Chemické vlastnosti alkoholů jsou chemické reakce alkoholů v interakci s jinými látkami.
Jsou určeny především přítomností hydroxylové skupiny a strukturou uhlovodíkového řetězce, jakož i jejich vzájemným vlivem:
Všechny chemické reakce alkoholů lze rozdělit do tří podmíněných skupin spojených s určitými reakčními centry a chemickými vazbami:
S alkalickými kovy a kovy alkalických zemin , hliníkem , galliem , thaliem a některými dalšími kovy, stejně jako se silnými bázemi (například: amidy nebo hydridy), jsou alkoholy schopny reagovat za vzniku alkoholátů [1] :
Se silnými Lewisovými kyselinami se alkoholy chovají jako báze a tvoří donor-akceptorové komplexy [2] :
Více o povaze acidobazických vlastností alkoholů: Disociace a acidobazické vlastnosti alkoholů .Jednou z nejdůležitějších reakcí zahrnujících vazbu C–O je přeměna alkoholů na halogenalkany . Hydroxylová skupina v alkoholech může být nahrazena atomem halogenu několika způsoby [2] :
Interakce alkoholů s halogenovodíkovými kyselinami vede k nahrazení hydroxylové skupiny halogenem :
V závislosti na struktuře substrátu jsou možné vedlejší procesy izomerace a dehydratace . Vzhledem k relativně tvrdým provozním podmínkám jsou tyto reakce použitelné pouze pro sloučeniny, které jsou odolné vůči kyselinám.
Kyselina bromovodíková a jodovodíková se často získávají přímo při reakci z odpovídajících solí ( KBr , KI aj.) působením kyselin sírové nebo fosforečné [3] [4] .
Nesubstituované primární alkoholy se převádějí na alkylbromidy pomocí horké koncentrované kyseliny bromovodíkové [4] :
Pokusy připravit alkyljodid s HI mohou někdy vést k redukci původního produktu na alkan . Kromě toho je volný jod schopen reagovat s kyselinou sírovou , což vede ke vzniku kyseliny siřičité a jódu [3] . Pokud substrát obsahuje dvojné vazby, lze i ty druhé redukovat [5] .
Výše uvedené reakce lze použít k získání primárních, sekundárních a terciárních halogenalkanů , i když v případě isobutyl a neopentylalkoholů jsou výtěžky produktů přesmyku vysoké [4] [6] .
Reakce terciárních alkoholů s HCl probíhají celkem snadno. V tomto případě se tvoří odpovídající terciární alkylchloridy (spolu s produkty vedlejších reakcí). Primární a sekundární alkoholy reagují mnohem pomaleji a vyžadují použití katalyzátoru . Obvykle se používá tzv. Lucasovo činidlo , což je směs HCl a ZnCl 2 [4] [7] .
Dobré výtěžky primárních alkylchloridů byly také získány použitím HCl v HMPA ( hexamethylfosfotriamid , bipolární aprotické rozpouštědlo) [8] .
Přímá interakce alkoholů s fluorovodíkem je možná pouze při použití terciárních, allylových a benzylalkoholů. Například reakce terc -butylalkoholu s 60% vodným roztokem HF při zahřívání vede k tvorbě terc - butylfluoridu [9] :
Místo čistého HF se k fluoraci obvykle používá 70% roztok fluorovodíku v pyridinu , tzv. Olahovo činidlo .
Primární a sekundární alkoholy reagují s halogenovodíky podle mechanismu S N 2 (obecné schéma):
Terciární alkoholy jsou charakterizovány mechanismem SN1 :
Během této substituce se tvoří meziprodukt karbokation , takže reakce S N 1 mohou být doprovázeny přesmyky a eliminací. Prakticky zajímavé jsou tedy pouze ty terciární alkoholy, které poskytují karbokation, který není schopen přesmyku.
Interakce alkoholů s halogenidy fosforuBěžným způsobem přeměny alkoholů na alkylhalogenidy je jejich interakce s halogenidy fosforu: PBr 3 , PCl 5 , POCl 3 nebo PI 3 (vznikají přímo během reakce). Reakce probíhá podle nukleofilního mechanismu za vzniku halogenfosfitu jako meziproduktu [10] :[str. 142-143] :
Pro zvýšení výtěžku konečného produktu a snížení podílu vedlejších reakcí se substituce provádí v přítomnosti pyridinu .
V souladu se zvláštnostmi reakčního mechanismu (SN 2 ) dochází k nahrazení hydroxylové skupiny halogenem s obrácením konfigurace na asymetrickém atomu uhlíku. Je třeba vzít v úvahu, že substituce je často komplikována izomerizací a přesmyky, proto se taková reakce obvykle používá pro relativně jednoduché alkoholy [10] :[str. 142] .
Reakce alkoholů s thionylchloridemV závislosti na podmínkách probíhá interakce alkoholů s SOCl 2 buď mechanismem S N i nebo mechanismem S N 2 . V obou případech se alkohol převede na odpovídající alkylchlorid.
Pokud reakce probíhá v nepřítomnosti pyridinu , má produkt stejnou konfiguraci reakčního centra jako výchozí alkohol ( SNi mechanismus ) :
Přidání pyridinu k reakční směsi vede ke změně stereochemického výsledku procesu. Výsledný alkylchlorid má obrácenou konfiguraci. Tuto skutečnost lze vysvětlit následujícím mechanismem S N 2 [4] :
Interakce alkoholů s chloridy kyseliny sulfonové a následná substituceAlkoholy jsou schopné reagovat s chloridy sulfonových kyselin v přítomnosti báze za vzniku odpovídajících esterů. Primární alkoholy reagují rychleji než sekundární a mnohem rychleji než terciární [4] . Je možné selektivně vytvořit ester primární sulfonové kyseliny v přítomnosti sekundárních a terciárních alkoholových skupin. Nejv _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ praktický význam. Nejčastěji používanou bází je pyridin , který současně působí jako nukleofilní katalyzátor [4] .
Sulfonáty jsou vynikající odstupující skupiny a jsou snadno nahrazeny atomem halogenu prostřednictvím mechanismu S N2 :
Zdrojem halogenidového iontu je obvykle odpovídající anorganická sůl ( NaBr , LiCl , CsF , KF atd.) Jako rozpouštědlo se používají dipolární aprotická rozpouštědla: DMSO , DMF , acetonitril . K substituci dochází zpravidla s inverzí konfigurace [11] :[str. 9] .
Metoda nahrazení hydroxylu vysoce reaktivní skupinou je výkonná preparativní metoda v organické chemii, která umožňuje získat z alkoholů ve dvou stupních kromě halogenidů širokou škálu sloučenin: ethery, estery karboxylových kyselin, amidy atd. [10] :[str. 151-152] .
Interakce alkoholů s kvazifosfoniovými solemiAlkoholy lze převést na alkylhalogenidy reakcí s kvazifosfoniovými solemi - [R 3 PHal] + X - . Ty jsou tvořeny interakcí organofosforů (R 3 P) s halogeny, tetrahalomethany ( CCl 4 , CBr 4 ) nebo N - halogensukcinimidy (například NBS ). Tato metoda je použitelná pro primární a sekundární alkoholy; v případě terciárních alkoholů je možný vznik produktů přesmyku [2] . R 3 PBr 2 a R 3 PI 2 (získané z R 3 P a Br 2 / I 2 ) poskytují dobré výtěžky i s terciárními a neopentylovými substráty [4] . Obecně reakce probíhá podle následujícího schématu [12] :
K přeměně dochází inverzí reaktivního atomu uhlíku [12] .
