Реакция Реформатского заключается во взаимодействии эфиров $\alpha$-галогенкарбоновых кислот с карбонильными соединениями в присутствии цинка. Промежуточными веществами в этой реакции могут быть цинкорганические соединения, которые затем присоединяются к карбонильной группе. По своим свойствам и реакционной способностью цинкорганические соединения не имеют никаких преимуществ перед реактивом Гриньяра, поэтому редко применяются в синтезах, характерных для металлоорганических соединений. Исключением является реакция Реформатского.
Цинкорганические соединения менее реакционноспособные, чем магнийорганические, а эфиры, в свою очередь, менее реакционноспособные, чем альдегиды или кетоны. Благодаря этому и может происходить реакция Реформатского. Магнийорганические соединения могут взаимодействовать с карбонильной группой второй молекулы эфира. А упомянутые промежуточные цинкорганические соединения реагируют только с карбонильной группой кетонов или альдегидов, образуя при этом эфиры $\beta$-гидроксикислоты или после дальнейшей дегидратации - эфиры ненасыщенных кислот.
Рисунок 1.
Особенности реакции Реформатского
В реакцию Реформатского, кроме эфиров $\alpha$-галогенкарбонових кислот, могут вступать различные производные карбоновых кислот, содержащие активный галоген, но не содержащие групп, которые могут вызвать побочные процессы, например, $\alpha$-галогенонитрилы, $\alpha$-галогендизамещенные амиды, цинковые соли карбоновых кислот и тому подобное.
Выход целевых продуктов и ход реакции зависит и от природы галогена. Так, эфиры $\alpha$-хлоркарбонових кислот реагируют очень медленно или совсем не реагируют. Только $\alpha$-галогенэфиры, в которых атомы хлора содержатся у вторичного или третичного $\alpha$-атома углерода, более реакционные и приводят к высоким выходам конечных продуктов. Самые активные $\alpha$-йодэфиры, но в основном они малодоступны. Поэтому чаще всего используют $\alpha$-бромэфиры.
В качестве карбонильных соединений могут выступать алифатические, ароматические и гетероциклические альдегиды и кетоны. По реакционной способностью их можно расположить в следующий ряд:
Рисунок 2.
Получение эфиров $\beta$-кетокислот
Если же в качестве карбонильных соединений в реакции Реформатского использовать эфиры, то в результате реакции можно получить эфиры $\beta$-кетокислот.
Рисунок 3.
В качестве растворителей чаще всего используют растворители эфирного происхождения (диэтиловый эфир, тетрагидрофуран, 1,4-диоксан и т.п.).
При соблюдении экспериментальных условий реакций выходы эфиров $\beta$-оксикислот обычно весьма высоки и достигают 60-90%:
Рисунок 4.
Рисунок 5.
Рисунок 6.
Механизм реакции Реформатского
О механизме реакции Реформатского известно то, что она происходит в две стадии.
Рисунок 7.
На первой стадии в результате взаимодействия цинка с эфирами $\alpha$-галоген-карбоновых кислот образуются цинкорганические интермедиаты -хелатные комплексы, которые являются достаточно устойчивыми веществами, особенно в эфирных растворах. Образование хелатных комплексов и является движущей силой процесса. В отдельных случаях они даже были выделены в твердом состоянии и их строение доказано. Образованные цинкорганические соединения могут существовать в виде двух структур (А и Б):
Рисунок 8.
но практически преобладает структура Б, которая затем реагирует с карбонильным соединением через шестичленные переходные состояния.
Рисунок 9.
Образованию хелатного комплекса способствуют неполярные растворители, не способные эффективно сольватировать катионы цинка. Такая трактовка механизма реакции Реформатского находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными, согласно которым $\beta$ и $\gamma$-бромэфиры, не способные к образованию цинковых енолятов, не вступают и в реакцию Реформатского.
В реакции Реформатского возможны и побочные процессы. Это - реакция Вюрца для $\alpha$-галогенэфиров, альдольная конденсация для карбонильных соединений и маловероятное взаимодействие цинкорганического интермедиата с исходными $\alpha$ -галоген-эфирами. Но модифицируя условия проведения реакции Реформатского, можно свести к минимуму или избежать совсем нежелательных побочных процессов.
