Алкилирующие агенты - конспект - Химия, Конспект из Химия
zaycev_ia
zaycev_ia21 June 2013

Алкилирующие агенты - конспект - Химия, Конспект из Химия

PDF (131.0 KB)
7 страница
181количество посещений
Описание
I.M. Sechenov Moscow Medical Academy. Реферат по химии. Алкилирующие агенты - весьма ценные реагенты в органическом синтезе. Алкилированием называется процесс введения алкильной группы (радикала) в молекулу вместо атома...
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 7
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
- 1 -

- 1 - Введение.

Алкилирующие агенты - весьма ценные реагенты в органическом синтезе. Алкилированием называется процесс введения алкильной группы (радикала) в молекулу вместо атома водорода:

алкилир.агент R-H ---------------6 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 HNO2 на эфиры a-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.

Строение 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

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 1.4710-18.

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 nN-N лежит в области 2000-2200 см-1.

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.

Диазоалканы и диазометан. К алифатическим диазосоединениям относятся вещества следующе го строения:

R' R' R' C-N=N 56 C=N=N 56 C-N=N

R R R

( где R и R' = H, Alk ).

Алифатические соединения стабилизируются в форме имида. Диазометан CH2N2 - простейшее диазосоединение алифатического

ряда. Он может образовываться действием щелочи и гидразина на хло роформ:

CHCl3 + H2N-NH2 + 3KOH -6 CH2N2 + 3KCl + 3H2O.

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 0оС 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.

Получение диазоалканов.

Получают диазоалканы следующими методами: а) щелочная обработка ацил-, карбамоил- или тозил-N-нитроза минов, а также

N-тозилгидразонов, например: KOH

Ar-CH=NNSO2HC6H4CH3 -------6 Ar-CHN2.

б) окислением гидразонов:

Hg2+ (C6H5)2C=NNH2 -------6 (C6H5)2CN2.

в) обработкой оксимов хлорамином или О-сульфонилгидроксилами ном (HO3SONH2): ClNH2

RCOCH=NOH -------6 RCOCHN2.

г) действием азотистой кислоты на a-аминоэфиры:

HNO2 H2NCH2COOR -------6 N2CHCOOR

Диазоалканы нельзя получать диазотированием первичных аминов, поскольку в молекулах последних нет активированного a-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 CH2-R' +2OH- O

R-C-N ---------6 R-C + -O-N=N-CH2-R' N=O -H2O O

R-CH2-N=N-O- --------6 |R-CH-N=N|56 R-CH=N=N | = R-CH N N

-OH- [ ]

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. В колбу Эрленмейера помещают 35 мл. холодного 40% раствора KOH и 100 мл. эфира.

Затем, постоянно встряхивая колбу, небольшими порциями прибавляют 0.1 моль нитрозометилмочевины. Температура при этом не должна превышать 5оС. Через 10 мин. после внесения послед ней порции сливают эфирный раствор диазометана и сушат 3 ч. над небольшим количеством твердого KOH.

Определение содержания диазометана. а) Гравиметрическое. Прибавляют избыток n-бромбензойной кис лоты. Избыток

кислоты удаляют промыванием карбонатом натрия. Слож ный эфир взвешивают. б) Титриметрическое[2]. К аликвотной части раствора диазоме тана прибавляют 0.2

н. эфирный раствор бензойной кислоты. Неизрас ходованную 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.

Этиловый эфир диазоуксусной кислоты, диазокетоны.

Этиловый эфир диазоуксусной кислоты CHN2-COOC2H5 получается действием HNO2 на этиловый эфир аминоуксусной кислоты:

C2H5-OOC-CH2-NH2 + HNO2 -6 C2H5OOC-CHN2 + 2H2O.

Этиловый эфир диазоуксусной кислоты - желтая вязкая жидкость с неприятным удушливым запахом, Тпл.-22оС, Ткип. 140-141о d420

1.0921, nD20 1.4616, 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 + CH2N2 --6 R-CO-CHN2.

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.

a-Диазокетоны являются ценными промежуточными продуктами. Их можно восстановить до метилкетонов или до a-аминокетонов. Реакция их с галогеноводородом приводит к образованию a-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 соединений аналогично диазоалканам.

Реакции алифатических диазосоединений с 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 a-диазодикарбонильным сое динениям. Последние устойчивы к ионам ОН-. 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:

- | F |

R-O-H + BF3 ---6 | R-O-B-F | H+

| F | [ ]

Общая методика метилирования карбоновых кислот и фенолов диа зометаном.

В колбе или стакане к раствору 0.1 моля подлежащего алкилиро ванию соединения в водном метаноле (1:10) добавляют при перемеши вании при комнатной температуре эфирный раствор диазометана, пока не появится устойчивое слабожелтое окрашивание; к этому времени должно прекратиться выделение азота при добавлении новых порций диазометана (прибавление вести медленно и осторожно, не допуская вспенивания!). Отгоняют растворитель под вакуумом, остаток раство ряют в эфире, промывают разбавленным раствором NaOH и водой, сушат сульфатом магния; сложный эфир (соответственно фенолят) после от гонки растворителя очищают перегонкой или перекристаллизацией.

Схема 1. R-CH-N=N + H+ ---6 R-CH2-N=N ---6 N=N + R-CH2+

+ H2O

----------6 R-CH2-OH2+ ----6 R-CH2-OH + H+

| + R-COO- R-CH2+ ----------------6 R-COO-CH2-R

| + C6H5O-

----------6 C6H5-O-CH2-R

R = Н, Алкил, RC(O)-, RO-CO-

Реакции алифатических диазосоединений с 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 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 R N=N-CH2 + C=O ---6 N=N-CH2-C-O- ------6 +CH2-C-O- R' R' -N2 R'

`R R'-C+-O- R' ------------6 | 5--6 C=O а) | CH2-R R-CH2 |

R O- | `R' R-C+-O- R C -----------------6 | 5--6 C=O б)

R' CH2+ | CH2-R' R'-CH2 | | Внутримолек. R O

---------------6 C---CH2 SN-р-ция R'

(`R 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 a-диазокетон:

R R N=N-CH2 + C=O ----6 N=N-CH2-C-O-

Cl Cl

H R R N=N-C-C-O- -----6 N=N-CH-C=O + HCl

H Cl

Присоединение диазосоединений по кратным связям.

Алифатические диазосоединения реагируют с активированными олефинами, например с сопряженными диенами или a,b-ненасыщенными карбонильными соединениями, давая D1-пиразолины, а с ацетиленом - пиразолы.

Образовавшиеся D1-пиразолины сразу же или при нагревании изо меризуются в D2-пиразолины. При повышенной температуре (150-200оС) 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-b-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.

Образование 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 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:

R-CH: + R'-H ---6 R-CH27 + R'7

Таким путем при комбинации радикалов могут образовываться продукты внедрения.

Литература. 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.

комментарии (0)
не были сделаны комментарии
Напиши ваш первый комментарий
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
Docsity не оптимизирован для браузера, который вы используете. Войдите с помощью Google Chrome, Firefox, Internet Explorer 9+ или Safari! Скачать Google Chrome