Реакция Фаворского

Не следует путать с Перегруппировка Фаворского.

Реакция Фаворского — метод синтеза 1-замещенных пропаргиловых спиртов присоединением терминальных алкинов к карбонильной группе. Открыта А. Фаворским в 1905 году при изучении взаимодействия фенилацетилена с кетонами в присутствии гидроксида калия.

Реакция Фаворского используется как метод синтеза ацетиленовых спиртов и α,β-ненасыщенных альдегидов и кетонов (через перегруппировку Мейера-Шустера):

Механизм реакцииПравить

Реакция идет по механизму нуклеофильного присоединения к карбонильной группе образующегося in situ при депротонировании терминального алкина ацетиленид-аниона:

${\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{\text{=}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{R}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->{\mathsf{C}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{R}\mathsf{,}\mathsf{R}\mathsf{=}\mathsf{H}\mathsf{,}\mathsf{A}\mathsf{l}\mathsf{k}\mathsf{,}\mathsf{A}\mathsf{r}\mathsf{,}\mathsf{O}\mathsf{E}\mathsf{t}$${\mathsf {R^{1}R^{2}C{\text{=}}O+RC\equiv C^{-}\rightarrow R^{1}R^{2}C(O^{-})C\equiv CR,\ \ R=H,Alk,Ar,OEt}}$ 

Реакцию обычно проводят с суспензиями гидроксида калия или амида натрия в апротонном растворителе (эфир, бензол, диметилформамид и т. п.) при температурах от −70 до +40 °C, при использовании легкокипящих соединений или ацетилена — под давлением 0,4—0,9 МПа. В некоторых модификациях вместо ацетилена используется карбид (ацетиленид) кальция в присутствии гидроксида калия.

Выходы составляют 40—60 %.

В реакцию вступают кетоны и некоторые альдегиды, в качестве алкинового компонента используются как замещенные терминальные алкины (в том числе и гетерозамещенные — например, этоксиацетилен), так и ацетилен. В последнем случае вследствие депротонирования образующихся 1,1-замещенных пропаргиловых спиртов и их взаимодействия с карбонильным соединением могут образовываться и бис-аддукты — ацетиленовые 1,4-диолы:

${\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{\text{=}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->{\mathsf{C}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{H}$${\mathsf {R^{1}R^{2}C{\text{=}}O+HC\equiv C^{-}\rightarrow R^{1}R^{2}C(O^{-})C\equiv CH}}$ 

${\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{+}{\mathsf{B}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->{\mathsf{C}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{+}\mathsf{B}\mathsf{H}$${\mathsf {R^{1}R^{2}C(O^{-})C\equiv CH+B^{-}\rightarrow R^{1}R^{2}C(O^{-})C\equiv C^{-}+BH}}$ 

${\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}\equiv <!--\; \equiv \; -->{\mathsf{C}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{+}{\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{\text{=}}\mathsf{O}\to <!--\; \to \; -->{\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{(}{\mathsf{O}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}\mathsf{)}{\mathsf{R}}^{\mathsf{1}}{\mathsf{R}}^{\mathsf{2}}$${\mathsf {R^{1}R^{2}C(O^{-})\equiv C^{-}+R^{1}R^{2}C{\text{=}}O\rightarrow R^{1}R^{2}C(O^{-})C\equiv C(O^{-})R^{1}R^{2}}}$ 

В случае алифатических альдегидов протекание реакции осложняется альдольной конденсацией под действием оснований, однако использование в качестве сорастворителя гидроксида калия гексаметилфосфотриамида позволяет синтезировать 1-монозамещенные пропаргиловые спирты с выходами до 70 %.

Другой модификацией реакции Фаворского, позволяющей провести энантиоселективное присоединение алкинов к альдегидам, является использование в качестве катализатора трифлата цинка в присутствии (+)-N-метилэфедрина и триметиламина во влажном толуоле, выходы в этом случае достигают 96 % при энантиоселективности 89—99 %.

Реакция Фаворского обратима, в основных условиях замещенные пропаргиловые спирты могут расщепляться на терминальный алкин и карбонильное соединение (ретрореакция Фаворского).

Синтетическое применениеПравить

Третичные и вторичные ацетиленовые спирты, получающиеся в реакции Фаворского, в условиях кислотного катализа перегруппировываются в α,β-ненасыщенные кетоны и альдегиды (перегруппировка Мейера-Шустера):

 

Ретрореакция Фаворского используется в синтезе алкинов, в частности, при введении ацетиленовой группы в реакции Соногаширы, когда в качестве алкинового компонента используется коммерчески доступный 1,1-диметилпропаргиловый спирт, после чего от образовавшегося 3-замещённого диметилпропаргилового спирта отщепляется ацетон с образованием целевого алкина:

$\mathsf{R}\mathsf{X}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{R}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{X}$${\mathsf {RX+HC\equiv C{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH\rightarrow RC\equiv C{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH+HX}}$ 

$\mathsf{R}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{R}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{\text{=}}\mathsf{O}$${\mathsf {RC\equiv C{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH\rightarrow RC\equiv CH+(CH_{3})_{2}C{\text{=}}O}}$ 

Промышленное применениеПравить

Реакция Фаворского лежит в основе одного из используемых в промышленности метода синтеза изопрена — сырья для получения синтетических каучуков. Сам метод синтеза изопрена из ацетилена и ацетона был предложен ещё самим Фаворским. В этом методе ацетилен конденсируется с ацетоном с образованием 1,1-диметилпропаргилового спирта с его последующим гидрированием до диметилвинилкарбинола, который далее дегидратируется в изопрен:

$\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{H}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{H}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}$${\mathsf {(CH_{3})_{2}CO+HC\equiv CH\rightarrow HC\equiv C{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH}}$ 

$\mathsf{H}\mathsf{C}\equiv <!--\; \equiv \; -->\mathsf{C}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}\underset{}{\overset{\mathsf{[}\mathsf{H}\mathsf{]}}{\to }}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{\text{=}}\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}$${\mathsf {HC\equiv C{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH{\xrightarrow[{}]{[H]}}H_{2}C{\text{=}}CH{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH}}$ 

${\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}\mathsf{\text{=}}\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{\text{-}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{H}\to <!--\; \to \; -->\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\text{=}}\mathsf{C}\mathsf{(}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{)}\mathsf{C}\mathsf{H}\mathsf{\text{=}}\mathsf{C}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {H_{2}C{\text{=}}CH{\text{-}}C(CH_{3})_{2}OH\rightarrow CH_{2}{\text{=}}C(CH_{3})CH{\text{=}}CH_{2}}}$ 

В промышленности используется процесс Snamprogetti/Enichem, в котором конденсация ацетона и ацетилена проводится в жидком аммиаке при 10—40 °C под давлением 20—25 атм с едким кали в качестве катализатора.