Программа контрольной работы 2

Реакции галогенов с аренами: схема и механизм реакций; катализаторы, механизм образования и активность атакующих частиц; влияние строения субстрата, природы галогена, температуры и растворителя на скорость и направление реакции. Примеры галогенирования аренов. Особенности хлорирования, бромирования и иодирования аренов в безводной среде в присутствии катализатора: схема и механизм реакций, основные технологические стадии; подготовка сырья; реакторы; обработка продуктов и отходящих газов. Особенности иодирования хлориодом. Примеры галогенирования аренов. Гомолитическое галогенирование алканов и алкиларенов: схема и механизм реакции (активные частицы, лимитирующая стадия); влияние строения субстрата и природы галогена на скорость и направление реакции, тепловой эффект, селективность; инициаторы, ингибиторы, температура, аппаратура жидко- и газофазного галогенирования (хлораторы), недостатки метода; специфические переносчики галогена и механизм их действия; примеры. Синтез галогенидов из непредельных соединений: схемы и механизмы реакций радикального и электрофильного присоединения галогенов, галогеноводородов; влияние строения субстрата и реагента на скорость и направление реакции; правило Марковникова и перекисный эффект Караша. Гипогалогенирование непредельных соединений: схема и механизм реакции; влияние строения субстрата и реагента на скорость и направление реакции; гипохлорирование винилхлорида и стирола, метоксихлорирование стирола. Галогенирование карбонильных соединений: схемы и механизмы реакций гомолитического и гетеролитического галогенирование (кислотный и щелочной катализ); влияние строения субстрата на направление и скорость реакции; схема и механизм галоформная реакция, иодоформная реакция, методы синтеза хлороформа. Замена атома кислорода карбонильной группы на галоген; примеры реакций. Галогенирование карбоновых кислот: схемы и механизмы гомолитического и гетеролитического галогенирования, основные приемы; примеры реакций. Замена гидроксила в спиртах на галоген с помощью галогенводородных кислот, галогенидов и хлорокиси фосфора, хлористого тионила: схема и механизмы реакций, влияние строения субстрата и реагента на скорость реакции (проба Лукаса), катализаторы, примеры реакций.

Мономолекулярное и бимолекулярное замещение галогена у sp³-гибридного атома углерода: схема, механизм, стереохимия, побочные реакции, влияние строения субстрата, природы галогена, силы нуклеофила, катализатора и растворителя на механизм и скорость р-ции. Замещение галогена в активированных и неактивированных арилгалогенидах: схема и механизм реакции, влияние строения субстрата, природы галогена и условий реакции на механизм и скорость реакции. Катализаторы. Побочные реакции. Примеры реакций. Гидролиз арил- и алкилгалогенидов, геминальных ди-, три-, и тетрагалогенидов: схемы и механизмы реакций, влияние строения субстрата, нуклеофильности частиц и условий реакции на скорость и направление реакции. Примеры реакций. Использование алкил- и арилгалогенидов в синтезе простых эфиров, в синтезе первичных, вторичных и третичных аминов, тиоспиртов, тиоэфиров, нитрилов, сульфокислот: схемы и механизмы реакций, влияние строения субстрата, природы галогена и условий реакции на скорость и направление реакции. Побочные реакции. Примеры реакций. Селективные синтезы первичных, вторичных и третичных аминов: схемы и механизмы реакций, влияние строения субстрата, природы галогена и условий реакции на скорость и направление реакции. Замещение одних атомов галогена на другие: область применения метода, схемы и механизмы реакций, катализаторы, примеры реакций.

Реакция диазотирования: механизм образования диазотирующих частиц, влияние среды на направление реакции; схема и механизм синтеза солей диазония, влияние свойств амина, температуры и кислотности среды, перемешивания, концентрации, порядка смешения и растворения реагентов на скорость реакции и выход целевого продукта. Ароматические и алифатические соли диазония: строение, влияние строения субстрата на устойчивость солей; превращения солей под действием кислот и оснований. Реакция азосочетания с аминами, фенолами: схема и механизм реакции, влияние строения исходных веществ и условий реакции на выход целевого продукта. Нитрозирование первичных, вторичных и третичных аминов: схемы и механизмы реакций, влияние строение субстрата на направление реакции. C- и O-Нитрозирование: схема реакции, влияние строение субстрата на направление и скорость реакции. Замена диазогруппы на гидроксил, гидразиногруппу и водород, галоген, сульфохлорид, циано- и нитрогруппы: схема, условия реакции, катализаторы, достоинства и недостатки совмещения операций диазотирования и разложения солей диазония, условия реакций Зандмейера и Гаттермана, Шимана, примеры реакций.

