10.12 : Wytwarzanie alkoholi poprzez reakcje podstawienia

Przegląd

Alkohole można syntetyzować z halogenków alkilu poprzez reakcje podstawienia nukleofilowego. Wysoce polarne wiązanie węgiel-halogen w podłożu sprawia, że halogenek jest dobrą grupą opuszczającą. Jon wodorotlenkowy lub woda mogą działać jako nukleofil, zastępując halogenek i tworząc alkohol. Reakcje podstawienia zachodzą dwoma różnymi szlakami reakcji, S_N1 lub S_N2, w zależności od charakteru węgla przyłączonego do halogenku.

Alkohole pierwszorzędowe syntetyzuje się z pierwszorzędowych halogenków alkilu, a reakcja przebiega poprzez mechanizm S_N2. Nukleofil atakuje węgiel zawierający halogen od strony przeciwnej do wiązania węgiel-halogen. Jednakże w obecności silnego nukleofila zachodzi również konkurencyjna reakcja eliminacji.

Rysunek_1: Równoległe reakcje 1-bromobutanu na produkty podstawienia i produkty eliminacji (abstrakcja protonów).

Synteza alkoholi drugorzędowych z drugorzędowych halogenków alkilu w drodze reakcji podstawienia nie jest preferowana, ponieważ z konkurencyjnych dróg reakcji S_N2 i E2 powstaje mieszanina produktów.

Rysunek_2: Równoległe reakcje 2-bromo-3-metylobutanu na produkty podstawienia i produkty eliminacji (abstrakcja protonów).

Halogenki trzeciorzędowego alkilu podlegają reakcji S_N1 ze słabą zasadą, taką jak woda, w wyniku czego powstają alkohole trzeciorzędowe wraz z alkenem jako produktem drugorzędnym w wyniku konkurencyjnej reakcji eliminacji E2.

Rysunek_3: Równoległe reakcje halogenków trzeciorzędowych alkili do produktów eliminacji i podstawienia.

Jeśli stosuje się silny nukleofil, taki jak wodorotlenek sodu, reakcja E1 dominuje nad S_N1.

Charakter reagenta określa stereochemię utworzonego produktu. Jeśli halogen w halogenku alkilu jest połączony z chiralnym węglem, powstały alkohol jest mieszaniną dwóch enancjomerów.

Rysunek_4: Reakcja podstawienia na asymetrycznym węglu, w wyniku której otrzymuje się racemiczną mieszaninę optycznie czynnych alkoholi jako produktu