Реакция Фаворского

Шаблон:Не путать 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 реакции

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

${𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖮\mathsf{+}𝖱𝖢\mathsf{\equiv }{𝖢}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }{𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}𝖢\mathsf{\equiv }𝖢𝖱,𝖱\mathsf{=}𝖧,𝖠𝗅𝗄,𝖠𝗋,𝖮𝖤𝗍$

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:

${𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖮\mathsf{+}𝖧𝖢\mathsf{\equiv }{𝖢}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }{𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}𝖢\mathsf{\equiv }𝖢𝖧$

${𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}𝖢\mathsf{\equiv }𝖢𝖧\mathsf{+}{𝖡}^{\mathsf{-}}\mathsf{\to }{𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}𝖢\mathsf{\equiv }{𝖢}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}𝖡𝖧$

${𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}\mathsf{\equiv }{𝖢}^{\mathsf{-}}\mathsf{+}{𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖮\mathsf{\to }{𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}𝖢\mathsf{\equiv }𝖢\mathsf{(}{𝖮}^{\mathsf{-}}\mathsf{)}{𝖱}^{\mathrm{𝟣}}{𝖱}^{\mathrm{𝟤}}$

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 применение

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

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:

$𝖱𝖷\mathsf{+}𝖧𝖢\mathsf{\equiv }𝖢\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧\mathsf{\to }𝖱𝖢\mathsf{\equiv }𝖢\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧\mathsf{+}𝖧𝖷$

$𝖱𝖢\mathsf{\equiv }𝖢\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧\mathsf{\to }𝖱𝖢\mathsf{\equiv }𝖢𝖧\mathsf{+}\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖮$

Промышленное применение

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:

$\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝖮\mathsf{+}𝖧𝖢\mathsf{\equiv }𝖢𝖧\mathsf{\to }𝖧𝖢\mathsf{\equiv }𝖢\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧$

$𝖧𝖢\mathsf{\equiv }𝖢\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧\underset{}{\overset{[H]}{\to }}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖢𝖧\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧$

${𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢\text{=}𝖢𝖧\text{-}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖮𝖧\mathsf{\to }𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}\text{=}𝖢\mathsf{(}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{)}𝖢𝖧\text{=}𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

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.