курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
- 1 -
2Введение.
Алкилирующие агенты - весьма ценные реагенты в органическом
синтезе. Алкилированием называется процесс введения алкильной
группы (радикала) в молекулу вместо атома водорода:
4алкилир.агент
R-H ─────────────── 76 0 R-R'
Для наиболее легкого замещения водорода на алкильную группу
необходимо, чтобы водород в молекуле обладал достаточной подвиж-
ностью. Следовательно, алкилированию подвергаются кислоты Бренсте-
да: C-H, N-H, O-H, S-H кислоты.
Наиболее часто в качестве алкилирующих соединений применяют
вещества, содержащие полярную связь R-X, например, алифатические
галогенпроизводные, алкилсульфаты и др. сложные эфиры, диазосоеди-
нения. В этом реферате рассматриваются вопросы алкилирования раз-
личных веществ с помощью диазосоединений, а также свойства, синтез
диазосоединений и некоторые способы алкилирования ими.
Первое алифатическое диазосоединение впервые получил Курциус
действием HNO 42 0на эфиры 7a 0-аминокислот. Некоторые реакции этих ве-
ществ оказались сходными с реакциями ароматических диазосоедине-
ний, поэтому они были названы эфирами диазокарбоновых кислот.
Позже, в 1894 г. Пейхманом были получены простейшие алифати-
ческие диазосоединения - диазометан и др., притом довольно сложны-
ми путями.
В настоящее время алифатические диазосоединения и особенно
диазометан получили широкое распространение в качестве реагента в
лабораторной практике.
2Строение алифатических диазосоединений.
Курциус предложил алифатическим диазосоединениям строение с
трехчленным циклом, а Анджели и Тиле - линейную структуру:
N
R-C R-CH=N N R-СH=N=N
N
I II III
- 2 -
На основании данных электронографического метода было уста-
новлено, что молекулы алифатических диазосоединений имеют линейное
строение. Вначале такой результат был несколько неожиданным, т.к.
предполагалось, что диазосоединения соответствуют структурам II
или III, а они имеют сильные частичные заряды на атомах C и N,
вследствие чего они должны иметь значительный дипольный момент.
Однако оказалось, что диазометан, например, имеет дипольный мо-
мент, равный всего 1.4 77 010 5-18 0.
На основании теории резонанса в настоящее время можно утверж-
дать, что молекула диазометана представляет собой среднее между
структурами II и III, т.е.
R-CH-N=N
Длина связи С-N в молекуле диазометана составляет 0.134 нм, а
длина связи N-N 0.113 нм, что ближе к длине тройной, чем двойной
связи, т.е. длина связи C-N несколько меньше,
чем N-N вследствие наличия незначительного смещения электронной
плотности в молекуле диазометана. Частота валентного колебания
7n 4N-N 0лежит в области 2000-2200 см 5-1 0.
Стабильность диазосоединений очень сильно зависит от того,
находятся ли группировки с кратными связями при углеродном атоме
около диазогруппы (эффект сопряжения). Этим фактом можно объяснить
большую стабильность диазокетонов, эфиров диазокарбоновых кислот
по сравнению с диазоалканами.
2Диазоалканы 0 2и 0 2диазометан.
К алифатическим диазосоединениям относятся вещества следующе-
го строения:
R' R' R'
C-N 7= 0N 7 0 756 0 C=N=N 756 0 C-N=N
R R R
( где R и R' = H, Alk ).
Алифатические соединения стабилизируются в форме имида.
Диазометан CH 42 0N 42 0- простейшее диазосоединение алифатического
ряда. Он может образовываться действием щелочи и гидразина на хло-
роформ:
- 3 -
CHCl 43 0 + H 42 0N-NH 42 0 + 3KOH ─ 76 0 CH 42 0N 42 0 + 3KCl + 3H 42 0O.
Удобнее получать диазометан действием щелочи на нитрозомети-
луретан, нитрозометилмочевину и др. нитрозометиламиды (см. Получе-
ние диазоалканов).
