4. Галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот Радикальное галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот
Радикальное галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот практически всегда дает смесь продуктов. Для повышения селективности реакции используются специфические переносчики галогенов (сульфурилхлорид, N-бромсукцинимид и др.):
В ароматических альдегидах иногда замещается атом водорода альдегидной группы.
Гетеролитическое галогенирование альдегидов и кетонов (кроме фторирования) в присутствии кислот и оснований идет в α-положение по отношению к карбонильной группе:
Механизм кислотного и основного катализа (SE в алифатических соединениях):
Подтверждением изложенного механизма являются следующие факты: а) реакция имеет первый порядок по субстрату и нулевой порядок по галогену (т. е. енолизация субстрата лимитирует скорость процесса); б) в одинаковых условиях скорости реакций хлорирования, бромирования и иодирования равны; в) скорость реакции зависит от кислотности среды.
В условиях кислотного катализа реакцию можно остановить после замещения одного атома водорода на галоген. В присутствии оснований скорость реакции значительно выше, и все атомы водорода при α-углеродном атоме замещаются на галоген. Если с карбонильной группой связан метильный радикал, имеет место галоформная реакция.
Галоформная реакция — это реакция галогенирования метилкарбонильных соединений в щелочной среде, при которой все атомы водорода в метильной группе замещаются галогеном с последующим разрывом связи С–С и образованием галоформа. В качестве примера приведена схема образования бромоформа:
Причиной полигалогенирования является повышение способности субстрата к енолизации при замене α-водородного атома на галоген, а, следовательно, и к реакциям присоединения галогена.
Примеры реакций галогенирования карбонильных соединений
-
Геторолитическое галогенирование кетонов идет примерно в одинаковых условиях при 30—80 °С:
-
Хлороформ получают из ацетона или этанола и хлорной извести. При этом спирт сначала окисляется до ацетальдегида, превращается в хлораль, и затем расщепляется гидроксидом кальция до хлороформа и формиата кальция:
Электрохимический метод получения хлороформа является наиболее современным. Спирт или ацетон смешивают с раствором хлорида калия или натрия и подвергают электролизу. Образовавшийся гипохлорит натрия окисляет и галогенирует субстрат:
-
Иодоформная проба — пример использования галоформной реакции в аналитических целях для обнаружения группировок CH3CO и CH3CHOH в молекулах органических соединений. Реагентом служит раствор иода в щелочи, который одновременно окисляет первичные и вторичные спирты и иодирует карбонильные соединения. Образовавшийся иодоформ имеет специфический запах:
Гетеролитическое галогенирование карбоновых кислот
В условиях ионной реакции в карбоновых кислотах (как и в карбонильных соединениях) на атом галогена замещаются α-водородные атомы (один или два). Иодирование возможно только в присутствии хлорсульфоновой кислоты. С фтором эта реакция не идет.
Для образования енольной формы кислоты чаще всего превращают в ацилгалогениды, более склонные к енолизации.
Например, изовалериановую кислоту бромируют жидким бромом после получения соответствующего хлорангидрида:
В ряде случаев карбоновые кислоты галогенируют в присутствии катализаторов (фосфора и его галогенидов). Хлор и бром в присутствии красного фосфора образуют галогениды фосфора (III), которые превращают кислоту в галогенангидрид. Ацилгалогенид образует енол и присоединяет галоген по механизму электрофильного присоединения:
