Кіріспе
Органикалық реакция: кетонның альфа-көміртегіне галоген қосылуы. Органикалық химияда α-кето галогендеу – галогендеудің ерекше түрі. Реакция тиісті элементтік галогенмен сулы ортада қышқыл немесе негіздік жағдайда жүргізілуі мүмкін. Осылайша хлорид, бром және йод (бірақ фтор емес) функционалдығы кетонның альфа-позициясына таңдамалы түрде енгізілуі мүмкін. Кетонның карбонил тобына (C\dO) жақын альфа-позициясы оңай галогенденіп кетеді. Бұл оның негіздік ерітіндіде энолат (C\dC\sO) немесе қышқыл ерітіндіде энол (C\dC\sOH) түзу қабілетіне байланысты. Альфа-галогендеудің мысалы – ацетонның монобромизациясы ((CH3)2C\dO), қышқыл немесе негіздік жағдайларда жүргізіліп, бромацетон алу үшін:
In organic chemistry, α keto halogenation is a special type of halogenation. The reaction may be carried out under either acidic or basic conditions in an aqueous medium with the corresponding elemental halogen. In this way, chloride, bromide, and iodide (but notably not fluoride) functionality can be inserted selectively in the alpha position of a ketone. The position alpha to the carbonyl group (|C\dO) in a ketone is easily halogenated. This is due to its ability to form an enolate (|C\dC\sO ) in basic solution, or an enol (|C\dC\sOH) in acidic solution. An example of alpha halogenation is the mono bromination of acetone (|(CH3)2C\dO), carried out under either acidic or basic conditions, to give bromoacetone:
Acidic (in acetic acid):
Basic (in aqueous NaOH):
In acidic solution, usually only one alpha hydrogen is replaced by a halogen, as each successive halogenation is slower than the first. The halogen decreases the basicity of the carbonyl oxygen, thus making protonation less favorable. However, in basic solutions, successive halogenation is more rapid due to inductive electron withdrawal by the halogen. This makes the remaining hydrogens more acidic. In the case of methyl ketones, this reaction often occurs a third time to form a ketone trihalide, which can undergo rapid substitution with water to form a carboxylate (|\sC(\dO)O ) in what is known as the haloform reaction. The regioselectivity also differs: The halogenation of an unsymmetrical ketone in acid results in the more substituted alkyl group being halogenated. A second equivalent of halogen results in the halogenation of the other alkyl substituent (without the halogen). In contrast, in basic solutions, an unsymmetrical ketone halogenates at the less substituted alkyl group. Subsequent halogenation (which usually cannot be stopped by control of stoichiometry) occurs at the position which already has a halogen substituent, until all hydrogens have been replaced by halogen atoms. For methyl alkyl ketones (2 alkanones), the haloform reaction proceeds to give the carboxylic acid selectively.
Қышқыл (сыртқы қышқылда):
In organic chemistry, α keto halogenation is a special type of halogenation. The reaction may be carried out under either acidic or basic conditions in an aqueous medium with the corresponding elemental halogen. In this way, chloride, bromide, and iodide (but notably not fluoride) functionality can be inserted selectively in the alpha position of a ketone. The position alpha to the carbonyl group (|C\dO) in a ketone is easily halogenated. This is due to its ability to form an enolate (|C\dC\sO ) in basic solution, or an enol (|C\dC\sOH) in acidic solution. An example of alpha halogenation is the mono bromination of acetone (|(CH3)2C\dO), carried out under either acidic or basic conditions, to give bromoacetone:
Acidic (in acetic acid):
Basic (in aqueous NaOH):
In acidic solution, usually only one alpha hydrogen is replaced by a halogen, as each successive halogenation is slower than the first. The halogen decreases the basicity of the carbonyl oxygen, thus making protonation less favorable. However, in basic solutions, successive halogenation is more rapid due to inductive electron withdrawal by the halogen. This makes the remaining hydrogens more acidic. In the case of methyl ketones, this reaction often occurs a third time to form a ketone trihalide, which can undergo rapid substitution with water to form a carboxylate (|\sC(\dO)O ) in what is known as the haloform reaction. The regioselectivity also differs: The halogenation of an unsymmetrical ketone in acid results in the more substituted alkyl group being halogenated. A second equivalent of halogen results in the halogenation of the other alkyl substituent (without the halogen). In contrast, in basic solutions, an unsymmetrical ketone halogenates at the less substituted alkyl group. Subsequent halogenation (which usually cannot be stopped by control of stoichiometry) occurs at the position which already has a halogen substituent, until all hydrogens have been replaced by halogen atoms. For methyl alkyl ketones (2 alkanones), the haloform reaction proceeds to give the carboxylic acid selectively.
