Реакция Финкельштейна

Проведение реакции Финкельштейна в ацетоне

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

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

${\displaystyle {\mathsf {RHal+I^{-}\rightarrow RI+Hal^{-}}}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH_{2}Br+NaI\rightarrow CH_{3}CH_{2}I+NaBr\downarrow }}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {RHal+Hal^{*-}\rightleftarrows RHal^{*}+Hal^{-}}}}$

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 иод). 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 иод, используются не только галогены, но и сульфонаты (обычно мезилаты или тозилаты), что позволяет с высокими выходами превращать спирты в алкилиодиды[4]:

${\displaystyle {\mathsf {ROH+MeSO_{2}Cl+Et_{3}N\rightarrow ROSO_{2}Me+Et_{3}N\cdot HCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {ROSO_{2}Me+NaI\rightarrow RI+MeSO_{3}Na}}}$

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

Другой модификацией реакции Финкельштейна является её 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. Solvolytic Displacement Reactions at Saturated Carbon Atoms (англ.) // Chem. Rev.^[англ.] : journal. — 1956. — Vol. 56, no. 4. — P. 571. — doi:10.1021/cr50010a001.
3. Bordwell, F. G.; Brannen, W. T. The Effect of the Carbonyl and Related Groups on the Reactivity of Halides in S_N2 Reactions (англ.) // J. Am. Chem. Soc.^[англ.] : journal. — 1964. — Vol. 86, no. 21. — P. 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).  (неопр.) Дата обращения: 14 марта 2012. Архивировано 9 октября 2007 года.
5. Maloney, D. J.; Hecht, S. M. A Stereocontrolled Synthesis of δ-trans-Tocotrienoloic Acid (англ.) // Org. Lett.^[англ.] : journal. — 2005. — Vol. 7, no. 19. — P. 4297—4300. — doi:10.1021/ol051849t. — PMID 16146411.
6. Демлов Э., Демлов З. Межфазный катализ. — М.: Мир, 1987. — С. 109—115