Диазометан представляет собой весьма токсичный газ желтого
цвета, который при температуре около 0 5о 0С переходит в жидкость. Ди-
азометан при нагревании чрезвычайно сильно взрывает. Диазометан
наиболее часто применяется как алкилирующий агент (метилирующий) и
применяется в виде свежеприготовленного эфирного раствора, обраще-
ние с которым удобно и безопасно.
Высшие диазоалканы - жидкие или твердые окрашенные в цвет от
желтого до красного вещества. Весьма токсичны, при нагревании
взрываются. Более устойчивы, чем высшие диазоалканы.
2Получение диазоалканов.
Получают диазоалканы следующими методами:
а) щелочная обработка ацил-, карбамоил- или тозил-N-нитроза-
минов, а также N-тозилгидразонов, например:
4KOH
Ar-CH=NNSO 42 0HC 46 0H 44 0CH 43 0 ─────── 76 0 Ar-CHN 42 0.
б) окислением гидразонов:
Hg 52+
(C 46 0H 45 0) 42 0C=NNH 42 0 ─────── 76 0 (C 46 0H 45 0) 42 0CN 42 0.
в) обработкой оксимов хлорамином или О-сульфонилгидроксилами-
ном (HO 43 0SONH 42 0):
ClNH 42
RCOCH=NOH ─────── 76 0 RCOCHN 42 0.
г) действием азотистой кислоты на 7 a 0-аминоэфиры:
HNO 42
H 42 0NCH 42 0COOR ─────── 76 0 N 42 0CHCOOR
- 4 -
Диазоалканы нельзя получать диазотированием первичных аминов,
поскольку в молекулах последних нет активированного 7a 0-водородного
атома, так что образовавшийся алкилдиазониевый ион быстрее распа-
дается с выделением азота, чем депротонируется до диазоалкана. По-
этому для получения таких диазосоединений приходится прибегать к
обходному пути: нитрозируют ацилированный первичный алифатический
амин и ацилнитрозоалкиламин подвергают щелочному распаду:
O CH 42 0-R' +2OH 5- 0 O
R-C-N ───────── 76 0 R-C + 5- 0O-N=N-CH 42 0-R'
N=O -H 42 0O O
7{ 0 7}
R-CH 42 0-N=N-O 5- 0 ──────── 76 0│R-CH-N 7= 0N 7│56 0 R-CH=N=N │ 7 = 0 R-CH N N
-OH 5- 7 [ 0 7]
Образующийся промежуточно диазотат распадается до диазоалка-
на.
Из множества нитрозамидов для получения диазоалканов особенно
удобными оказались нитрозоалкилмочевины, нитрозоалкилуретаны и
нитрозоалкилтолуолсульфамиды.
По способу, приведенному выше, можно получать с удовлетвори-
тельными выходами только низшие диазоалканы, т.к. с увеличением
длины цепи выходы сильно падают. С хорошим выходом высшие диазоал-
каны могут быть получены пиролизом в вакууме литиевых солей тозил-
гидразонов[1].
Методика синтеза диазометана из нитрозометилмочевины.
1В колбу Эрленмейера помещают 35 мл. холодного 40% раствора
1KOH и 100 мл. эфира. Затем, постоянно встряхивая колбу, небольшими
1порциями прибавляют 0.1 моль нитрозометилмочевины. Температура при
1этом не должна превышать 5 5о 1С. Через 10 мин. после внесения послед-
1ней порции сливают эфирный раствор диазометана и сушат 3 ч. над
1небольшим количеством твердого KOH.
1Определение содержания диазометана.
1а) Гравиметрическое. Прибавляют избыток n-бромбензойной кис-
1лоты. Избыток кислоты удаляют промыванием карбонатом натрия. Слож-
1ный эфир взвешивают.
1б) Титриметрическое[2]. К аликвотной части раствора диазоме-
1тана прибавляют 0.2 н. эфирный раствор бензойной кислоты. Неизрас-
- 5 -
1ходованную кислоту оттитровывают 0.1 н. NaOH.
Получение диазометана из нитрозометилтолуолсульфамида - де
Боер Т., Бэкер Х. В сб.: Синтезы органических препаратов. Сб. 8.
Пер с англ. - М.: ИЛ, 1958. с. 7.
2Этиловый эфир диазоуксусной кислоты,
2диазокетоны.
Этиловый эфир диазоуксусной кислоты CHN 42 0-COOC 42 0H 45 0получается
действием HNO 42 0 на этиловый эфир аминоуксусной кислоты:
C 42 0H 45 0-OOC-CH 42 0-NH 42 0 + HNO 42 0 ─ 76 0 C 42 0H 45 0OOC-CHN 42 0 + 2H 42 0O.
Этиловый эфир диазоуксусной кислоты - желтая вязкая жидкость
с неприятным удушливым запахом, Т 4пл. 0-22 5о 0С, Т 4кип. 0140-141 5о 0d 44 520
1.0921, n 4D 520 01.4616, растворим в этаноле, эфире, бензоле, трудно в
воде.
Он является токсичным веществом. При неосторожном нагревании
разлагается со взрывом, особенно при наличии примесей. Тщательно
промытый диазоуксусный эфир может быть перегнан в небольших коли-
чествах даже при атмосферном давлении.
Диазокетоны образуются при реакции ангидридов или галогенан-
гидридов карбоновых кислот с диазометаном:
R-COCl + CH 42 0N 42 0 ── 76 0 R-CO-CHN 42 0.
Диазокетоны в щелочном растворе легко переходят в карбоновые
кислоты с удлинением углеродной цепи на 1 атом (перегруппировка
Курциуса).
Если реакция проводится не в щелочной среде (в присутствии
триэтиламина), то отщепляющиеся HCl или карбоновая кислота реаги-
руют еще с одним молем диазосоединения, образуя метилхлорид или
метиловый эфир.
7a 0-Диазокетоны являются ценными промежуточными продуктами. Их
можно восстановить до метилкетонов или до 7a 0-аминокетонов. Реакция
их с галогеноводородом приводит к образованию 7a 0-галогенкетонов.
Также диазокетоны в присутствии воды, спирта или аммиака может
быть переведен в соотв. карбоновую кислоту, эфир или амид. И нако-
нец, диазокетоны могут быть применены для алкилирования различных
- 6 -
соединений аналогично диазоалканам.
2Реакции алифатических диазосоединений
2с протонными кислотами.
Диазосоединения обладают нуклеофильными свойствами. Углерод-
ный атом, соседний с диазогруппой, представляет собой центр с ос-
новными свойствами, особенно легко поддающийся действию кислот.
При присоединении протона устраняется возможность сопряжения диа-
зогруппы с остальной частью молекулы. Запас энергии этого промежу-
точного продукта столь велик, что немедленно и необратимо отщепля-
ется азот. При этом образуется карбкатион, который стабилизируется
обычным путем - присоединением нуклеофильного агента. В случае ди-
азоалканов, иных, чем диазометан, возможно также образование оле-
фина.
Способность алифатических диазосоединений вступать в реакцию
с протонными кислотами зависит от их основности. Это свойство диа-
зосоединений ослабевает, как и следует ожидать, от диазометана че-
рез диазоуксусный эфир к диазокетонам и 7a 0-диазодикарбонильным сое-
динениям. Последние устойчивы к ионам ОН 5- 0. Скорость реакции алифа-
тических диазосоединений с протонными кислотами пропорциональна рН
реакционной среды.
Получение метиловых эфиров карбоновых кислот и фенилметиловых
эфиров из диазометана из соответственно карбоновых кислот и фено-
лов по схеме (1) имеет препаративное и аналитическое значение. Ре-
акция протекает количественно и в очень мягких условиях, так что
этим путем можно метилировать, например, неустойчивые природные
соединения. Поскольку метильный катион при этерификации не создает
стерических затруднений, с диазометаном могут взаимодействовать
пространственно затрудненные кислоты.
Кислотность спиртов недостаточна для того, чтобы образовывать
с диазометаном метиловые эфиры. Если, однако, добавить каталити-
ческие количества борофтороводородной кислоты или перевести спирты
в ансольвокислоты, то можно осуществить их метилирование диазоме-
таном:
- 7 -
7{ 0 7} 0-
│ F │
R-O-H + BF 43 0 ─── 76 0 │ R-O-B-F │ H 5+
│ F │
7[ 0 7]
Общая методика метилирования карбоновых кислот и фенолов диа-
зометаном.
1В колбе или стакане к раствору 0.1 моля подлежащего алкилиро-
1ванию соединения в водном метаноле (1:10) добавляют при перемеши-
1вании при комнатной температуре эфирный раствор диазометана, пока
1не появится устойчивое слабожелтое окрашивание; к этому времени
1должно прекратиться выделение азота при добавлении новых порций
1диазометана (прибавление вести медленно и осторожно, не допуская
1вспенивания!). Отгоняют растворитель под вакуумом, остаток раство-
1ряют в эфире, промывают разбавленным раствором NaOH и водой, сушат
1сульфатом магния; сложный эфир (соответственно фенолят) после от-
1гонки растворителя очищают перегонкой или перекристаллизацией.
Схема 1.
R-CH-N 7= 0N + H 5+ 0 ─── 76 0 R-CH 42 0-N 7= 0N ─── 76 0 N 7= 0N + R-CH 42 5+
+ H 42 0O
┌───────── 76 0 R-CH 42 0-OH 42 5+ 0 ──── 76 0 R-CH 42 0-OH + H 5+
│ + R-COO 5-
R-CH 42 5+ 0 ──────┼───────── 76 0 R-COO-CH 42 0-R
│ + C 46 0H 45 0O 5-
└───────── 76 0 C 46 0H 45 0-O-CH 42 0-R
R = Н, Алкил, RC(O)-, RO-CO-
2Реакции алифатических диазосоединений
2с карбонильными соединениями.
Благодаря своим нуклеофильным свойствам алифатические диазо-
соединения могут реагировать и с карбонильной группой. Однако воз-
можность для осуществления такой реакции имеется только у наиболее
реакционноспособных карбонильных соединений.
Важны реакции диазометана, который гладко взаимодействует с
- 8 -
альдегидами, кетонами, галогенангидридами и ангидридами кислот, в
то время как диазоуксусный эфир реагирует только с альдегидами, но
уже не реагирует с кетонами.
Присоединение диазометана к альдегидам и кетонам протекает
следующим образом (схема 2).
Схема 2.
R R 5 0 R
N 7= 0N-CH 42 0 + C=O ─── 76 0 N 7= 0N-CH 42 0-C-O 5- 0 ────── 76 0 5+ 0CH 42 0-C-O 5-
R' R' -N 42 0 5 0 R'
7` 0R R'-C 5+ 0-O 5- 0 R'
┌─────────── 76 0 │ 7 5 0── 76 0 C=O а)
│ CH 42 0-R R-CH 42
│
R O 5- 0 │ 7 ` 0R' R-C 5+ 0-O 5- 0 R
C ─────┼─────────── 76 0 │ 7 5 0── 76 0 C=O б)
R' CH 42 5+ 0 │ CH 42 0-R' R'-CH 42
│
│ Внутримолек. R O
└────────────── 76 0 C───CH 42
S 4N 0-р-ция R'
( 7` 0R над стрелкой означает, что перегруппировка идет с переме-
щением остатка R).
Как правило, преобладают перегруппировки, которые ведут к со-
единениям а и б. Реакция, следовательно, может быть использована
для удлинения углеродной цепи в кетонах и для расширения цикла у
циклических кетонов.
Взаимодействие диазометана с ангидридами и хлорангидридами
кислот протекает несколько иначе, поскольку в этом случае отщепле-
ние азота от первичного аддукта 1 уже не является предпочтительной
реакцией. Отщепляется преимущественно хлористый водород, и образу-
ется относительно 7 a 0-диазокетон:
- 9 -
R R
N 7= 0N-CH 42 0 + C=O ──── 76 0 N 7= 0N-CH 42 0-C-O 5-
Cl Cl
H R R
N 7= 0N-C-C-O 5- 0 ───── 76 0 N 7= 0N-CH-C=O + HCl
H Cl
2Присоединение диазосоединений
2по кратным связям.
Алифатические диазосоединения реагируют с активированными
олефинами, например с сопряженными диенами или 7a 0, 7b 0-ненасыщенными
карбонильными соединениями, давая 7D 51 0-пиразолины, а с ацетиленом -
пиразолы.
