Химические свойства спиртов

Со щелочными и щелочноземельными металлами, алюминием, галлием, таллием и некоторыми другими металлами, а также с сильными основаниями (например: амидами или гидридами) спирты способны реагировать с образованием алкоголятов[1]:

${\displaystyle {\mathsf {2C_{2}H_{5}OH+2Na}}\rightarrow {\mathsf {2C_{2}H_{5}ONa+H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {6(CH_{3})_{3}COH+2Al}}\rightarrow {\mathsf {2[(CH_{3})_{3}CO]_{3}Al+3H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}OH+KH}}\rightarrow {\mathsf {CH_{3}OK+H_{2}}}}$

С сильными кислотами Льюиса спирты ведут себя подобно основаниям, образуя донорно-акцепторные комплексы[2]:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}OH+AlCl_{3}}}\rightarrow {\mathsf {[CH_{3}OH]^{+}AlCl_{3}^{-}}}}$

Подробнее о природе кислотно-основных свойств спиртов: Диссоциация и кислотно-основные свойства спиртов.

Одной из наиболее важных реакций с участием связи C−O является превращение спиртов в галогеноалканы. Гидроксильная группа в спиртах может быть замещена на атом галогена несколькими способами[2]:

• взаимодействием с галогенводородами (HCl, HBr, HI);
• реакцией с тионилхлоридом;
• действием галогенидов фосфора (III) и (V);
• реакцией с квазифосфониевыми солями;
• превращением в алкилсульфонат с последующей реакцией замещения.

Взаимодействие спиртов с галогенводородными кислотами приводит к замещению гидроксильной группы на галоген:

В зависимости от строения субстрата возможны побочные процессы изомеризации и дегидратации. Из-за относительно жестких условий проведения данные реакции применимы только к соединениям, устойчивым к кислотам.

Бромоводородную и иодоводородную кислоты часто получают непосредственно в ходе реакции из соответствующих солей (KBr, KI и т. д.) действием серной или фосфорной кислот[3][4].

Незамещенные первичные спирты превращаются в алкилбромиды с помощью горячей концентрированной бромоводородной кислоты[4]:

Попытки получить алкилиодид с помощью HI иногда могут приводить к восстановлению первоначального продукта до алкана. Помимо этого, свободный иодоводород способен реагировать с серной кислотой, приводя к образованию сернистой кислоты и иода[3]. Если субстрат содержит двойные связи, последние также могут быть восстановлены[5].

Вышеуказанные реакции можно использовать для получения первичных, вторичных и третичных галогеноалканов, хотя в случае изобутилового и неопентилового спиртов велики выходы продуктов перегруппировки[4][6].

Реакции третичных спиртов с HCl протекают достаточно легко. При этом образуются соответствующие третичные алкилхлориды (совместно с продуктами побочных реакций). Первичные и вторичные спирты реагируют гораздо медленнее и требуют применения катализатора. Обычно используется так называемый реагент Лукаса, представляющий собой смесь HCl и ZnCl₂[4][7].

Хорошие выходы первичных алкилхлоридов были также получены при использовании HCl в HMPA (гексаметилфосфотриамид, биполярный апротонный растворитель)[8].

Прямое взаимодействие спиртов с фтороводородом возможно только при использовании третичных, аллиловых и бензиловых спиртов. Так, например, реакция трет-бутилового спирта c 60 % водным раствором HF при нагревании приводит к образованию трет-бутилфторида[9]:

${\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{3}COH+HF}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {(CH_{3})_{3}CF+H_{2}O}}\ }$

Вместо чистой HF для фторирования обычно используют 70 % раствор фтороводорода в пиридине, так называемый реактив Олаха.

Первичные и вторичные спирты реагируют с галогенводородами по механизму S_N2 (общая схема):

Для третичных спиртов характерен механизм S_N1:

В ходе такого замещения образуется промежуточный карбокатион, поэтому S_N1 реакции могут сопровождаться перегруппировками и элиминированием. Таким образом, практический интерес представляют только те третичные спирты, которые дают карбокатион, не способный к перегруппировкам.

Распространённым способом превращения спиртов в алкилгалогениды является их взаимодействие с галогенидами фосфора: РВr₃, РСl₅, РОСl₃ или РI₃ (образуется непосредственно в ходе реакции). Реакция протекает по нуклеофильному механизму с образованием галогенфосфита в качестве интермедиата[10]^{:[стр. 142—143]}:

Для повышения выхода конечного продукта и уменьшения доли побочных реакций замещение ведут в присутствии пиридина.

В соответствии с особенностями механизма реакции (S_N2), замещение гидроксильной группы на галоген происходит с обращением конфигурации у асимметрического атома углерода. При этом следует учитывать, что замещение часто осложняется изомеризацией и перегруппировками, поэтому подобная реакция, обычно, применяется для относительно спиртов простого строения[10]^{:[стр. 142]}.

В зависимости от условий взаимодействие спиртов с SOCl₂ протекает либо по механизму S_Ni, либо по механизму S_N2. В обоих случаях спирт превращается в соответствующий алкилхлорид.

Если реакция проходит в отсутствие пиридина, продукт имеет такую же конфигурацию реакционного центра, что и исходный спирт (механизм S_Ni):

Добавление пиридина в реакционную смесь приводит к изменению стереохимического результата процесса. Полученный алкилхлорид имеет обращенную конфигурацию. Этот факт можно объяснить следующим механизмом S_N2[4]:

Спирты способны реагировать с хлорангидридами сульфокислот в присутствии основания с образованием соответствующих сложных эфиров. Первичные спирты реагируют быстрее вторичных и значительно быстрее третичных[4]. Возможно селективное образование первичного сложного эфира сульфокислоты в присутствии вторичных и третичных спиртовых групп. Наибольшее практическое значение имеет получение алкилтозилатов (R−O−SO₂C₆H₄CH₃), алкилмезилатов (R−O−SO₂CH₃) и алкилтрифлатов (R−O−SO₂CF₃). В роли основания чаще всего используется пиридин, который одновременно выступает и как нуклеофильный катализатор[4].

Сульфонаты являются прекрасными уходящими группами и легко замещаются на атом галогена по механизму S_N2:

Источником галогенид-иона обычно является соответствующая неорганическая соль (NaBr, LiCl, CsF, KF и т. д.) В качестве растворителя используются диполярные апротонные растворители: ДМСО, ДМФА, ацетонитрил. Замещение происходит, как правило, с обращением конфигурации[11]^{:[стр. 9]}.

Метод замещения гидроксила на высокореакционноспособную группу — мощный препаративный метод в органической химии, позволяющий получать из спиртов в две стадии, помимо галогенидов, самые различные соединения: простые эфиры, сложные эфиры карбоновых кислот, амиды и пр[10]^{:[стр. 151—152]}.

