Haloformová reakce

Haloformová reakce je chemická reakce, při které se vytváří haloform (CHX₃, kde X je halogen) postupnou halogenací methylketonů (RCOCH₃, kde R je vodík, alkyl nebo aryl), za přítomnosti zásady.^[1][2][3] Pomocí této reakce lze převést acetylové skupiny na karboxylové nebo získat chloroform (CHCl₃), bromoform (CHBr₃) či jodoform (CHI₃). Fluoroform (CHF₃) se takto připravit nedá.

Obecná haloformová reakce

Mechanismus

V prvním kroku se halogen za přítomnosti hydroxidu disproporcionuje na halogenid a halogenan:

${\displaystyle {\mbox{Br}}_{2}+2{\mbox{OH}}^{{}-{}}~\rightarrow ~{\mbox{Br}}^{{}-{}}+{\mbox{BrO}}^{{}-{}}+{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}}$

Pokud je přítomen sekundární alkohol, tak jej halogenan oxiduje na keton.

Za přítomnosti methylketonu dojde k jeho tříkrokové reakci s halogenanem:

1. V zásaditém prostředí se keton tautomerizuje. Enolát je elektrofilně atakován halogenanem.

2. Po úplné halogenaci pozice α molekula projde nukleofilní acylovou substituční reakcí s hydroxidem, kde je odstupující skupinou ⁻CX₃, stabilizovaná třemi skupinami odtahujícími elektrony. Ve třetím kroku anion ⁻CX₃ odštěpí proton z rozpouštědla nebo karboxylové kyseliny a utvoří haloform. V některých případech lze tuto reakci zastavit a izolovat meziprodukt (chloralhydrát), pokud probíhá v kyselém prostředí a s použitím halogenanu.

Rozsah

Substráty jsou omezeny na methylketony a sekundární alkoholy, které na ně lze oxidovat, jako je například isopropylalkohol. Jediným primárním alkoholem zapojitelným do haloformová reakce je ethanol a aldehydem acetaldehyd. Haloformových reakcí se mohou účastnit i 1,3-diketony, jako je acetylaceton, a β-ketokyseliny, například kyselina acetyloctová. Acetylchlorid a acetamid nereagují. Halogenem může být chlor, brom, nebo jod.^[4]

Tvorba fluoroformu (CHF₃) tímto způsobem není možná, protože by vyžadovala přítomnost značně nestabilního fluornanového iontu; ketony odpovídající obecnému vzorci RCOCF₃ se ovšem zásadami štěpí na fluoroform; tento proces odpovídá druhému a třetímu kroku výše uvedené reakce.

Použití

V laboratoři

Negativní a pozitivní jodoformová reakce

Haloformová reakce je základem jodoformové reakce, používané k důkazu přítomnosti methylketonu nebo sekundárního alkoholu oxidovatelného na methylketon. Při použití jodu a hydroxidu sodného se reakcí vytvoří jodoform, který je za pokojové teploty pevný a vysráží se za tvorby zákalu.

V organické chemii ji lze použít na přeměnu koncového methylketonu na příslušnou karboxylovou kyselinu.

V průmyslu

Haloformová reakce se používala na průmyslovou výrobu jodoformu, bromoformu a chloroformu.

Vedlejší produkt chlorování vody

Chlorování vody může vést ke tvorbě haloformů, pokud voda obsahuje určité nečistoty, jako jsou například huminové kyseliny).^[5][6]

Existují obavy že tyto reakce mohou vytvářet karcinogenní sloučeniny v pitné vodě.^[7]

Historie

Haloformová reakce je jednou z nejdéle známých organických reakcí.^[8] V roce 1822 přidal Georges-Simon Serullas kovový draslík do roztoku jodu v ethanolu a vodě, přičemž vznikly mravenčan draselný a jodoform.^[9] Roku 1832 popsal Justus von Liebig reakci chloralu s hydroxidem vápenatým na chloroform na mravenčan vápenatý.^[10] Reakci znovuobjevil Adolf Lieben v roce 1870.^[11] Jodoformová reakce bývá také nazývána Liebenovou haloformovou reakcí.^[2]