Реакция Финкельштейна

Реакция Финкельштейна — метод синтеза алкилйодидов либо алкилфторидов взаимодействием алкилхлоридов либо алкилбромидов с йодидами или фторидами щелочных металлов, предложен Гансом Финкельштейном в 1910 г. как метод синтеза алкилйодидов^[1].

Реакция Финкельштейна протекает по механизму S_N2 (бимолекулярного нуклеофильного замещения) и является равновесной:

RHal + I^-$\rightleftharpoons$ RI + Hal^-,

В классическом вариант реакции Финкельштейна для повышения выходов алкилйодидов проводится в растворителях, в которых йодиды натрия или калия хорошо растворимы, а образующиеся в ходе реакции хлориды или бромиды щелочных металлов малорастворимы например, взаимодействием алкилгалогенидов с йодидом натрия в безводном ацетоне:

CH₃CH₂Br + NaI $\to$ CH₃CH₂I + NaBr↓

В силу равновесности реакции Финкельштейна возможен и изотопный обмен галогенов между галогенидом металла и алкилгалогенидом:

RHal + Hal^*-$\rightleftharpoons$ RHal^* + Hal^-

Реакционная способность алкилгалогенидов в реакции Финкельштейна зависит как от природы галогена, так и строения алкилгалогенида: равновесие сдвинуто в сторону замещения менее нуклеофильного галогена (хлор) на более нуклеофильный (бром и йод). Зависимость реакционной способности алкилгалогенидов типична для реакция S_N2 и уменьшается в ряду первичные - вторичные - третичные алкилгалогениды, соединения аллил- и бензилгалогениды, а также α-галогенкарбонильные соединения:

Относительные скорости реакции Финкельштейна (NaI в ацетоне при 60° C)^[2][3]

Me-Cl	Bu-Cl	i-Pr-Cl	t-BuCH2-Cl	CH2=CH-CH2-Cl	PhCH2-Cl	EtOC(O)CH2-Cl	MeC(O)CH2-Cl
179	1	0.0146	0.00003	64	179	1600	33000

В современных модификациях реакции Финкельштейна в качестве уходящей группы, обмениваемой на йод, используются не только галогены, но и сульфонаты (обычно мезилаты или тозилаты), что позволяет с высокими выходами превращать спирты в алкилйодиды^[4]:

ROH + MeSO₂Cl + NEt₃ $\to$ ROSO₂Me + Et₃N•HCl

ROSO₂Me + NaI $\to$ RI + MeSO₃Na

Такое превращение протекает в мягких условиях, что используется для региоселективного замещения спиртового гидроксила на йод с сохранением конфигураций хиральных центров молекулы^[5]:

Другой модификацией реакции Финкельштейна является ее проведение в условиях межфазного катализа. Основным отличием такой модификации от классического метода является возможность синтеза алкилфторидов за счет солюбилизизации фторид-иона в неполярных растворителях, при этом возможно проведение реакции как в системе «органическая фаза / водный раствор фторида», так и в системе «органическая фаза / твердый фторид», в качестве катализаторов межфазного переноса в первом случае обычно применяются ониевые соли, во втором - краун-эфиры, выходы фторидов из первичных алкилбромидов и бензилбромидов составляют 70-90%. Поскольку слабосольватированный в таких условиях фторид-анион выступает в роли не только нуклеофила, но и основания, в случае неактивированных алкилгалогенидов реакция замещения галогена на фтор конкурирует с реакцией элиминирования, которая в некоторых случаях становится преобладающей (циклогексилхлорид)^[6].

Примечания

1. ↑ Finkelstein, Ber. Dtsch. Chem. Ges., 1910, 43, 1528.
2. ↑ Streitwieser, A. (1956). «Solvolytic Displacement Reactions at Saturated Carbon Atoms». Chem. Rev. 56 (4): 571. DOI:10.1021/cr50010a001.
3. ↑ Bordwell, F. G.; Brannen, W. T. (1964). «The Effect of the Carbonyl and Related Groups on the Reactivity of Halides in S_N2 Reactions». J. Am. Chem. Soc. 86 (21): 4645. DOI:10.1021/ja01075a025.
4. ↑ William F. Bailey, Matthew R. Luderer, Michael J. Mealy, and Eric R. Punzalan. Generation and cyclization of 5-Hexenyllithium: 2-Cyclopentylacetophenone (Ethanone, 2-cyclopentyl-1-phenyl-). Organic Syntheses, Vol. 81, p.121 (2005).
5. ↑ (2005) «A Stereocontrolled Synthesis of δ-trans-Tocotrienoloic Acid». Org. Lett. 7 (19): 4297–300. DOI:10.1021/ol051849t. PMID 16146411.
6. ↑ Э. Демлов, З. Демлов. Межфазный катализ. М.: Мир, 1987, стр. 109-115