Галоформная реакция

Галоформная реакция — химическая реакция в которой путём исчерпывающего галогенирования метилкетонов (молекулы содержащие R-CO-CH₃ группу) в присутствии основания образуется галоформ (CHX₃, где X — галоген).^[1] R может быть водородом, алкилом или арилом. По этой реакции можно получать CHCl₃, CHBr₃, CHI₃.

Схема галоформной реакции

Субстратами, вступающими в галоформную реакцию, являются метилкетоны и вторичные спирты, окисляющиеся до метилкетонов, такие как изопропанол. В качестве галогена могут быть использованы хлор, бром и иод. Фтороформ не может быть получен из метилкетона по галоформной реакции ввиду нестабильности гипофторита, но соединения типа RCOCF₃ расщепляются основаниями с образованием фтороформа.

Механизм

В первой стадии галоген диспропорционирует в присутствии гидроксид-ионов с образованием галогенид-ионов и гипогалогенит-ионов (в примере указан бром, но все структуры в случае хлора или иода аналогичны):

${\displaystyle {\mbox{Br}}_{2}+2{\mbox{OH}}^{{}-{}}~\rightarrow ~{\mbox{Br}}^{{}-{}}+{\mbox{BrO}}^{{}-{}}+{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}}$

Если присутствует вторичный спирт, то он окисляется гипогалогенит-ионами до кетона:

Если присутствует метилкетон, то он реагирует с гипогалогенит-ионами в три стадии:

(1) В основной среде кетон претерпевает кето-енольную таутомерию. Гипогалогенит (содержащий галоген в степени окисления +1) электрофильно атакует енол.

(2) Когда α-положение полностью галогенировано, происходит нуклеофильное замещение гидроксид-ионом с отщеплением группы тригалогенметил-иона ⁻CX₃, которая стабилизируется тремя электроно-акцепторными группами. На последней стадии анион ⁻CX₃ отщепляет протон от образующейся карбоновой кислоты или от растворителя, и образует галоформ.

анимация

Применение

Эта реакция традиционно используется для определения присутствия метилкетонов или вторичных спиртов, окисляющихся до метилкетонов, по иодоформной пробе. В настоящее время спектроскопические методы анализа, такие как ЯМР и инфракрасная спектроскопия предпочтительнее, потому для них требуются небольшие образцы и они могут быть неразрушающими (для ЯМР), а также простыми и быстрыми.

Ранее эта реакция использовалась для промышленного получение иодоформа, бромоформа, а иногда и хлороформа.

В органической химии она используется для превращения терминальных метилкетонов в соответствующие карбоновые кислоты.

Иодоформная проба

Отрицательная и положительная иодоформные пробы

Когда в качестве реагентов используются иод и гидроксид натрия, при положительной реакции образуется иодоформ. Иодоформ (CHI₃) — светло-желтое вещество, твердое при комнатной температуре, в отличие от хлороформа и бромоформа. Он нерастворим в воде и обладает антисептическими свойствами. Видимый осадок этого соединения будет образовываться только в присутствии метилкетонов, уксусного альдегида, этанола или подходящего вторичного спирта.

История

Галоформная реакция является одной из старейших известных органических реакций.^[2] В 1822 Серулла провел реакцию иода и этанола в присутствии гидроксида натрия в воде и получил иодоформ, названный тогда гидроиодид углерода. В 1831 Юстус фон Либих сообщил что реакция хлораля с гидроксидом кальция приводит к образованию хлороформа и формиата кальция. В 1870 году эта реакция была переоткрыта Адольфом Либеном.^[3]

Примечания

1. Chakrabartty, in Trahanovsky, Oxidation in Organic Chemistry, pp 343—370, Academic Press, New York, 1978
2. László Kürti and Barbara Czakó. Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis (англ.). — Amsterdam: Elsevier, 2005. — ISBN 0-12-429785-4.
3. Reynold C. Fuson and Benton A. Bull. The Haloform Reaction (англ.) // Chemical Reviews^[англ.] : journal. — 1934. — Vol. 15, no. 3. — P. 275—309. — doi:10.1021/cr60052a001.