Реакция Вюрца была открыта в 1855 году французским химиком Шарлем Адольфом Вюрцем. Это одна из ключевых реакций в органическом синтезе, позволяющая получать предельные углеводороды - алканы. Давайте разберемся, в чем заключается эта реакция, рассмотрим конкретные примеры и запишем общую формулу.
История открытия реакции Вюрца
Шарль Адольф Вюрц родился в 1817 году в Страсбурге. Он получил химическое образование в Париже и работал профессором химии в университетах Страсбурга и Парижа.
В 1855 году Вюрц проводил опыты по получению этилнатрия из хлористого этила и металлического натрия. Однако вместо ожидаемого продукта он получил бутан. Это произошло в результате димеризации (объединения двух одинаковых молекул в одну) радикалов этила. Так было открыто явление, названное в честь Вюрца реакцией Вюрца.
Реакция Вюрца позволила химикам-органикам синтезировать ранее недоступные соединения, что дало толчок развитию органического синтеза.
Первые работы по исследованию механизма реакции были выполнены в 1870-1880-х годах А. Михаэлисом и В. Мейером. Они выдвинули ионный механизм протекания реакции.
Механизм реакции Вюрца
Реакция Вюрца протекает в две стадии:
- Образование металлоорганического соединения:
- Взаимодействие металлоорганического соединения с алкилгалогенидом с образованием конечного продукта:
Природа радикала R и условия реакции влияют на то, будет ли вторая стадия протекать по ионному или радикальному механизму. Например, при низких температурах (-80°C) реакция идет по радикальному механизму.
На селективность реакции Вюрца влияют:
- природа растворителя (в диэтиловом эфире выше, чем в углеводородах)
- температура
- тип алкилгалогенида (лучше использовать первичные алкилиодиды)
Контролируя эти факторы, можно повысить выход целевого продукта.
Применение реакции Вюрца
С помощью реакции Вюрца можно получать:
- Предельные углеводороды с четным и нечетным числом атомов углерода
- Симметричные и несимметричные алканы
- Циклические соединения (при внутримолекулярной реакции Вюрца)
Рассмотрим конкретные примеры реакции Вюрца.
Межмолекулярная Вюрца реакция
При взаимодействии хлорэтана с натрием образуется бутан:
Это пример межмолекулярной реакции Вюрца, в которой происходит удвоение числа атомов углерода в молекуле.
Как правило, такой способ позволяет получать симметричные алканы.
Реакция Вюрца (примеры)
Внутримолекулярная
При нагревании 1,3-дибромпропана в присутствии цинка образуется циклопропан:
Это пример внутримолекулярной реакции Вюрца, приводящей к замыканию углеродного скелета в цикл. Таким способом можно синтезировать различные циклические соединения.
Реакция Вюрца, формула
Общую формулу реакции Вюрца можно представить так:
R−Br+Br−R→−2NaBr+2NaR−R
Где R - алкильный или арильный радикал, М - металл (чаще всего Na).
Такая запись отражает основную суть реакции: взаимодействие галогенпроизводного углеводорода с металлом и образование новой углерод-углеродной связи.
Модификации реакции Вюрца
Со временем химики разработали модификации реакции Вюрца, чтобы расширить ее возможности и повысить селективность.
Для преодоления множества побочных процессов было предложено использовать более селективные и современные методы. Основные разработки ведутся по применению не-натриевых металлов. Для проведения реакции Вюрца используют серебро, цинк, железо[и пирофорный свинец. Последний реагент позволяет проводить реакцию в присутствии карбоксильной группы.
Использование альтернативных металлов
Вместо натрия в реакции Вюрца можно использовать другие металлы:
- Серебро
- Цинк
- Железо
- Медь
- Индий
Например, пирофорный свинец позволяет проводить реакцию в присутствии карбоксильных групп, чего нельзя достичь с натрием.
Реакция Вюрца-Фиттига
Это вариант реакции Вюрца, в которой конденсируют алкил- и арилгалогениды с образованием алкилароматических соединений:
Реакция Ульмана
Реакция Ульмана позволяет получать несимметричные биарильные производные. В ней используют арилиодиды и медь:
Использование металлоорганических соединений
Вместо взаимодействия галогенида с металлом можно использовать уже готовые металлоорганические соединения, например алкиллитии. Это позволяет получать несимметричные алканы:
Повышение селективности
Для снижения побочных реакций предложено использовать:
- Низкие температуры (0...-80°C)
- Диэтиловый эфир в качестве растворителя
- Первичные алкилиодиды
Эти методы помогают повысить выход целевого продукта.
Значение реакции Вюрца
Несмотря на ограничения, реакция Вюрца до сих пор широко применяется как в лаборатории, так и в промышленности. Это связано с ее универсальностью и относительной простотой осуществления.
В лаборатории реакция Вюрца используется для синтеза разнообразных органических веществ в учебных и научных целях.
В промышленности с помощью реакции Вюрца получают парафины, высшие предельные и непредельные углеводороды, используемые затем для производства топлив, пластмасс, каучуков.
Разработка новых катализаторов и условий проведения реакции открывает перспективы ее применения для селективного синтеза сложных органических молекул в будущем.