Zvláštní případ interakce - přeměna alkoholů na alkylchloridy působením trifenylfosfinu a tetrachlormethanu - se v zahraniční literatuře nazýval Appelova reakce [13] [ 14] :
Jiné způsoby nahrazení hydroxylové skupiny halogenemUveďme příklady některých dalších činidel, která umožňují nahradit hydroxylovou skupinu halogenem.
Esterifikace alkoholů koncentrovanou kyselinou dusičnou produkuje organické dusičnany [22] :
Pomocí nitrosačních činidel (NaNO 2 + H 2 SO 4 ; NOCl; NOBF 4 atd.) lze analogicky získat estery kyseliny dusité [23] :
Dobrým nitrosačním činidlem pro alkoholy je také roztok tetrabutylamoniumnitritu (C 4 H 9 ) 4 NNO 2 v acetonitrilu smíchaný s 2,3-dichlor-5,6-dikyanbenzochinonem a trifenylfosfinem [24] .
Získávání siřičitanů a síranůKyselina sírová je schopna při interakci s alkoholy při nízkých teplotách poskytovat kyselé a střední estery ( alkylsulfáty ):
Laboratorně lze tuto metodu použít pouze pro nižší alkoholy (metanol a ethanol), protože v ostatních případech je podíl produktů dehydratace vysoký: alkenů a etherů [25] :[str. 22] .
Kromě kyseliny sírové se pro syntézu alkylsulfátů používá oxid sírový , chlorsulfonová nebo aminosulfonová kyselina [26] .
Reakcí alkoholů s thionylchloridem nebo oxidem siřičitým (v přítomnosti jódu nebo bromu) v pyridinu lze získat organické siřičitany [27] :
Získávání hypohalogenitůStandardní metodou získávání organických chlornanů z alkoholů je působení roztoku chlornanu sodného na alkoholy při ochlazení a za nepřítomnosti přímého slunečního záření [15] :[str. 62-63] :
Podobným způsobem lze bromnany získat z primárních alkoholů, zatímco u ethanolu je pozorován velmi vysoký výtěžek (92 %) [28] :
Všimněte si, že v ethanolu při interakci s halogenany za jiných podmínek dochází k jeho oxidaci za vzniku chloroformu , bromoformu nebo jodoformu ( haloformová reakce ) [29] :
Získávání dalších esterů anorganických kyselinReakcí alkoholů s některými anorganickými kyselinami, jejich anhydridy nebo halogenidy kyselin lze získat různé estery:
Na rozdíl od alkoholů, které jsou slabými nukleofily, jsou alkoholáty, které tvoří alkoxidové ionty RO − silné nukleofily a snadno reagují s alkylhalogenidy mechanismem S N 2 za vzniku etherů [34] :
Místo alkylhalogenidů lze také použít alkylsulfonáty [25] :[str. 21] .
Vedlejšími produkty reakce jsou alkeny vznikající jako výsledek konkurenčního procesu eliminace alkoholu [34] :
Metoda patří v laboratorní praxi k nejstarším a využívá se především pro syntézu nesymetrických etherů [34] . Dalším směrem použití Williamsonovy reakce je syntéza crown etherů [35] .
Intermolekulární a intramolekulární dehydratace alkoholůPři opatrném zahřívání v přítomnosti kyseliny sírové dochází k mezimolekulární dehydrataci alkoholů za vzniku etherů [36] :
Pokud dvojsytné alkoholy reagují s kyselinou, dojde k intramolekulární dehydratační reakci s tvorbou heterocyklických sloučenin . Například 1,4-butandiol tvoří tetrahydrofuran [36] :
Vzhledem k tomu, že reakce získávání etheru je vratná, pro posun doprava se obvykle používá metoda destilace finálních produktů (vody nebo etheru) z reakční směsi [36] .
Existují také metody termokatalytické dehydratace alkoholů. Například primární alkoholy v přítomnosti smíšeného katalyzátoru Ni- Al2O3 - SiO2 a vodíku se při zahřívání přeměňují na ethery [37] :
Metoda intermolekulární dehydratace, jedna z nejstarších metod získávání esterů, se používá velmi omezeně a pouze pro nerozvětvené primární alkoholy z důvodu vysokého podílu alkenů vznikajících v případě intramolekulární dehydratace při použití sekundárních a terciárních alkoholů. Reakce se však využívá v průmyslu pro syntézu některých etherů [35] .
Jiné metody přeměny alkoholů na etheryJiné metody pro konverzi alkoholů na ethery [38] zahrnují:
Alkoholy jsou schopny tvořit estery v reakcích s organickými kyselinami při zahřívání v přítomnosti kyselého katalyzátoru (obvykle koncentrovaná H 2 SO 4 ). Tento proces se nazývá kyselá katalytická esterifikační reakce (také známá jako Fischerova reakce ). Například interakce ethanolu s kyselinou octovou poskytuje ethylacetát [3] :
Mechanismus reakce [39] :
Kyselina-katalytická esterifikační reakce je nejjednodušší a nejpohodlnější metoda pro získání esterů, když ani kyselina ani alkohol neobsahují citlivé funkční skupiny. Jako katalyzátor může kromě tradičně používané kyseliny sírové působit Lewisova nebo Bronstedova kyselina ; rozpouštědlem je obvykle samotný alkohol nebo, pokud to není možné, toluen nebo xylen . Ke zvýšení výtěžnosti éteru se používá destilace nebo chemické vázání vody a také specializované laboratorní vybavení - Dean-Starkův aparát [40] .
Pro činidla, která jsou stericky bráněna a jsou náchylná k eliminaci působením kyselin, například terc - butanol, existuje mírná esterifikace zvaná Steglichova esterifikace . Reakce mezi alkoholem a kyselinou probíhá v přítomnosti dicyklohexylkarbodiimidu (DCC) a malých množství 4-N,N-dimethylaminopyridinu. DCC a karboxylová kyselina v prvním stupni tvoří O-acylisomočovinový meziprodukt, který poté reaguje s alkoholem za vzniku esteru [41] :
Interesterifikační reakceReakce interesterifikace nebo alkoholýzy esterů má následující obecnou formu:
Pro úspěšnou realizaci interesterifikace se používají různé metody: destilace nízkovroucích produktů, použití speciálních katalyzátorů včetně mezifázového přenosu atd. Mechanismus interesterifikační reakce je podobný mechanismu hydrolýzy u esterů, proto se alkyl štěpení je možné jako vedlejší proces [42] :[str. 130-131] :
Alkoholýza rostlinných tuků, což jsou estery mastných kyselin a glycerolu, methyl nebo etylalkoholem je perspektivní alternativou pro výrobu bionafty [43] [44] .
Reakce alkoholů s chloridy kyselin, anhydridy kyselin a nitrilyS chloridy karboxylových kyselin alkoholy poměrně snadno reagují za vzniku esterů (acylační reakce) [25] : [str. 20] :
Reakce alkoholů s halogenidy kyselin je nejlepší obecný způsob získání esterů, protože umožňuje použití substrátů s širokou škálou funkčních skupin [42] :[str. 125] .
