Озонолиз алкенов — это важная реакция в органической химии, которая позволяет разрывать ненасыщенные связи (С=С) в алкенах и преобразовывать исходные молекулы в карбонильные соединения — альдегиды или кетоны
(рис. 1). Данный процесс имеет широкое применение в синтетической химии, особенно в создании сложных молекул для фармацевтической и химической промышленности.
Реакция озона с алкенами, о которой впервые было сообщено в 1840 году, остается популярным синтетическим методом, сочетающим в себе простоту экспериментальной работы с возможностью получения целого ряда полезных продуктов за счет выбора субстрата и условий проведения реакции. Ниже представлены наиболее распространенные синтетические превращения.
Озон, будучи мощным окислителем, способен взаимодействовать с двойной связью алкена, образуя промежуточные пероксидные интермедиаты, которые затем могут быть преобразованы в карбонильные соединения и другие продукты реакции. В зависимости от структуры исходного алкена и условий реакции, продукты могут варьироваться (Схема 1).
Механизм реакции озонолиза алкенов, предложенный Рудольфом Криге в 1975 году и впоследствии подтвержденный в 1998 году с помощью ЯМР-спектроскопии группой Бергера, включал три стадии.
Как показано на схеме 2, на первой стадии в результате процесса [3+2] циклоприсоединения озона и алкена образуется "первичный" озонид (известный как моль–озонид) – 1,2,3-триоксолановый цикл, который в дальнейшем расщепляется с образованием карбонильного соединения и карбонил оксида (названного интермедиатом Криге). На заключительном этапе образовавшиеся в ходе реакции карбонил оксид и карбонильное соединение вступают в реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием пятичленного циклического пероксида – 1,2,4-триоксолана (вторичного озонида).
Как было показано на схеме 1, промежуточный продукт озонолиза — 1,2,4-триоксолан, может быть разложен различными способами. Наиболее распространенные методы включают обработку сторонними восстановителями или окислителями, такими как цинк в уксусной кислоте, диметилсульфид, боргидрид натрия или перекись водорода. В результате данного разложения образуются карбонильные соединения, спирты или карбоновые кислоты.
- Если алкен симметричный, то образуются два одинаковых карбонильных соединения.
- Если алкен асимметричный, то могут возникнуть два различных карбонильных соединения.
• Альдегиды: Формируются при разрыве двойной связи у края молекулы.
• Кетоны: Образуются при разрыве двойной связи между двумя углеродами, которые уже имеют заместители.
Например, если рассмотреть озонолиз пропена (C₃H₆), то входе реакции можно получить ацетальдегид и формальдегид (Схема 3).
Озонолиз алкенов представляет собой мощный инструмент в арсенале химиков-органиков. Благодаря своей способности превращать алкены в карбонильные соединения, эта реакция открывает новые возможности для синтеза и исследования сложных молекул. Понимание механизма озонолиза и условий его проведения является ключевым для успешного применения этой реакции в научных и промышленных целях.