Карбонилирование: гидроформилирование, Реппе, Монсанто — Органическая химия для олимпиад

Карбонилирование: гидроформилирование, Реппе, Монсанто

8 заданий

Гидроформилирование

linkОпора

В уроке 329 мы видели, как молекула CO встраивается в связь металл–алкил и образует ацильный комплекс. На этой стадии основано карбонилирование — введение группы C=O в органические молекулы. Крупнейший процесс гомогенного катализа — гидроформилирование, или оксосинтез: алкен, оксид углерода(II) и водород превращаются в альдегид. Ежегодно так получают более десяти миллионов тонн альдегидов, а из них — спирты для пластификаторов и моющих средств.

Как предсказать продукт гидроформилирования

  1. Алкен \(\ce{RCH=CH2}\) с CO и \(\ce{H2}\) на катализаторе \(\ce{HCo(CO)4}\) или на родии с трифенилфосфином даёт смесь линейного альдегида \(\ce{RCH2CH2CHO}\) и разветвлённого \(\ce{RCH(CHO)CH3}\).
  2. Цепь удлиняется на один атом углерода, который приходит из CO.
  3. В цикле алкен встраивается в связь M–H, затем CO встраивается в связь металл–алкил с образованием ацильного комплекса, водород окислительно присоединяется, и восстановительное элиминирование отщепляет альдегид.
  4. Родий с объёмными фосфинами даёт в основном линейный альдегид: металл присоединяется к концевому атому углерода.
  5. В промышленности из пропена получают бутаналь, а из него альдольной конденсацией (урок 282) и гидрированием — 2-этилгексан-1-ол.
Гидроформилирование пропена
Гидроформилирование пропена

Примеры

1. Объёмный алкен. 3,3-Диметилбут-1-ен даёт почти исключительно линейный альдегид 4,4-диметилпентаналь: объёмная трет-бутильная группа не пускает металл к внутреннему атому.

Альдегидная группа присоединяется к концевому атому
Альдегидная группа присоединяется к концевому атому

2. Циклоалкен. Циклогексен даёт циклогексанкарбальдегид: атом углерода альдегидной группы приходит из CO.

Цепь удлиняется на один атом углерода
Цепь удлиняется на один атом углерода

errorПлюс один атом углерода

Атом углерода альдегидной группы приходит из CO, поэтому из алкена \(\ce{C_n}\) получается альдегид \(\ce{C_{n+1}}\).

edit_noteПопробуйте сами

Какой главный альдегид даст аллилбензол на родиевом катализаторе с объёмным фосфином?

expand_moreПоказать решение

4-Фенилбутаналь.

Реппе, Монсанто и карбонилирование ArX

Встроить молекулу CO можно не только в связь металл–алкил, полученную из алкена. В процессах Реппе CO присоединяется к ацетилену, в процессе Монсанто — к метанолу, а палладий встраивает CO в связь арил–галоген. Все эти реакции проходят через ацильный комплекс, который затем отдаёт ацильную группу нуклеофилу: воде, спирту или амину.

Как ввести CO другими способами

  1. В реакции Реппе ацетилен, CO и вода на тетракарбонилникеле \(\ce{Ni(CO)4}\) дают акриловую кислоту, а со спиртами вместо воды — акрилаты.
  2. Процесс Монсанто превращает метанол и CO в уксусную кислоту. Иодоводород превращает метанол в иодметан, комплекс \(\ce{[Rh(CO)2I2]-}\) окислительно присоединяет \(\ce{CH3I}\), CO встраивается в связь Rh–CH3, а восстановительное элиминирование отщепляет ацетилиодид; его гидролиз даёт уксусную кислоту и возвращает HI. В варианте Cativa вместо родия работает иридий.
  3. При палладиевом карбонилировании арилгалогенид, CO и спирт в присутствии основания дают сложный эфир \(\ce{ArCOOR}\), а с амином — амид.
  4. Реакция Коха — Хаафа идёт без металла: алкен с CO и водой в концентрированной серной кислоте даёт третичную карбоновую кислоту. Карбокатион присоединяет CO и превращается в ацилий-катион, а вода превращает его в группу COOH.
\[\ce{CH3OH + CO ->[Rh, I-] CH3COOH}\]

Примеры

1. Сложный эфир из арилбромида. 4-Броманизол с CO и метанолом в присутствии палладия и триэтиламина даёт метил-4-метоксибензоат.

CO встраивается в связь арил–палладий
CO встраивается в связь арил–палладий

2. Реакция Коха — Хаафа. 2-Метилпропен с CO и водой в концентрированной серной кислоте даёт 2,2-диметилпропановую (пивалиновую) кислоту.

Третичный карбокатион присоединяет CO
Третичный карбокатион присоединяет CO

errorОксид углерода(II) ядовит

CO связывается с гемоглобином прочнее кислорода. В лаборатории вместо газа часто используют его твёрдые или жидкие источники, например \(\ce{Mo(CO)6}\) или муравьиную кислоту.

edit_noteПопробуйте сами

Что даст ацетилен с CO и этанолом в реакции Реппе?

expand_moreПоказать решение

Этилакрилат (этилпроп-2-еноат).

push_pinГлавное

Гидроформилирование (оксосинтез): алкен + CO + \(\ce{H2}\) (Co или Rh) → альдегиды на атом C длиннее (линейный и разветвлённый; Rh с объёмными фосфинами — в основном линейный). Цикл: внедрение алкена в M–H, внедрение CO (ацил), окислительное присоединение \(\ce{H2}\), восстановительное элиминирование альдегида. Реппе: ацетилен + CO + вода (спирт) → акриловая кислота (эфир). Монсанто: \(\ce{CH3OH + CO -> CH3COOH}\) (Rh, HI превращает метанол в \(\ce{CH3I}\); Cativa — Ir). Pd: ArX + CO + ROH (амин) → эфир (амид). Кох — Хааф (без металла): алкен + CO + вода в конц. \(\ce{H2SO4}\) → третичные кислоты.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.