V roce 1898 navrhl německý chemik Einhorn modifikaci této metody : acylace se provádí v přebytku pyridinu . V první fázi amin reaguje s chloridem kyseliny za vzniku pyridiniové soli, která se díky své vysoké acylační schopnosti snadno přemění na ether působením alkoholu [45] :
Místo acylhalogenidů lze k syntéze esterů použít podobnou reakci anhydridů karboxylových kyselin s alkoholy . Jako katalyzátory se používají Lewisovy kyseliny, kyseliny a zásady, stejně jako pyridin a N-4,4-dimethylaminopyridin [42] :[str. 126] :
Další způsob, jak získat estery: interakce alkoholů s nitrily kyselin v bezvodém chloroformovém médiu v přítomnosti plynného chlorovodíku vede k iminoesteru ( Pinnerova reakce ), jehož hydrolýzou může vzniknout ester [46] :
Esterifikace MukayamyV roce 1975 Mukayama a spolupracovníci navrhli použití speciálního činidla, 2-chlor-1-methylpyridiniumjodidu, k dosažení vysokých výtěžků v esterifikační reakci [47] :
Pro syntézu aminokyselin a peptidů se v současnosti používá Mukayama metoda [48] .
Mitsunobuova reakceKdyž alkoholy reagují s karboxylovými kyselinami v přítomnosti trifenylfosfinu a diethylazodikarboxylátu ( angl . d i etyl azodikarboxylát , DEAD ) , vytvoří se odpovídající ester . Tento proces se nazývá Mitsunobuova reakce . Klíčovým rysem reakce je inverze ( obrácení konfigurace ) atomu uhlíku na hydroxylové skupině.
Mechanismus Mitsunobuovy reakce [49] [50] [51] :
Fosgen COCl 2 , zdroj chlorkarbonylové skupiny −C(O)Cl, je schopen reagovat s různými nukleofilními činidly a zejména s alkoholy v souladu s mechanismem S N 1 nebo mechanismem acylové substituce (meziprodukt tetraedrického přechodu) [52] :[str. 46] :
V případě uvažované reakce: R=L= Cl , Nu= RO − .
Alifatické alkoholy snadno reagují s fosgenem při pokojové teplotě za vzniku chloroformátů (ROC(O)Cl) ve vysokém výtěžku [52] :[str. 47] . Vedlejšími produkty reakce jsou alkylchloridy vznikající při rozkladu chlorformiátů [52] :[str. 49] :
Podobně jako fosgen i jeho deriváty vstupují do chlorkarbonylační reakce s alkoholy: difosgen , trifosgen , oxalylchlorid .
Nahrazení hydroxylové skupiny amidovou skupinouNukleofilní substituce hydroxylové skupiny amidovou skupinou je možná pouze tehdy, je-li modifikována: převedena na oxoniovou formu (−O + H 2 ) působením silných kyselin nebo předběžně získává dialkylestery kyseliny sírové (R−OSO 2 O −R), za kterým následuje jejich nahrazení:
Přímá katalytická interakce nejjednodušších alkoholů s amoniakem má výlučně průmyslový význam, protože vede ke vzniku směsi produktů [53] :[str. 517] .:
Například reakcí amylalkoholu s amoniakem v přítomnosti vodíku a katalyzátorů (Ni+Cr 2 O 3 ) za zvýšené teploty a tlaku se získají směsné amylaminy [54] .
Interakce alkoholů s amoniakem v přítomnosti dehydrogenačních katalyzátorů ( měď , nikl , kobalt na oxidu hlinitém atd.) se provádí mechanismem dehydrogenace s následnou aminací [55] :
Také v průmyslu se využívá kondenzace některých aminů s alkoholy. Například anilin reaguje s alkoholy za drsných podmínek (170–280 °C, tlak 10 MPa, katalyzátory: minerální kyseliny, nikl) za vzniku směsi mono- a disubstituovaných derivátů [56] :
Terciární alkoholy s mobilní hydroxylovou skupinou reagují s močovinou za vzniku N-alkylderivátů [57] :[str. 77] :
Substituce hydroxylové skupiny za merkaptoskupinuNahrazení hydroxylové skupiny merkaptoskupinou (–SH) za vzniku thiolů lze provést působením P 4 S 10 na alkoholy nebo interakcí alkoholových par se sirovodíkem za přítomnosti heterogenního katalyzátoru. [58] :
Alternativní metodou pro získání organických derivátů kyseliny hydrosulfidové je interakce alkoholů s thiomočovinou v kyselém prostředí s následnou hydrolýzou [57] [59] :[str. 72] :
Substituce hydroxylové skupiny za nitrilovou skupinuAnalogicky se syntézou amidů se náhrada hydroxylové skupiny nitrilem provádí prostřednictvím výroby alkylsulfonátu, který následně vede k nitrilu působením kyanidu sodného nebo draselného [60] :[str. 434] .:
Nahrazení hydroxylové skupiny azidovou skupinouAlkoholy přímo neinteragují s anorganickými azidy, avšak jejich zahřívání s difenylfosforylazidem umožňuje přechod na organické azidy v jednom kroku [61] :
Kyselina-katalytická dehydratace alkoholů je jednou z nejjednodušších a nejdostupnějších metod pro získání alkenů ; současně lze jako dehydratační činidlo použít různé minerální a organické kyseliny ( kyselina sírová , fosforečná nebo šťavelová ), soli kyselin ( hydrosíran sodný ), jakož i Lewisovy kyseliny [15] : [str. 90] .
V nenukleofilním médiu jsou alkoholy, které jsou protonovány kyselinou, eliminovány mechanismem El. Mechanismus E2 pro dehydratační reakci je vzácný [62] :[str. 260-261] :
Karbokation vzniklý při reakci je náchylný k projevům H + -shiftu (migrace protonu nebo alkylových skupin), což vede k přeskupením a vzniku směsi konečných produktů při eliminaci [62] :[str. 261-262] :
K štěpení alkoholů téměř ve všech případech dochází podle Zaitsevova pravidla , to znamená, že atom vodíku je eliminován z nejméně hydrogenovaného atomu uhlíku.
Původní metodou dehydratace je zpracování alkoholátů odpovídajících alkoholů bromoformem (k eliminaci dochází tvorbou intermediárních karboniových meziproduktů) [63] :
Hlavní nevýhodou kyselino-katalytické dehydratace alkoholů je omezená schopnost řídit polohu výsledné dvojné vazby a také strukturu uhlovodíkového řetězce, proto se tato metoda obvykle používá pro stericky symetrické alkoholy nebo alkoholy s jednoduchým struktura [64] :[str. 175-176] .
Další běžnou metodou laboratorní přípravy alkenů je tepelná katalytická dehydratace alkoholů pomocí katalyzátorů na bázi oxidů kovů [65] . Existuje mnoho různých dehydratačních katalyzátorů, mezi které patří: Al 2 O 3 [66] , ThO 2 [67] , ZnO [68] , V 2 O 5 [69] , oxidy kovů vzácných zemin (Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Y 2 O 3 , CeO 2 ) [70] , zeolity [71] .
Dehydratační reakce se provádí při vysoké teplotě, zatímco dehydrogenace alkoholů je pozorována jako vedlejší procesy [65] [68] :
Studie ukázaly, že produkty tepelné dehydratace na aluminovém katalyzátoru jsou termodynamicky stabilnější trans- alkeny [72] .
Nevýhodou tepelné dehydratace alkoholů, stejně jako katalytické dehydratace, je nekontrolovatelnost polohy dvojné vazby a také nemožnost použití této metody pro sloučeniny obsahující různé tepelně nestabilní funkční skupiny.
Termolýza sekundárních a terciárních alkoholů methyl-N-(triethylamoniumsulfonyl)karbamátem ( Burgessovo činidlo ) šetrně a selektivně vede k alkenům [73] :
Burgessovo činidlo se používá v katalytických množstvích a reakce probíhá stereospecificky a jde o cis - dehydrataci [74] :[str. 732] .
