Получение алкилгалогенидов действием на спирты тионилхлорида

Функциональная группа спиртов содержит электроотрицательный атом кислорода с двумя неподеленными парами электронов. В молекуле спиртов можно выделить следующие реакционные центры:







ОН-кислотный центр, обусловливающий возможность отщепленя протона вследствие высокой полярности связи ОН; 

нуклеофильный и n-основный центр  атом кислорода, имеющий неподеленные пары электронов;

электрофилный центр  -атом углерода, на котором дефицит электронов вызван I-эффектом соседней гидроксильной группы;

-С-кислотный центр, в котором поляризация связи СН также обусловлена электроноакцепторным влиянием гидроксильной группы.



Получение алкилгалогенидов действием на спирты 

тионилхлорида



Одним из лучших лабораторных способов превращения спиртов в алкилхлориды является их взаимодействие с тионилхлоридом. Тионилхлорид превращает первичные и вторичные спирты в алкилхлориды с выходом 70-90%. Образующиеся наряду с продуктом замещения хлороводород и диоксид серы газы, что облегчает выделение целевого продукта. Следует различать две разновидности этой реакции: в присутствии или в отсутствии основания (пиридина С5Н5N или триэтиламина Et3N и других третиичных аминов). Амин играет двоякую роль. Прежде всего, он способствует образованию алкоксид-аниона. Кроме того, он связывает выделяющийся хлороводород:

Реакция (S)-2-бутанола с тионилхлоридом в присутствии пиридина проходит с обращением конфигурации:





	 (56) 

      (S)-2-бутанол             (R)-2-хлорбутан      пиридинийхлорид



Механизм:

На первой стадии реакции с сохранением конфигурации образуется хлорсульфит:



  (М 11)



                                втор-бутилхлорсульфит



На второй стадии хлорсульфитная группа замещается на хлор по механизму SN2 с обращением конфигурации. В присутствии основания выделяющийся на первой стадии хлороводород превращается в соль:






Замещение гидроксильной группы первичных и вторичных спиртов на хлор под действием тионилхлорида в присутствии пиридина сопровождается перегруппировками, например:



   (57)

неопентиловый спирт       неопентилхлорид     2-метил-2-хлорбутан



Реакция (S)-2-бутанола с тионилхлоридом в отсутствии пиридина проходит с рацемизацией:



                   (58)



Дело в том, что в отсутствии основания хлорсульфит превращается сначала в ионную пару. Ионная пара далее превращается в алкилгалогенид и диоксид серы. При этом образуются продукты, как с сохранением, так и с обращением конфигурации.



   (М 12)

                                      ионная пара 



Третичные спирты в этих условиях превращаются в алкены. 

2. Образование алкилсульфонатов



Еще один путь превращения гидроксильной группы спиртов в хорошую уходящую группу - превращение их в мезилаты и тозилаты. Например, спирты реагируют с метансульфонилхлоридом (мезилхлоридом MsCl) или с п-толуолсульфонилхлоридомом (тозилхлоридом ТsCl) превращаясь соответственно в алкилмезилаты или алкилтозилаты:



  (59)

   метансульфонилхлорид                          этилметансульфонат





              мезилхлорид                  этилмезилат



	   (60)

  п-толуолсульфонилхлорид                этил-п-толуолсульфонат 





        тозилхлорид                   этилтозилат



Превращение спиртов в алкилсульфонаты позволяет осуществлять с ними реакции нуклеофильного замещения. Стадия превращения спирта в алкилсульфонат идет с сохранением конфигурации, а вот стадия взаимодействия алкилсульфоната с нуклеофилом проходит с обращением конфигурации:



 (М  13)



Алкилсульфонаты вступают во все реакции, характерные для галогенуглеводородов. Из них, например, могут быть получены различные галогензамещенные углеводороды. Для этого спирты сначала превращают в алкилсульфонаты, например в тозилаты, которые легко могут быть выделены и очищены. Далее сульфонатную группу замещают на другую функциональную группу. Подобного рода превращения иллюстрируются упражнениями 17-21.

Упр.17. Какова конфигурация 2-бутанола, образующегося в результате превращения (R)-2-бутанола в тозилат и с последующей реакцией тозилата со щелочью по механизму SN2?

Ответ:







Упр.18. Каким образом через тозилат может быть осуществлено следующее превращение?






3. Дегидратация



Дегидратация спиртов подробно осуждалась в главе 8 Алкены (см. реакции 5-10, м 1-5 и упр 8.1 и 8.2). При нагревании спиртов с концентрированной серной кислотой они отщепляют воду. В случае вторичных и третичных спиртов отщепление воды протекает согласно эмпирическому правилу Зайцева: протон отщепляется предпочтительно от наименее гидрогенизированного -атома углерода. Иными словами, двойная связь образуется у наиболее замещенного атома углерода:



 (61)



Легкость элиминирования возрастает при переходе от первичных спиртов к третичным, что нашло отражение в условиях проведения реакций. Так первичные спирты дегидратируются в довольно жестких условиях  170  200оС с использованием концентрированной серной кислоты:



  (62)



Дегидратация вторичных спиртов происходит при температур 100  150оС с менее концентрированными  кислотами:



  (63)



Еще легче отщепляют воду третичные спирты  80  100оС в присутствии более мягких дегидратирующих агентов (разбавленная серная кислота, щавелевая или п-толуолсульфоновая кислота):



   (64)



Дегидратация вторичных и третичных спиртов протекает по механизму Е1.

   (65)



Механизм:



  (М 14)







Реакция 

  (66)



проходит по механизму:

	 (М 15)



Первичные спирты дегидратируются по механизму E2, 

   (67)







(М16)



Дегидратация первичных и вторичных спиртов часто сопровождается перегруппировками, например:



  (68)



Упр.22. Опишите механизм реакции (68).

Упр.23. Опишите механизмы реакций:



(а) (б)

(в) 



Ответ:



(а)



Упр. 24. Напишите реакции:



(а)(б)       

(в)

(г)



и опишите их механизмы.

Упр. 25. Завершите реакции:









(а)                                                               (б)







(в)                                                                     (г)