Восстановление альдегидов и кетонов
- •2.4.3. Реакция Канниццаро
- •3. Задачи и упражнения
Основность альдегидов и кетонов обусловлена относительной доступностью неподеленной пары электронов атома кислорода карбонильной группы.
R C=O |
H |
R C=O H |
R C OH |
|
|||
R' |
|
R' |
R' |
протонированная форма
Основность альдегидов и кетонов невысока, однако она играет заметную роль в реакциях нуклеофильного присоединения, поскольку в протонированной форме электрофильность атома углерода значительно выше. Поэтому типичные для альдегидов и кетонов реакции AdN могут катализироваться кислотами.
2.2. Реакции нуклеофильного присоединения
Взаимодействие альдегидов и кетонов с нуклеофильными агентами осуществляется по следующему общему механизму:
|
Z |
H |
O |
O |
H |
|
R C O |
R C Z H |
R C |
Z |
|||
|
|
|||||
R' |
|
|
R' |
R' |
|
Нуклеофил Z–Н (очень часто при нуклеофильном центре имеется атом водорода) присоединяется к электрофильному атому углерода карбонильной группы за счет неподеленной пары электронов нуклеофильного центра, образуя продукт, в котором на бывшем карбонильном кислороде находится отрицательный заряд, а бывший нуклеофильный центр заряжается положительно. Этот биполярный ион стабилизируется переносом протона от положительно заряженного атома Z (кислота Бренстеда) к отрицательно заряженному атому кислорода (основание). Образовавшийся при этом продукт часто претерпевает дальнейшие превращения, например, отщепление воды.
В качестве нуклеофилов могут выступать различные соединения, в которых в качестве нуклеофильных центров выступают атомы кислорода (О-нуклеофилы), серы (S-нуклеофилы), азота (N- нуклеофилы), углерода (С-нуклеофилы).
Реакционная способность альдегидов и кетонов в реакциях нуклеофильного присоединения зависит от электрофильности кар-
57
http://mitht.ru/e-library
бонильной группы: чем больше частичный положительный заряд на атоме углерода, тем легче происходит присоединение нук-
леофила. Поскольку в молекулах альдегидов при карбонильном атоме углерода содержится только один углеводородный остаток, проявляющий электронодонорные свойства, а в молекулах кетонов таких остатков два, то естественно предположить, что в общем случае в реакциях нуклеофильного присоединения альдегиды более реакционноспособны, чем кетоны. Электроноакцепторные заместители, особенно вблизи карбонильной группы, увеличивают электрофильность карбонильного углерода и, следовательно, повышают реакционную способность. Определенное значение имеет и стерический фактор: поскольку при присоединении атом углерода карбонильной группы изменяет гибридизацию (sp2 → sp3), то чем объемнее заместители при карбонильном атоме углерода, тем бóльшие пространственные затруднения возникают при этом переходе. Например, в ряду: формальдегид, уксусный альдегид, ацетон, трет-бутилметилкетон реакционная способность уменьшается.
H |
CH3 |
CH3 |
(CH3)3C |
|||||||||
C |
|
O |
C |
|
O |
C |
|
O |
C |
|
|
O |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||||
H |
H |
CH3 |
CH3 |
а) Реакции с О-нуклеофилами
• Гидратация
При взаимодействии альдегидов и кетонов с водой в обратимом процессе образуется гидрат – геминальный диол, который в большинстве случаев является очень нестабильным соединением, поэтому данное равновесие сильно смещено влево.
R |
|
|
C=O |
H2O |
|
|
OH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
R |
|
C |
|
OH |
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
|
|
|
R' |
Однако для некоторых карбонильных соединений это равновесие может быть смещено вправо. Так, в водном растворе формальдегид практически полностью находится в гидратной форме (в отличие, например, от ацетона, в водном растворе которого гидратной формы чрезвычайно мало), а трихлоруксусный альдегид (хлораль) при взаимодействии с водой превращается в очень устойчивый даже в кристаллическом виде хлоральгидрат.
CH2=O H2O CH2(OH)582
http://mitht.ru/e-library
Cl3CCH=O + H2O Cl3CCH(OH)2
хлораль хлоральгидрат
• Взаимодействие со спиртами (реакция ацетализации)
Продукт присоединения к молекуле альдегида или кетона одной молекулы спирта – так называемый полуацеталь – неустойчив. При взаимодействии же альдегида или кетона с 2 эквивалентами спирта в кислой среде, то образуется устойчивый продукт –
ацеталь.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|||||||
R |
|
|
C=O + R" |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
OR" |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
R' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OR" |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
R |
|
|
C=O + 2R" |
|
|
OH |
|
|
R |
|
|
|
C |
|
|
OR" |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
R' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
Приведем механизм последней реакции на примере взаимодействия уксусного альдегида с метиловым спиртом (1:2) в присутствии сильной кислоты Бренстеда.
Протонирование карбонильной группы уксусного альдегида приводит к образованию катиона, в котором положительный заряд делокализован. По сравнению с уксусным альдегидом этот катион более электрофилен, и нуклеофильное присоединение молекулы метанола к нему происходит значительно легче. Продукт присоединения (катион оксония) является сильной кислотой, и при отщеплении от него протона образуется полуацеталь (1-метоксиэтанол).
|
|
CH3CH=O H |
|
|
|
|
CH3CH=O |
H |
|
HO CH3 |
CH3CH OH |
_ H |
CH3CH OH |
|
|
|
||||
|
|
CH3CH OH |
|
H O CH3 |
OCH3 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
59
http://mitht.ru/e-library
Далее через протонированную форму этого полуацеталя происходит отщепление воды с образованием карбокатиона, к которому присоединяется следующая молекула метанола. При депротонировании продукта присоединения образуется диметилацеталь уксусного альдегида (1,1-диметоксиэтан).
|
H |
|
H |
|
|
HO CH3 |
|
CH3CH OH |
CH3CH O H |
_H2O |
CH3CH |
||||
|
|
||||||
OCH3 |
|
|
OCH3 |
OCH3 |
|
||
|
|
|
|
||||
|
|
H |
|
|
|
|
|
CH3CH |
OCH3 |
_H |
CH3CH OCH3 |
|
|||
|
OCH3 |
OCH3 |
|
|
|||
|
|
|
|
Весь описанный процесс реакции, которую называют ацетализацией, обратим, поэтому эффективно провести взаимодействие альдегида или кетона со спиртом до ацеталя можно только, смещая равновесие вправо, например, удаляя образующуюся воду из сферы реакции. Обратная реакция представляет собой кислотный гидролиз ацеталя. Следовательно, в кислой водной среде ацетали неустойчивы, поскольку подвергаются гидролизу.
CH3 |
CH |
|
OCH3 + H2O |
H |
|
|
|
|
CH3CH=O + 2 CH3OH |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
OCH3 |
|
|
|
|
|
|
Вщелочной же среде ацетали устойчивы, поскольку гидролиз
вэтих условиях произойти не может.
б) Реакции с S-нуклеофилами
Атом серы в аналогах спиртов – тиолах (меркаптанах) – является более сильным нуклеофилом, поэтому меркаптаны легче присоединяются к альдегидам и кетонам. При этом образуются продукты, аналогичные полуацеталям и ацеталям, например, при взаимодействии бензальдегида с двумя эквивалентами метантиола (метилмеркаптана) в кислой среде образуется диметилтиоацеталь бензальдегида.
CH=O |
+ |
2CH3SH |
H |
CH(SCH3)2 |
+ |
H2O |
|
|
|
||||
|
|
|
|
60 |
|
|
http://mitht.ru/e-library