Dehydratace podle MartinaSpolu s Burgessovým činidlem se k dehydrataci alkoholů používá ještě další organické činidlo: Martinův síran neboli difenylbis(1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-fenyl-2-propoxy)sulfuran [74] :[ p. 811] :
Toto dehydratační činidlo se používá především pro sekundární a terciární alkoholy, které s ním reagují téměř okamžitě; primární alkoholy jsou nereaktivní – se siruranem tvoří ethery [75] .
Eliminace podle ChugaevaChugaevova reakce je interakce alkoholů s CS 2 a NaOH s následnou pyrolýzou vzniklého xantátu [76] :
Produkty reakce jsou alkeny , obvykle v cis konfiguraci. Hlavní výhodou metody je minimalizace izomerizace a migrace násobných vazeb.
Přísně vzato je eliminace podle Chugaeva analogická s výrobou alkenů pyrolýzou různých esterů. Podrobnosti najdete v článku Alkenes .
Primární alkoholy se v závislosti na volbě činidla oxidují na aldehydy nebo karboxylové kyseliny , sekundární alkoholy na odpovídající ketony a kyseliny. Terciární alkoholy jsou odolné vůči oxidaci, avšak působením silných oxidačních činidel se mohou štěpit s přerušením uhlíkového řetězce na různé karbonylové sloučeniny.
Oxidační reakce alkoholů, jinými slovy přeměny na karbonylové sloučeniny, lze rozdělit do dvou podmíněných skupin [77] : [str. 114] :
Tabulka 1. shrnuje údaje o oxidačních reakcích alkoholů na různé deriváty [77] : [str. 303-305] .
[T 1] Tabulka 1. Oxidace primárních, sekundárních a terciárních alkoholů na různé deriváty.
Připojení zdroje | Ukončete připojení | Oxidátor | Dehydrogenační katalyzátor |
---|---|---|---|
Primární alkoholy | |||
R - CH20H | R−CHO | AgO, N 2 O 4 , K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 , CrO 3 , Ag 2 Cr 2 O 7 , (C 5 H 5 NH) 2 Cr 2 O 7 , C 5 H 5 NHCrO 3 Cl, CrO 2 Cl 2 , [(CH 3 ) 3 CO] 2 CrO 4 , MnO 2 , K 2 FeO 4 , NiO 2
Specifická činidla pro Ar−CH 2 OH : (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , NaBrO 3 , Pb(CH 3 COO) 4 , KOCl, (CH 3 ) 3 COCl |
Cu, CuO, Co 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Ag, Pt, PtO 2 |
R - CH20H | R-COOH | O 2 /PtO 2 , HNO 3 (konc.), H 2 CrO 4 + H + , KMnO 4 + H + , NiO 2 , Na 2 RuO 4 | PtO 2 |
sekundární alkoholy | |||
R−CHOH−R | R–CO–R | (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 , K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 , CrO 3 , [(CH 3 ) 3 CO] 2 CrO 4 , H 2 CrO 4 , (C 5 H 5 NH ) 2 Cr 2 O 7 , C 5 H 5 NHCrO 3 Cl, Br 2 , Cl 2 , NaOCl, Ca(OCl) 2 , NaBrO 2 , NaBrO 3 , MnO 2 , KMnO 4 , Ba(MnO 4 ) 2 , K 2 Fe04 , Ru04 , Na2Ru04 _ _ _ | Cu, CuO, CuCr204 , Raneyův Ni, Ag, Pd, Pt , PtO2 |
Terciární alkoholy | |||
(R) 3C -OH | (R) 3C -O-OH | H202 + H2SO4 _ _ _ _ _ | — |
(R) 3C -OH | R–CO–R | Pb( CH3COO ) 4 | — |
(R) 3C -OH | RCOOH + R−CO−R | CrO3 _ | — |
V laboratorní praxi se pro oxidaci alkoholů nejčastěji používají sloučeniny šestimocného chrómu: dichroman sodný s kyselinou sírovou nebo oxid chromitý [78] : [str. 436] :
Obvykle se k provedení reakce používá tzv. Jonesovo činidlo - roztok oxidu chromitého (VI) ve zředěné kyselině sírové a acetonu . Činidlo může být také připraveno z dichromanu sodného nebo draselného. Jonesova oxidace se používá k selektivní oxidaci sekundárních alkoholů na ketony a primárních alkoholů na karboxylové kyseliny a v některých případech na aldehydy [79] .
Terciární alkoholy působením oxidu chromitého se oxidují s destrukcí uhlovodíkového skeletu, například cykloalkanoly se přeměňují otevřením kruhu na ketony a karboxylové kyseliny [80] .
Alternativou Jonesova činidla je komplex oxidu chromitého s pyridinem CrO 3 • 2C 5 H 5 N, pojmenovaný Sarretovo činidlo . Toto činidlo umožňuje selektivní oxidaci různých primárních alkoholů na aldehydy za nevodných podmínek, ale jeho vysoké nebezpečí požáru a hygroskopičnost, stejně jako základní vlastnosti pyridinu, omezují jeho použití [81] .
Roztok Sarretova činidla v methylenchloridu se nazývá Collinsovo činidlo . Tato modifikace oxidačního činidla je pohodlnější a bezpečnější a lze ji také použít (na rozdíl od dvou předchozích činidel) pro oxidaci substrátů citlivých na kyseliny nebo zásady [82] .
V roce 1975 bylo navrženo nové stabilní a pohodlné činidlo na bázi šestimocného chrómu, pyridiniumchlorchromát C 5 H 5 NHCrO 3 Cl [83] , pro oxidaci alkoholů na karbonylové sloučeniny :
Schématický reakční mechanismus [84] :
Důležitou výhodou činidla je jeho inertnost vůči nenasyceným vazbám, což umožňuje získat nenasycené aldehydy a ketony.
Z dalších komplexních sloučenin chrómu se používají: pyridiniumdichroman, pyridiniumfluorochromát, dipyridiniumchlorchromát, dále chlorchromáty různých heterocyklických sloučenin - chinolin , pyrazin , imidazol atd. [85] .
Oxidace sloučeninami manganuPro oxidaci alkoholů ze sloučenin manganu se nejčastěji používají MnO 2 a KMnO 4 . Změnou reakčních podmínek (teplota, pH atd.) se mohou aldehydy, ketony nebo karboxylové kyseliny stát oxidačními produkty.
Působením oxidu manganatého při pokojové teplotě, v závislosti na struktuře, se nenasycené alkoholy přeměňují na aldehydy nebo ketony, přičemž si zachovávají dvojnou vazbu [86] :
Podobně reagují také acetylenalkoholy [86] .
Důležitým faktorem aktivity oxidu manganičitého je způsob jeho přípravy - nejlepších výsledků se dosahuje reakcí manganistanu draselného se síranem manganatým ve slabě alkalickém prostředí [62] :[str. 267] .
Roztok manganistanu v kyselém prostředí působí jako silné oxidační činidlo, které přeměňuje primární alifatické alkoholy na karboxylové kyseliny a sekundární na ketony [87] :
V alkalickém prostředí za studena nereagují roztoky manganistanu s alkoholy [25] : [str. 22] .
Opatrná oxidace benzylalkoholu krystalickým manganistanem draselným v nevodném prostředí v přítomnosti crown etheru jako katalyzátoru fázového přechodu selektivně vede k benzaldehydu [88] .