Спирты могут быть превращены в алкилгалогениды реакцией с квазифосфониевыми солями — [R₃PHal]⁺X⁻. Последние образуются при взаимодействии органофосфионов (R₃P) с галогенами, тетрагалогенметанами (CCl₄, CBr₄) или N-галогенсукцинимидами (например, NBS). Данный метод применим к первичным и вторичным спиртам; в случае третичных спиртов возможно образование продуктов перегруппировки[2]. R₃PBr₂ и R₃PI₂ (получаются из R₃P и Br₂/I₂) дают хорошие выходы даже с третичными и неопентильными субстратами[4]. В общем виде реакция протекает по следующей схеме[12]:

Превращение происходит с инверсией реакционного атома углерода[12].

Частный случай взаимодействия — превращение спиртов в алкилхлориды под действием трифенилфосфина и тетрахлорметана — в заграничной литературе получил название реакции Аппеля (англ. Appel reaction)[13][14]:

Приведём примеры некоторых дополнительных агентов, позволяющих провести замещение гидроксильной группы на галоген.

• Замещение OH− на F−:

Одним из наиболее известных прямых фторирующих агентов для первичных и вторичных спиртов является реагент Яровенко или N,N-диэтил(2-хлор-1,1,2-трифторэтил)-амин[15]^{:[стр. 87]}:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CHBrCH_{2}CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {(C_{2}H_{5})_{2}N\!-CF_{2}CHClF} }}\ \ {\mathsf {CH_{3}CHBrCH_{2}CH_{2}F}}\ }$

Удобным фторирующим агентом для первичных и вторичных спиртов может служить тетрафторид серы SF₄[9]:

${\displaystyle {\mathsf {C_{5}H_{11}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {SF_{4};\ 45-85\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {C_{5}H_{11}F}}\ }$

По аналогии с SF₄, можно использовать и тетрафторид селена SeF₄[16].

Среди современных фторирующих агентов для спиртов используют N,N-диэтиламиносеры трифторид (C₂H₅)₂N-SF₃ (англ. DAST), бис(2−метоксиэтил)аминосеры трифторид (CH₃OC₂H₄)₂N-SF₃ (англ. Deoxofluor) и ряд других[17].

Удобным методом конверсии спиртов в алкилфториды с выходом, близким к количественному, является их синтез через фтороформиаты (реакция с COF₂, образующимся in situ из бис-(трихлорметил)карбоната и KF) с последующим разложением образующихся полупродуктов при 120—125 °С в присутствии гексабутилгуанидин фторида (HBGF) как катализатора[18]:

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{3}COC(O)COCl_{3}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {KF/CH_{3}CN} }}\ \ {\mathsf {COF_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-HF} }]{\mathrm {+ROH;\ KF} }}\ \ {\mathsf {ROC(O)F\ {\xrightarrow[{\mathrm {-CO_{2}} }]{\mathrm {HBGF} }}\ \ {\mathsf {RF}}}}}$

• Замещение OH− на Cl− и Br−:

Эффективным методом замещения гидроксильной группы на Cl− и Br− является реакция спиртов при комнатной температуре с цианурхлоридом (цианурбромидом) и N,N-диметилформамидом в среде метиленхлорида[19]:

Другим вариантом замещения гидроксильной группы на галоген является использование в качестве нуклеофильных агентов триметилсилилгалогенидов. При этом возможно замещение на I, Br и Cl — для последнего в качестве катализатора используются небольшие количества диметилсульфоксида[К 1][20]:

• Замещение OH− на I−:

Удобным препаративным методом замещения гидроксильной группы практически всего диапазона спиртов (включая третичные, аллильные и бензиловые спирты) на иод, является использование в качестве регента соли трифенилфосфита с метилиодидом[11]^{:[стр. 8]}.:

${\displaystyle {\mathsf {ROH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {(C_{6}H_{5}O)_{3}P^{+}CH_{3}I^{-}} }}\ \ {\mathsf {RI}}\ }$

Новым методом получения алкилиодидов из первичных и вторичных спиртов является использование в качестве иодирующего агента тиоиминиевой соли в присутствии имидазола[21]:

${\displaystyle {\mathsf {RR'OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {THF} }]{\mathrm {[CH_{3}-S-CH=N^{+}(CH_{3})_{2}]I^{-}} }}\ \ {\mathsf {RR'I}}\ }$

Этерификацией спиртов концентрированной азотной кислотой получают органические нитраты[22]:

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}OH+HNO_{3}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {C_{2}H_{5}O\!\!-\!\!NO_{2}+H_{2}O}}\ }$

Используя нитрозирующие агенты (NaNO₂+H₂SO₄; NOCl; NOBF₄ и пр.) по аналогии можно получить эфиры азотистой кислоты[23]:

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}OH+NaNO_{2}+H_{2}SO_{4}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {C_{2}H_{5}\!\!-\!\!ONO+NaHSO_{4}+H_{2}O}}\ }$

Хорошим нитрозирующим агентом для спиртов также является раствор в ацетонитриле нитрита тетрабутиламмония (C₄H₉)₄NNO₂ в смеси с 2,3-дихлор-5,6-дицианобензохиноном и трифенилфосфином[24].

Серная кислота способна давать при взаимодействии со спиртами при низких температурах кислые и средние эфиры (алкилсульфаты):

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}OH+H_{2}SO_{4}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {C_{2}H_{5}O\!\!-\!\!SO_{2}OH+H_{2}O}}\ }$

${\displaystyle {\mathsf {2C_{2}H_{5}O\!\!-\!\!SO_{2}OH}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {C_{2}H_{5}O\!\!-\!\!SO_{2}\!\!-\!\!OC_{2}H_{5}+H_{2}O}}\ }$

В лаборатории данный способ можно использовать только для низших спиртов (метанол и этанол), так как в прочих случаях велика доля продуктов дегидратации: алкенов и простых эфиров[25]^{:[стр. 22]}.

Помимо серной кислоты для синтеза алкилсульфатов используют оксид серы(VI), хлорсульфоновую или аминосульфоновую кислоту[26].

Взаимодействием спиртов с тионилхлоридом или диоксидом серы (в присутствии иода или брома) в пиридине можно получить органические сульфиты[27]:

${\displaystyle {\mathsf {ROH+SOCl_{2}+C_{5}H_{5}N}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {RO\!\!-\!\!SOCl+[C_{5}H_{5}NH]Cl}}\ {\xrightarrow {\mathrm {+ROH} }}\ \ {\mathsf {ROS(O)OR}}\ }$

Стандартным способом получения органических гипохлоритов из спиртов является действие на последние раствора гипохлорита натрия при охлаждении и отсутствии прямого солнечного света[15]^{:[стр. 62—63]}:

${\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}CHOH+NaOCl}}\rightarrow {\mathsf {(CH_{3})_{2}CHOCl+NaOH}}}$

Похожим способом можно получить из первичных спиртов гипобромиты, при этом для этанола наблюдается очень высокий выход (92 %)[28]:

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}OH+NaOBr+CH_{3}COOH}}\rightarrow {\mathsf {C_{2}H_{5}OBr+CH_{3}COONa+H_{2}O}}}$

