Лекции / Лекция_40-41(б)
.DOC
Кето-енольная таутомерия эфиров 1,3-кетокислот
и реакции таутомерных форм.
Э фиры 1,3-кетокислот по своему химическому поведению близки к 1,3-дикетонам. Однако их кислотность ниже. Для них характерна кетоенольная таутомерия.
Как и в случае 1,3-дикетонов таутомерное равновесие чувствительно к сольватирующей способности реакционной среды. Так, в растворе метанола образуется 8,7% енола.
А нионы эфиров 1,3-кетокислот представляют собой сопряженную систему с выровненными связями и делокализованным отрицательным зарядом. Они содержат несколько реакционных центров. Их соли в растворах существуют в виде ионных пар. С ионами тяжелых металлов они образуют внутренние комплексы (хелаты). Соли 1,3-кетокислот подобны солям 1,3-дикетонов. Они легко алкилируются и ацилируются
Алкилирование и ацилирование происходит главным образом у углеродного атома, т.к. атомы кислорода в значительной степени блокированы ионом металла.
Е сли в полученных продуктах алкилирования или ацилирования при атоме углерода в положении 2 содержится еще один кислый атом водорода открывается дополнительная возможность введения в это положение алкильных или ацильных групп, например
П оследующий гидролиз и нагревание приводит к синтезу 1,3-кетокарбоновой кислоты и соответствующего кетона
Эти реакции представляют собой важных синтетический метод получения кетонов различных структур.
Ацилоиновая конденсация.
В отличие от конденсации Кляйзена в ацилоиновой конденсации ключевую роль играют сложноэфирные группы. Суммарно ацилоиновая конденсация может быть представлена схемой:
М еханизм ацилоиновой конденсации может быть представлен последовательностью стадий:
Реакция представляет собой важнейший метод образования углерод-углеродной связи. Она имеет большое значение для синтеза соединений с большими циклами.
Амиды карбоновых кислот
Э ти соединения следует рассматривать как результат замещения гидрокси-группы в карбоновой кислоте на амино-группу
Методы получения амидов:
ацилирование аммиака и аминов.
Д егидратация аммониевых солей карбоновых кислот
Гидролиз нитрилов карбоновых кислот
П ерегруппировка оксимов кетонов по Бекману
Обычно к атому азота мигрирует та группа, которая находится в транс-положении к ОН-группе.
Механизм перегруппировки Бекмана.
Синтез лактамов - циклических амидов.
П ерегруппировка циклических амидов – лактамов
Реакция Байера-Виллигера
Циклизация аминокислот (n3)
Физические свойства амидов. Строение амидной группы.
Амиды представляют собой бесцветные кристаллические вещества или жидкости, растворяющиеся в органических растворителях. Амиды, в молекулах которых имеются связи N-H, ассоциированы вследствие образования межмолекулярных водородных связей и имеют более высокие температуры кипения.
В молекулах амидов имеет место значительное сопряжение неподеленной парой электронов азота и -электронной системой двойной связи С=О. Это приводит к образованию дополнительной поляризации связей в амидной группе и наличие электрофильных реакционных центров на ацильном и алкильных углеродных атомах и отрицательного - на карбонильном кислороде.
Химические свойства амидов.
Реакции нуклеофильного замещения.
Примером может служить гидролиз. В нейтральной среде гидролиз протекает медленно. Поэтому реакцию ведут в присутствии минеральной кислоты либо основания, которые не только ускоряют ее, но и участвуют как реагенты.
А ктивация молекулы амида кислотой связана с ее протонированием и увеличением положительного заряда на карбонильном углероде, который становится более восприимчивым к последующей нуклеофильной атаке:
В случае щелочного гидролиза в качестве нуклеофила вместо воды выступает более реакционно способный гидроксил-анион, который эффективно осуществляет нуклеофильную атаку на кaрбонильный углерод:
Реакция восстановления.
Р еакция дегидратации.
Расщепление по Гофману.
М еханизм реакции
Перегруппировка Курциуса характерна для азидов карбоновых кислот, которые ведут себя подобно амидам в расщеплении по Гофману.
Взаимодействие формамидов с реактивом Гриньяра (реакция Буво)
Продуктами этой реакции являются альдeгид и третичный амин.
Нитрилы карбоновых кислот.
Общая формула нитрилов R-CN или CnH2n+1CN.
Методы получения нитрилов.
Д егидратация амидов карбоновых кислот с помощью водоотнимающих агентов.
Н а практике в последнем случае пропускают над катализатором смесь карбоновой кислоты с аммиаком. В этом процессе совмещается образование амида и его дегидратация.
Н уклеофильное замещение галогена в галогеналканах на циaнид-анион.
Д егидратация альдоксимов.
М еханизм реакции:
Химические свойства нитрилов.
Ц иано-группа характеризуется высокой степенью поляризации, следствием которой является образование частичного положительного заряда на углероде и отрицательного заряда – на азоте
Это обусловливает, с одной стороны, восприимчивость углеродного центра к нуклеофильной атаке, с другой – основность атома азота.
Реакции нуклеофильного присоединения.
Н итрилы легко реагируют с сильными анионными нуклеофильными реагентами (карбанионами, амидами металлов, щелочами, алкоголятами, тиоалкоголятами)
П римером может служить щелочной гидролиз нитрилов:
Дальнейший гидролиз амида приводит к образованию солей карбоновых кислот.
Таким образом суммарное уравнение щелочного гидролиза нитрилов можно представить как
R-CN + H2O + NaOH RCOONa + NH3
Р еакции нитрилов со слабыми нуклеофилами (водой, спиртами) протекает крайне медленно. Для эффективного проведения этих реакций используют кислотный катализ. Активация молекулы нитрила в этом случае осуществляется за счет образования водородной связи между кислотой – катализатором и атомом азота и, как следствие, увеличение положительного заряда на нитрильном углеродном атоме.
Н а последующей стадии гидролиза кислота НХ выступает одновременно как ускоритель реакции и реагент.
Таким образом, полный кислотный гидролиз нитрилов описывается уравнением:
R-CN + 2H2O + HX RCOOH + NH4X
Если в качестве реагента использовать водно-спиртовые среды, то можно осуществлять синтез сложных эфиров
R-CN + R'OH + H2O + HX RCOOR' + NH4X
Гидрирование.
Реакции гидрирования нитрилов можно подразделить на две группы:
а ) каталитическое гидрирование
В качестве катализаторов этих реакций используют металлические Pt, Pd, Ni.
б ) реагентное гидрирование
В качестве реагентов этих реакциях используют LiAlH4, NaBH4.
Механизм реакции:
RCN + LiAlH4 RCH=N-Li + AlH3
RCH=N-Li + HX RCH=NH + LiX
Механизм второй стадии:
В заимодействие с металлоорганическими соединениями.
Реакция Риттера.
Э та реакция является примером присоединения атома углерода к гетероатому (азоту).
Р еакция протекает по карбкатионному механизму:
В реакцию вступают только спирты, дающие достаточно стабильные карбкатионы (вторичные, третичные, бензильные и т.п.). Первичные спирты не реагируют. Карбкатионы не обязательно следует генерировать из спирта, его можно получать протонированием алкенов.