Katalytická oxidace kyslíkemOxidace alkoholů vzdušným kyslíkem za přítomnosti katalyzátorů je běžnou metodou výroby karbonylových sloučenin (nejčastěji ketonů) v průmyslu [89] .
Jedním z běžných způsobů je použití práškového stříbra jako katalyzátoru [90] :
Methanol se oxiduje vzdušným kyslíkem na formaldehyd za přítomnosti oxidů přechodných kovů (například: Fe 2 O 3 ) s výtěžkem až 95 % (Adkins-Petersonova reakce) [91] :
Oblíbeným demonstračním experimentem pro vzdělávací účely je katalytická oxidace ethanolu vzdušným kyslíkem v přítomnosti oxidu chromitého nebo oxidu měďnatého [92] [93] :
Použití směsného lithium-stříbrno-hliníkového katalyzátoru umožňuje provádět přímou oxidaci ethanolu na ethylenoxid [94] :
Pro oxidaci alkoholů lze použít různé katalyzátory, například oxid vanadičný [95] , oxid rutheničitý [96] , octan palladnatý [97] a řadu dalších.
Oxidace jinými anorganickými oxidačními činidlyExistuje velké množství anorganických sloučenin, které lze použít k oxidaci alkoholů na určité deriváty. Tabulka 2 ukazuje příklady použití některých činidel.
[T 2] Tabulka 2. Příklady anorganických činidel používaných pro oxidaci alkoholů.
Oxidátor | Připojení zdroje | Ukončete připojení | Reakční podmínky |
---|---|---|---|
octan olovnatý : Pb( CH3COO) 4 | Ar - CH20H | Ar-CHO | roztok v pyridinu , pokojová teplota [98] |
R-CR'OH-CR'OH-R | (RR')C=O | roztok kyseliny octové, kvantitativní výtěžek [99] | |
oxid dusný : N2O4 _ | R - CH20H | R-COOH | chloroform , 0 °C [100] |
chlornany : Ca(OCl) 2 , NaOCl, KOCl | R−CH 2OH / R−CHOH−R | R-C(O)-OCH2R / R-CO-R | kyselina octová , 0 °С [101] |
dusičnan diamonium-ceričitý : (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 | Ar - CH20H | Ar-CHO | kyselina octová , 50-100 °C [60] : [str. 9] . |
železitan draselný : K2FeO4 _ | Ar−CH 2OH + CH 3OH | Ar-COOCH 3 | dichlormethan , CuSO 4 , více než 70% výtěžek [102] |
Fetizonové činidlo : Ag 2 CO 3 / křemelina | R-CH(OH)-R/R-CH(OH)-CH2- CH (OH)-R | R-C(O)-R/R-C(O)-CH2- CH (OH)-R | uhličitan stříbrný uložený na pevném nosiči křemeliny ( angl. celite ) [103] |
V roce 1963 publikovali K. Pfitzner a J. Moffatt publikaci, která referovala o objevu nové metody oxidace alkoholů. Vědci rozpustili výchozí složky ve směsi bezvodého dimethylsulfoxidu a dicyklohexylkarbodiimidu v přítomnosti slabé kyseliny. V důsledku reakce byl v závislosti na struktuře alkoholu získán odpovídající aldehyd nebo keton , přičemž ani u citlivých primárních alkoholů nebyly v produktech oxidace pozorovány prakticky žádné stopy karboxylových kyselin [104] :
O dva roky později byl navržen transformační mechanismus [105] [106] :
V souladu s reakčním mechanismem protonovaný dicyklohexylkarbodiimid (DCC) v prvním stupni reaguje s dimethisulfoxidem (DMSO) za vzniku sulfoniového meziproduktu (1), takzvaného „aktivovaného DMSO“ , obsahujícího snadno odstupující skupinu spojenou s kladně nabitým atom síry . Alkohol rychle nahradí tuto skupinu a vytvoří alkoxydimethylsulfoniovou sůl (2), která se po ztrátě protonu změní na thioylid (3). V konečné fázi procesu dochází k intramolekulárnímu štěpení ylidu, což vede k vytvoření konečné karbonylové sloučeniny a dimethylsulfidu . Je třeba poznamenat, že "aktivovaný DMSO" (1) je schopen se rozkládat za vzniku vysoce reaktivní částice (4), která při reakci s alkoholem tvoří vedlejší produkt - methylthiomethylether (5). Zároveň, vzhledem k tomu, že eliminace probíhá při vyšší teplotě než hlavní proces, lze použít teplotní řízení průběhu reakce pro minimalizaci podílu vedlejších produktů [105] .
Podle oxidačního mechanismu je pro protonaci DCC nutná přítomnost kyseliny, ale silné minerální kyseliny (HCl, HClO 4 , H 2 SO 4 atd.) jsou pro reakci nevhodné - brání vzniku ylidu ( 3). Experimenty ukázaly, že optimální je použití kyseliny fosforečné nebo dichloroctové a také pyridiniumtrifluoracetátu [107] .
Tato metoda se stala základem pro četné vědecké studie v oblasti oxidace alkoholu aktivovaným dimethylsulfoxidem, které následně vedly k četným modifikacím a praktickému vývoji nových oxidačních metod [108] : [str. 991-100] .
Albright-Goldman a Albright-Onoderova oxidaceV roce 1965 (dva roky po zprávě Pfitznera a Moffatta) Albright a Goldman navrhli metodu oxidace alkoholů při pokojové teplotě směsí DMSO a acetanhydridu [106] . Navrhovaná modifikace je horší než Pfitzner-Moffattova metoda kvůli většímu množství vedlejších produktů, nicméně dostupnost acetanhydridu činí Albright-Goldmanovu oxidaci užitečnou pro laboratorní praxi [108] :[str. 114] .
Ve stejné zprávě z roku 1965 Albright a Goldman zmínili, že DMSO lze aktivovat oxidem fosforečným [106] . O několik měsíců později Onodera a spolupracovníci vypracovali podrobnou zprávu o nové metodě oxidace alkoholů směsí DMSO a P 2 O 5 (metoda se nazývala Albright-Onoderova oxidace [108] : [str. 118] ) [109] . Nakonec byla v roce 1987 tato oxidační metoda vylepšena: jako rozpouštědlo byl použit dichlormethan v přítomnosti triethylaminu [110] .
Oxidace Parih-DeringyDalší metodou oxidace alkoholů pomocí aktivovaného dimethylsulfoxidu je oxidace Parikh - Dering, kde se jako aktivační činidlo používá roztok oxidu sírového v pyridinu (pyridinový komplex SO 3 • C 5 H 5 N) v přítomnosti triethylaminu. . Reakce probíhá za chlazení (asi 0 °C) nebo při teplotě místnosti. Metoda objevená Parikhem a Deringem v roce 1967 se i přes svou praktickou dostupnost vyznačuje zvýšeným obsahem vedlejší složky, methylthiomethyletheru, v cílových produktech. Mechanismus Parikh-Deringovy oxidace je podobný jako u Pfitzner-Moffattovy oxidace [111] .
Swernova oxidaceJednou z nejlepších metod využívajících aktivovaný DMSO byl oxalylchloridový proces objevený v roce 1978 Swernem [112] :
Oxidaci alkoholů podle Swerna lze provádět za velmi mírných podmínek (teplota -78°C, pod argonem a postupné zvyšování teploty až na 0°C). Touto reakcí lze z primárních a sekundárních alkoholů získat aldehydy a ketony. Hlavní nevýhodou metody je uvolňování toxických a zapáchajících vedlejších produktů – dimethylsulfidu a oxidu uhelnatého (II) [113] .
