Материал: Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 2

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

346 Глава 16. Спирты

1,2-сдвига метильной группы с парой электронов. Такой сдвиг изменяет углеродный скелет молекулы.

 

 

 

 

CH3

δ

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

C

 

CH2OH

 

 

 

 

CH3

 

 

 

C

 

 

 

 

CH2

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неопентиловый спирт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

~CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

C

 

 

CH2

 

 

 

CH3

 

C

 

 

 

CH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первичный карбокатион

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(малоустойчив)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

CH2

 

 

CH3

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

C

 

CH2

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

третичный карбокатион

 

 

 

 

 

 

 

2-метил-2-хлорбутан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(устойчив)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спирты с циклоалкильной группой, находящейся у того же атома углерода, что и гидроксигруппа, часто подвергаются перегруппировкам с расширением цикла:

H

 

CH3

 

Cl

 

 

 

 

 

OH + HCl

 

CH3

C

 

 

 

 

 

 

CH3

 

CH3

 

2-циклобутил-

 

2,2-диметил-

2-пропанол

 

1-хлорциклопентан

Реакция включает промежуточное образование карбокатиона, который перегруппировывается в циклопентильный катион:

H CH3

 

H CH3

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

C

 

OH

 

C

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

–H2O

 

 

 

 

CH3

CH3

CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

CH3

CH3

Движущей силой такой перегруппировки является снятие напряжения С4-цикла при превращении его в С5-цикл.

16.4. Реакции

347

Перегруппировки ациклических и алициклических соединений, проте-

кающие с участием карбокатионных интермедиатов, получили название

перегруппировок Вагнера–Меервейна. Кроме миграции алкильных и арильных групп, эти перегруппировки могут протекать с миграцией атома водорода, ацильной и алкоксикарбонильной групп (см. об этих перегруппировках и в т. I, гл. 4, стр. 215).

Аллильные перегруппировки

Реакции SN1 спиртов аллильного типа часто протекают с образованием двух изомеров в результате аллильной перегруппировки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH

 

CH

 

CH

 

CH OH

 

 

H

 

Br

 

 

 

 

CH

 

 

CH

 

 

CH

 

 

CH

 

 

O

 

 

 

 

Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

H

 

 

 

 

–H2O

 

кротиловый спирт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

CH

 

 

 

CH

 

 

 

CH2

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

CH

 

 

CH

 

 

 

CH2

 

 

 

Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

CH

 

CH

 

CH2

+ CH3

 

 

CH

 

CH

 

CH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-бром-2-бутен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-бром-1-бутен

Образование в медленной стадии реакции устойчивого карбокатиона, стабилизированного резонансом, объясняет образование двух изомеров и высокую реакционную способность спиртов аллильного и бензильного типа в реакциях SN1.

Проба Лукаса

Для препаративного получения хлоралканов реакция спиртов с соляной кислотой малопригодна. Для этого необходим более жесткий реагент. Таким реагентом является реагент Лукаса — смесь концентрированной соляной кислоты и хлорида цинка.

При растворении спирта в реагенте Лукаса протекает реакция, приводящая к хлоралкану, который выделяется в виде тяжелой маслянистой жидкости:

R

 

OH + ZnCl2 + HCl

 

 

 

R

 

O

 

ZnCl2

 

 

 

R

 

Cl + ZnCl(OH)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SN1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

масло

 

 

раствор

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эта реакция ранее часто применялась как аналитический метод для установления типа спирта: является ли спирт первичным, вторичным или третичным.

348

Глава 16. Спирты

Третичные спирты реагируют почти мгновенно с выделением тепла и образованием маслянистого слоя.

Вторичные спирты реагируют в течение 5 мин; при этом также образуется маслянистый слой.

Первичные спирты при комнатной температуре не реагируют (маслянистый слой не образуется и в течение 1 ч), однако вступают в реакцию при нагревании.

Реагент Лукаса часто применяют для препаративного получения хлоралканов. 1-Хлорбутан при этом получают с выходом ~80%, а 2-хлорбутан и трет-бутилхлорид — с выходами до 90%.

