Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Синтез эфира Вильямсона
Названный в честьАлександр Уильям Уильямсон
Тип реакцииРеакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химиисинтез Уильямсона
Идентификатор онтологии RSCRXNO: 0000090
Синтез эфира реакцией салицилальдегида с хлоруксусной кислотой и гидроксидом натрия [1]

Эфира синтеза Уильямсон представляет собой органическую реакцию , образуя эфир из organohalide и депротонированным спирта ( алкоксида ). Эта реакция была разработана Александром Williamson в 1850. [2] Как правило , она включает в себя реакцию с алкоксидом иона с первичным алкиловым галогенидом через S N 2 реакции . Эта реакция важна в истории органической химии, потому что она помогла доказать структуру эфиров .

Общий механизм реакции следующий: [3]

Механизм синтеза эфира Вильямсона

Примером может служить реакция этоксида натрия с хлорэтаном с образованием диэтилового эфира и хлорида натрия:

[Na] + [C 2 H 5 O] - + C 2 H 5 Cl → C 2 H 5 OC 2 H 5 + [Na] + [Cl] -

Механизм [ править ]

Реакция эфира Вильямсона следует бимолекулярному механизму нуклеофильного замещения S N 2. В механизме реакции S N 2 есть обратная атака электрофила нуклеофилом, и это происходит в согласованном механизме (происходит сразу). Для того чтобы реакция S N 2 имела место, должна быть хорошая уходящая группа, которая является сильно электроотрицательной, обычно галогенид. [4]

В реакции с эфиром Вильямсона присутствует алкоксид-ион (RO - ), который действует как нуклеофил, атакуя электрофильный углерод с уходящей группой, которая в большинстве случаев представляет собой алкилтозилат или алкилгалогенид. Уходящий сайт должен быть первичным углеродом, потому что вторичные и третичные уходящие сайты обычно предпочитают протекать как реакцию элиминирования . Кроме того, эта реакция не способствует образованию объемных простых эфиров, таких как ди-третбутиловый эфир, из-за стерических затруднений и преимущественного образования алкенов. [5]

Пример синтеза эфира Вильямсона для получения дипропилового эфира. X - товар не показан.

Сфера [ править ]

Реакция Вильямсона имеет широкий диапазон, широко используется как в лабораторном, так и в промышленном синтезе и остается самым простым и популярным методом получения простых эфиров. Легко получают как симметричные, так и асимметричные эфиры. В частности, внутримолекулярная реакция галогидринов дает эпоксиды .

В случае асимметричных эфиров есть две возможности для выбора реагентов, и одна обычно предпочтительна либо на основе доступности, либо на основе реакционной способности. Реакция Вильямсона также часто используется для получения эфира косвенно из двух спиртов. Один из спиртов сначала превращается в уходящую группу (обычно тозилат ), затем два реагируют вместе.

Алкоксид (или арилоксид ) может быть первичным, вторичным или третичным. С другой стороны, наиболее предпочтительно, чтобы алкилирующий агент был первичным. Вторичные алкилирующие агенты также вступают в реакцию, но третичные агенты обычно слишком склонны к побочным реакциям, чтобы иметь практическое применение. Уходящая группа чаще всего представляет собой галогенид или сложный эфир сульфоновой кислоты, синтезируемый с целью реакции. Поскольку условия реакции довольно жесткие, защитные группы часто используются для усмирения других частей реагирующих молекул (например, других спиртов , аминов и т. Д.)

Синтез эфира Вильямсона - обычная реакция в области органической химии при промышленном синтезе и в учебных лабораториях бакалавриата. При сокращении времени реакции выходы для этих синтезов простых эфиров традиционно низкие, что может иметь место во время лабораторных занятий в бакалавриате. Не позволяя реакциям кипеть с обратным холодильником в течение правильного периода времени (где-то от 1-8 часов при температуре от 50 до 100 ° C), реакция может не продолжиться до завершения, приводя к низкому общему выходу продукта. Чтобы помочь смягчить эту проблему, в настоящее время используется микроволновая технология для ускорения времени реакции для таких реакций, как синтез эфира Вильямсона. Эта технология изменила время реакции, требующее не менее 1 рефлюкса.От 5 часов до быстрого 10-минутного прогона в микроволновой печи при 130 ° C, что увеличило выход синтезированного эфира с 6-29% до 20-55% (данные были собраны из нескольких различных лабораторных секций, включающих эту технологию в свои синтезы).[6]

Также были достигнуты значительные успехи в синтезе простых эфиров при использовании температур 300 ° C и выше и использовании более слабых алкилирующих агентов для облегчения более эффективного синтеза. Эта методология помогает оптимизировать процесс синтеза и делает синтез в промышленных масштабах более осуществимым. Более высокая температура делает слабый алкилирующий агент более реактивным и с меньшей вероятностью будет производить соли в качестве побочного продукта. Этот метод оказался очень селективным и особенно полезным при производстве ароматических простых эфиров, таких как анизол, которые находят все более широкое применение в промышленности. [7]

Условия [ править ]

Поскольку ионы алкоксида обладают высокой реакционной способностью, их обычно получают непосредственно перед реакцией или образуются на месте . В лабораторной химии генерация in situ чаще всего осуществляется с использованием карбонатного основания или гидроксида калия , в то время как в промышленных синтезах очень распространен катализ с переносом фазы . Можно использовать широкий диапазон растворителей, но протонные растворители и неполярные растворители имеют тенденцию сильно замедлять скорость реакции в результате снижения доступности свободного нуклеофила. По этой причине особенно часто используются ацетонитрил и N , N- диметилформамид .