Prvním krokem Swernovy reakce je nízkoteplotní interakce dimethylsulfoxidu (1a a 1b) s oxalichloridem (2). Meziprodukt (3) se rychle rozkládá s uvolňováním CO a CO2 a tvorbou dimethylchlorsulfoniumchloridu (4), který dále reaguje s alkoholem (5) za vzniku alkoxysulfoniového iontu (6) . Poté triethylamin vstupuje do reakce, která deprotonuje meziprodukt, čímž se získá ylid (7). Přechodný pětičlenný kruh (7) se rozkládá za vzniku dimethylsulfidu a konečného ketonu nebo aldehydu (8) [112] [114] .
Corey-Kimova oxidaceNa rozdíl od Pfitzner-Moffattovy oxidace a podobně, kde se " aktivovaný DMSO " tvoří při reakci DMSO s elektrofilním činidlem, Corey-Kimova metoda používá jako výchozí činidlo dimethylsulfid [115] :
Podstatou metody byla tvorba chlordimethylsulfoniumchloridu - což byl v podstatě Swernův " aktivovaný DMSO " (viz Swernova oxidace ) - působením chloru na DMS [116] :
V praxi však vědci navrhli použít N-chlorsukcinimid (NCS) místo chloru, který reaguje s dimethisulfidem za vzniku chlordimethylsulfoniového iontu, který zase reaguje s alkoholem analogicky se Swernovým procesem [116] :
Na začátku 20. století Meerwein, Pondorf a Werley nezávisle na sobě objevili redukční reakci karbonylových sloučenin na alkoholy ( Meerwein-Pondorf-Verleyova redukce ) v přítomnosti alkoholátu hlinitého ( izopropanol působil jako donor protonů ) [117] [118 ] [119] :
V roce 1937 provedl Oppenauer obrácenou reakci: za použití přebytku acetonu jako oxidačního činidla v přítomnosti terc -butoxidu hlinitého se mu ve skutečnosti podařilo posunout rovnováhu a převést redukční proces opačným směrem [120]. [121] :
Oxidace MukayamyV roce 1977 publikovali Mukayama et al práci, ve které uvedl, že alkoholáty hořečnaté vznikají jako výsledek interakce alkoholu s propylmagnesiumbromidem nebo terc -butoxymagnesiumbromidem v přítomnosti 1,1'-(azodikarbonyl)dipiperidinu (působícího jako akceptor vodíku) oxidují při pokojové teplotě výchozí alkohol na aldehyd nebo keton [122] :
Přestože Mukayamova reakce nepatří do řady běžných metod oxidace alkoholů, je preparativním zájmem z důvodu mírnějších podmínek proudění (ve srovnání s Oppenauerovou oxidací) a je doprovázena menším množstvím vedlejších produktů [108] :[ p. 276] .
Sloučeniny pětimocného jodu jsou silnými oxidačními činidly, pro svou nestabilitu a špatnou rozpustnost v organických rozpouštědlech se však v laboratorní organické praxi prakticky nepoužívaly. V roce 1983 však Dess a Martin publikovali informace o nové, stabilní a v dichlormethanu vysoce rozpustné organické sloučenině hypervalentního jódu, která je účinným a velmi mírným oxidačním činidlem pro primární a sekundární alkoholy [123] .
Metoda zvaná Dess-Martinova oxidace se ukázala jako velmi účinná a byla vyvinuta v mnoha následujících pracích [124] [125] [126] .
Kromě Dess-Martinova periodinanu existují další sloučeniny hypervalentního jódu používané jako oxidační činidla pro alkoholy: kyselina 2-jodoxybenzoová , jodbenzendichlorid, jodozobenzen atd. [126] .
Oxidace stabilními nitroxidovými radikályV roce 1987 Anelli et al. publikovali studii popisující použití volného nitroxidového radikálu (4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl nebo anglicky 4-methoxy-TEMPO ) jako katalyzátoru pro rychlé selektivní oxidace primárních a sekundárních alkoholů. Reakce byla prováděna při 0 °C ve dvoufázovém médiu CH 2 Cl 2 - voda v přítomnosti sekundárního oxidačního činidla ( NaOCl ), jakož i malého množství NaHC03 (stabilizuje pH roztoku) a KBr (urychluje reakci v důsledku tvorby HOBr, silnějšího oxidačního činidla ve srovnání s HOCl) [127] :
Mechanismus oxidační reakce pomocí TEMPO je následující [128] :
V současné době je v laboratorní praxi široce využívána oxidace pomocí TEMPO a jeho derivátů, přičemž samotná reakce byla opakovaně upravována: kromě NaOCl i jodozobenzen , kyselina trichlorisokyanurová , CuCl + O 2 , Cu(ClO 4 ) 2 , I 2 a a počet dalších [129] .
Katalytická dehydrogenace alkoholů, běžná průmyslová metoda výroby karbonylových sloučenin, se v laboratorní praxi používá jen zřídka kvůli nutnosti použití složitého zařízení a speciálně připravených katalyzátorů na bázi mědi, stříbra, platiny (včetně těch s různými přísadami), jako např. také různé oxidy kovů, včetně směsných kompozic [60] : [str. 11-12] .
Formaldehyd se v průmyslovém měřítku získává dehydrogenací methanolu přes měď, chrom nebo stříbro [130] :
Dehydrogenací methanolu na modifikovaném měděném katalyzátoru při teplotě 200 °C se získá methylformiát [131] :[str. 131] :
Vysoce dehydratovaný oxid křemičitý (IV) lze použít pro selektivní výrobu acetaldehydu z ethanolu [132] :
Jednou z metod používaných v praxi již delší dobu je katalytická dehydrogenace primárních a sekundárních alkoholů za přítomnosti směsného oxidu měďnatého a chromitého při teplotě asi 300 °C [133] :
Moderní preparativní metody dehydrogenace alkoholů na bázi organokovových katalyzátorů umožňují získat karbonylové sloučeniny za mírných podmínek a ve vysokém výtěžku. Například komplexní rutheniový komplex lze použít k transformaci primárních alkoholů na ketony [134] nebo estery [135] :
Další příklad reakce využívající komplexní organické sloučeniny ruthenia jako katalyzátoru [136] :
Speciální metoda oxidace alkoholů - biochemická, probíhající v živých organismech působením přírodních enzymů - je na jedné straně důležitým metabolickým procesem, na druhé straně průmyslovým mikrobiologickým procesem používaným k získávání různých užitečných sloučenin.
Největší praktický význam má schopnost řady aerobních bakterií z čeledi Acetobacteraceae (rody Acetobacter a Gluconobacter ) vlivem kyslíku během buněčného dýchání přeměňovat alkoholy na odpovídající karbonylové sloučeniny nebo karboxylové kyseliny. Nejdůležitější z těchto procesů je octová fermentace , jejíž obecné schéma je následující (pro Acetobacter aceti ):
V tomto schématu jsou katalyzátory procesu následující enzymy: alkoholdehydrogenáza (ADH) a aldehyddehydrogenáza (ALDH). Koenzym dehydrogenázové skupiny je pyrochinolonchinon (PQQ) [137] .
Jsou známy i další příklady biochemické oxidace alkoholů. Například gramnegativní bakterie Gluconobacter oxydans mohou kromě přeměny kyseliny octové na ethanol přeměnit glycerol na dihydroxyaceton , mannitol na fruktózu a sorbitol na sorbózu [138] .
