卤仿反应

卤仿反应

• 当一个甲基酮是处理基地和卤素(如我₂、溴₂,或者Cl₂它被转化成了一个羧酸,还有一个三卤甲烷(HCX₃)
• 通过反应三个连续去质子化和卤化的周期α碳,其次是增加基地羰基和驱逐残雪₃作为一个离去基团。
• 这是一个罕见的例子的氧化酮到一个羧酸,这是可能的,因为(-)残雪₃离子是一个很好的离去基团并可以通过氢氧化钠流离失所。

表的内容

1. 酮、碳“阿尔法”和什么是“Enolizable”
2. 烯醇化物都是不错的亲核试剂:Alpha-Chlorination
3. 卤仿反应“饼干怪兽”特征
4. 两个更多的去质子化/氯化周期Trihalomethyl酮
5. 的致命一击:乳沟Trihalomethyl酮与强碱
6. 摘要:卤仿反应
7. 笔记
8. 测试你自己!
9. (高级)引用和进一步阅读

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1。酮、碳“阿尔法”和什么是“Enolizable”

一个酮是一个羰基集团(C = O)两侧是两个碳原子。碳原子直接相连羰基被称为“碳α“碳,这两种债券是“β“碳,这三个债券是“γ”,等等。(注1再保险:ωω)

酮与碳氢键α碳是“enolizable”;不仅是平衡的烯醇互变异构体可能,但强碱可以deprotonateα碳给其共轭碱,我们称之为一个烯醇化物。

酮的α碳原子上的碳氢键是不同寻常的酸性(pK_一个最简单的酮丙酮,19日在水(注2为裁判)),因为去质子化所带来的负电荷可以通过共振非定域化的氧原子,由于其高电负性优越稳定负电荷。

2。烯醇化物都是不错的亲核试剂

烯醇化物是好亲核试剂。有趣的是,尽管负电荷更稳定的氧,烯醇化物往往反应在碳原子的亲核试剂(注3- - - - - -但不总是!]。也就是说,α碳往往是在债券形式。(值得回忆的格罗斯曼的“次优”规则:“次佳”共振形式往往是最重要的反应性的目的。这和其他有用的掘金可以找到这本书]。

烯醇化物作为亲核试剂的例子比比皆是,其中醇醛和克莱森密集的烯醇化物烷基化,迈克尔和其他人的反应。

今天是相关的烯醇化物在存在氯等卤素(Cl₂)将“alpha-chloro”酮,下面。

3所示。卤仿反应“饼干怪兽”特征

在前几天我们现代光谱技术碘仿测试被广泛用于甲基酮的识别。还用于一些本科教学实验室,因为它是便宜和容易实现:一个仅仅激起酮碘和碱(氢氧化钠),和一个积极的测试快速回报化学家臭黄色沉淀。碘仿臭沉淀。

碘仿测试的一个例子卤仿反应,它使用一个多余的的基础(通常是氢氧化)和一个多余的卤素的产生羧酸和三卤甲烷。

一件事使得卤仿反应有趣的是,第一个产品——alpha-halo酮,本身就是酸性更强比开始的甲基酮,这意味着它将竞争的开始酮可用的基础(记住的影响酸性的关键因素附近的一个吸电子集团的存在,如卤素Cl。]

卤化后的烯醇化物,结果dihalo酮是反过来更多的酸性比它的两个前体(多亏了两个吸电子集团α碳这意味着它将竞争这些酮为基础。

得到了反应停留在”一个“卤化有点像问饼干怪兽吃饼干“只有一个”。这个流程将继续,直到饼干怪兽是满足或所有的饼干。

通过GIPHY

(另外两个例子“饼干怪兽特征”的反应胺的烷基化,除了格氏酯]

饼干怪兽并没有完成,直到所有碳氢键在甲基取代卤素!

更换所有碳氢键C-Cl债券导致非enolizable酮无法进一步deprotonated。

这通常不是一个会考虑“小心控制的”,尤其是考虑到平衡参与(注6]。

在那里是的方式alpha-halogenation反应停在添加一个卤素原子,通常通过添加一个相当于一个强碱(如。锂di-isopropylamide,乔治。)形成了烯醇化物其次是添加一个亲电子卤素小心控制的条件下。(注5为一个例子]但这不是我们在这里讨论。

4所示。两个更多的去质子化/氯化周期Trihalomethyl酮

让我们走过剩下的详细机制,从alpha-chloro酮以上。尽管我们要用Cl₂展望未来,反应还与Br₂和我₂,以及其他的亲电子卤素源。(注意4]

在卤仿反应的条件下,三个连续deprotonation-halogenation周期出现,这意味着alpha-chloro有两个更多的周期。

的alpha-chloro酮由氢氧化钠和氯₂已经估计有pK吗_一个约16 (裁判),1000倍的酸性比甲基开始酮。

在氢氧化钠的存在,这chloroketone很容易deprotonated给它的结果烯醇化物:

的烯醇化物然后将反应Cl吗₂现在,αdichloroketone:

与两个电子撤回氯原子,这个酮甚至比mono-chloro酸性更强;(请注意7]。去质子化的烯醇化物甚至更容易:

最后,第三个氯化发生:

在这一点上,你可能认为反应完成。毕竟,没有更多的质子基本消除,对吧?

5。的致命一击:乳沟Trihalomethyl酮与强碱

现在是有趣的部分。最后一个相当于基础攻击羰基碳,水合物(或者更具体地说,共轭碱的水合物]。

随后而来的是致命一击。通常情况下,烷基组非常糟糕离开组碳是如此不稳定负电荷(还记得,离开组织薄弱的基地- - - - - -是什么让一个好的离去基团]。然而,由于三个氢交换了三个氯原子,这不再是一个普通的烷基碳!这是一个连接三个吸电子的碳原子,这大大稳定碳上的任何负电荷。其结果是,CCl (-)₃实际上是一个体面的离去基团!(注8]

所以在最后的步骤中,一个新的切断形成π键,碳碳键断裂,导致羧酸。

最后一步是一些记账。因为我们有强碱礼物(氢氧化钠)以及trihalomethyl阴离子,由此产生羧酸(pK_一个4)将deprotonated强碱水。一旦完成淬火有轻微酸反应,给我们的羧酸产品与我们的三卤甲烷(氯仿在我们的案例中]

6。摘要:卤仿反应

你可能记得当学习酮氧化反应通常是惰性氧化而醛氧化为羧酸。卤仿反应是一种罕见的净氧化的例子酮给一个羧酸。(另一个例子是Baeyer-Villiger氧化这给了酯类从酮)

然而,有一些限制。就我们的目的而言,只卤仿反应处理甲基酮。

其他烷基酮将进行卤化但不是的乳沟羧酸。

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笔记

注1。偶尔术语ω(ω)是用于参考终端的链。

注2。源是责任,通过汉帝国的页面。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ar00170a005

注3。讨论C -和O亲核性的烯醇化物不在这里将介绍目前。介绍有机化学的目的的烯醇化物碳几乎总是会亲核试剂;一个例外的甲硅烷基化烯醇化物(如TMSCl)发生在氧气;O-Si债券非常强烈。

注4。尽管Cl₂、溴₂,我₂显示为亲电试剂,在基本解他们几乎肯定存在hypohalite盐NaOCl, NaOBr NaOI

注5。这将是与一个好方法乔治。(相当于1)紧随其后国家统计局或溴₂:

注6。这个反应的平衡是极其复杂的,很多细节已经跳过的名字简单。不仅有酸碱平衡的α碳的酮之间,也有平衡的每个酮及其水合物(deprotonated水合物)。为了让事情更有趣,有潜在的年代_N2氢氧离子和C-Cl债券给羟基酮之间的反应!这篇论文给出了一个精确的复杂性。

注7。无法找到一个pK_一个在这里,但它肯定小于16。

注8。的pK_一个氯仿的估计为15.7和24日根据方法(重要的是,溶剂)。(见Ref 11如果你认为CCl (-)₃是一样好的离去基团(-)哟₂CH₃,你都不会遥远。

注意9。多亏了斯科特·k·西尔弗曼和亚历克斯速度为帮助追捕pK_一个氯仿。

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测试你自己!