Отметим, что в этанол при взаимодействии с гипогалогенитами в других условиях окисляется с образованием хлороформа, бромоформа или иодоформа (галоформная реакция)[29]:

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}OH+NaOCl}}\rightarrow {\mathsf {CH_{3}CHO+NaCl+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CHO+3NaOCl}}\rightarrow {\mathsf {CCl_{3}CHO+3NaOH}}}$

${\displaystyle {\mathsf {CCl_{3}CHO+NaOH}}\rightarrow {\mathsf {CHCl_{3}+HCOONa}}}$

Реакцией спиртов с некоторыми неорганическими кислотами, их ангидридами или галогенангидридами можно получить различные эфиры:

• фосфаты органические[30]:

${\displaystyle {\mathsf {4ROH+P_{2}O_{5}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {2(RO)_{2}P(O)(OH)+H_{2}O}}\ }$

• фосфиты органические[31]:

${\displaystyle {\mathsf {3ROH+PCl_{3}+NH_{3}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {(RO)_{2}P(O)H+RCl+NH_{4}Cl}}\ }$

• бораты органические[32]:

${\displaystyle {\mathsf {3ROH+H_{3}BO_{3}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {(RO)_{3}B+3H_{2}O}}\ }$

• тиоцианаты органические[33]:

${\displaystyle {\mathsf {2ROH+(SCN)_{2}+(C_{6}H_{5})_{3}P}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {2RSCN+(C_{6}H_{5})_{3}PO+H_{2}O}}\ }$

В отличие от спиртов, являющихся слабыми нуклеофилами, алкоголяты, образующие алкоксид-ионы RO⁻ — сильные нуклеофилы и легко реагируют с алкилгалогенидами по механизму S_N2 с образованием простых эфиров[34]:

Вместо алкилгалогенидов можно использовать также алкилсульфонаты[25]^{:[стр. 21]}.

Побочными продуктами реакции являются алкены, образующиеся в результате конкурирующего процесса элиминирования спирта[34]:

${\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{3}C\!\!-\!\!OH}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {(CH_{3})_{2}C\!\!=\!\!CH_{2}+H_{2}O}}\ }$

Метод является одним из старейших в лабораторной практике и используется, преимущественно, для синтеза несимметричных эфиров[34]. Другим направлением использования реакции Вильямсона является синтез краун-эфиров[35].

При осторожном нагревании в присутствии серной кислоты происходит межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров[36]:

Если в реакцию с кислотой вступают двухатомные спирты, будет протекать реакция внутримолекулярной дегидратации с образованием гетероциклических соединений. Так например, 1,4-бутандиол образует тетрагидрофуран[36]:

${\displaystyle {\mathsf {HO\!\!-\!\!CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2}\!\!-\!\!OH}}\leftrightarrows {\mathsf {(CH_{2}CH_{2}CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}\ }$

Так как реакция получения эфира обратима, для её смещения вправо обычно используют метод отгонки конечных продуктов (воды или эфира) из реакционной смеси[36].

Существуют и методы термокаталитической дегидратации спиртов. Например, первичные спирты в присутствии смешанного Ni−Al₂O₃−SiO₂ катализатора и водорода при нагревании превращаются в простые эфиры[37]:

${\displaystyle {\mathsf {2ROH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {160-190\ ^{\circ }C} }]{\mathrm {Ni-Al_{2}O_{3}-SiO_{2},\ H_{2}} }}\ \ {\mathsf {ROR+H_{2}O}}\ }$

Метод межмолекулярной дегидратации — один из наиболее старых способов получения эфиров — используется весьма ограниченно и только для неразветвлённых первичных спиртов из-за высокой доли алкенов, образующихся в случае внутримолекулярной дегидратации при использовании вторичных и третичных спиртов. Вместе с тем, реакция применяется в промышленности для синтеза некоторых простых эфиров[35].

Среди прочих методов превращения спиртов в простые эфиры[38]:

• взаимодействие спиртов с диазометаном в присутствии кислот Льюиса;

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}OH+CH_{2}N_{2}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {Al(OR^{'})_{3}} }}\ \ {\mathsf {RCH_{2}OCH_{3}}}\ }$

• присоединение алкенов к спиртам в присутствии неорганических кислот.

${\displaystyle {\mathsf {RCH\!\!=\!\!CH_{2}+CH_{3}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {H_{3}PO_{4}} }]{\mathrm {>100\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {RCH_{2}\!\!-\!\!C(CH_{3})OCH_{3}}}\ }$

Спирты способны образовывать сложные эфиры в реакциях с органическими кислотами при нагревании в присутствии кислотного катализатора (как правило, концентрированной H₂SO₄). Этот процесс получил название кислотно-каталитической реакции этерификации (также известен как реакция Фишера). Например, взаимодействие этанола с уксусной кислотой дает этилацетат[3]:

Механизм реакции[39]:

Аппарат Дина-Старка в работе

Кислотно-каталитическая реакция этерификации — простейший и наиболее удобный метод получения сложных эфиров для случая, когда ни кислота, ни спирт не содержат чувствительных функциональных групп. В качестве катализатора, помимо традиционно используемой серной кислоты, могут выступать кислота Льюиса или Бренстеда; растворителем, обычно, служит сам спирт или, если это невозможно — толуол или ксилол. Для увеличения выхода эфира используют отгонку или химическое связывание воды, а также специализированное лабораторное оборудование — аппарат Дина-Старка[40].

Для пространственно затруднённых и склонных к элиминированию под действием кислот реагентов, например — трет-бутанола, существует метод мягкой этерификации, носящий имя этерификации Стеглиха (англ. Steglich Esterification). Реакция между спиртом и кислотой происходит в присутствии дициклогексилкарбодиимида (ДЦК) и небольших количеств 4-N,N-диметиламинопиридина. ДЦК и карбоновая кислота на первом этапе образует O-ацилизомочевинный интермедиат, который в дальнейшем вступает в реакцию со спиртом, образуя сложный эфир[41]:

${\displaystyle {\mathsf {RCOOH+C_{6}H_{11}N\!\!=\!\!C\!\!=\!\!NC_{6}H_{11}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {RC(O)OC(NHC_{6}H_{11})\!\!=\!\!NC_{6}H_{11}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {RC(O)OC(NHC_{6}H_{11})\!\!=\!\!NC_{6}H_{11}+R'OH}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {RCOOR'+(C_{6}H_{11}NH)_{2}C\!\!=\!\!O}}}$

Реакция переэтерификации или алкоголиза сложных эфиров имеет следующий общий вид:

Для успешного осуществления переэтерификации используются различные методы: отгонка низкокипящих продуктов, использование специальных катализаторов, в том числе межфазного переноса и др. Механизм реакции переэтерификации аналогичен механизму гидролиза у эфиров, поэтому в качестве побочного процесса возможно алкильное расщепление[42]^{:[стр. 130—131]}:

${\displaystyle {\mathsf {RCOOR'+R''OH}}\rightleftarrows {\mathsf {RCOOH+R'OR''}}}$

Алкоголиз растительных жиров, представляющих собой сложные эфиры жирных кислот и глицерина, метиловым или этиловым спиртом — перспективная альтернатива производства биодизеля[43][44].