Типичная реакция Вильямсона проводится при температуре от 50 до 100 ° C и завершается за 1-8 часов. Часто бывает трудно добиться полного исчезновения исходного материала, и часто возникают побочные реакции. Выход 50–95% обычно достигается при лабораторном синтезе, в то время как почти количественное преобразование может быть достигнуто в промышленных процессах.

При лабораторном синтезе катализатор обычно не требуется. Однако, если используется нереакционноспособный алкилирующий агент (например, алкилхлорид), то скорость реакции может быть значительно улучшена путем добавления каталитического количества растворимой йодидной соли (которая претерпевает галогенидный обмен с хлоридом, что дает гораздо более реакционноспособный йодид, вариант реакции Финкельштейна ). В крайних случаях могут быть добавлены соединения серебра, такие как оксид серебра : [8]

Ион серебра координируется с уходящей группой галогенида, чтобы сделать его уход более легким. Наконец, иногда используются катализаторы межфазного переноса (например, бромид тетрабутиламмония или 18-краун-6 ), чтобы увеличить растворимость алкоксида, предлагая более мягкий противоион . Еще одним примером реакции этерификации в трехфазной системе в каталитических условиях межфазного переноса является реакция бензилхлорида и фурфурилового спирта. [9]

Побочные реакции [ править ]

Реакция Вильямсона часто конкурирует с катализируемым основанием отщеплением алкилирующего агента [3], и природа уходящей группы, а также условия реакции (в частности, температура и растворитель) могут иметь сильное влияние, на которые отдается предпочтение. В частности, некоторые структуры алкилирующего агента могут быть особенно склонными к отщеплению.

Когда нуклеофил представляет собой арилоксид-ион, реакция Вильямсона также может конкурировать с алкилированием по кольцу, поскольку арилоксид является амбидентным нуклеофилом .

См. Также [ править ]

  • Конденсация Ульмана для образования бис-ариловых эфиров
  • Диметилсульфат и диэтилсульфат , относительно недорогие органосульфаты, используемые в альтернативных методах синтеза эфиров.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Burgstahler, Альберт В .; Уорден, Леонард Р. (1966). «Кумарон» . Органический синтез . 46 : 28. DOI : 10,15227 / orgsyn.046.0028 .; Сборник , 5 , с. 251
  2. ^ Уильямсон, Александр (1850). «Теория террификации» . Философский журнал . 37 (251): 350–356. DOI : 10.1080 / 14786445008646627 .( Ссылка на отрывок. )
  3. ^ а б Бойд, Роберт Нейлсон; Моррисон, Роберт Торнтон (1992). Органическая химия (6-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall . С. 241–242. ISBN 9780136436690.
  4. ^ Уэйд, Лерой (2017). Органическая химия . Пирсон. С. 261–274. ISBN 9780321971371.
  5. ^ Уэйд, Лерой (2017). Органическая химия . Пирсон. С. 682–683. ISBN 9780321971371.
  6. ^ Баар, Марша Р .; Фальконе, Даниэль; Гордон, Кристофер (2010). "Микроволновые улучшенные органические синтезы для студенческой лаборатории: циклоприсоединение Дильса-Альдера, реакция Виттига и синтез эфира Вильямсона". Журнал химического образования . 87 (1): 84–86. Bibcode : 2010JChEd..87 ... 84В . DOI : 10.1021 / ed800001x .
  7. ^ Фурманн, Эдгар; Талберский, Йорг (2005). "Синтез алкилариловых эфиров каталитическим синтезом эфира Вильямсона со слабыми агентами алкилирования". Исследования и разработки в области органических процессов . 9 (2): 206–211. DOI : 10.1021 / op050001h .
  8. ^ Танабэ, Масато ; Питерс, Ричард Х. (1981). «( R , S ) -Мевалонолактон-2- 13 C (2 H- Пиран-2-он- 13 C, тетрагидро-4-гидрокси-4-метил-)» . Органический синтез . 60 : 92. DOI : 10,15227 / orgsyn.060.0092 .; Сборник , 7 , с. 386
  9. ^ Католь Д.О., Ядав Г.Д. Интенсификация процесса и минимизация отходов с использованием катализатора с трехфазным переносом жидкость-жидкость-жидкость для синтеза 2 - ((бензилокси) метил) фурана. Молекулярный катализ 2019; 466: 112–21. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.01.004