Síntesis de éter de Williamson - Williamson ether synthesis

Síntesis de éter por reacción de salicilaldehído con ácido cloroacético e hidróxido de sodio

La síntesis de éter de Williamson es una reacción orgánica , que forma un éter a partir de un organohaluro y un alcohol desprotonado ( alcóxido ). Esta reacción fue desarrollada por Alexander Williamson en 1850. Por lo general, implica la reacción de un ion alcóxido con un haluro de alquilo primario mediante una reacción S _N 2 . Esta reacción es importante en la historia de la química orgánica porque ayudó a probar la estructura de los éteres .

El mecanismo de reacción general es el siguiente:

Un ejemplo es la reacción de etóxido de sodio con cloroetano para formar éter dietílico y cloruro de sodio:

[Na] ⁺ [C ₂ H ₅ O] ^- + C ₂ H ₅ Cl → C ₂ H ₅ OC ₂ H ₅ + [Na] ⁺ [Cl] ^-

Mecanismo

La reacción del éter de Williamson sigue un mecanismo de sustitución nucleofílica bimolecular S _N 2. En un mecanismo de reacción S _N 2 hay un ataque por la parte trasera de un electrófilo por parte de un nucleófilo y ocurre en un mecanismo concertado (ocurre todo a la vez). Para que tenga lugar la reacción S _N 2 debe haber un buen grupo saliente que sea fuertemente electronegativo, comúnmente un haluro.

En la reacción del éter de Williamson hay un ion alcóxido (RO ^- ) que actúa como nucleófilo, atacando el carbono electrófilo con el grupo saliente, que en la mayoría de los casos es un tosilato de alquilo o un haluro de alquilo. El sitio de salida debe ser un carbono primario, porque los sitios de salida secundarios y terciarios generalmente prefieren proceder como una reacción de eliminación . Además, esta reacción no favorece la formación de éteres voluminosos como el éter di-tercbutilo, debido al impedimento estérico y la formación predominante de alquenos.

Un ejemplo de síntesis de éter de Williamson para producir éter dipropílico. X ^{: el} producto no se muestra.

Alcance

La reacción de Williamson es de amplio alcance, se usa ampliamente tanto en síntesis de laboratorio como industrial, y sigue siendo el método más simple y popular para preparar éteres. Tanto los éteres simétricos como asimétricos se preparan fácilmente. La reacción intramolecular de las halohidrinas en particular da epóxidos .

En el caso de los éteres asimétricos, existen dos posibilidades para la elección de los reactivos, y normalmente es preferible una en función de la disponibilidad o la reactividad. La reacción de Williamson también se usa con frecuencia para preparar un éter indirectamente a partir de dos alcoholes. Uno de los alcoholes se convierte primero en un grupo saliente (generalmente tosilato ), luego los dos reaccionan juntos.

El alcóxido (o arilóxido ) puede ser primario, secundario o terciario. El agente alquilante, por otro lado, es lo más preferiblemente primario. Los agentes alquilantes secundarios también reaccionan, pero los terciarios suelen ser demasiado propensos a reacciones secundarias para ser de uso práctico. El grupo saliente es más a menudo un éster de haluro o sulfonato sintetizado para el propósito de la reacción. Dado que las condiciones de la reacción son bastante forzadas, los grupos protectores se utilizan a menudo para pacificar otras partes de las moléculas que reaccionan (por ejemplo, otros alcoholes , aminas , etc.)

La síntesis de éter de Williamson es una reacción común en el campo de la química orgánica en la síntesis industrial y en los laboratorios de enseñanza de pregrado. Los rendimientos de estas síntesis de éter son tradicionalmente bajos cuando se acortan los tiempos de reacción, lo que puede ser el caso de los períodos de clases de laboratorio de pregrado. Sin permitir que las reacciones se refluyan durante el período de tiempo correcto (entre 1 y 8 horas entre 50 y 100 ° C), es posible que la reacción no se complete y genere un rendimiento general deficiente del producto. Para ayudar a mitigar este problema, ahora se está utilizando tecnología mejorada por microondas para acelerar los tiempos de reacción de reacciones como la síntesis de éter de Williamson. Esta tecnología ha transformado los tiempos de reacción que requerían reflujo de al menos 1,5 horas en un rápido funcionamiento de microondas de 10 minutos a 130 ° C y esto ha aumentado el rendimiento de éter sintetizado de un rango de 6-29% a 20-55% (datos fue compilado de varias secciones de laboratorio diferentes incorporando la tecnología en sus síntesis).