С хлорангидридами карбоновых кислот спирты довольно легко вступают в реакцию, образуя сложные эфиры (реакция ацилирования)[25]^{:[стр. 20]}:

Реакция спиртов с галогенангидридами — лучший общий способ получения сложных эфиров, так как позволяет использовать субстраты с самыми разными функциональными группами[42]^{:[стр. 125]}.

В 1898 году немецким химиком Айнхорном была предложена модификация этого метода: ацилирование проводится в избытке пиридина. Амин на первом этапе реагирует с хлорангидридом с образованием пиридиниевой соли, которая благодаря высокой ацилирующей способности под действием спирта легко трансформируется в эфир[45]:

${\displaystyle {\mathsf {R^{'}COCl+C_{5}H_{5}N}}\rightarrow {\mathsf {[C_{6}H_{5}N^{+}\!\!\!-\!\!COR^{'}Cl^{-}]}}\ {\xrightarrow {\mathrm {ROH} }}\ {\mathsf {R^{'}COOR}}}$

Вместо ацилгалогенидов, для синтеза сложных эфиров может быть использована схожая реакция ангидридов карбоновых кислот со спиртами. В качестве катализаторов используют кислоты, кислоты и основания Льюиса, а также — пиридин и N-4,4-диметиламинопиридин[42]^{:[стр. 126]}:

${\displaystyle {\mathsf {(RCO)_{2}O+R'OH}}\rightarrow \ {\xrightarrow {\mathrm {C_{6}H_{5}N} }}\ {\mathsf {RCOOR'+RCOOH}}}$

Другой путь получения эфиров: взаимодействие спиртов с нитрилами кислот в среде безводного хлороформа в присутствии газообразного хлороводорода приводит к иминоэфиру (реакция Пиннера), гидролизом которого можно получить сложный эфир[46]:

${\displaystyle {\mathsf {RC}}\!\!\equiv \!\!{\mathsf {N+HCl}}\rightarrow {\mathsf {[RC}}\!\!\equiv \!\!{\mathsf {N^{+}HCl^{-}]}}\ {\xrightarrow {\mathrm {ROH} }}\ {\mathsf {R(OR)C\!\!=\!\!NH_{2}^{+}Cl^{-}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {R(OR)C\!\!=\!\!NH_{2}^{+}Cl^{-}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {H_{2}O} }}\ {\mathsf {R(OR)C\!\!=\!\!O+NH_{4}Cl}}}$

В 1975 году Мукаяма с сотрудниками предложил для достижения высоких выходов в реакции этерификации использовать специальный реагент — 2-хлор-1-метилпиридиния иодид[47]:

Метод Мукаямы в настоящий применяется для синтеза аминокислот и пептидов[48].

При взаимодействии спиртов с карбоновыми кислотами в присутствии трифенилфосфина и диэтилазодикарбоксилата (англ. diethylazodicarboxylate, DEAD) образуется соответствующий сложный эфир. Данный процесс получил название реакции Мицунобу. Ключевой особенностью реакции является инверсия (обращение конфигурации) атома углерода при гидроксильной группе.

Механизм реакции Мицунобу[49][50][51]:

Фосген COCl₂ — источник хлоркарбонильной группы −C(O)Cl — способен реагировать с различными нуклеофильными агентами и, в частности, со спиртами в соответствии с механизмом S_N1 или ацильным механизмом замещения (тетраэдрический переходный интермедиат)[52]^{:[стр. 46]}:

${\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}C\!\!=\!\!O+R\!\!-\!\!OH}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {RO\!\!-\!\!C(O)\!\!-\!\!Cl+HCl}}}$

В случае рассматриваемой реакции: R=L=Cl, Nu=RO⁻.

Алифатические спирты легко вступают в реакцию с фосгеном при комнатной температуре, образуя хлорформиаты (ROC(O)Cl) с высоким выходом[52]^{:[стр. 47]}. Побочным продуктом реакции являются алкилхлориды, образующиеся при разложении хлорформиатов[52]^{:[стр. 49]}:

${\displaystyle {\mathsf {RO\!\!-\!\!C(O)\!\!-\!\!Cl}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {R\!\!-\!\!Cl+CO_{2}}}}$

Аналогично фосгену, в реакцию хлорокарбонилирования со спиртами вступают и его производные: дифосген, трифосген, оксалилхлорид.

Нуклеофильное замещение гидроксильной группы на амидную возможно только в случае её модификации: перевода в оксониевую форму (−O⁺H₂) под действием сильных кислот или предварительно получая диалкиловые эфиры серной кислоты (R−OSO₂O−R), с последующим их замещением:

${\displaystyle {\mathsf {2C_{2}H_{5}OH+H_{2}SO_{4}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {C_{2}H_{5}O\!\!-\!\!SO_{2}\!\!-\!\!OC_{2}H_{5}+2H_{2}O}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}SO_{4}} }]{\mathrm {2NH_{3}} }}\ \ {\mathsf {2C_{2}H_{5}NH_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}SO_{4}} }]{\mathrm {(C_{2}H_{5}O)_{2}SO_{2}} }}\ \ {\mathsf {2(C_{2}H_{5})_{2}NH}}}$

Прямое каталитическое взаимодействие простейших спиртов с аммиаком имеет исключительно промышленное значение, так как в его результате образуется смесь продуктов[53]^{:[стр. 517]}.:

${\displaystyle {\mathsf {ROH+NH_{3}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}O} }]{\mathrm {Al_{2}O_{3}} }}\ \ {\mathsf {RNH_{2}+R_{2}NH+R_{3}N}}}$

Например, взаимодействием амилового спирта с аммиаком в присутствии водорода и катализаторов (Ni+Cr₂O₃) при повышенной температуре и давлении получают смешанные амиламины[54].

Взаимодействие спиртов с аммиаком в присутствии катализаторов дегидрирования (медь, никель, кобальт на оксиде алюминия и пр.) осуществляется через механизм дегидрирования с последующим аминированием[55]:

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}} }]{\ }}\ {\mathsf {RCHO}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}O} }]{\mathrm {NH_{3}} }}\ \ {\mathsf {RCH\!\!=\!\!NH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {Ni} }]{\mathrm {H_{2}} }}\ \ {\mathsf {RCH_{2}NH_{2}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {RCH\!=\!NH} }}\ \ {\mathsf {(RCH_{2})_{2}NH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {RCH\!=\!NH} }}\ \ {\mathsf {(RCH_{2})_{3}N}}}$

Также в промышленности используют конденсацию некоторых аминов со спиртами. Например, анилин в жёстких условиях (170—280 °С, давление 10 МПа, катализаторы: минеральные кислоты, никель) реагирует со спиртами с образованием смеси моно- и дизамещённых производных[56]:

${\displaystyle {\mathsf {3CH_{3}OH+2C_{6}H_{5}NH_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}O} }]{\mathrm {H_{3}PO_{4}} }}\ \ {\mathsf {C_{6}H_{5}NHCH_{3}+C_{6}H_{5}N(CH_{3})_{2}}}}$

Третичные спирты, обладающие подвижной гидроксильной группой, реагируют с мочевиной, образуя N-алкилпроизводные[57]^{:[стр. 77]}:

${\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{3}C\!\!-\!\!OH+H_{2}NCONH_{2}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {(CH_{3})_{3}C\!\!-\!\!NHCONH_{2}+H_{2}O}}}$

Замещение гидроксильной группы на меркаптогруппу (−SH) с образованием тиолов можно осуществить действием на спирты P₄S₁₀ или взаимодействием паров спирта с сероводородом в присутствии гетерогенного катализатора[58]:

${\displaystyle {\mathsf {ROH+H_{2}S}}\ {\xrightarrow {\mathrm {Al_{2}O_{3}} }}\ \ {\mathsf {RSH+H_{2}O}}\ }$

Альтернативным методом получения органических производных сероводородной кислоты является взаимодействие спиртов с тиомочевиной в кислой среде с последующим гидролизом[57][59]^{:[стр. 72]}:

${\displaystyle {\mathsf {ROH+S\!\!=\!\!C(NH_{2})_{2}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {HBr} }}\ \ {\mathsf {HN\!\!=\!\!C(NH_{2})SR}}\ {\xrightarrow {\mathrm {NaOH} }}\ \ {\mathsf {RSH}}\ }$

По аналогии с синтезом амидов, замещение гидроксильной группы на нитрильную производят через получение алкилсульфоната, который в дальнейшем при действии цианида натрия или калия приводит к нитрилу[60]^{:[стр. 434]}.:

${\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}OH+H_{2}SO_{4}}}\ {\xrightarrow {}}\ \ {\mathsf {CH_{3}O\!\!-\!\!SO_{2}\!\!-\!\!OCH_{3}+2H_{2}O}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-Na_{2}SO_{4}} }]{\mathrm {2NaCN} }}\ \ {\mathsf {2CH_{3}CN}}}$

Спирты не вступают в прямое взаимодействие с неорганическими азидами, однако их нагревание с азидом дифенилфосфорила позволяет в одну стадию перейти к органическим азидам[61]:

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!OH+(C_{6}H_{5})_{2}P(O)N_{3}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {DBU} }}\ \ {\mathsf {R\!\!-\!\!N_{3}+(C_{6}H_{5})_{2}P(O)OH}}}$

Кислотно-каталитическая дегидратация спиртов — один из наиболее простых и доступных методов получения алкенов; при этом в качестве дегидратирующего агента возможно использование различных минеральных и органических кислот (серная, фосфорная или щавелевая кислота), кислых солей (гидросульфат натрия), а также кислот Льюиса[15]^{:[стр. 90]}.

В ненуклеофильной среде спирты, подвергаясь протонированию со стороны кислоты, элиминируются по механизму Е1. Механизм E2 для реакции дегидратации встречается редко[62]^{:[стр. 260—261]}:

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH(OH)\!\!-\!\!R'+H^{+}}}\rightleftarrows {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH(OH_{2}^{+})\!\!-\!\!R'}}}$

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH(OH_{2}^{+})\!\!-\!\!R'}}\rightleftarrows {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH^{+}\!\!\!-\!\!R'+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH^{+}\!\!\!-\!\!R'}}\rightleftarrows {\mathsf {R\!\!-\!\!CH\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!R'+H^{+}}}}$

Образующийся в процессе реакции карбкатион склонен к проявлению H⁺-сдвига (миграции протона или алкильных групп), что приводит к перегруппировкам и получению в ходе элиминирования смеси конечных продуктов[62]^{:[стр. 261—262]}:

${\displaystyle {\mathsf {2(CH_{3})_{3}CCH(OH)CH_{3}}}\rightleftarrows {\mathsf {(CH_{3})_{2}C\!\!=\!\!C(CH_{3})_{2}+CH_{2}\!\!=\!\!C(CH_{3})CH(CH_{3})_{2}}}}$

Расщепление спиртов практически во всех случаях происходит по правилу Зайцева, то есть атом водород элиминируется от наименее гидрогенизированного атома углерода.

Оригинальным методом дегидратации является обработка алкоголятов соответствующих спиртов бромоформом (элиминирование происходит через образование промежуточных карбониевых интермедиатов)[63]:

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!ONa+CHBr_{3}}}\rightarrow {\mathsf {RCH\!\!=\!\!CH_{2}+CO+NaBr+2HBr}}}$

Главным недостаткам кислотно-каталитической дегидратации спиртов является ограниченная возможность контроля положения образующейся двойной связи, а также структуры углеводородной цепи, поэтому данный метод, как правило, используется для стерически симметричных спиртов или спиртов, имеющих простое строение[64]^{:[стр. 175—176]}.

Термокаталитическая дегидратация спиртов над металлоксидными катализаторами — другой распространённый способ лабораторного получения алкенов[65]. Существует множество различных катализаторов дегидратации среди которых: Al₂O₃[66], ThO₂[67], ZnO[68], V₂O₅[69], оксиды редкоземельных металлов (Ho₂O₃, Er₂O₃, Tm₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, Y₂O₃, CeO₂)[70], цеолиты[71].

Реакция дегидратации осуществляется при высокой температуре, при этом в качестве побочных процессов наблюдается дегидрирование спиртов[65][68]:

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {330-420\ ^{\circ }C} }]{\mathrm {ThO_{2}} }}\ \ {\mathsf {RCH\!\!=\!\!CH_{2}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {ZnO} }}\ \ {\mathsf {CH_{2}\!\!=\!\!CH_{2}+CH_{3}CHO+H_{2}O+H_{2}}}}$

Исследования показали, что продуктами термической дегидратации на алюмооксидном катализаторе являются термодинамически более стабильные транс-алкены[72].

Недостатком термической дегидратации спиртов, как и каталитической дегидратации, является отсутствие контроля положения двойной связи, а также невозможность использования этого метода для соединений, содержащих различные термически неустойчивые функциональные группы.

Термолиз вторичных и третичных спиртов с метил N-(триэтиламмонийсульфонил)карбаматом (реактив Бёрджесса) мягко и селективно приводит к алкенам[73]:

Реактив Бёрджесса применяется в каталитических количествах, при этом реакция идёт стереоспецифично и представляет собой цис-дегидратацию[74]^{:[стр. 732]}.

Наряду с реактивом Бургесса, для дегидратации спиртов используется ещё один органический реагент: сульфуран Мартина или дифенилбис(1,1,1,3,3,3-гексафторо-2-фенил-2-пропокси)сульфуран[74]^{:[стр. 811]}:

${\displaystyle {\mathsf {(RR'R'')C\!\!-\!\!OH+(C_{6}H_{5}C(CF_{3})_{2}\!\!-\!\!O)_{2}S(C_{6}H_{5})_{2}}}\rightarrow {\mathsf {(R'R'')C\!\!=\!\!R+O\!\!=\!\!S(C_{6}H_{5})_{2}+2C_{6}H_{5}C(CF_{3})_{2}\!\!-\!\!OH}}}$

Этот дегидратирующий агент используют, преимущественно, для вторичных и третичных спиртов, при этом последние реагируют с ним практически мгновенно; первичные спирты нереакционноспособны — образуют с сульфураном простые эфиры[75].

