Синтез Вильямсона

Какой разрез выбрать

Алкоголят (урок 205) — сильный нуклеофил, и с галогеналканом он даёт простой эфир по механизму \(S_N2\). Это синтез Вильямсона — самый общий способ получить несимметричный эфир. Но алкоголят — и сильное основание, поэтому замещение побеждает отщепление только у метил- и первичных галогенидов (урок 89). От того, как мысленно разрезать эфир на алкоголят и галогенид, зависит, получится эфир или алкен.

Как выбрать пару для синтеза Вильямсона

1. Алкоголят реагирует с галогеналканом (или тозилатом) по механизму \(S_N2\), и образуется простой эфир.
2. Галогенид должен быть метильным или первичным, а алкоголят может быть любым, даже третичным. Алкиларильный эфир получают только из фенолята: арилгалогениды по механизму \(S_N2\) не реагируют.
3. Вторичный галогенид даёт смесь эфира и алкена, третичный — только алкен (отщепление по E2).
4. Проверьте оба возможных разреза эфира и выберите тот, при котором разветвлённая часть остаётся при кислороде, то есть входит в алкоголят.

Примеры

1. МТБЭ. трет-Бутилат натрия с иодметаном даёт метил-трет-бутиловый эфир: \(\ce{(CH3)3CONa + CH3I -> (CH3)3COCH3 + NaI}\). Обратная пара — метилат натрия и трет-бутилбромид — дала бы только алкен.

2. Бензилэтиловый эфир. Его можно получить двумя путями: из этилата натрия и бензилбромида или из бензилата натрия и бромэтана. Годятся оба пути, потому что оба галогенида первичные.

3. Метоксициклогексан. Циклогексанол превращают гидридом натрия в алкоголят и алкилируют иодметаном: вторичная циклогексильная группа остаётся при кислороде.

Циклы по Вильямсону

Если алкоголят и галоген находятся в одной молекуле, замещение из первой части урока идёт внутри неё, и замыкается цикл. Так получают эпоксиды, тетрагидрофураны и тетрагидропираны. Скорость замыкания зависит от размера цикла и от взаимного расположения реагирующих групп.

Как замкнуть цикл по Вильямсону

1. Основание превращает галогенспирт в алкоголят, и тот атакует атом углерода, связанный с галогеном, в той же молекуле: образуется циклический эфир.
2. Быстрее всего замыкаются трёх- и пятичленные циклы (эпоксиды и тетрагидрофураны), шестичленные — медленнее, а четырёхчленные — с трудом.
3. Для образования эпоксида нужна анти-конформация: атом кислорода и уходящая группа должны находиться по разные стороны связи C–C, как в E2.
4. Если в молекуле две группы OH, одну превращают в тозилат (одним эквивалентом TsCl, по менее затруднённой группе), а другую — в алкоголят.

Примеры

1. Тетрагидрофуран из хлорбутанола. 4-Хлорбутан-1-ол с гидроксидом натрия замыкает пятичленный цикл — тетрагидрофуран.

2. Оксиран из хлорэтанола. 2-Хлорэтанол с гидроксидом натрия даёт оксиран: \(\ce{ClCH2CH2OH + NaOH -> C2H4O + NaCl + H2O}\).