Neaktivované hydroxylové skupiny jsou poměrně odolné vůči hydrogenolýze a lze je redukovat za poměrně drsných podmínek. Hydrogenační reakce probíhají při vysokých teplotách a tlacích, jako katalyzátory se používá nikl [139] , směsné oxidy chromu a mědi [140] , zeolity [141] .
V procesu hydrogenace vyšších alkoholů může paralelně probíhat zkrácení uhlovodíkového řetězce [142] :
Hydrogenaci primárních alkoholů lze popsat jako substituci SN2 vodíkem napadajícím atom uhlíku. Reakce terciárních alkoholů odpovídá mechanismu S N 1 [141] .
Hydrogenace vícemocných alkoholů může probíhat s vysokým stupněm selektivity. Například hydrogenolýzu glycerolu lze zastavit ve fázi 1,2-propandiolu [142] :
Vhodný způsob hydrogenace alkoholů je dvoustupňový proces, kdy se v prvním stupni působením dicyklohexylkarbodiimidu v přítomnosti katalytického množství CuCl převede alkohol na O-alkyl-N,N-dicyklohexylismočovinu, která se pak snadno hydrogenuje za mírných podmínek s katalyzátorem palladium-uhlík [142] :
Allyl a benzylalkoholy za působení systému methyllithium - chlorid titaničitý při -78 °C nebo při varu v přítomnosti lithiumaluminiumhydridu a chloridu titanitého vstupují do symetrické kopulační reakce podle výše uvedeného schématu . V případě použití směsi dvou různých alkoholů vzniká odpovídající směs tří možných kombinovaných produktů [42] :[str. 197] .
Kombinace alkoholů v přítomnosti rutheniového katalyzátoru a Lewisových kyselin probíhá podle jiného schématu [143] :
Jednou z pohodlných a široce používaných metod redukce alkoholů na alkany je radikálová deoxygenace thiokarbonátů a xanthátů v přítomnosti tributylcínhydridu (nebo jiných zdrojů vodíkových radikálů) a azobisisobutyronitrilu (AIBN, radikálový iniciátor procesu) [144] :
Tato metoda, nazývaná Barton-McCombie reakce nebo Bartonova reakce , má následující mechanismus:
Jednou z nejjednodušších metod získávání alkoholů je jejich interakce s jodovodíkem [145] :
V praxi se častěji používá směs fosforu a jódu jako náhrada drahého HI a regenerace jódu během reakce [145] :
Mezi další redukční činidla různá v literatuře najdeme: kyselinu jodovodíkovou v anhydridu kyseliny octové , kovový zinek v kombinaci s kyselinou octovou nebo kyselinou chlorovodíkovou , sodík v kapalném amoniaku atd. [53] : [str. 14] .
V roce 1953 Reppe ve své práci ukázal, že v přítomnosti karbonylů kobaltu, železa a niklu, pod vlivem vysoké teploty a tlaku, jsou alkoholy schopny přidat oxid uhelnatý (II) za vzniku karboxylových kyselin. Tento proces se nazývá karbonylace [146] :
Karbonylace vícemocných alkoholů vede k polykarboxylovým kyselinám:
Později byl proces zdokonalen: byl použit kobaltový katalyzátor s promotorem obsahujícím jód . Aktivní sloučeninou v procesu je HCo(CO) 4 ( tetrakarbonylhydrokobalt ), vznikající během reakcí [131] :[str. 134-135] :
Proces pak probíhá následovně:
Karbonylace se používá v průmyslových syntézách a je možná nejen pro methanol: použití rhodia a dalších katalyzátorů umožňuje přidat CO k široké škále primárních, sekundárních a dokonce i terciárních alkoholů [131] :[str. 137] .
Pro nižší alkoholy je také možná hydroformylační reakce charakteristická pro alkeny [131] : [str. 140] :
Homologační reakce, tedy přeměna organické sloučeniny na její homolog zavedením jedné nebo více methylenových skupin, byla u alkoholů poprvé známější v roce 1940 — ethanol byl syntetizován katalyticky za vysokého tlaku z methanolu [ 147 ] :
Hydroformylace je proces extrémně omezeného použití - pouze několik alkoholů ( terc - butanol, benzylalkohol ) poskytuje přijatelné výtěžky a relativně vysokou selektivitu [131] :[str. 147] .
V roce 1963 byl poprvé popsán proces oxidativní karbonylace alkoholů v přítomnosti PdCl2 jako katalyzátoru [148 ] :
Pokud se reakce provádí za zvýšeného tlaku (7 MPa) a teploty (125 °C), konečným produktem bude diethyloxalát místo diethylkarbonátu .
Byla také vyvinuta schémata pro syntézu oxidativní karbonylací dimethylkarbonátu a dimethyloxalátu z methanolu, dibutyloxalátu z butanolu a řady dalších sloučenin [148] .
Diterciární 1,2-dioly jsou schopné účastnit se reakcí pinakolinového přesmyku. Během procesu dochází k 1,2-migraci alkylové skupiny v meziproduktovém karbokationtu . Produkty jsou pinakoliny - ketony , ve kterých je karbonylová skupina připojena k terciárnímu atomu uhlíku. Název reakce pochází z nejznámějšího příkladu přeskupení, přeměny pinakolu na pinacolon [149] :
Pinacol přeskupení odkazuje na Wagner-Meerwein přeskupení .
Dehydratace alicyklických alkoholů (obsahujících nasycený cyklický fragment) může vést k tvorbě 1,2-migračních produktů alkylové skupiny. Migrace směřuje během eliminace do karbokačního centra. Takové reakce, spolu s těmi, které vyplývají z adice na vícenásobné vazby nebo nukleofilní substituce, se nazývají Wagner-Meerweinovy přesmyky . Reakce je zvláště důležitá pro bicyklické sloučeniny, zejména deriváty kafru . Příkladem takové reakce je kysele katalyzovaná konverze isoborneolu na kamfen [150] .
Velký význam v laboratorní praxi má adice alkoholů ke sloučeninám obsahujícím násobné vazby.
Stručně si povšimněme některých nejtypičtějších adičních reakcí zahrnujících alkoholy.
Alkoholy zpravidla poměrně snadno vstupují do nukleofilních substitučních reakcí s různými substráty, jsou schopny oxidovat na karbonylové sloučeniny nebo ztrácet vodu působením kyselin . Při provádění komplexních syntéz je často nutné chránit hydroxylové skupiny za účelem provádění reakcí s ohledem na jiná reakční centra. Během syntézy zůstává chráněná hydroxylová skupina nezměněna a na konci procesu je ochrana odstraněna pomocí speciálních činidel [152] .
[T 3] Tabulka 3. Některé běžné ochranné skupiny pro alkoholy a také činidla pro jejich instalaci a odstranění [153] .