Негіздік (сулы NaOH-та):
In organic chemistry, α keto halogenation is a special type of halogenation. The reaction may be carried out under either acidic or basic conditions in an aqueous medium with the corresponding elemental halogen. In this way, chloride, bromide, and iodide (but notably not fluoride) functionality can be inserted selectively in the alpha position of a ketone. The position alpha to the carbonyl group (|C\dO) in a ketone is easily halogenated. This is due to its ability to form an enolate (|C\dC\sO ) in basic solution, or an enol (|C\dC\sOH) in acidic solution. An example of alpha halogenation is the mono bromination of acetone (|(CH3)2C\dO), carried out under either acidic or basic conditions, to give bromoacetone:
Acidic (in acetic acid):
Basic (in aqueous NaOH):
In acidic solution, usually only one alpha hydrogen is replaced by a halogen, as each successive halogenation is slower than the first. The halogen decreases the basicity of the carbonyl oxygen, thus making protonation less favorable. However, in basic solutions, successive halogenation is more rapid due to inductive electron withdrawal by the halogen. This makes the remaining hydrogens more acidic. In the case of methyl ketones, this reaction often occurs a third time to form a ketone trihalide, which can undergo rapid substitution with water to form a carboxylate (|\sC(\dO)O ) in what is known as the haloform reaction. The regioselectivity also differs: The halogenation of an unsymmetrical ketone in acid results in the more substituted alkyl group being halogenated. A second equivalent of halogen results in the halogenation of the other alkyl substituent (without the halogen). In contrast, in basic solutions, an unsymmetrical ketone halogenates at the less substituted alkyl group. Subsequent halogenation (which usually cannot be stopped by control of stoichiometry) occurs at the position which already has a halogen substituent, until all hydrogens have been replaced by halogen atoms. For methyl alkyl ketones (2 alkanones), the haloform reaction proceeds to give the carboxylic acid selectively.
Қышқыл ерітіндіде әдетте бір ғана альфа-сутегі галогенмен алмастырылады, себебі әрбір келесі галогендеу біріншісінен баяу жүреді. Галоген карбонил оттегінің негізділігін төмендетеді, осылайша протондалуды қиындатады. Алайда, негіздік ерітінділерде галогеннің индуктивті электрон тартымдылығының нәтижесінде бірінен соң бірі галогендеу жылдамдатылады. Бұл қалған сутектерді одан да қышқылдатады. Метилкетондар жағдайында бұл реакция көбінесе үшінші рет жүріп, кетон трихалидін түзеді, ол сумен тез реакцияласып, карбоксилат (C\s(\dO)O) түзеді – бұл галоформалық реакция деп аталады. Региоселективтілігі де өзгеше: қышқылда симметриясыз кетонның галогендеуі көбірек топталған алкил тобының галогенденуіне әкеледі. Галогеннің екінші эквиваленті басқа алкил тобын (галогенсіз) галогендейді. Керісінше, негіздік ерітінділерде симметриясыз кетон аз топталған алкил тобында галогенденеді. Келесі галогендеу (әдетте стехиометрияны бақылау арқылы тоқтатылмайды) барлық сутектер галоген атомдарымен алмастырылғанға дейін, бұрыннан галоген топталған позицияда жүреді. Метил алкилкетондар (2-алканон) үшін галоформалық реакция карбон қышқылын таңдамалы түрде береді.