Образовавшиеся 7D 51 0-пиразолины сразу же или при нагревании изо-
меризуются в 7D 52 0-пиразолины. При повышенной температуре (150-200 5о 0С)
пиразолины отщепляют азот и переходят в производные циклопропана.
Присоединение диазосоединения к олефину или ацетилену расс-
матривается как 1,3-биполярное присоединение. Диазосоединение выс-
тупает в роли диполя с положительным и отрицательным зарядами в
положениях 1,3. Этот диполь присоединяется к ненасыщенному партне-
ру (диполярофилу) с циклическим сдвигом электронов и образованием
пятичленного цикла.
Способность диазосоединений к присоединению падает в ряду ди-
азометан > диазоуксусный эфир > диазокетоны > диазо- 7b 0-дикарбониль-
ные соединения; для непредельных соединений эта способность умень-
шается с ростом склонности к мезомерии у заместителей, стоящих при
двойной связи. 1,3-диполярное циклоприсоединение часто использует-
ся для синтеза 5-и членных гетероциклов.
2Образование карбенов и их реакции.
Алифатические диазосоединения способны отщеплять азот и в от-
сутствие электрофильного агента. Это происходит, например, при пи-
ролизе, при освещении ультрафиолетовым светом или в присутствии
- 10 -
катализаторов - ионов серебра или меди.
Образующиеся в этих реакциях карбены (метилены) являются ко-
роткоживущими промежуточными продуктами с двумя свободными элект-
ронами у атома углерода. Если оба электрона имеют противоположные
спины, т.е. образуют электронную пару, то такое состояние называют
синглетным. Если спины электронов параллельны (неспаренные элект-
роны - бирадикал), то такое состояние называют триплетным. Как
правило, карбены сначала возникают в синглетном состоянии и затем
переходят в энергетически более выгодное триплетное состояние.
Спиновое состояние карбенов сильно влияет на механизм и сте-
реохимию реакций.
Важнейшие реакции карбенов:
а) внедрение в ковалентные связи, прежде всего в связи С-Н
(алкилирование). Например, при фотолизе раствора диазометана в ди-
этиловом эфире образуется смесь этил-н-пропилового и этилизопропи-
лового эфиров наряду с небольшими количествами этилена. Алкилкар-
бены в результате внутримолекулярного внедрения по С-Н связи легко
образуют циклопропаны.
б) присоединение к кратным связям. При этом карбены выступают
в роли электрофильных агентов (кислоты Льюиса), поскольку у атома
углерода они имеют лишь секстет электронов. Реакция приобрела пре-
паративное значение для синтеза циклических соединений; кроме это-
го, часто этим путем удается получать стерически однородные про-
дукты:
Арены тоже гладко присоединяют карбены. Так, например, из
бензола и метилена через промежуточный продукт I образуется
циклогептатриен-2,4,6 и кроме того, в результате внедрения - толу-
ол:
в) внутри- или межмолекулярное отщепление водорода с последу-
ющими реакциями образовавшихся радикалов:
- 11 -
R-CH: + R'-H ─── 76 0 R-CH 42 77 0 + R' 77
Таким путем при комбинации радикалов могут образовываться
продукты внедрения.
2Литература.
1. Kauffmann G. M., J. Am. Chem. Soc.,1965, 87, 935-937.
2. Marshall E. K., Acree S.F. Ber. 1910, 43, 2323.
3. Saunders K.H., Allen L.M., Aromatic diazocompounds, 3 ed.,
Balt, 1985.
4. Huisgen R., Angew. Chem., 1955. 67,439-463.
5. Gutsche C. D. Org. Reactions, 1954, 8, 364-430.
6. Gilchrist T. L., Rees C. W. Carbenes, Nitrenes, Arynes.-
London: Nelson a. Sons, 1969.
7. Розанцев Г.Г., Файнзильберг А.А., Новиков С.С., Успю хим.,
1965, 34, c. 177-218.
8. Кнунянц И.Л., Гамбарян Н.П., Рохлин Е.М. Успю хим., 1958, 27,
c. 1361-1470.
- 1 - 2Введение. Алкилирующие агенты - весьма ценные реагенты в органическом синтезе. Алкилированием называется процесс введения алкильной группы (ради
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.