Реакция Нефа - органическая реакция, заключающаяся в кислотном гидролизе солей первичных или вторичных нитроалканов (1) приводящем к образованию карбонильных соединений (3) и закиси азота (4).
Рисунок 1.
При чем первичные нитроалканы в этих условиях расщепляются до альдегидов, а вторичные до кетонов.
Рисунок 2.
Третичные же нитроалканы в реакцию Нефа не вступают.
Реакция была открыта в 1894 году химиком Джоном Ульриком Нефом, который обрабатывал натриевую соль нитроэтана серной кислотой, что привело к образованию закиси азота с выходом 85-89% и ацетальдегида с 70% выходом. Однако впервые эта реакция была реализована годом ранее Коноваловым, который превращал калиевую соль 1-фенилнитроэтана в ацетофенон действием серной кислотой.
Реакцию Нефа, не следует путать с синтезом Нефа который был открыт в 1899 году и заключается во взаимодействии ацетиленидов натрия с альдегидами и кетонами, в результате которого образуются ацетиленовые карбинолы.
Механизм реакции Нефа
Реакция нефа - сложный многостадийный процес, изображенный на схеме ниже:
Рисунок 3.
- Реакция Нефа начинается с образования резонансных структур нитронатных солей 1а и 1b.
- В результате действия кислотного раствора соль протонируется с образованием нитроновой кислоты 2 (в некоторых случаях были выделены нитронаты таких кислот).
- Нитроновая кислота далее далее также протонируется и образует ион иминия 3.
- Этот промежуточный продукт подвергается воздействию воды и образует промежуточное нуклеофильное соединение 4.
- Соединение 4 последовательно теряет протон и затем отщепляет молекулу воды, в результате чего образуется 1-нитрозо-алканол 5, который, как полагают, обладает синей окраской которую он сообщает всей реакционной смеси и которая наблюдается во многих реакциях Нефа.
- Этот промежуточный 1-нитрозо-алканол распадается на азотноватистую кислоту 6 (образуя оксид азота через 6b и 6c) и оксониевый ион 7, который теряет протон с образованием карбонильного соединения 8.
Обратите внимание, что формирование нитронатной соли из нитросоединения требует наличия альфа-атома водорода и, следовательно, реакция не происходит с третичными нитросоединениями.
Применение реакции Нефа
Реакция Нефа часто применяется в органическом синтезе. Она применялась в химии углеводов как метод удлинения цепей для альдозы, например, в изотопной классификации $C14-D$-маннозы и $C14-D$-глюкозы из $D$-арабинозы и $C14$-нитрометана (первой стадией здесь является реакция Анри):
Рисунок 4.
Противоположной реакцией является деградация Воля.
Реакцию также использют в сочетании с реакцией Михаэля в синтезе гамма-кето-карбонильных соединений:
Рисунок 5.
Стадия гидролиза в реакции Нефа также может быть реализована при помощи кислот Льюиса, таких как олово (IV), хлорид железа (III) или при помощи окислителей, таких как оксон.
Эта исключительно своеобразная реакция занимает особое место среди других превращений нитроалканов и не имеет ярко выраженной аналогии среди других классов органических соединений. Она до сих пор применяется для синтеза карбонильных соединений, содержащих другие легко окисляемые функциональные группы.
Рисунок 6.
Гидролиз нитроалканов
Реакция Нефа является частным случаем реакций гидролиза нитроалканов, поэтому его закономерности также следу рассмотреть отдельно.
В результате гидролиза первичных нитроалканов могут образовыватся различные продукты. При использовании для гидролиза раствора 80-95%-й серной кислоты образуются карбоновые кислоты и соли гидроксиламина:
$R-CH_2-NO_2 + H_2SO_4 + H_2O \to RCOOH + [NH_3OH]^+ {HSO_4}^-$
Вероятнее всего, реакции протекают по следующему механизму:
Рисунок 7.