In organic chemistry, α keto halogenation is a special type of halogenation. The reaction may be carried out under either acidic or basic conditions in an aqueous medium with the corresponding elemental halogen. In this way, chloride, bromide, and iodide (but notably not fluoride) functionality can be inserted selectively in the alpha position of a ketone. The position alpha to the carbonyl group (|C\dO) in a ketone is easily halogenated. This is due to its ability to form an enolate (|C\dC\sO ) in basic solution, or an enol (|C\dC\sOH) in acidic solution. An example of alpha halogenation is the mono bromination of acetone (|(CH3)2C\dO), carried out under either acidic or basic conditions, to give bromoacetone:
Acidic (in acetic acid):
Basic (in aqueous NaOH):
In acidic solution, usually only one alpha hydrogen is replaced by a halogen, as each successive halogenation is slower than the first. The halogen decreases the basicity of the carbonyl oxygen, thus making protonation less favorable. However, in basic solutions, successive halogenation is more rapid due to inductive electron withdrawal by the halogen. This makes the remaining hydrogens more acidic. In the case of methyl ketones, this reaction often occurs a third time to form a ketone trihalide, which can undergo rapid substitution with water to form a carboxylate (|\sC(\dO)O ) in what is known as the haloform reaction. The regioselectivity also differs: The halogenation of an unsymmetrical ketone in acid results in the more substituted alkyl group being halogenated. A second equivalent of halogen results in the halogenation of the other alkyl substituent (without the halogen). In contrast, in basic solutions, an unsymmetrical ketone halogenates at the less substituted alkyl group. Subsequent halogenation (which usually cannot be stopped by control of stoichiometry) occurs at the position which already has a halogen substituent, until all hydrogens have been replaced by halogen atoms. For methyl alkyl ketones (2 alkanones), the haloform reaction proceeds to give the carboxylic acid selectively.
α,β-қанықпаған кетондарды галогендеу
α,β қанықпаған кетондар немесе энондарда йодты пайдаланып, кетонның қаныққан α-көміртегіне, қанықпаған бөлігіне қарағанда таңдап галогендеуге болады. Йод алкил бромидтерге қарағанда белсендірек болғандықтан, бұл реакция өте пайдалы. I2-мен бірге CuO қолдану арқылы бұл реакцияны салыстырмалы түрде жұмсақ жағдайларда жүзеге асыруға болады. Реакция өте белсенді энол механизмі арқылы жүреді, CuO осы процеске көмектеседі, нәтижесінде кетонның қаныққан α-көміртегіне I2 таңдап қосылады. Дегенмен, реакцияның тиімділігі арил функционалдық топтардың болуына байланысты.
Жасыл химиядағы қолдану
Альфа-галогенделген өнімдер өте пайдалы қосылыстар болып табылады, себебі олардың жоғары реактивтілігі бар, сондықтан олар реакцияға бейім. Альфа-галогенделген кетондар нуклеофилдермен әрекеттесіп, көптеген құнды қосылыстарды жасайды. Дегенмен, кетон галогендеудің қазіргі көптеген әдістері қауіпті химиялық заттарды қолданады, күрделі процедураларды қамтиды және/немесе толық аяқталуына көп уақыт қажет. Сонымен қатар, негізінен қолданылатын полярлы еріткіштер (DMF, DMSO және CH3CN) қоршаған ортаны ластайтын маңызды факторлар болып табылады. Meshram және авторлар 2005 жылы «жасыл химия» принциптеріне сәйкес кетон галогендеуді экологиялық таза реакцияға айналдыруды зерттеді. Meshram және авторлар кетон галогендеуде қолданылатын қауіпті химиялық заттарға балама іздеді, нәтижесінде бөлме температурасындағы иондық сұйықтықтар перспективалы опция екені анықталды. Бөлме температурасындағы иондық сұйықтықтар өте қызықты, себебі олардың ерекше химиялық және физикалық қасиеттері бар, ал олардың қасиеттерін қосылған катиондарды өзгерту арқылы түзетуге болады. Бұған қоса, бұл иондық сұйықтықтардың полярлығы жоғары, ал олардың органикалық және бейорганикалық молекулаларды еріту қабілеті реакция жылдамдығын арттырады, оларды тиімдірек етеді. Көптеген тәжірибелерде N-галогенсукцинимидтерді еріткіш ретінде қолданылатын иондық сұйықтықтар дәстүрлі еріткіштерге қарағанда тиімді және экологиялық таза балама екені анықталды. Бұл процесте өнімділік артты, реакция уақыты қысқартылды, процедура жеңілдетілді, зиянды химиялық заттардың қолданылуы азайды (күшті қышқылдар қолданылмады) және катализаторлар қажет болмады, бұл процесті экологиялық жасылдандырды.