Перегруппировка Фаворского названа в честь русского химика Алексея Евграфовича Фаворского, и заключается главным образом в перегруппировке циклопропанонов и $\alpha$-галокетонов, что приводит к различным продуктам.
Вариации перегруппировки Фаворского
- Образование производных карбоновых кислот.
Эта перегруппировка происходит в присутствии основания, с получением карбоновой кислоты, а также в присутствии спиртов основанием или аминов с образованием сложного эфира или амида соответственно.
Рисунок 1. Образование производных карбоновых кислот. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
- В случае перегруппировки Фаворского $\alpha$-галогенкетонов (где галоген - хлор, бром или иод), которые содержат с другой стороны карбонильной группы $\alpha$-водородный атом, реакция приводит к образованию перегруппированных сложных эфиров.
Рисунок 2. Образование сложных эфиров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
- В случае использования в качестве оснований $NaOH$ или аминов, то в результате перегруппировки Фаворского образуются соответствующие кислоты и амиды. При этом циклические $\alpha$-галогенкетоны реагируют с сужением их цикла:
Рисунок 3. Образование кислот и амидов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Механизм перегруппировки Фаворского
Изначально предполагалось, что перегруппировка Фаворского представляет собой реакцию [1,2]-сигматропного типа, аналогичную бензиловой и прочим подобным перегруппировкам, и тогда ее механизма должен был бы иметь следующую схему:
Рисунок 4. Механизм перегруппировки Фаворского. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В таком случае бензилхлорметилкетон ($LIII$) под действием гидроксида натрия давал бы $\beta$-фенилпропионовую кислоту, а $\alpha$-хлорбензилметилкетон ($LIV$) $\alpha$-фенилпропионовую кислоту. Однако экспериментально было доказано, что из обоих соединений получают только $\beta$-фенилпропионовую кислоту:
Рисунок 5. Механизм перегруппировки Фаворского. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Следовательно, приведенная выше схема механизма неверна.
Исследование механизма методом меченых атомов
Ключевым исследованием для выяснения механизма перегруппировки Фаворского стало исследование методом меченых атомов. При проведении этой перегруппировки циклических $\alpha$-галогенкетонов
Рисунок 6. Исследование механизма методом меченых атомов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
с использованием 2-хлорциклогексанона, с замененным $C_1$ и $C_2$ на изотопы $^{14}C$, в продукте реакции - циклопентанкарбоновой кислоте - было обнаружено 50% меченых атомов на карбонильном положении и по 25% в $\alpha$ и $\beta$ положениях. Если бы при такой перегруппировке происходило замещение галогена со сдвигами связей $C_1-C_6$, то в образующейся кислоте метка должна была бы быть равномерно распределенной между карбонильными положениями и положением $C_\beta$, а если бы мигрировали связи $C_1-C_2$, то метка должна была бы быть бы поровну разделена между положением $C=O$ и положением $C_\beta$. Тот факт, что положения $C_\alpha$ и $C_\beta$ в кислоте оказались мечеными в одинаковой мере, нельзя интерпретировать, как протекание обеих миграций в равной мере, т.к. положения 2 и 6 в 2-хлорциклогексаноне химически не эквивалентны.
Наиболее вероятным в данном случае считается то, что в данной реакции образуются симметричные интермедиаты циклопропаноновой структуры ($LV$).
Рисунок 7. Исследование механизма методом меченых атомов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Ионы $OH^-$ действуют не как нуклеофильные, а как основание, т.е. не присоединяются к $C=O$, а отщепляют кислый $\alpha$-протон.
Предположение о циклопропаноновом интермедиате хорошо объясняет и описанное выше превращение хлорированных бензилметилкетонов.
Рисунок 8. Исследование механизма методом меченых атомов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В общем виде механизм перегруппировки Фаворского можно представить следующей схемой:
Рисунок 9. Исследование механизма методом меченых атомов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
По существу, перегруппировка представляет собой внедрение группы $CR_1R_2$ между карбонилом и группой $CR_3R_4$.
И таким образом механизм данной реакции, как полагают, связан с формированием енолята на боковой стороне кетона от атома хлора:
Рисунок 10. Исследование механизма методом меченых атомов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