Реакция Чугаева — взаимодействие спиртов с CS₂ и NaOH с последующим пиролизом образующегося ксантата[76]:

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}OH+CS_{2}+NaOH}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}OC(S)\!\!-\!\!SNa+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CH_{2}\!\!-\!\!CH_{2}OC(S)\!\!-\!\!SNa}}\rightarrow {\mathsf {R\!\!-\!\!CH\!\!=\!\!CH_{2}+COS+NaHS}}}$

Продуктом реакции являются алкены, как правило, в цис-конфигурации. Главное преимущество метода — сведением к минимуму изомеризации и миграции кратной связи.

Строго говоря, элиминирование по Чугаеву аналогично получению алкенов пиролизом различных сложных эфиров. Подробнее см. статью Алкены.

В лабораторной практике для окисления спиртов чаще всего пользуются шестивалентными соединениями хрома: дихроматом натрия с серной кислотой или оксидом хрома(VI)[78]^{:[стр. 436]}:

${\displaystyle {\mathsf {3RR'CHOH+2CrO_{3}+6H^{+}}}\rightarrow {\mathsf {3RR'C\!\!=\!\!O+2Cr^{3+}+6H_{2}O}}}$

Обычно, для проведения реакции используют так называемый реагент Джонса — раствор оксида хрома(VI) в разбавленной серной кислоте и ацетоне. Реагент также может быть получен из дихромата натрия или калия. Окисление по Джонсу применяют для селективного окисления вторичных спиртов до кетонов и первичных спиртов до карбоновых кислот и в некоторых случаях до альдегидов[79].

Третичные спирты под действием триоксида хрома окисляются с разрушением углеводородного скелета, например, циклоалканолы трансформируются с раскрытием кольца в кетоны и карбоновые кислоты[80].

Альтернативой реагенту Джонсу является комплекс триоксида хрома с пиридином CrO₃•2C₅H₅N, носящий имя реагент Саррета. Этот реагент позволяет проводить селективное окисление самых различных первичных спиртов до альдегидов в неводных условиях, однако его высокая пожароопасность и гигроскопичность, а также основные свойства пиридина ограничивают возможности применения[81].

Раствор реагента Саррета в метиленхлориде называется реагентом Коллинза. Эта модификация окислителя является более удобной и безопасной, а также может быть использована (в отличие от двух предыдущих реагентов) для окисления субстратов, чувствительных к действию кислот или щелочей[82].

В 1975 году для окисления спиртов в карбонильные соединения был предложен новый стабильный и удобный реагент на основе шестивалентного хрома — хлорохоромат пиридиния C₅H₅NHCrO₃Cl[83]:

${\displaystyle {\mathsf {3RR'CHOH+2C_{5}H_{5}NHCrO_{3}Cl+6H^{+}}}\rightarrow {\mathsf {3RR'C\!\!=\!\!O+2C_{5}H_{5}NHCl+2Cr^{3+}+6H_{2}O}}}$

Схематичный механизм реакции[84]:

Важным достоинством реагента является его инертность по отношению к ненасыщенным связям, что позволяет получать непредельные альдегиды и кетоны.

Среди других комплексных соединений хрома используются: дихромат пиридиния, фторохромат пиридиния, хлорохромат дипиридиния, а также хлорохроматы различных гетероциклических соединений — хинолина, пиразина, имидазола и др[85].

Для окисления спиртов из соединений марганца чаще всего используют MnO₂ и KMnO₄. Варьируя условия проведения реакции (температура, pH среды и пр.) продуктами окисления могут стать альдегиды, кетоны или карбоновые кислоты.

Непредельные спирты при действии оксида марганца(IV) при комнатной температуре в зависимости от строения превращаются в альдегиды или кетоны, сохраняя двойную связь[86]:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{2}\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {MnO_{2}} }]{\mathrm {20\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {CH_{2}\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!CHO}}\ }$

${\displaystyle {\mathsf {CH_{2}\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!CHOH\!\!-\!\!CH_{3}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {MnO_{2}} }]{\mathrm {20\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {CH_{2}\!\!=\!\!CH\!\!-\!\!C(O)\!\!-\!\!CH_{3}}}\ }$

Аналогично реагируют и ацетиленовые спирты[86].

Важным фактором активности оксида марганца(IV) является метод его получения — лучшие результаты получаются при реакции перманганата калия с сульфатом марганца в слабощелочной среде[62]^{:[стр. 267]}.

Раствор перманганата в кислой среде действует как сильный окислитель, который превращает первичные алифатические спирты в карбоновые кислоты, а вторичные — в кетоны[87]:

${\displaystyle {\mathsf {4MnO_{4}^{-}+12H^{+}+5CH_{3}CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {20\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {5CH_{3}COOH+4Mn^{+2}+11H_{2}O}}\ }$

В щелочной среде на холоду растворы перманганата со спиртами не реагируют[25]^{:[стр. 22]}.

Осторожное окисление бензилового спирта кристаллическим перманганатом калия в неводной среде в присутствии краун-эфира в качестве катализатора фазового перехода селективно приводит к бензальдегиду[88].

Окисление спиртов кислородом воздуха в присутствии катализаторов — распространённый способ получения карбонильных соединений (как правило — кетонов) в промышленности[89].

Одним из общих способов является использование в качестве катализатора порошкообразного серебра[90]:

${\displaystyle {\mathsf {R\!\!-\!\!CHOH\!\!-\!\!R'}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {Ag} }]{\mathrm {O_{2},\ 360-400\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {R\!\!-\!\!CO\!\!-\!\!R'}}\ }$

Метанол окисляется кислородом воздуха до формальдегида в присутствии оксидов переходных металлов (например: Fe₂O₃) с выходом до 95 % (реакция Адкинса — Питерсона)[91]:

${\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}OH+O_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {Fe_{2}O_{3}} }]{\mathrm {250-400\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {2CH_{2}O+2H_{2}O}}\ }$

Каталитическое окисление этанола кислородом воздуха в присутствии оксида хрома(III) или оксида меди(II) — популярный демонстрационный опыт для учебных целей[92][93]:

${\displaystyle {\mathsf {2C_{2}H_{5}OH+O_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {Cr_{2}O_{3}} }]{\mathrm {T^{\circ }} }}\ \ {\mathsf {2CH_{3}CHO+2H_{2}O}}\ }$

Использование смешанного литий-серебро-алюминиевого катализатора даёт возможность осуществить прямое окисление этанола в окись этилена[94]:

${\displaystyle {\mathsf {2C_{2}H_{5}OH+O_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {Ag/Li_{2}O/Al_{2}O_{3}} }]{\mathrm {200\ ^{\circ }C} }}\ \ {\mathsf {2(CH_{2}CH_{2})O+2H_{2}O}}\ }$

Для окисления спиртов могут использоваться самые различные катализаторы, например оксид ванадия(V)[95], оксид рутения(IV)[96], ацетат палладия(II)[97] и ряд других.