Ochranná skupina | Instalace ochranné skupiny | Deprotekce | ||
---|---|---|---|---|
instalační činidlo | instalační prostředí | odstraňovací prostředek | odstraňovací médium | |
CH30 _ _ | ( CH30 ) 2S02 _ _ | NaOH , ( C4H9 ) 4N + I- _ _ _ | ( CH3 ) 3Sil _ | CHCI 3 |
( CH30 ) 2S02 nebo CH3I _ _ _ _ | NaH nebo KH , THF | bbr 3 | NaI , crown ether nebo CH3COOC2H5 _ _ _ _ | |
CH 3 I | KOH , DMSO | BF3 . ( C2H5 ) 20 _ _ _ | HSCH2CH2SH , HCl _ _ _ _ | |
(CH 3 ) 3 COK, THF | SiCl4 _ | NaI , CH2CI2 , CH3CN _ _ _ _ | ||
Ag2O _ _ | AlCl3 nebo AlBr3 _ _ | C2H5SH _ _ _ _ | ||
CH2N2 _ _ _ | silikonový gel | AlCl3 _ | ( C4H9 ) 4N + I- , CH3CN _ _ _ _ _ | |
( CH 3 ) 3CO- | CH 2 \u003d C (CH 3 ) 2 | H2SO4 nebo H3PO4 , BF3 • ( C2H5 ) 20 _ _ _ _ _ _ _ _ | CF3COOH _ _ | — |
HCl | dioxan | |||
(CH3 ) 3CO0 ( = NH) CC13 | BF3 • ( C2H5 ) 20 , CH2CI2 , cyklohexan _ _ _ _ _ | HBr | CH3COOH _ _ | |
( CH3 ) 3Sil _ | CHCI3 nebo CCI4 _ _ | |||
CH 2 \u003d CHCH 2 O- | CH 2 \u003d CHCH 2 Br | NaOH nebo NaH , benzen | A. ( CH3 ) 3COK ; b. H + | DMSO |
( C2H50 ) 2 Mg _ _ | A. [ ( C 6H 5 ) 3P ] 3RhCl , C 2H 5OH ; _ b. Hg2 + , H + | DABCO | ||
BaO , DMF | PdCl2 , CuCl , O2 _ _ | DMF | ||
KF -Al , CH3CN | NaBH4 , I2__ _ _ | THF | ||
C6H5CH20 _ _ _ _ _ _ | C6H5CH2Br nebo C6H5CH2Cl _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ | NaOH | Pd / H2 | C2H5OH _ _ _ _ |
NaH , THF , ( C4H9 ) 4N + I - | Na v kapalném amoniaku | — | ||
Ag20 , DMF _ _ | SnCl 4 | CH2Cl2 _ _ _ | ||
C6H5CHN2 _ _ _ _ _ | H [ BF4 ] , CH2CI2 _ _ | bbr 3 | — | |
( C 6H 5 ) 3CO- _ | ( C 6H 5 ) 3CC1 _ | 4-N,N-dimethylaminopyridin, DMF | CF3COOH _ _ | ( CH3 ) 3COH _ |
HCOOH | ( C2H5 ) 20 _ _ _ | |||
Pd / H2 | C2H5OH _ _ _ _ | |||
BF3 . ( C2H5 ) 20 _ _ _ | CH2CI2 , CH30H _ _ _ _ _ | |||
( CH 3 ) 3SiO- | ( CH3 ) 3SiCl _ | ( C2H5 ) 3N , THF _ _ | K2CO3 _ _ _ | CH3OH _ _ |
Li2S , CH3CN _ _ _ _ | citronová kyselina | CH3OH _ _ | ||
CH3C (OSi(CH3 ) 3 ) = NSi( CH3 ) 3 | DMF | FeCl3 _ | CH3CN _ _ | |
CH3CH = C(OCH3 )OSi ( CH3 ) 3 | CH2CI2 nebo CH3CN _ _ _ _ _ | 2,3-dichlor-5,6-dikyan-l,4-benzochinon | CH3COOC2H5 _ _ _ _ _ | |
( C 2H 5 ) 3SiO- _ | ( C 2H 5 ) 3SiCl _ | pyridin | HF | CH3CN _ _ |
( C 2H 5 ) 3SiH _ | CsF , imidazol | 2,3-dichlor-5,6-dikyan-l,4-benzochinon | CH3CN _ _ | |
HCOO- | HCOOH | — | KHCO3 _ | CH3OH _ _ |
CH 3 COO- | ( СH3CO ) 20 _ | pyridin | K2CO3 _ _ _ | CH3OH _ _ |
CH3COCI _ _ | CH2Cl2 _ _ _ | guanidin | C2H5OH , CH2CI2 _ _ _ _ _ _ _ | |
Cl 3 COO- | Cl3COCl _ _ | pyridin , DMF | NH3 _ | C2H5OH , CHCI3 _ _ _ _ _ |
CF 3 COO- | ( СF3CO ) 20 _ | pyridin | H20 _ _ | — |
C 6H 5 COO- _ | ( С6H5CO ) 20 _ _ _ | pyridin | NaOH | CH3OH _ _ |
C6H5COCl _ _ _ _ | Na2C03 , butyllithium _ _ _ | ( C2H5 ) 3N _ _ _ | CH3OH _ _ | |
( C6H5COO ) 2 _ _ | ( C6H5 ) 3P , CH2CI2 _ _ _ _ _ | BF3 . ( C2H5 ) 20 _ _ _ | ( CH3 ) 2S _ |
Jedním z nejběžnějších způsobů ochrany hydroxylových skupin je reakce alkoholů s chlortrialkylsilanem v přítomnosti báze za vzniku alkylsilyletherů [154] [str. 626-628] :
Výsledný silylether lze dále použít pro syntézy třetích stran, například:
Kyselá hydrolýza se používá k odstranění ochrany:
Důležitým způsobem ochrany hydroxylových skupin je metoda tvorby etheru . Jako takové sloučeniny se nejčastěji používají terc -butyl, allyl, benzyl, trifenylmethylether; vzácněji methylether [152] .
Ochrana je nastavena následovně [152] :
K odstranění ochrany se nejčastěji používá kyselá hydrolýza etherů působením HI , HBr , CF 3 COOH a dalších podobných činidel.
Jedním účinným činidlem pro odstranění ochrany hydroxylových skupin je roztok terc -butoxidu draselného v DMSO , což je silná báze (" superbáze "). Toto řešení je schopné generovat karbanionové meziprodukty , které poměrně snadno reagují s ethery [152] :
Ochrana hydroxylové skupiny je možná prostřednictvím tvorby esterů . Nejčastěji se pro tyto účely používají acetáty, které vznikají interakcí alkoholů s acetanhydridem při pokojové teplotě v pyridinovém prostředí; někdy v kombinaci s některými kyselými katalyzátory [155] :[str.110] :
Odstranění chránící skupiny se provádí pomocí bazické (méně často kyselé) hydrolýzy, například: amonolýza amoniakem v methanolu [155] : [str. 111] .
K ochraně hydroxylové skupiny v cukrech se kromě acetátové ochrany používá benzoyl a nitrobenzoyl (činidlem je benzoylchlorid nebo nitrobenzoyl). V chemii steroidů se používá mravenčí ochrana (reagentem je kyselina mravenčí ), kterou lze selektivně (bez ovlivnění ostatních esterových skupin) odstranit hydrogenuhličitanem draselným v methanolovém roztoku. Mezi další ochranné esterové skupiny patří trifluor- a chlor-, methoxy- a fenoxyacetáty, stejně jako uhličitany a některé další deriváty [155] : [str. 111-115] .
Jednou z nejběžnějších a nejúčinnějších metod ochrany hydroxylových skupin je kvantitativní reakce alkoholů s 2,3-dihydro-4H-pyranem za kyselé katalýzy (POCl 3 , HCl atd.). K odstranění ochrany mohou být výsledné tetrahydropyranylethery podrobeny kyselé hydrolýze za poměrně mírných podmínek [155] : [str. 104-107] :
Tetrahydropyranylová ochrana je zcela běžná díky snadné instalaci a odstranění, ale není použitelná v kyselých podmínkách a pro opticky aktivní alkoholy [155] :[str. 104-107] . Pokud je potřeba chránit stereoizomerní alkoholy, používají se k ochraně symetrické acetaly nebo ketaly a zejména methoxyderiváty dihydropyranu [155] :[str. 108-109] .