También ha habido avances significativos en la síntesis de éteres cuando se usan temperaturas de 300 ° C y más y se usan agentes alquilantes más débiles para facilitar una síntesis más eficiente. Esta metodología ayuda a agilizar el proceso de síntesis y hace que la síntesis a escala industrial sea más factible. La temperatura mucho más alta hace que el agente alquilante débil sea más reactivo y menos probable que produzca sales como subproducto. Este método ha demostrado ser muy selectivo y especialmente útil en la producción de éteres aromáticos como el anisol, que tiene cada vez más aplicaciones industriales.

Condiciones

Dado que los iones alcóxido son altamente reactivos, generalmente se preparan inmediatamente antes de la reacción o se generan in situ . En química de laboratorio, la generación in situ se logra con mayor frecuencia mediante el uso de una base de carbonato o hidróxido de potasio , mientras que en las síntesis industriales la catálisis por transferencia de fase es muy común. Se puede utilizar una amplia gama de disolventes, pero los disolventes próticos y los disolventes apolares tienden a ralentizar fuertemente la velocidad de reacción, como resultado de reducir la disponibilidad del nucleófilo libre. Por esta razón, el acetonitrilo y la N , N -dimetilformamida se usan de manera particularmente común.

Una reacción típica de Williamson se lleva a cabo de 50 a 100 ° C y se completa en 1 a 8 h. A menudo, la desaparición completa del material de partida es difícil de lograr y las reacciones secundarias son comunes. Por lo general, se obtienen rendimientos del 50 al 95% en síntesis de laboratorio, mientras que se puede lograr una conversión casi cuantitativa en procedimientos industriales.

La catálisis no suele ser necesaria en las síntesis de laboratorio. Sin embargo, si se utiliza un agente alquilante no reactivo (p. Ej., Un cloruro de alquilo), la velocidad de reacción puede mejorarse en gran medida mediante la adición de una cantidad catalítica de una sal de yoduro soluble (que experimenta un intercambio de haluro con el cloruro para producir una cantidad mucho más reactiva). yoduro, una variante de la reacción de Finkelstein ). En casos extremos, se pueden agregar compuestos de plata como el óxido de plata :

El ión de plata se coordina con el grupo saliente de haluro para facilitar su partida. Finalmente, a veces se utilizan catalizadores de transferencia de fase (por ejemplo, bromuro de tetrabutilamonio o 18-corona-6 ) para aumentar la solubilidad del alcóxido ofreciendo un contraión más suave . Un ejemplo más de reacción de eterificación en el sistema trifásico en condiciones catalíticas de transferencia de fase es la reacción de cloruro de bencilo y alcohol furfurílico.

Reacciones secundarias

La reacción de Williamson a menudo compite con la eliminación catalizada por una base del agente alquilante, y la naturaleza del grupo saliente así como las condiciones de reacción (particularmente la temperatura y el disolvente) pueden tener un fuerte efecto sobre el que se favorece. En particular, algunas estructuras del agente alquilante pueden ser particularmente propensas a la eliminación.

Cuando el nucleófilo es un ion arilóxido, la reacción de Williamson también puede competir con la alquilación en el anillo, ya que el arilóxido es un nucleófilo ambidente .

Ver también

• Condensación de Ullmann para la formación de bis-aril éteres
• Sulfato de dimetilo y sulfato de dietilo , organosulfatos relativamente económicos utilizados en métodos alternativos de síntesis de éter

Referencias