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(高级)引用和进一步阅读

1. Ueber Verbindungen死去,welche军队死Einwirkung des氯auf对于酒精、乙醚,olbildendes气体和Essiggeist entstehen
   李比希的
   理论物理。化学。1832年,One hundred.(2),243 - 295
   卤仿反应是已知的最古老的反应之一,本文可以追溯到1832年!贾斯特斯•冯•李比希报道三氯乙醛的反应(三氯乙醛)与Ca(哦)₂形成氯仿(CHCl₃)和甲酸钙。
2. 卤仿反应。
   雷诺c . Fuson和本顿牛
   化学评论1934年15(3),275 - 309
   DOI:10.1021 / cr60052a001
   早期检查和历史的角度对三卤甲烷的反应。卤仿反应的几个例子,从有机合成,收集可靠的有机化合物的制备方法:
3. β-NAPHTHOIC酸
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4. β,β-DIMETHYLACRYLIC酸

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   Org。Synth。 1943年,23,27岁
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5. β,β-DIMETHYLGLUTARIC酸
   沃尔特·t·史密斯和杰拉尔德·l·麦克劳德
   Org。Synth。 1951年,31日,40
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   Haloform-like反应可以发生在non-methyl酮如果另一个吸电子集团存在稳定的负电荷离去基团!

6. 3β-acetoxyetienic酸
   j·斯汤顿和e . j . Eisenbraun
   Org。Synth。 1962年,424
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7. 的氯化丙酮:一个完整的动力学分析
   彼得•格思里约翰Cossar
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   卤仿反应的平衡丙酮研究了在巨大的细节,包括速率常数等许多副反应水合物形成。的pK_一个氯丙酮的估计为15.74;没有估计二氯丙酮。
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   塞萨尔Zucco克劳迪奥·f·利马,马科斯c . Rezende何塞·f·Vianna, Faruk省
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   详细研究的基本乳沟2,2,2-trichloro酮,这是第二步的卤仿反应。
9. 碱性的乳沟trihaloacetophenones
   彼得•格思里约翰Cossar
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   这是一个扩展的工作裁判# 3以上,研究三溴和三氟醚酮。有趣的是,尽管人们可能从电负性预测,比trichloroacetophenone trifluoroacetophenone的乳沟是慢的,这是比tribromoacetophenone慢(1:2.1 * 10 ^ 6:2.6 x 10 ^ 8)。作者认为这从订单中发现HCF3的汇率,HCCl3, HCBr3。也感兴趣的的乳沟trifluoroaceophenone发生通过水合物二阶阴离子,trichloro和tribromoaceophenones可能通过一个裂开水合物mono-anion。
10. 三卤甲烷的相对负碳离子的生成率
    杰克·海恩诺伯特•w•Burske米尔德里德海恩,和保罗·b·朗格弗德
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    DOI:10.1021 / ja01563a037
    惊喜!我卤仿反应更快₂和Br₂比Cl₂(亲电F)的来源。“阿尔法卤素促进负碳离子形成的顺序我~ Br > Cl > F .观察到被认为是诱导效应的某种组合,极化率,和d轨道共振”。
11. polyfluorinated碳氢化合物的酸度。二世。Hexafluoropropanes、trifluoroethanes和三卤甲烷。中间负碳离子稳定性和几何
    肯尼斯·j·Klabunde和唐纳德·j·波顿
    美国化学学会杂志》上1972年94年(17),5985 - 5990
    DOI:10.1021 / ja00772a008
    估计的酸性氯仿,约为15.7。多亏了@sksilverman的小费。
12. 芳基trifluoromethyl酮水合物作为羧酸和的前兆酯类
    乔恩·安东尼奥·德尔珈朵Clardy
    四面体的信1992年33、体积(20)页2789 - 2790
    DOI:1016 / s0040 - 4039 (00) 78858 - 7
    这是一个非常有趣的纸,因为它表明trifluoroacetophenone(廉价且容易获得的)可以作为一个方便的CF来源₃^{- - - - - -}。作者不讨论它,但CF₃^{- - - - - -}可以被其他的亲电试剂,用于合成目的。