Реакция Гелля — Фольгарда — Зелинского
Механизм
linkОпора
- Урок 277. α-Галогенирование — галогенировать кетоны в кислой и щелочной среде
- Урок 259. Хлорангидриды и ангидриды — получать и использовать активированные производные
Карбоновые кислоты енолизуются плохо, поэтому прямо галогенировать их в α-положение не удаётся. Кислоту сначала превращают в ацилбромид (урок 259) — он енолизуется легко, и дальше идёт α-галогенирование, как у кетонов (урок 277). Это реакция Гелля — Фольгарда — Зелинского.
Как провести реакцию Гелля — Фольгарда — Зелинского
- Кислота с \(\ce{PBr3}\) (или с фосфором и бромом) даёт ацилбромид \(\ce{RCH2COBr}\).
- Ацилбромид енолизуется, енол атакует \(\ce{Br2}\), и образуется \(\ce{RCHBrCOBr}\).
- Ацилбромид обменивается с кислотой: \(\ce{RCHBrCOBr + RCH2COOH -> RCHBrCOOH + RCH2COBr}\), поэтому фосфора достаточно 0,1–0,3 эквивалента.
- Вода превращает продукт в α-бромкислоту, спирт — в α-бромэфир, амин — в α-бромамид.
- Хлорирование идёт так же (хлор и красный фосфор); замещается только α-атом водорода.
Примеры
1. Фенилуксусная кислота. Фенилуксусная кислота с бромом и \(\ce{PBr3}\), а затем с водой даёт бром(фенил)уксусную кислоту.
2. Сразу эфир. Гексановая кислота с бромом и фосфором, а затем с метанолом даёт метил-2-бромгексаноат.
3. Хлорирование. Уксусная кислота с хлором в присутствии фосфора даёт хлоруксусную кислоту, а избыток хлора — ди- и трихлоруксусную: \(\ce{CH3COOH + Cl2 ->[P] ClCH2COOH + HCl}\).
errorГалоген входит только в α-положение
Галоген присоединяется к атому углерода рядом с карбонильной группой через енол ацилбромида; β- и γ-атомы не затрагиваются, в отличие от радикального галогенирования.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст бутановая кислота с бромом и \(\ce{PBr3}\), а затем с этанолом?
expand_moreПоказать решение
Этил-2-бромбутаноат.
α-Галогенкислоты в синтезе
α-Бромкислота из первой части урока — готовый электрофил для \(S_N2\)-замещения, и соседняя карбонильная группа даже ускоряет эту реакцию. Аммиак превращает её в аминокислоту, гидроксид — в гидроксикислоту, а цианид — в цианокислоту. Так из простых кислот получают важные для биохимии соединения.
Как использовать α-галогенкислоты
- С большим избытком аммиака α-галогенкислота даёт α-аминокислоту.
- Гидроксид-ион в воде при нагревании даёт α-гидроксикислоту.
- Цианид-ион даёт α-цианокислоту, а её гидролиз — замещённую малоновую кислоту.
- α-Бромэфир с цинком и альдегидом (или кетоном) даёт β-гидроксиэфир (реакция Реформатского, тема 20).
- Пространственно затруднённое основание (t-BuOK) отщепляет HBr, и получается α,β-непредельный эфир.
Примеры
1. Аминокислота. 2-Бромбутановая кислота с избытком аммиака даёт 2-аминобутановую кислоту.
2. Малоновая кислота. Хлоруксусная кислота с цианидом натрия даёт циануксусную кислоту, а её гидролиз — малоновую кислоту; так в промышленности получают малоновый эфир: \(\ce{ClCH2COOH + NaCN -> NCCH2COOH + NaCl}\).
3. Отщепление. Этил-2-бромбутаноат \(\ce{CH3CH2CHBrCOOC2H5}\) с трет-бутилатом калия даёт этилбут-2-еноат.
errorАммиак берут в большом избытке
Аминокислота сама нуклеофильна и может алкилироваться дальше; избыток аммиака делает первичный амин главным продуктом.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст 2-бромпропановая кислота с избытком аммиака?
expand_moreПоказать решение
Аланин (2-аминопропановую кислоту).
push_pinГлавное
Карбоновые кислоты почти не енолизуются, а их анионы енолятов не дают. Трибромид фосфора (или красный фосфор + \(\ce{Br2}\)) превращает кислоту в ацилбромид, который енолизуется как кетон; енол присоединяет бром → α-бромацилбромид. Он обменивается ацилом с исходной кислотой (фосфора нужно каталитическое количество) или при обработке водой даёт α-бромкислоту, спиртом — α-бромэфир. Атом Br в α-положении легко замещается по \(S_N2\): аммиак даёт α-аминокислоты, гидроксид — α-гидроксикислоты, цианид — циануксусные кислоты; α-бромэфиры вступают в реакцию Реформатского.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.