Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Химические свойства спиртов

Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородной цепи и функциональной группы −OH, а также их взаимным влиянием:

1) чем больше заместитель, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи O—Н. Реакции, основанные на разрыве этой связи, протекают более медленно;

2) гидроксильная группа −ОН уменьшает электронную плотность вдоль прилегающих σ-связей углеродной цепи (отрицательный индуктивный эффект).

Все химические реакции спиртов можно разделить на три условных группы, связанных с определёнными реакционными центрами и химическими связями:

· разрыв связи O−H (реакционный центр — водород);

· разрыв или присоединение по связи С−OH (реакционный центр — кислород);

· разрыв связи −СOH (реакционный центр — углерод).

Реакции с участием гидроксильной группы (связи С−O и О−H)

Кислотно-основные реакции спиртов

Со щелочными и щелочноземельными металлами, алюминием, галлием, таллием и некоторыми другими металлами, а также сильными основаниями (например: амидами или гидридами) спирты способны реагировать с образованием алкоголятов

С сильными кислотами Льюиса спирты ведут себя подобно основаниям, образуя донорно-акцепторные комплексы

Превращение спиртов в галогеналканы

Одной из наиболее важных реакций с участием связи C−O является превращение спиртов в галогеноалканы. Гидроксильная группа в спиртах может быть замещена на атом галогена несколькими способами:

· взаимодействием с галогенводородами (HCl, HBr, HI);

· реакцией с тионилхлоридом;

· действием галогенидов фосфора (III) и (V);

· реакцией с квазифосфониевыми солями;

· превращением в алкилсульфонат с последующей реакцией замещения.

Взаимодействие спиртов с галогенводородами

Взаимодействие спиртов с галогенводородными кислотами приводит к замещению гидроксильной группы на галоген

В зависимости от строения субстрата возможны побочные процессы изомеризации и дегидратации. Из-за относительно жестких условий проведения данные реакции применимы только к соединениям, устойчивым к кислотам.

Бромоводородную и иодоводородную кислоты часто получают непосредственно в ходе реакции из соответствующих солей (KBr, KI и т.д.) действием серной или фосфорной кислот. Незамещенные первичные спирты превращаются в алкилбромиды с помощью горячей концентрированной бромоводородной кислоты

Попытки получить алкилиодид с помощью HI иногда могут приводить к восстановлению первоначального продукта до алкана. Помимо этого, свободный иодоводород способен реагировать с серной кислотой, приводя к образованию сернистой кислоты и иода. Если субстрат содержит двойные связи, последние также могут быть восстановлены

Вышеуказанные реакции можно использовать для получения первичных, вторичных и третичных галогеноалканов, хотя в случае изобутилового и неопентилового спиртов велики выходы продуктов перегруппировки

Реакции третичных спиртов с HCl протекают достаточно легко. При этом образуются соответствующие третичные алкилхлориды (совместно с продуктами побочных реакций). Первичные и вторичные спирты реагируют гораздо медленнее и требуют применения катализатора. Обычно используется так называемый реагент Лукаса, представляющий собой смесь HCl и ZnCl₂

Хорошие выходы первичных алкилхлоридов были также получены при использовании HCl в HMPA (гексаметилфосфотриамид, биполярный апротонный растворитель).

Прямое взаимодействие спиртов с фтороводородом возможно только при использовании третичных, аллиловых и бензиловых спиртов. Так, например, реакция трет -бутилового спирта c 60 % водным раствором HF при нагревании приводит к образованию трет -бутилфторида

Вместо чистой HF для фторирования обычно используют 70 % раствор фтороводорода в пиридине, так называемый реактив Олаха. Первичные и вторичные спирты реагируют с галогенводородами по механизму S_N2 (общая схема):

Для третичных спиртов характерен механизм S_N1

В ходе такого замещения образуется промежуточный карбокатион, поэтому S_N1 реакции могут сопровождаться перегруппировками и элиминированием. Таким образом, практический интерес представляют только те третичные спирты, которые дают карбокатион, не способный к перегруппировкам.

