α-Галогенирование

В кислоте: один атом галогена

Енол из урока 275 — нуклеофильный алкен: его двойная связь атакует молекулу галогена, а образовавшийся катион сразу теряет протон от атома кислорода. В кислой среде реакция останавливается на одном атоме галогена и идёт к более замещённому α-атому. Скорость реакции определяется енолизацией, поэтому от концентрации галогена она не зависит.

Как галогенировать в кислоте

1. Условия: \(\ce{Br2}\) (или \(\ce{Cl2}\), \(\ce{I2}\)) в уксусной кислоте или с добавкой HBr.
2. Медленная стадия — енолизация; затем енол атакует \(\ce{Br2}\), атом кислорода теряет протон, и получаются α-бромкетон и HBr. Выделяющийся HBr ускоряет реакцию (автокатализ).
3. Скорость \(v = k[\text{кетон}][\ce{H+}]\) не зависит от концентрации галогена, поэтому бромирование, иодирование и обмен H/D идут с одной скоростью.
4. Несимметричный кетон образует в основном более замещённый енол, поэтому галоген присоединяется к более замещённому α-атому.
5. Реакция останавливается на одном атоме галогена: он оттягивает электроны, атом кислорода протонируется хуже, и вторая енолизация идёт медленнее.
6. Другой электрофил — катион \(\ce{NO+}\) (из \(\ce{NaNO2}\) или алкилнитрита RONO с кислотой): α-нитрозокетон таутомеризуется в α-оксиминокетон.

Примеры

1. Хлорирование. Циклогексанон с хлором в воде при 0 °C даёт 2-хлорциклогексанон.

2. Симметричный кетон. Пентан-3-он с бромом в уксусной кислоте даёт 2-бромпентан-3-он.

3. Путь к енону. α-Бромкетон с карбонатом и бромидом лития в ДМФА при нагревании отщепляет HBr и даёт α,β-непредельный кетон (урок 253): \(\ce{RCOCHBrCH2R' -> RCOCH=CHR' + HBr}\).

В щёлочи: до конца

В основной среде галоген атакует енолят из урока 276, и каждый следующий α-атом водорода уходит легче предыдущего. Атом галогена оттягивает электроны и повышает кислотность оставшихся атомов водорода при том же атоме углерода. Поэтому в щёлочи замещение не останавливается на моногалогениде, а метилкетоны в итоге расщепляются.

Как галогенировать в щёлочи

1. Гидроксид-ион даёт енолят, и он атакует молекулу \(\ce{X2}\): образуется α-галогенкетон.
2. Галоген оттягивает электроны, поэтому оставшиеся α-атомы водорода при том же атоме углерода становятся кислее, и второе и третье замещения идут быстрее первого.
3. Поэтому замещаются все α-атомы водорода одного атома углерода, и остановиться на моногалогениде нельзя.
4. Метилкетон превращается в \(\ce{RCOCX3}\), и щёлочь его расщепляет (галоформная реакция, урок 278).
5. Моногалогенкетон без кислоты получают из силилового эфира енола и одного эквивалента NBS; положение галогена задаёт способ получения эфира (урок 276).

Примеры

1. Полное хлорирование. Ацетофенон с избытком хлора в растворе NaOH превращается в 2,2,2-трихлор-1-фенилэтанон, а он расщепляется до бензоата и хлороформа.

2. Через силиловый эфир. Силиловый эфир енола ацетофенона \(\ce{C6H5C(OSiMe3)=CH2}\) с NBS даёт 2-бром-1-фенилэтанон \(\ce{C6H5COCH2Br}\).