Существует большое количество неорганических соединений, которые могут быть использованы для окисления спиртов в те или иные производные. В таблице 2. приведены примеры использования некоторых реагентов.

[T 2]Таблица 2. Примеры неорганических реагентов, используемых для окисления спиртов.

В 1963 году К. Пфицнером и Дж. Моффаттом была совершена публикация, в которой сообщалось об открытии нового метода окисления спиртов. Учёные растворяли исходные компоненты в смеси безводного диметилсульфоксида и дициклогексилкарбодиимида в присутствии слабой кислоты. В результате реакции в зависимости от строения спирта получался соответствующий альдегид или кетон, при этом даже для чувствительных первичных спиртов в продуктах окисления практически не наблюдались следов карбоновых кислот[104]:

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}OH+2(CH_{3})_{2}S\!\!=\!\!O+C_{6}H_{11}N\!\!=\!\!C\!\!=\!\!NC_{6}H_{11}}}\ {\xrightarrow {\mathrm {H_{3}PO_{4}} }}\ \ {\mathsf {RCH\!\!=\!\!O+2(CH_{3})_{2}S+(C_{6}H_{11}NH)_{2}C\!\!=\!\!O}}}$

Спустя два года был предложен механизм превращения[105][106]:

В соответствии с механизмом реакции протонированный дициклогексилкарбодиимид (ДЦК) на первом этапе вступает в реакцию с диметисульфоксидом (ДМСО) с образованием сульфониевого интермедиата (1), так называемого «активированного ДМСО», содержащего легко-уходящую группу, связанную с положительно заряженным атомом серы. Спирт быстро замещает эту группу, образуя алкоксидиметилсульфониевую соль (2), которая в свою очередь, теряя протон, превращается в тиоилид (3). В финальной стадии процесса происходит внутримолекулярное расщепление илида, проводящее к образованию конечного карбонильного соединения и диметилсульфида. Отмечается, что «Активированный ДМСО» (1) способен распадаться с образованием высокореакционной частицы (4), которая вступая в реакцию со спиртом, образует побочный продукт — метилтиометиловый эфир(5). Вместе с тем, учитывая, что элиминирование протекает при более высокой температуре, чем основной процесс, можно использовать температурный контроль хода реакции для минимизации доли побочных продуктов[105].

Согласно механизму окисления, для протонирования ДЦК необходимо присутствие кислоты, однако сильные минеральные кислоты (HCl, HClO₄, H₂SO₄ и т. п.) для реакции непригодны — они предотвращают образование илида (3). Проведённые эксперименты показали, что оптимальным является использование фосфорной или дихлоруксусной кислоты, а также трифторацетата пиридиния[107].

Данный метод стал основой для многочисленных научных исследований в области окисления спиртов активированным диметилсульфоксидом, что привело впоследствии к многочисленным модификациям и практическим разработкам новых способов окисления[108]^{:[стр. 991—100]}.

В 1965 году (спустя два года после сообщения Пфицнера и Моффатта) Олбрайтом и Голдманом был предложен способ окисления спиртов при комнатной температуре смесью ДМСО и уксусного ангидрида[106]. Предложенная модификация уступает методу Пфицнера — Моффатта из-за большего количества побочных продуктов, однако доступность уксусного ангидрида делает окисление Олбрайта — Голдмана полезным для лабораторной практики[108]^{:[стр. 114]}.

В том же сообщении 1965 года Олбрайт и Голдман упомянули, что ДМСО можно активировать оксидом фосфора(V)[106]. Спустя несколько месяцев Онодера с сотрудниками сделал подробный доклад о новом методе окисления спиртов смесью ДМСО и P₂O₅ (метод получил название окисление Олбрайта — Онодера[108]^{:[стр. 118]})[109]. Наконец, в 1987 году данный способ окисления был улучшен: в качестве растворителя был использован дихлорметан в присутствии триэтиламина[110].

Ещё одним методом окисления спиртов с использованием активированного диметилсульфоксида является окисление Париха — Деринга, где в качестве активирующего реагента используется раствор триоксида серы в пиридине (пиридиновый комплекс SO₃•C₅H₅N) в присутствии триэтиламина. Реакция проходит при охлаждении (около 0 °С) или комнатной температуре. Метод, открытый Парихом и Дерингом в 1967 году, несмотря на его практическую доступность, отличается повышенным содержанием в целевых продуктах побочного компонента — метилтиометилового эфира. Механизм окисления Париха — Деринга аналогичен механизму окисления Пфицнера — Моффатта[111].

Одним из лучших методов, использующих активированный ДМСО, стал процесс с использованием оксалилхлорида, открытый в 1978 году Сверном[112]:

${\displaystyle {\mathsf {RR'CH\!\!-\!\!OH+(CH_{3})_{2}S\!\!=\!\!O}}\ {\xrightarrow {\mathrm {1.\ (COCl)_{2}\ 2.\ (C_{2}H_{5})_{3}N} }}\ \ {\mathsf {RR'CH\!\!=\!\!O+(CH_{3})_{2}S+H_{2}O}}}$

Окисление спиртов по Сверну может быть выполнено в очень мягких условиях. С помощью этой реакции можно получать альдегиды и кетоны из первичных и вторичных спиртов соответственно. Главным недостатком метода является выделение токсичных и зловонных побочных продуктов — диметилсульфида и оксида углерода(II)[113].

Первый этап реакции Сверна заключается в низкотемпературном взаимодействии диметилсульфоксида (1a и 1b) с оксалихлоридом (2). Промежуточный интермедиат (3) быстро разлагается с выделением CO и CO₂ и образованием хлорида диметилхлорсульфония (4), который в свою очередь вступает в реакцию со спиртом (5), образуя ион алкоксисульфония (6). Далее в реакцию вступает триэтиламин, который депротонирует интермедиат, давая илид (7). Переходный пятичленный цикл (7) разлагается, образуя диметилсульфид и конечный кетон или альдегид (8)[112][114].

