Использование катализаторов
Катализаторами SN1 реакций являются кислоты Льюиса (галогениды бора, алюминия, цинка, сурьмы, ртути, серебра, а также ион серебра), которые стабилизируют анионы (за счет комплексообразования). Катион при этом стабилизируется взаимодействием с реагентом или растворителем.
Межфазный катализ (МФК) — важный метод интенсификации SN2 реакций. Суть метода заключается в искусственном создании двухфазной системы, в которой неполярные и ионные реагенты находятся в разных фазах. Обычно это органическая и водная фазы. Иногда в качестве органической фазы используют субстрат. Для переноса нуклеофилов к субстрату используются межфазные катализаторы. Катализатор (источник липофильных катионов) образует с реагентом липофильные ионные пары «катион катализатора — реагирующий анион», способные к миграции внутрь органической фазы, где и происходит реакция. При переходе из водной фазы в органическую нуклеофил теряет гидратную оболочку, становится практически не сольватированным и приобретает высокую реакционную способность.
Замещение неактивированного галогена в аренах катализируется медью или солями меди (I). Это один из важных технологических приемов, позволяющий ускорить реакцию, снизить температуру (~ на 100 °С), увеличить селективность процесса и выход продукта. Предполагают, что реакция идет через стадию образования медь-органических комплексов:
Процессы гидролиза галогенидов
Замена атома галогена в алкилгалогенидах на гидроксил в синтетических целях используется редко, так как они сами обычно получаются из спиртов.
Реагентами в этих реакциях являются вода, водные растворы щелочей и кислот.
Слабый нуклеофил вода используется лишь для гидролиза галогенидов с повышенной реакционной способностью. Кипячение аллил- и бензилхлоридов в избытке воды приводит к образованию соответствующих спиртов:
В остальных случаев даже при нагревании эта обратимая реакция идет очень медленно по SN1 или SN2 механизму
В большинстве случаев для гидролиза алкилгалогенидов применяются водные растворы гидроксидов щелочных металлов или гидроксид серебра (суспензия оксида серебра в воде), которые являются более активными нуклеофильными реагентами:
В зависимости от структуры субстрата и условий проведения реакции могут протекать побочные процессы (образование алкенов и эпоксисоединений).
Водные растворы кислот используются крайне редко и только тогда, когда кислота активирует субстрат. Чаще всего это встречается при гидролизе гетероциклических галогенидов.
Алкилгалогениды нерастворимы в воде, поэтому для гомогенизации реакционной массы при гидролизе часто используют спирто-водную или водно-ацетоновую среды.
Гидролиз геминальных дигалогенпроизводных (с галогенами у одного атома углерода) используется для синтеза альдегидов или кетонов:
Алифатические альдегиды и кетоны получают в слабощелочной среде в водных растворах карбонатов, ацетатов, формиатов или оксалатов натрия или калия, так как в сильнощелочных средах возможны побочные процессы: конденсации, окисление альдегидов и др.
Бензилиденхлориды и бензилиденбромиды гладко гидролизуются до бензальдегидов под действием концентрированной серной кислоты (SN1). Электронодонорные группы в ядре облегчают гидролиз, электроноакцепторные — затрудняют.
Гидролиз соединений, содержащих три атома галогена у одного атома углерода, приводит к образованию карбоновых кислот, однако они труднодоступны и практическое применение метода ограничено:
При проведении реакции в присутствии спирта можно сразу получить эфир кислоты.
Хлороформ в присутствии основания гидролизуется быстрее, чем дихлорметан или тетрахлорметан и образует не только муравьиную кислоту, но и монооксид углерода. Считают, что реакция протекает через стадию образования дихлоркарбена:
При гидролизе четыреххлористого углерода (CCl4) образуется фосген:
