Реакция алкил-де-ацилокси-замещения.

Введение.

Реакции ацилирования обладают очень многими полезными свойствами. Они позволяют вести в молекулу функциональную группу C=O путем реакций присоединения либо замещения, не подвергая исходную молекулу окислению (восстановлению). Таким образом, можно получать соединения различных классов: а) амиды; б) сложные эфиры; в) ангидриды карбоновых кислот; г) кетоны и другие полезные соединения. Неудивительно, что реакции ацилирования находят широкое применение в промышленности и в химических исследованиях. В своем докладе я рассмотрю три наиболее важных типа реакций ацилирования C-ацилирование, O-ацилирование и N-ацилирование.

 

Реакции C-ацилирования.

 

Наиболее часто в реакциях С-ацилирования используются металлоорганические соединения (реактивы Гриньяра, кислоты Льюиса, соединения алкила с металлом, алкоголяты металлов, а также комплексные соли с алкильными лигандами).

 

Реакция алкил-де-галогенирования.

Рассмотрим реакцию алкил-де-галогенирования (превращения ацилгалогенидов в кетоны с помощью металлоорганических соединений). Ацилгалогениды гладко и в мягких условиях взаимодействуют с диалкилкупратами лития, давая с высокими выходами кетоны. Это происходит по следующей схеме:

Группа R' может быть первичной, вторичной или третичной алкильной или арильной; она может содержать йодо-, кето-, нитро-, циано- и сложноэфирные группы. Успешно проведены реакции, в которых группа R была метильной, первичной алкильной и винильной. Вторичные и третичные алкильные группы можно ввести, если вместо R₂CuLi использовать PhS(R)CuLi. Группа R может быть и алкинильной, если в качестве реагента применяется ацетиленид меди R’’CºCСu.

Другой тип металлоорганических реагентов, которые дают хорошие выходы кетонов при обработке ацилгалогенидами, - это кадмийорганические соединения R₂Cd (получаемые из реактивов Гриньяра) В этом случае группа R может быть арильной или первичной алкильной. Вторичные и третичные алкилкадмиевые реагенты оказываются, как правило, недостаточно устойчивыми, чтобы служить полезными реагентами в этой реакции. Как в R’COX, так и в R­₂Cd может присутствовать сложноэфирная группа. Цинкорганические соединения ведут себя аналогично, но используются реже. Ртутьорганические соединения и тетраалкилсиланы также вступают в эту реакцию при катализе AlX₃.

 

Реакция алкил-де-ацилокси-замещения.

Также интересна реакция алкил-де-ацилокси-замещения (превращение ангидридов, сложных эфиров и амидов карбоновых кислот в кетоны с помощью металлоорганических соединений), с помощью котрой можно получать кетоны из соединений других классов.

Как и ацилгалогениды, ангидриды и сложные эфиры карбоновых кислот при обработке реактивами Гриньяра дают третичные спирты. Для увеличения выхода кетона применяют низкие температуры и обратный порядок смешения реагентов.

Реакции O-ацилирования.

Гидролиз ацилгалогенидов.

Ацилгалогениды очень реакционноспособны, поэтому гидролиз проходит легко. Большинство галогеноангидридов простых кислот следует хранить в безводных условиях, так как они реагируют с влагой воздуха. Поэтому обычно вода оказывается достаточно сильным нуклеофилом для проведения реакции гидролиза, хотя в отдельных случаях необходимо использовать гидроксид-ион.

Реакция, как правило, не имеет синтетической ценности, так как ацилгалогениды обычно получают из кислот. Реакционная способность ацилгалогенидов изменяется в следующем ряду: F<Cl<Br<I. При использовании в качестве нуклеофила карбоновой кислоты возможна реакция обмена.

Гидролиз галогеноангидридов обычно не катализируется кислотами, за исключением ацилфторидов, когда образование водородной связи может способствовать отщеплению фтора.

Гидролиз ангидридов.

Гидролиз ангидридов протекает несколько труднее, чем гидролиз галогеноангидридов, но и в этом случае вода обычно оказывается достаточно сильным нуклеофилом.

Гидролиз ангидридов можно катализировать основаниями. Конечно, OH-группа атакует более энергично, чем вода, но и другие основания могут катализировать эту реакцию. Это явление, называется нуклеофильным катализом.

Гидролиз сложных эфиров.

Гидролиз сложных эфиров обычно катализируется как кислотами, так и основаниями. Поскольку группа OR обладает более слабыми нуклеофугными свойствами, чем галогены или OCOR, вода не гидролизует большинство сложных эфиров.