Напишите уравнения реакций хлорирования и бромирования изопентилбензола на свету. Укажите недостаток гомолитического галогенирования и предложите способ их устранения. Напишите уравнения реакций иодирования метилэтилкетона в кислой и щелочной средах. Какое значение имеет этот метод галогенирования? Напишите уравнения реакций хлорирования в присутствии катализатора и сравните реакционную способность а)бензола, нафталина, 1-гидроксинафталина, нитробензола и хлорбензола; б)бензола, бромбенола, толуола, анилина, N,N-диметиланилина, ацетанилида и бензамида; в) бензола, хлорбензола, толуола, фенола, метоксибензола, фенилацетата и метилбензоата; г) бензола, бромбензола, толуола, фенола, этоксибензола, фенилацетата и этилбензоата; д) бензола, бромбензола, толуола, анилина, N-метиланилина, ацетанилида и метилфенилкетона. В чем заключается трудность реализации процессов галогенирования анилина и жирноароматических аминов? Почему галогенирование в безводной среде технологически более выгодно? Предложите методы замены гидроксила на галоген, позволяющие получить из нитрила D-молочной кислоты нитрил L- a-галогенпропановой кислоты.

Напишите уравнения реакций гидробромирования, гидрохлорирования и сравните реакционную способность а) пропилена, изобутилена, этилацетилена и 1,3-бутадиена; б) бутилена, изобутилена, метилацетилена и изопрена (2-метил-1,3-бутадиена). Напишите уравнения реакций гипобромирования и сравните реакционную способность пропилена, изобутилена, 2,3-диметил-2бутена и 1,3-бутадиена. Напишите уравнение и объясните направление реакции винилхлорида с хлором в а)воде, б) метаноле. Сравните и объясните с помощью механизма реакции реакционную способность первичного, вторичного и третичного бутилового спирта в реакциях с HCl, HBr и HI. Укажите катализаторы, ускоряющие процесс.

Напишите уравнения и объясните направление реакций а) ацетиленида натрия с бутил- и трет.бутилбромидом; б) этилата натрия с бутил- и трет.бутилбромидом. Укажите, как строение субстрата, сила нуклеофила и полярность растворителя влияют на механизм, направление и скорость нуклеофильного замещения в S_N1- и S_N2-реакциях. Сравните реакционную способность изопентил-, втор.изопентил-, трет.пентил-, метил- хлоридов, 1-хлор-3-метил-1-бутена и 1-хлор-3-метил-2-бутена в S_N1- и S_N2-реакциях. В каких случаях селективность реакции резко уменьшается? Напишите уравнения и объясните направление реакций 3,4-дихлорнитробензола с раствором NaOH в EtOH и H₂O. Напишите схему и объясните, почему при гидролизе бензилиденгалогенидов не используют растворы щелочей и почему электроноакцепторные заместители замедляют, а электронодонорные ускоряют реакцию? При сплавлении п -дихлорбензола со щелочью кроме гидрохинона образуется резорцин. Как повысить выход основного продукта. При нагревании хлорбензола с 15% NaOH (2,2-2,5 моль на моль галогенида) при 360-390^оС и 28 МПа образуются фенол, дифениловый эфир (основной побочный продукт) и 4- и 2-гидроксидифенилы. Объясните результаты реакции. При нагревании 2-хлорбензойной кислоты с гидроксидом натрия при 200^оС образуется смесь м- и о-гидроксибензойных кислот в соотношении 2:1. Проведение реакции в присутствии соли меди приводит к образованию только салициловой кислоты. Объясните эти факты. Напишите схему реакции и, используя механизмы реакций, объясните реакционную способность хлорбензола, бензилхлорида, п-метил-, п-нитро-, о,п-динитро- хлорбензола в реакциях с водной щелочью.

Напишите схему реакции п-аминобензиламина с нитритом натрия в кислоте при а) рН 3; б) рН 1. Сравните устойчивость алифатических и ароматических солей диазония. Напишите уравнения, сравните и с помощью механизма объясните скорость реакций диазотирования а) анилина, п-метил-, п-хлор-, п-нитро- и п-метоксианилина; б) анилина, п-этил-, п-бром-, п-ацетил- и п-этоксианилина. Напишите схемы образования, сравните и объясните устойчивость катионов: а) бензолдиазония, п-метил-, п-хлор-, п-нитро- и п-метоксибензолдиазония; б) бензолдиазония, п-этил-, п-бром-, п-ацетил- и п-этоксибензолдиазония. Сравните и объясните с помощью механизма реакции реакционную способность а) бензолдиазония, п-метил-, п-хлор-, п-нитро- и п-метоксибензолдиазония в реакциях азосочетания с фенолом; б) бензолдиазония, п-этил-, п-бром-, п-ацетил- и п-этоксибензолдиазония в реакциях азосочетания с анилином. Напишите схему реакции замены диазогруппы на гидроксил. Укажите, в какой среде (кислой, нейтральной, щелочной) её ведут, недостатки этого метода синтеза фенолов и пути их устранения. Напишите схемы реакции диазотирования анилина в слабокислой среде и побочных реакций, которые являются главной причиной снижения выхода целевого продукта.

