Программа МК8 «Промышленные методы C-, N- и O-алкилирования»

1.Приведите пример и дайте определение процессам С-, N- и О-алкилирования; реакциям оксиметилирования, галогенметилирования и аминометилирования; алкилированию по Фриделю-Крафтсу, укажите, с какой целью применяют алкилирование в химическом синтезе лекарств, напишите структурные формулы основных алкилирующих агентов.

2.Напишите структурную формулу диметилсульфата, формальдегид и укажите, для каких видов алкилирования они используется. Приведите примеры.

3.Сравните активность первичного, вторичного и третичного бутилхлоридов; первичного, вторичного и третичного бутиловых спиртов; этилена, пропена и 2-метилпропена в реакции Фриделя-Крафтса и напишите схему реакции наиболее активного из них с бензолом.

4.Сравните активность бензола, хлорбензола и толуола; этилбензола, нитробензола и бензола; в реакции алкилирования Фриделя-Крафтса и напишите схему реакции наиболее активного из них с метилиодидом, пропиленом.

5.Сравните активность бензола, хлорбензола и толуола в реакциях хлорметилирования; бензола, резорцина и фенола в реакциях гидроксиметилирования и напишите схему алкилирования с наиболее активным из них.

6.Сравните активность анилина, п-нитро- и п-метоксианилина; бензиламина, анилина, и п-метоксианилина; анилина, п-хлор- и п-метиланилина в реакциях N-алкилирования и напишите схему реакции наиболее активного из них с этилиодидом,  диметилсульфатом, метилиодидом.

7.Сравните активность хлорбензола, п-нитрохлорбензола и бензилхлорида в реакциях с аминами, спиттами, фенолами и напишите схему реакции наиболее активного из них с этиламином; с этилатом натрия; с фенолятом натрия; хлорбензола, п-нитро- и п-метоксихлорбензола в реакциях с аминами и спиртами и напишите схему реакции наиболее активного из них с бензиламином; с метилатом натрия.

8.Напишите схему механизма алкилирования аренов и укажите, чем он отличается от механизмов большинства других реакций S_E.

9.Напишите схемы образования электрофильных частиц при алкилировании аренов: алкилгалогенидами, алкенами и спиртами в присутствии кислот Льюиса; алкенами и спиртами в присутствии минеральных кислот.

10.Напишите схемы механизма реакции гидроксиметилирования аренов в присутствии кислот и оснований; хлорметилирования аренов; алкилирования аминов и спиртов алкилгалогенидами и диметилсульфатом в присутствии щелочи, спиртами в присутствии кислот;.

11.Напишите схемы реакции: бензола с неопентилхлоридом в присутствии AlCl₃ и FeCl₃; п-ксилола и этилбензола при нагревании в присутствии AlCl₃ или HF и BF₃; бензола с CCl₄ в присутствии AlCl₃; фенола с аллилбромидом в присутствии AlCl₃ или щелочи; о-бромбензилбромида с диметиламином; 3,4-дихлорнитробензола с изобутиламином; анилина с 2-хлорэтанолом; п-аминобензойной кислоты с окисью этилена; аминоуксусной кислоты с формальдегидом в среде муравьиной кислоты; этанола с акрилонитрилом в присутствии щелочи; малонового эфира с натрием и этилбромидом; малонового эфира с натрием и акролеином.

12.Напишите уравнения реакций и объясните, почему при алкилировании по Фриделю-Крафтсу возможно: полиалкилирование арена, изомеризация радикала, не соблюдение правил ориентации; изомеризация и диспропорционирование продуктов.

13.Напишите схемы побочных реакций, протекающих при алкилировании аренов по Фриделю-Крафтсу, причиной которых является обратимость реакции; причиной которых является устойчивость промежуточных и конечных продуктов.

14.Напишите схемы: реакции фенола с формальдегидом и объясните причину образования полимеров; побочных реакций, протекающих при алкилировании аминов алкилгалогенидами; алкилирования ароматических аминов спиртами, укажите катализаторы и объясните их действие; алкилирования аминов и спиртов диметилсульфатом и укажите достоинства и недостатки алкилирующего агента, при каких условиях используются одна и обе его метильные группы; метилирования фенола метилхлоридом и укажите достоинства и недостатки алкилирующего агента.

ЗАНЯТИЕ №13

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

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

Цель занятия: ознакомить студентов с промышленными методами нуклеофильного замещения галогенов, сульфогрупп и других атомов и групп атомов в органических соединениях.

Конкретные задачи. Студент должен знать: процессы С-, N- и О-ацилирования, их химизм, механизм реакций, влияния строения субстрата на направление и скорость реакции;

- методы промышленного ацилирования, область их применения, их достоинства и недостатки, пути совершенствования. Студент должен уметь: выбрать метод ацилирования 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 ацилирования, ацилирующие 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 ацилирования (определение, С-, О- и N-ацилирование, ацилирующие агенты). Значение процессов ацилирования в химическом синтезе БАВ. Ацилирование по атому углерода. Механизм С-ацилирования. Катион ацилия, соли ацилия. Роль катализаторов в процессах ацилирования. Возможные вторичные и побочные процессы. Особенности ацилирования алкенов. Синтез ароматических кетонов. Ацилирование галогенангидридами кислот (катализаторы), ангидридами кислот (фталевым ангидридом), ацилирование карбоновыми кислотами. Примеры промышленно важных синтезов. Особенности введения формильной группы. Ацилирование по Гаттерману-Коху. Реакция Вильсмайера. Реакция Раймера-Тимана. Реакция Кольбе-Шмидта. Область их применения, значение в технологии БАВ. Ацилирование по атому азота. Особенности N-ацилирования (цели N-ацилирования, скорость реакции, реакционная способность ацилирующих агентов). Ацилирование галогенангидридами одно- и двухосновных кислот (обратимость реакции, щелочные реагенты), фосгеном (виды ацилирования, метиловый эфир хлоругольной кислоты и его значение, фенилуретилан, фенилуретилансульфохлорид, синтез сульфамидных препаратов), ангидридами карбоновых кислот (обратимость, уксусный ангидрид, катализ, ацилирование смешанными ангидридами), кислотами (обратимость реакции и методы ее уменьшения, методы и технология введения ацетильной и формильной группы, ацилирование другими карбоновыми кислотами), сложными эфирами карбоновых кислот. Ацилирование амидами кислот (формамидом). Дикетен. Примеры промышленно важных синтезов. Ацилирование по атому кислорода. Особенности О-ацилирования. Ацилирование хлорангидридами кислот (катализаторы, карбоновыми кислотами в присутствии хлоридов фосфора), ангидридами кислот (уксусный ангидрид, катализаторы), карбоновыми кислотами (катализаторы) и сложными эфирами. Защитные группы в химическом синтезе БАВ. Основные опасности процессов ацилирования. Требования к аппаратуре. Токсичные вещества в процессах ацилирования. Меры по обеспечению безопасной работы.