 При катализе основаниями, атакующей частицей служит более сильный нуклеофил – OH-группа. Эта реакция носит название омыления и приводит к соли кислоты. Кислоты катализируют реакцию за счет того, что положительный заряд атома углерода карбонильной группы становится больше, и, следовательно, он легче подвергается атаке нуклеофилом. Обе реакции обратимы, и поэтому практической ценностью обладают только тогда, когда равновесия удаётся каким либо образом сместить вправо. А поскольку образование соли – один из таких способов, гидролиз сложных эфиров в препаративных целях почти всегда проводят в щелочных растворах, за исключением тех случаев, когда вещество неустойчиво к действию оснований.

Гидролиз амидов.

Незамещенные амиды RCONH₂ способны гидролизоваться под действием как кислотных, так и основных катализаторов; при этом образуются соответствующая свободная кислота и ион аммония или соль кислоты и аммиак.

 Аналогично можно гидролизовать N-замещенные (RCONHR’) и N,N-дизамещенные (RCONR’₂) амиды, причем вместо аммиака получаются первичные и вторичные амины соответственно (или их соли). Вода является слишком слабым нуклеофилом для гидролиза большинства амидов, таккак группа NH₂ обладает еще более низкими нуклеофугными свойствами, чем группа OR. Даже в условиях кислотного или основного катализа часто требуется длительное нагревание.

Алкоголиз ацилгалогенидов.

Реакция ацилгалогенидов со спиртами – наилучший общий метод получения сложных эфиров. Реакция находит широкое применение и может быть проведена для субстратов, содержащих различные функциональные группы.

 Для связывания образующегося НХ часто добавляют основания. В методе Шоттена-Баумана используется водный раствор щелочи, но часто применяется пиридин. Как R, так и R’ могут быть первичными, вторичными или третичными алкилами или арилами. В сложных случаях, особенно для стерически затрудненных кислот или третичных R’, вместо спирта можно брать алкоголят ион.

При использовании в качестве ацилгалогенидов фосгена можно получить галоформные эфиры или карбонаты:

 Важный пример – это синтез из фосгена и бензилового спирта карбобензоксихлорида (PhCH₂OCOCl), который широко применяется для защиты аминогрупп в пептидном синтезе.

Алкоголиз ангидридов.

Диапазон применяемости этого метода такой же, как и реакции алкоголиза ацилгалогенидов. И хотя ангидриды немного менее реакционно способны, чем ацилгалогениды, их часто используют для получения сложных эфиров.

 В качестве катализаторов применяют кислоты, кислоты Льюиса и основания, но наиболее часто – пиридин. Реакция циклических ангидридов приводит к моноэтерифицированным дикарбоновым кислотам, например:

 

Этерификация кислот.

Этерификация кислот спиртами представляет собой реакцию, обратную реакции гидролиза сложных эфиров:

 Ее можно осуществить только тогда, когда равновесие удается сместить вправо. Для этой цели имеется много способов, среди которых:

1) прибавление одного из реагентов (обычно спирта) в избытке;

2) удаление эфира или воды отгонкой;

3) азеотропная отгонка воды;

4) удаление воды, используя водоотнимающие средства или молекулярные сита.

Если R’ = метил, то наиболее общий способ смещения равновесия – это добавление избытка МеОН, а если R’ = этил, то предпочтительнее удалять воду азеотропной отгонкой. В качестве катализаторов чаще всего используются серная кислота и TsOН, хотя в случае некоторых активных кислот (например муравьиной или трифтороуксусной) катализатора не требуется. Группа R’ может быть не только метильной или этильной, но также и другой первичной или вторичной алкильной группой, однако третичные спирты обычно образуют карбокатионы и происходит элиминирование. для получения эфиров фенолов можно использовать сами фенолы, но выходы, как правило очень низкие. Этерификация катализируется кислотами (но не основаниями).

Другим способом получения сложных эфиров из кислоты является обработка спиртом в присутствии дегидратирующих веществ, одним из которых является дициклогексилкарбодиимид, в ходе реакции превращающийся в дициклогексилмочевину:

 

Список литературы.

1)”Органическая химия” Джерри Марч; Москва “Мир” 1987;

2)”Механизмы реакций в органической химии” Питер Сайкс;

“Химия” 1971;

3)”Органическая химия” Ю.С.Шабаров; “Химия” 1994;

4)”Основы органической химии” Франк Л. Вайзман; “Химия” 1995.

 

Оглавление

Введение.                                                                                                           1

Реакции C-ацилирования.                                                                      1

Реакции сочетания ацилгалогенидов.                                                                                                    2

Реакции ацилирования кетонов ангидридами.                                                                                  2

Реакции ацилирования сложных эфиров сложными эфирами. Конденсации Кляйзена и Дикмана. 3

Реакция ацилирования Фриделя-Крафтса.                                                                                           4

Реакции N-ацилирования.                                                                      5

Ацилирование аминов ацилгалогенидами.                                                                                          5

Ацилирование аминов ангидридами.                                                                                                     6

Ацилирование аминов карбоновыми кислотами.                                                                             6

Ацилирование аминов сложными эфирами.                                                                                        6

Ацилирование аминов амидами.                                                                                                              7

Реакции O-ацилирования.                                                                      7

Гидролиз ацилгалогенидов.                                                                                                                         7

Гидролиз ангидридов.                                                                                                                                    8

Гидролиз сложных эфиров.                                                                                                                          8

Гидролиз амидов.                                                                                                                                             8

Алкоголиз ацилгалогенидов.                                                                                                                      9

Алкоголиз ангидридов.                                                                                                                                  9

Этерификация кислот.                                                                                                                                10

Алкоголиз сложных эфиров. Переэтерификация.                                                                             10

Ацилирование карбоновых кислот ацилгалогенидами.                                                               10

Ацилирование карбоновых кислот кислотами.                                                                                11

Список литературы.                                                                                 11

 

Введение.

Реакции ацилирования обладают очень многими полезными свойствами. Они позволяют вести в молекулу функциональную группу C=O путем реакций присоединения либо замещения, не подвергая исходную молекулу окислению (восстановлению). Таким образом, можно получать соединения различных классов: а) амиды; б) сложные эфиры; в) ангидриды карбоновых кислот; г) кетоны и другие полезные соединения. Неудивительно, что реакции ацилирования находят широкое применение в промышленности и в химических исследованиях. В своем докладе я рассмотрю три наиболее важных типа реакций ацилирования C-ацилирование, O-ацилирование и N-ацилирование.

 

Реакции C-ацилирования.

 

Наиболее часто в реакциях С-ацилирования используются металлоорганические соединения (реактивы Гриньяра, кислоты Льюиса, соединения алкила с металлом, алкоголяты металлов, а также комплексные соли с алкильными лигандами).

 

Реакция алкил-де-галогенирования.

Рассмотрим реакцию алкил-де-галогенирования (превращения ацилгалогенидов в кетоны с помощью металлоорганических соединений). Ацилгалогениды гладко и в мягких условиях взаимодействуют с диалкилкупратами лития, давая с высокими выходами кетоны. Это происходит по следующей схеме:

Группа R' может быть первичной, вторичной или третичной алкильной или арильной; она может содержать йодо-, кето-, нитро-, циано- и сложноэфирные группы. Успешно проведены реакции, в которых группа R была метильной, первичной алкильной и винильной. Вторичные и третичные алкильные группы можно ввести, если вместо R₂CuLi использовать PhS(R)CuLi. Группа R может быть и алкинильной, если в качестве реагента применяется ацетиленид меди R’’CºCСu.

Другой тип металлоорганических реагентов, которые дают хорошие выходы кетонов при обработке ацилгалогенидами, - это кадмийорганические соединения R₂Cd (получаемые из реактивов Гриньяра) В этом случае группа R может быть арильной или первичной алкильной. Вторичные и третичные алкилкадмиевые реагенты оказываются, как правило, недостаточно устойчивыми, чтобы служить полезными реагентами в этой реакции. Как в R’COX, так и в R­₂Cd может присутствовать сложноэфирная группа. Цинкорганические соединения ведут себя аналогично, но используются реже. Ртутьорганические соединения и тетраалкилсиланы также вступают в эту реакцию при катализе AlX₃.

 

Реакция алкил-де-ацилокси-замещения.

Также интересна реакция алкил-де-ацилокси-замещения (превращение ангидридов, сложных эфиров и амидов карбоновых кислот в кетоны с помощью металлоорганических соединений), с помощью котрой можно получать кетоны из соединений других классов.

Как и ацилгалогениды, ангидриды и сложные эфиры карбоновых кислот при обработке реактивами Гриньяра дают третичные спирты. Для увеличения выхода кетона применяют низкие температуры и обратный порядок смешения реагентов.