烯醇和烯醇酸酯

通过詹姆斯·阿森赫斯特

卤仿反应

最后更新日期:2020年9月9日|

卤仿反应

当一个甲基酮用碱和卤素(如I2.,Br2.,或Cl2.)它被转化成一种羧酸和一种卤代(HCX3.)

甲基酮与氢氧化钠和卤素反应生成卤代甲烷和羧酸综述

反应继续进行在α碳上进行连续的脱质子和卤化循环,然后向羰基中添加碱并排出CX3.作为一个离开的群体。

碳碳键的最终断裂只发生在甲基酮然而,!带有碳氢键的烷基酮只是卤化反应的产物。

因为C-C键被交换成C-O键,所以这是一个净额氧化事实上,这是我们在有机化学入门课程中学到的为数不多的方法之一氧化酮。

关于这种反应的更多细节,包括其机制、例子和测验——请继续阅读。

目录

  1. 酮,“α”碳,以及“烯醇化”的含义
  2. 烯酸盐是很好的亲核试剂:α-氯化
  3. 卤仿反应具有“饼干怪兽”的特征
  4. 再进行两次脱质子/氯化循环,得到三卤甲基酮
  5. 这个致命一击:具有强碱的三卤甲基酮的裂解
  6. 概述:卤仿反应
  7. 笔记
  8. 测试你自己!
  9. (高级)参考资料和进一步阅读

1.酮,“α”碳,以及“烯醇化”的含义

A.是两侧有两个碳原子的羰基(C=O)。与羰基碳直接相连的碳称为α碳原子,这两个键是β"碳,那三个键的距离是"γ”等等[附注1回复:欧米茄ω)

酮的绘图丙酮的绘图α-β-γ是什么意思可烯化酮

在α碳上具有C-H键的酮是“可烯化的”;不仅是与一个烯醇互变异构体是可能的,但是强碱可以使碳去质子化得到它的共轭碱,我们叫它an烯醇酯

酮的α碳上的C-H键异常酸性(最简单的酮2-丙酮的pKa在水中约为19 [附注2参考a)因为去质子化产生的负电荷可以通过共振离域到氧原子上,氧原子由于其较高的电负性,更有利于稳定负电荷。

-formation-of-enolates-from-ketones-with-base-deprotonation-of-alpha-carbon

2.烯酸盐是良好的亲核剂

烯醇是很好的亲核试剂。有趣的是,尽管负电荷在氧上更稳定,烯醇酯倾向于作为亲核试剂在碳原子上反应[附注3但不总是!] .也就是说,碳倾向于成键。[值得回顾格罗斯曼的“第二最佳”规则:“第二最佳”共振形式对于反应性而言通常是最重要的。这和其他有用的金块可以在这本书].

烯醇作为亲核试剂的例子很多,其中有醛醇缩合、克莱森缩合、烯醇的烷基化、迈克尔反应等。

与今天有关的是烯醇在卤素如氯(Cl2.)将得到“-氯”酮,如下所示。

卤代-反应-步骤-2-烯酸盐与-cl2-氯化-生成-α-氯-酮

3.卤仿反应具有“饼干怪兽”的特征

在现代光谱技术出现之前的日子里碘仿测试广泛用于甲基酮的鉴定。它仍然在一些本科教学实验室中使用,因为它便宜且容易操作:只需将酮与碘和碱(NaOH)混合,阳性检测很快就会给化学家一种发臭的黄色沉淀物。臭味沉淀物是碘仿。

碘仿试验就是一个例子卤仿反应,它使用多余的碱(通常是氢氧化物)和多余的卤素生成羧酸和卤化物。

卤仿反应,有趣的是,第一个产品——alpha-halo酮本身酸性更强这意味着它将在可用碱的竞争中胜过起始甲基酮[记得那个影响酸度的关键因素是指附近存在吸电子基团,如卤素类Cl。]

其烯醇酯经过卤化反应后,依次得到二环酮更多的酸性比它的两个前驱体(多亏了碳上的两个吸电子基团)更强,这意味着它将胜出这些酮为基础。

-卤仿反应会导致更多的酸性酮反应

让反应停止在“只有一个”卤化有点像要求饼干怪物吃“只有一个”饼干。这个过程会一直持续下去,直到Cookie Monster被满足或者所有的Cookie被消耗掉。

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[另外两个具有“饼干怪兽特征”的反应示例如下:胺的烷基化,向酯中添加格氏剂]

直到甲基上所有的碳氢键都被卤素取代,饼干怪兽才完成!

用C-Cl键替换所有C-H键会产生不能进一步脱质子的不烯醇化酮。

这通常不是人们所考虑的“小心控制”,特别是考虑到所涉及的平衡点。笔记].