Взаимодействие спиртов с галогенидами фосфора

Распространённым способом превращения спиртов в алкилгалогениды является их взаимодействие с галогенидами фосфора: РВr₃, РСl₅, РОСl₃ или РI₃ (образуется непосредственно в ходе реакции). Реакция протекает по нуклеофильному механизму с образованием галогенфосфита в качестве интермедиата

Для повышения выхода конечного продукта и уменьшения доли побочных реакций замещение ведут в присутствии пиридина.

В соответствии с особенностями механизма реакции (S_N2), замещение гидроксильной группы на галоген происходит с обращением конфигурации у асимметрического атома углерода. При этом следует учитывать, что замещение часто осложняется изомеризацией и перегруппировками, поэтому подобная реакция, обычно, применяется для относительно спиртов простого строения.

Взаимодействие спиртов с тионилхлоридом

В зависимости от условий взаимодействие спиртов с SOCl₂ протекает либо по механизму S_Ni, либо по механизму S_N2. В обоих случаях спирт превращается в соответствующий алкилхлорид.

Если реакция проходит в отсутствие пиридина, продукт имеет такую же конфигурацию реакционного центра, что и исходный спирт (механизм S_Ni)

Добавление пиридина в реакционную смесь приводит к изменению стереохимического результата процесса. Полученный алкилхлорид имеет обращенную конфигурацию. Этот факт можно объяснить следующим механизмом S_N2

Взаимодействие спиртов с хлорангидридами сульфокислот и последующим замещением

Спирты способны реагировать с хлорангидридами сульфокислот в присутствии основания с образованием соответствующих сложных эфиров. Первичные спирты реагируют быстрее вторичных и значительно быстрее третичных. Возможно селективное образование первичного сложного эфира сульфокислоты в присутствии вторичных и третичных спиртовых групп. Наибольшее практическое значение имеет получение алкилтозилатов (R−O−SO₂C₆H₄CH₃), алкилмезилатов (R−O−SO₂CH₃) и алкилтрифлатов (R−O−SO₂CF₃). В роли основания чаще всего используется пиридин, который одновременно выступает и как нуклеофильный катализатор. Сульфонаты являются прекрасными уходящими группами и легко замещаются на атом галогена по механизму S_N2

Источником галогенид-иона обычно является соответствующая неорганическая соль (NaBr, LiCl, CsF, KF] и т. д.) В качестве растворителя используются диполярные апротонные растворители: ДМСО, ДМФА, ацетонитрил. Замещение происходит, как правило, с обращением конфигурации.

Метод замещения гидроксила на высокореакционноспособную группу — мощный препаративный метод в органической химии, позволяющий получать из спиртов в две стадии, помимо галогенидов, самые различные соединения: простые эфиры, сложные эфиры карбоновых кислот, амиды.

Взаимодействие спиртов с квазифосфониевыми солями

Спирты могут быть превращены в алкилгалогениды реакцией с квазифосфониевыми солями — [R₃PHal]⁺X⁻. Последние образуются при взаимодействии органофосфионов (R₃P) с галогенами, тетрагалогенметанами (CCl₄, CBr₄) или N -галогенсукцинимидами (например, NBS). Данный метод применим к первичным и вторичным спиртам; в случае третичных спиртов возможно образование продуктов перегруппировки. R₃PBr₂ и R₃PI₂ (получаются из R₃P и Br₂/I₂) дают хорошие выходы даже с третичными и неопентильными субстратами^[96]. В общем виде реакция протекает по следующей схеме

Превращение происходит с инверсией реакционного атома углерода.

Частный случай взаимодействия — превращение спиртов в алкилхлориды под действием трифенилфосфина и тетрахлорметана — в заграничной литературе получил название реакции Аппеля (англ. Appel reaction)