Реакции с галогенидами фосфора и серы

Эти реакции являются лучшим методом получения галогеналканов из спиртов, так как протекают быстро, с высоким выходом и без побочных продуктов:

ROH

ROH

3R OH

PCl5

R Cl + POCl3 + HCl

SOCl2

R Cl + SO2 + HCl

PBr3

3R Br + H3PO3

6CH3

 

OH + 2P + 3I2

 

6CH3

 

I + 2H3PO3

 

 

 

 

 

 

(P + I2

 

PI3)

 

 

 

В каждом случае указанные реакции идут с промежуточным образованием соответствующего эфира. Например:

R

 

 

 

OH + Cl

 

 

PCl4

 

 

 

R

 

 

 

O

 

PCl4

 

 

 

R

 

 

 

Cl + POCl3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–HCl

 

 

 

R

 

OH + Cl

 

SOCl

 

 

R

 

 

OSOCl

 

 

 

R

 

Cl + SO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–HCl

 

 

 

Далее эфиры первичных и вторичных спиртов реагируют по механизму SN2, а третичных — по SN1. Тип механизма зависит от ряда факторов и подтверждается стереохимией соответствующей реакции.

РЕАКЦИИ С ГАЛОГЕНИДАМИ ФОСФОРА

Оптически активные вторичные спирты реагируют с PCl5 в присутствии пиридина с обращением конфигурации у хирального реакционного центра, что согласуется с механизмом SN2.

16.4. Реакции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

349

 

 

 

CH3

+ PCl5

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R)-2-бутанол

 

пиридин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(основание)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

SN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

Cl

+ H

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нуклеофил

 

 

O

PCl3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

C2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

+ POCl3

+ Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

C

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(S)-2-хлорбутан

Оптически активные третичные спирты реагируют в этих условиях с преимущественной рацемизацией, что согласуется с механизмом SN1, т. е. с промежуточным образованием карбокатиона.

Реакция спиртов с PBr3 — один из лучших способов получения бромалканов. Если реакция проводится при температуре не выше 0 °С, она не осложнена перегруппировочными процессами, отмеченными для реакций спиртов с HBr, и протекает с высоким выходом продукта:

3ROH + PBr3

 

 

 

3RBr

+ H3PO3

 

 

 

OH

 

 

 

Br

 

 

 

PBr3

 

(70%)

 

 

 

 

 

 

Эта реакция начинается с нуклеофильной атаки спирта по атому фосфора:

Br

 

Br

C—OH + P—Br

C—O—P

Br

H

Br

 

A

В зависимости от строения спирта интермедиат А — протонированный алкилдибром-фосфит далее реагирует по типу SN2 (т. е. с обращением конфигурации у атома углерода) с бромид-ионом

 

Br

Br + C—O—P

Br—C + HOPBr

 

2

HBr

350

 

 

 

 

 

Глава 16. Спирты

или подвергается ионизации по типу SN1

 

 

 

Br

 

 

Br

C—O—P

 

–HOPBr2

—C

 

 

 

 

 

Br—C

 

 

 

 

HBr

Образующийся НОPBr2 реагирует затем по схеме, аналогичной для PBr3, со второй молекулой спирта. Точно также образующийся при этом (НО)2P—Br реагирует затем с третьей молекулой спирта.

РЕАКЦИИ С SOCl2

Эта реакция интересна тем, что в зависимости от условий проведения она может протекать с обращением или с сохранением конфигурации у хирального атома углерода спирта.

 

 

 

 

 

 

 

SOCl2

CH3

 

CH

 

 

CH2CH3

+ SO2

+ HCl

 

 

 

 

 

 

 

эфир

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

CH

 

CH2CH3

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

(R)-2-хлорбутан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

SOCl2

CH3

 

 

CH

 

 

CH2CH3

+ SO2

+ HCl

(R)-2-бутанол

 

 

 

 

 

 

 

 

пиридин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(S)-2-хлорбутан

 

 

Механизм реакции в эфире или диоксане получил название «нуклеофильное внутримолекулярное замещение SN i» и включает следующие стадии:

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эфир

 

CH3

медленно

 

 

 

+ Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H C

 

S

 

Cl

 

 

 

 

H C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–HCl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

C2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R)-2-бутанол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

+ SO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

C

 

 

O

 

 

 

H

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тесная ионная пара

 

(R)-2-хлорбутан

Образование карбокатиона согласуется с экспериментальными данными: чем устойчивее карбокатион, образующийся из спирта, тем легче идет реакция. Однако рацемическая форма, характерная для реакций SN1, при