ЗАНЯТИЕ №12

Тема занятия: Промышленные методы C-, N- и O-алкилирования. (2 ч).

Актуальность темы: процессы алкилирования имеют исключительное значение, как при конструировании углеродного скелета органического соединения, так и для защиты функциональных групп.

Цель занятия: ознакомить студентов с промышленными методами алкилирования.

Конкретные задачи. Студент должен знать: процессы С-, N- и О-алкилирования, их химизм, механизм реакций, влияния строения субстрата на направление и скорость реакции; методы промышленного алкилирования, область их применения, их достоинства и недостатки, пути совершенствования. Студент должен уметь: выбрать метод алкилирования в зависимости от свойств субстрата.

При подготовке к практическому занятию студент обязан проработать материал лекций, основной и дополнительной литературы в соответствии с темой, целью и конкретными задачами, после чего ответить на приведенные ниже задания и вопросы.

Обратите внимание нахимизм и механизм основных методов алкирования, алкирующие агенты, их достоинства и недостатки, область применения методов, факторы определяющие направление и скорость реакции. Надо быть готовым к ответу на следующие вопросы:

Общая характеристика процессов: определение, виды алкилирования (арилирования), алкилирующие агенты. Значение процессов алкилирования и арилирования в химическом синтезе БАВ.

Алкилирование и арилирование по атому углерода. Общие сведения о механизмах С-алкилирования. Механизм алкилирования ароматических соединений: лимитирующая стадия, кинетические закономерности, основные недостатки алкилирования по Фриделю-Крафтсу (полиалкилирование, изомеризация радикала и конечного продукта, диспропорционирование, изомеризация перемещающейся группы). Общие сведения об алкилировании алифатических соединений (алканов, малонового эфира, АУЭ им др.) Катализаторы в процессах алкилирования, их характеристика и область применения (протонные, апротонные, оксиды металлов, циолиты, катиониты, жидкофазные, твердофазные).

Условия проведения и практические примеры использования процессов С-алкилирования (арилирования) в синтезе лекарственных веществ. Алкилирование алкилгалогенидами (моно-, ди-, три- и тетрагалогенидами, аренов и алифатических соединений, реакционная способность алкилгалогенидов, значение кислоты Льюиса), непредельными соединениями (аренов и алифатических соединений, значение кислоты Льюиса, алкоголятов натрия), спиртами (реакционная способность спиртов, катализаторы). Особенности технологии. Рекомендуемые значения технологических параметров.

Малоновый синтез, его разновидности и значение в синтезе БАВ. Реакции гидроксиметилирования, хлорметилирования, аминометилирования (конденсация Манниха), условия их проведения, разновидности и значение в синтезе лекарственных веществ.

Алкилирование и арилирование по атому азота (N-алкилирование). Определение и алкилирующие агенты.

Особенности технологии и рекомендуемые параметры проведения процессов алкилирования по атому азота алкилгалогенидами (связывающие кислоту агенты, температура реакции, нуклеофильность субстрата, пути увеличения селективности реакции и выхода целевого продукта, нуклеофильная подвижность галогена, введение этанольного остатка.), окисью этилена (основной недостаток метода), диметилсульфатом (основные достоинства и недостаток метода), эфирами арилсульфокислот, простыми эфирами (парофазный метод), спиртами, формальдегидом (метилирование по Эшвайлеру-Кларку), непредельными соединениями. Примеры промышленных синтезов лекарственных веществ.

Алкилирование по атому кислорода (О-алкилирование). Общая характеристика процессов (определение, алкилирующие агенты). Особенности технологии О-алкилирования спиртами, эфирами серной кислоты и арилсульфоновых кислот, алкилгалогенидами, непредельными соединениями. Примеры из промышленного синтеза лекарственных соединений. Тритилирование, как метод защиты гидроксильных групп.

Основные опасности процессов алкилирования. Меры по обеспечению безопасной работы. Токсичные вещества, используемые в процессах алкилирования и правила работы с ними.