那里使卤化反应停止的方法,通常是加入一个单一的等价物的强碱。锂di-isopropylamide,乔治。]在仔细控制的条件下形成烯醇盐,然后添加亲电卤素。[笔记为一个例子但我们现在讨论的不是这个。

4.再进行两次脱质子/氯化循环,得到三卤甲基酮

让我们从上面的-氯酮开始,详细讨论一下剩下的机理。虽然我们要用Cl2.向前看,该反应也适用于Br2.和我2.,以及其他亲电卤素来源。[笔记]

在卤仿反应的条件下,连续的去质子化-卤化循环总共发生,这意味着-氯还有两个循环要进行。

由氢氧化钠和氯形成的α-氯酮2.据估计其pKa约为16[裁判,使得它的酸性比开始的甲基酮强1000倍。

所以在氢氧化钠存在的情况下,氯酮会很容易去质子化,生成烯醇酯:

α-氯酮-pka-16-去质子化-naoh的酸度。

烯酸酯会和任何Cl反应2.给出二氯酮

haloform-reaction-step-4-chlorination-of-alpha-chloroketone-enolate-giving-dichloro-ketone

吸电子氯,这种酮甚至比一氯更酸性[笔记] .脱质子给烯醇更容易:

haloform-step-5-deprotonation-of-dichloro-ketone-giving-new-enolate

最后,第三个氯化反应发生了:

haloform-reaction-step-6-chlorination-of-dichloroenolate-giving-trihalomethyl-ketone

在这一点上,你可能认为反应完成了。毕竟,没有更多的质子可以被碱移除了,对吧?

五,致命一击:具有强碱的三卤甲基酮的裂解

现在是有趣的部分。最后一种相当于碱的物质攻击羰基碳,生成水合物[或者更具体地说,水合物的共轭碱]。

随后而来的是恩典政变.通常,烷基是非常不好的离去基团,因为碳的负电荷很不稳定[回想一下,离去基是弱碱什么是一个好的离开团队].然而,由于3个氢被交换成了3个氯,这就不再是一个普通的烷基碳!这是一个碳连着三个吸电子的原子,这极大地稳定了碳上的任何负电荷。结果是(-)CCl3.是一个不错的离去基![笔记]

所以在最后一步,一个新的碳氧键形成了,碳碳键断裂,生成一个羧酸。

haloform-final-step-cleavage-of-trihalomethyl-ketone-with-naoh-12-addition-then-elimination

最后一步是记帐。由于我们有强碱(NaOH)和三卤甲基阴离子,生成的羧酸(pKa约为4)将被强碱脱质子生成水。反应完成后,用温和的酸淬灭反应,得到羧酸产物和卤代烷[氯仿]

6.总结:卤仿反应

当你学习氧化反应的时候你可能会回想起酮通常不会氧化而醛会氧化成羧酸。卤仿反应是酮净氧化生成羧酸的罕见例子。(另一个例子是Baeyer-Villiger氧化从酮中生成酯)

summary-of-haloform-reaction-key-points

然而,也有一些限制。就我们的目的而言,卤仿反应只适用于甲基酮。

其他烷基酮会发生卤化反应,但不会裂解成羧酸。


笔记

1.有时,术语ω(ω)用于指航空站链条的末端。
2.来源是Kresge,通过Hans Reich的页面。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ar00170a005
3.关于烯酸盐的C-与O-亲核性的讨论超出了目前的讨论范围。为了介绍有机化学,烯酸盐碳几乎总是亲核的;一个例外是烯酸盐的硅烷化(例如,与TMSCl)发生在氧上;O-Si键非常强。
4.尽管Cl2.,Br2.,我2.以亲电试剂的形式显示,在碱性溶液中,它们几乎肯定以次卤石盐NaOCl、NaOBr和NaOI的形式存在
5.这样做的一个好方法是LDA(1等价物)后跟NBS或Br2.:

-LDA-and-NBS

6.这个反应的平衡极其复杂,为了简单起见,许多细节都略过了。不仅酮和碳之间存在酸碱平衡,酮和它们的水合物(和去质子化的水合物)之间也存在平衡。为了让事情更有趣,这里有潜在的SN氢氧根离子和C-Cl键反应生成羟基酮!这篇论文给出了所涉及的复杂性的准确概念。

7.无法找到pKA.在这里,但肯定少于16。

8.氯仿的pKa估计为15.7和24,具体取决于方法(重要的是溶剂)。[见Ref 11如果你认为(-)CCl3.与(-)OCH一样是一个优秀的离职团队2.中国3.,你就离我不远了。

9.多亏了斯科特·k·西尔弗曼亚历克斯速度寻找氯仿的pKa


测试你自己!

