Алкены, алкины и алкадиены взаимодействуют с галогенами, галогеноводородами и гипогалогенными кислотами как по механизму присоединения, так и замещения.
Реакции электрофильного присоединения (AE) галогена, галогеноводорода и гипогалогенных кислот к p-связям непредельных соединений идут через образование p- и s-комплексов, с последующим (обычно, транс-) присоединением нуклеофила:
В случае сопряженных двойных связей присоединение может идти по 1,2- и 1,4-механизму.
При взаимодействии непредельных соединений с галогенами электрофилом (Е+) является поляризованная молекула галогена. Ее реакционная способность увеличивается в ряду: F2 < Cl2 < Br2 < I2, в соответствии с увеличением устойчивости циклических структур s-комплекса, которые способен образовывать галоген:
При гидрогалогенировании алкенов роль электрофила выполняет протон, поэтому реакционная способность галогенводородов растет с увеличением активности кислот в ряду: HF < HCl < HBr < HI.
В реакциях присоединения гипогалогенных кислот с p-связью взаимодействуют катион галогена или его полярная молекула (электрофилы), в результате чего образуются галогенгидрины.
Промышленный способ получения этиленхлоргидрина состоит в контролируемом пропускании хлора и этилена в воду:
Эта реакция является одним из доказательств предложенного механизма AЕ. Аналогично можно изменить вторую стадию при проведении бромирования этилена в полярной среде в избытке активных анионов:
Реакционная способность субстрата и направление реакции зависят от стабильности образующегося катиона (s-комплекса), а также от сольватации и от способности атома галогена образовывать циклический s-комплекс.
Стабильность катионов уменьшается в ряду:
Поэтому скорость реакции ниже приведенных соединений с галогеном в одинаковых условиях увеличивается в ряду:
а) этилен (1) < пропилен (2) < изобутилен (5,5) < тетраметилэтилен (14)
Индукционный эффект радикала повышает стабильность катиона, поэтому пропилен в 2 раза, изобутилен — в 5,5, а тетраметилэтилен в 14 раз активнее этилена.
б) ацетилены << алкены << сопряженные диены
В данном случае из сопряженных диенов образуются аллильные катионы, которые значительно устойчивее, чем предельные и винильные карбкатионы.
Направление реакции гидрогалогенирования обычно соответствует правилу Марковникова. Протон атакует наиболее гидрогенизированный атом углерода при двойной связи, так как при этом образуется более устойчивый катион:
В реакции с пропиленом в катионе «б» за счет +I-эффекта двух метильных групп электронное облако распределяется более равномерно, чем в случае катиона «а».
Алкены взаимодействуют с галогенами и галогеноводородами, как правило, при пропускании реагента через субстрат или его раствор при низких температурах.
3.2. Гомолитическое присоединение (AR) галогенов и галогеноводорода при соответствующем инициировании (свет, нагрев, пероксиды) протекает по радикальному цепному механизму:
Реакционная активность субстрата и направление реакции зависят от стабильности образующихся алкильных радикалов.
Бромистый водород присоединяется к алкенам в присутствии пероксидов против правила Марковникова (селективность присоединения других НHlg очень мала):
Атом брома в этом случае предпочтительнее атакует положение 1, так как при этом образуется более стабильный (вторичный) радикал.
Гомолитическое галогенирование алкенов— радикальное замещение атома водорода галогеном — идет по тому же механизму, что и в алканах(SR). Реакционная способность субстрата и направление реакции определяются устойчивостью радикалов. Чтобы галоген не взаимодействовал с двойной связью, реакцию проводят при температурах выше 300 °С, либо при малых концентрациях галогена.
Этилен с хлором в этих условиях образует винилхлорид, а гомологи этилена — аллилгалогениды:
Для повышения селективности реакции в синтезах аллилбромидов вместо брома лучше использовать N-бромсукцинимид. Реакция идет при более низкой температуре (~ 80 °С), обычно в неполярном растворителе. В полярных средах протекают побочные реакции:
Примеры применения реакций в синтезе лекарственных
субстанций:
· При получении унитиола бром присоединяют по двойной связи 2-пропенсульфоната натрия в воде:
Использование электрохимического метода, в котором бром реагирует с алкеном в момент выделения на аноде при электролизе его солей, позволяет сократить расход, решить проблему хранения и загрузки брома и повысить выход целевого продукта до 94 %.
· Полупродукт п-метокси-(1-бром-пропил)бензол образуется при взаимодействии бромоводорода с двойной связью соответствующего алкена в дихлорэтане при температуре ~ 5 °С:
· При синтезе средства для ингаляционного наркоза циклопропана осуществляется гомолитическое присоединение бромоводорода к аллилбромиду или аллилхлориду:
Активация осуществляется перекисью бензоила и УФ освещением.
· Хлорацетальдегид в производстве норсульфазола получают гипохлорированием винилхлорида в водной среде:
· В производстве левомицетина гипохлорирование стирола проводят непрерывным методом — это один из немногочисленных примеров применения непрерывного метода в синтезе органического соединения в химико-фармацевтической промышленности:
· В синтезе левомицетина другим методом вместо гипохлорирования стирол метоксихлорируют хлором в среде метанола:
· В производстве витамина D3 холестерин-бензоат бромируют N-бромсукцинимидом при освещении кварцевой лампой и нагревании:
Вместо N-бромсукцинимида можно использовать гидантоин (глиголилмочевину) и 5,5- диметилгидантоин в виде дибромзамещенных.
· При получении хлортрианизена 1,1,2-три-п-анизил-этилен хлорируют раствором хлора в четыреххлористом углероде. При этом образуется галогенид бензильного типа, и реакция идет достаточно легко:
