Наиболее простым методом получения простых эфиров является взаимодействие алкоголята щелочного металла с алкилгалогенидом или алкилсульфонатом. При воздействии на галогеналканы алкоголятов и фенолятов образуются эфиры.
Рисунок 1.
Третичные галогеналканы образуют алкены как побочные продукты.
Реакция Вильямсона была открыта в 1851 г., но до сих пор остается лучшим методом получения насыщенных и ненасыщенных, симметричных и несимметричных простых эфиров. Данный метод заключается в обработке галогенида алкоголят- или фенолят- ионами, полученные из спирта или фенола. Для третичных соединений реакция осложнена отщеплением, а для вторичных соединений выхода продукта невысоки. Простые эфиры, содержащие третичные группы можно легко получить, используя третичные алкоголят- ионы, которые получают отщепляя протон от третичных спиртов. Активные галогениды, могут непосредственно реагировать со спиртом, при этом нет необходимости переводить спирт в алкоголят. Даже третичные галогениды вступают в эту реакцию, и элиминирования не наблюдается.
Этот синтез до сих пор остается наиболее общим способом получения простых эфиров:
Рисунок 2.
В отличие от реакций межмолекулярной дегидратации спиртов синтез Вильямсона пригоден для синтеза как симметричных, так и несимметричных простых эфиров:
Рисунок 3.
Механизм реакций Вильямсона
Реакция алкилирования алкоголятов галогеналкилами может происходить в основном по механизму как $SN1$, так и $SN2$ в зависимости от природы исходных соединений и условий процесса. Для алкоголятов первичных спиртов и первичных галогеналкил реализуется механизм $SN2$:
Рисунок 4.
В присутствии алкоксид-анионов, которые являются сильными основаниями, может происходить отщепление галогеноводородов с образованием алкена. Легче всего такое отщепление проходит для третичных галогеналкил, труднее для вторичных и тому подобное. Поэтому при синтезе смешанных эфиров целесообразнее использовать первичные галогеналкилы и алкоголяты третичных спиртов, позволит свести количество алкена к минимуму:
Рисунок 5.
Для этого процесса характерны те же самые ограничения, что и для других таких реакций. Если простой эфир содержит вторичные или третичные алкильные группы, их следует вводить с помощью алкоголятов, но не алкилгалогенидов или алкилсульфонатов, поскольку в этих случаях имеет место преимущественное или исключительное $E2$-элиминирование:
Рисунок 6.
Наилучшие результаты достигаются в том случае, когда в качестве алкилирующих агентов используются первичные алкилгалогениды и сульфонаты, а также аллил- и бензилгалогениды.
Закономерности протекания реакций
Получение простого эфира по Вильямсону представляет собой обычную реакцию бимолекулярного нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода с помощью алкоксид- или феноксид-ионов.
По реакционной способности галоидные алкилы, которые можно использовать в реакциях Вильямсона можно расположить в ряд:
Рисунок 7.
Такое их расположение обусловлено изменением величин энергий связи $C-Hal$.
Изменение реакционой способности в ряде галоидных алкилов влияет на протекание реакций Вильямсона.
Например, для получения этилизопропилового эфира используют бромистый этил и натрийизопропилат
Рисунок 8.
но не бромистый изопропил и натрийэтилат.
Третичные галоидные алкилы, например трет-бутилхлорид, в условиях такого процесса полностью превращается в бутилен.
Если при отщеплении молекул $HHal$ можгут образовываться не один, а два изомерных продукта, то их выходы не будут одинаковы.
Например:
Рисунок 9.
В этих реакциях преимущественно образуется термодинамически более устойчивый продукт у которого в строении находится большее количество алкильных групп (правило Зайцева).
Термодинамическую устойчивость некоторых алкенов можно оценить по величинам теплот их гидрирования ($\triangle H$), значения которой приведены в таблице 1 для некоторых алкенов.
Таблица 1
Рисунок 10.