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(高级)参考资料和进一步阅读

  1. 在乙醇、乙醚、天然气和香料中添加氯气
    李比希的
    物理化学。1832,One hundred.(2), 243 - 295
    卤仿反应是已知的最古老的反应之一——本文可追溯到1832年!Justus von Liebig报道了氯醛(三氯乙醛)与Ca(OH)的反应2.生成氯仿(CHCl3.)和甲酸钙。
  2. 卤仿反应。
    reynolds C. Fuson和Benton A. Bull
    化学评论193415(3), 275 - 309
    DOI:10.1021/cr60052a001
    卤仿反应的早期回顾和历史展望。卤仿反应的几个例子,来自有机合成,一组可靠的制备有机化合物的方法:
  3. β-萘甲酸
    M. S.纽曼和H. L.霍姆斯

    Org。Synth。 1937,17, 65年
    DOI:10.15227/orgsyn.017.0065
  4. β,β-DIMETHYLACRYLIC酸
    李·欧文·史密斯,w·w·普里查德,里奥·j·斯皮兰
    Org。Synth。 1943,23, 27岁
  5. β,β-DIMETHYLGLUTARIC酸
    沃尔特·T·史密斯和杰拉尔德·L·麦克劳德
    Org。Synth。 1951,31, 40

    如果有另一个吸电子基团来稳定离去基团上的负电荷,非甲基酮上就会发生类似卤代烷的反应!

  6. 3β-乙酰氧基乙酸
    J.斯汤顿和E.J.艾森布朗
    Org。Synth。 1962,42, 4
  7. 丙酮氯化反应:一个完整的动力学分析
    彼得·格思里,约翰·科萨尔
    加拿大化学杂志,1986,64(6): 1250-1266
    内政部:
    10.1139 / v86 - 208
    本文详细研究了卤化物与丙酮反应的平衡,包括许多副反应(如水合物形成)的速率常数。氯丙酮的pKa估计为15.74;未给出二氯丙酮的估计值。
  8. 2,2,2-三氯-1-芳烷酮碱性水解机理的研究
    塞萨尔·祖科、克劳迪奥·利马、马科斯·雷泽德、何塞·维亚纳和法鲁克·诺姆
    有机化学杂志198752(24), 5356-5359
    DOI:
    1021 / jo00233a009
    详细研究了卤仿反应的第二步- 2,2,2-三氯酮的碱性裂解。
  9. 三卤苯乙酮的碱性裂解
    彼得·格思里,约翰·科萨尔
    加拿大化学杂志,1990,68(9): 1640 - 1642
    内政部:10.1139/v90-255
    这是上文参考文献3中工作的延伸,研究了三溴酮和三氟酮。有趣的是,尽管人们可以从电负性预测,三氟丙酮的裂解速度比三氯丙酮慢,三氯丙酮的裂解速度比三溴丙酮慢(1:2.1 x 10^6:2.6 x 10^8)作者指出,这是根据HCF3、HCCl3和HCBr3的汇率顺序得出的。此外,有趣的是,三氟ceophenone的裂解通过水合物二价离子进行,而三氯和三溴ceophenone可能通过水合物单阴离子进行裂解。
  10. 卤型碳离子形成的相对速率
    杰克·海因,诺伯特·w·伯斯克,米尔德丽德·海因,保罗·朗福德
    美国化学学会杂志195779(6), 1406 - 1412
    DOI:10.1021 / ja01563a037
    令人惊讶的是,我的卤仿反应更快2.和Br2.而不是Cl2.(以及亲电F的来源)。“卤素促进碳离子的形成,其顺序为I ~ Br > Cl > F。观察到的顺序被认为是诱导效应、极化率和d轨道共振的某种组合。”
  11. 多氟烃类的酸度。2六氟丙烷三氟乙烷和卤代烷中等碳离子稳定性和几何形状
    肯尼斯·J·克拉邦德和唐纳德·J·伯顿
    美国化学学会杂志197294(17), 5985-5990
    DOI:10.1021 / ja00772a008
    氯仿的酸度估计在15.7左右。多亏了@sksilverman的小费。
  12. 作为羧酸和酯前体的芳基三氟甲基酮水合物
    安东尼奥·德尔加多,乔恩·克拉迪
    四面体的信1992,第33卷(20)第2789-2790页
    内政部:1016/S0040-4039(00)78858-7
    这是一篇非常有趣的论文,因为它表明三氟乙酰丙酮(便宜且容易获得)可以作为CF的方便来源3..作者没有讨论它,但是CF3.可能被其他亲电试剂捕获并用于合成。

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