В отличие от окисления по Пфицнеру — Моффатту и ему подобных, где «активированный ДМСО» образуется в реакции ДМСО с электрофильным агентом, метод Кори — Кима использует в качестве исходного реагента диметилсульфид[115]:

Сущность метода заключалась в образовании хлорида хлордиметилсульфония — представлявшего собой по сути «активированный ДМСО» Сверна (см. Окисление Сверна) — действием хлора на ДМС[116]:

${\displaystyle {\mathsf {(CH_{3})_{2}S+Cl_{2}}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {0\ ^{\circ }C} }]{\mathrm {CCl_{4}} }}\ \ {\mathsf {(CH_{3})_{2}S^{+}ClCl^{-}}}}$

На практике, однако учёные предложили использовать вместо хлора N-хлорсукцинимид (NCS), который вступая в реакцию с диметисульфидом, образует ион хлордиметилсульфония, а он в свою очередь реагирует со спиртом по аналогии с процессом Сверна[116]:

В начале 20-го века независимо Меервейном, Пондорфом и Верлеем была открыта реакция восстановления карбонильных соединений в спирты (восстановление по Меервейну — Пондорфу — Верлею) в присутствии алкоголята алюминия (в качестве донора протонов выступал изопропанол)[117][118][119]:

${\displaystyle {\mathsf {RR'C\!\!=\!\!O+CH_{3}\!\!-\!\!CH(OH)\!\!-\!\!CH_{3}}}\rightleftarrows {\mathsf {RR'CH\!\!-\!\!OH+CH_{3}\!\!-\!\!C(O)\!\!-\!\!CH_{3}}}}$

В 1937 году Оппенауэром была осуществлена обратная реакция: используя в качестве окислителя избыток ацетона в присутствии трет-бутилата алюминия, ему удалось, по сути, сдвинуть равновесие и перенести процесс восстановления в обратную сторону[120][121]:

В 1977 году Мукаяма с сотрудниками опубликовал работу, в которой сообщал, что алкоголяты магния, образующиеся в результате взаимодействия спирта с пропилмагнийбромидом или трет-бутоксимагнийбромидом в присутствии 1,1'-(азодикарбонил)дипиперидина (выступает в роли акцептора водорода) при комнатной температуре окисляют исходный спирт до альдегида или кетона[122]:

${\displaystyle {\mathsf {RR'CH\!\!-\!\!OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-C_{3}H_{7}OH} }]{\mathrm {C_{3}H_{7}MgBr} }}\ \ {\mathsf {[RR'CH\!\!-\!\!OMgBr]}}\ {\xrightarrow {\mathrm {C_{5}H_{10}N-C(O)-N=N-C(O)NC_{5}H_{10}} }}\ \ {\mathsf {RR'C\!\!=\!\!O}}}$

Хотя реакция Мукаямы и не принадлежит к числу распространённых методов окисления спиртов, она представляет препаративный интерес из-за более мягких условий протекания (по сравнению с окислением Оппенауэра) и сопровождается меньшим количеством побочных продуктов[108]^{:[стр. 276]}.

Соединения пятивалентного иода — сильные окислители, однако из-за своей нестабильности и плохой растворимости в органических растворителях они практически не использовались в лабораторной органической практике. Однако, в 1983 году Десс и Мартин опубликовали информацию о новом стабильном и хорошо растворимом в дихлорметане органическом соединении гипервалентного иода, являющегося эффективным и очень мягким окислителем для первичных и вторичных спиртов[123].

Метод, получивший название окисления Десса — Мартина, оказался очень эффективным и получил своё развитие во многих последующих работах[124][125][126].

Помимо периодинана Десса — Мартина существуют и другие соединения гипервалентного иода, используемые как окислители для спиртов: 2-иодоксибензойная кислота, дихлорид иодбензола, иодозобензол и др.[126].

TEMPO — стабильный нитроксидный радикал

В 1987 году Анелли с сотрудниками опубликовал исследование, в котором сообщалось об использовании свободного нитроксидного радикала (4-метокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил или англ. 4-метокси-TEMPO) в качестве катализатора для быстрого селективного окисления первичных и вторичных спиртов. Реакция проводилась при 0 °С в двухфазной среде CH₂Cl₂—вода в присутствии вторичного окислителя (NaOCl), а также небольших количеств NaHCO₃ (стабилизирует pH раствора) и KBr (ускоряет реакцию вследствие образования HOBr — более сильного окислителя по сравнению с HOCl)[127]:

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {NaHCO_{3},\ KBr,\ CH_{2}Cl_{2}-H_{2}O} }]{\mathrm {4-CH_{3}O-TEMPO,\ NaOCl} }}\ {\mathsf {RCHO+H_{2}O}}}$

Механизм реакции окисления с использованием TEMPO выглядит следующим образом[128]:

Механизм реакции Анелли

В настоящий момент окисление с использованием TEMPO и его производных широко распространено в лабораторной практике, при этом сама реакция неоднократно модифицировалась: в качестве вторичных окислителей помимо NaOCl используются иодозобензол, трихлороизоциануровая кислота, CuCl + O₂, Cu(ClO₄)₂, I₂ и ряд других[129].

Каталитическое дегидрирование спиртов — распространённый промышленный метод получения карбонильных соединений — в лабораторной практике используется редко из-за необходимости использования сложного оборудования и специально приготовленных катализаторов на основе меди, серебра, платины (в том числе с различными добавками), а также различных оксидов металлов, включая смешанные композиции[60]^{:[стр. 11—12]}.

Дегидрированием метанола над медью, хромом или серебром в промышленных масштабах получают формальдегид[130]:

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {Cu} }}\ \ {\mathsf {HCHO+H_{2}}}}$

При дегидрировании метанола на модифицированном медном катализаторе при температуре 200 °С образуется метилформиат[131]^{:[стр. 131]}:

${\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {Cu+Zr} }}\ \ {\mathsf {HCOOCH_{3}+2H_{2}}}}$

Высокодегидратированный оксид кремния(IV) может быть использован для селективного получения ацетальдегида из этанола[132]:

${\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{5}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {SiO_{2}} }}\ \ {\mathsf {CH_{3}CHO+H_{2}}}}$

Одним из методов, используемых на практике довольно длительное время, является каталитическое дегидрогенирование первичных и вторичных спиртов в присутствии смешанного оксида меди-хрома при температуре около 300 °С[133]:

${\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {CuCrO_{2}} }}\ \ {\mathsf {RCHO+H_{2}}}}$

Современные препаративные методы дегидрирования спиртов на основе металлорганических катализаторов позволяют получать карбонильные соединения в мягких условиях и с высоким выходом. Например, сложный рутениевый комплекс можно использовать для трансформации первичных спиртов в кетоны[134] или сложные эфиры[135]:

${\displaystyle {\mathsf {RR'CHOH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {[HRuClN_{2}]-complex} }}\ \ {\mathsf {RR'C\!\!=\!\!O+H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2RCH_{2}OH}}\ {\xrightarrow {\mathrm {[HRu(CO)]-complex} }}\ \ {\mathsf {RCOOCH_{2}R+2H_{2}}}}$

Другой пример реакции с использованием комплексных органических соединений рутения в качестве катализатора[136]:

${\displaystyle {\mathsf {2RCH_{2}CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {base} }]{\mathrm {[RuHCl]-complex} }}\ \ {\mathsf {RCH_{2}CH_{2}OC(O)CH_{2}R+2H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2RCH_{2}CH_{2}OH}}\ {\xrightarrow[{\mathrm {-H_{2}O} }]{\mathrm {[RuHCl]-complex} }}\ \ {\mathsf {RCH_{2}CH(OCH_{2}CH_{2}R)_{2}+H_{2}}}}$