C, N, O-ацилирование

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: план реферата, банки рефератов
| Добавил(а) на сайт: Кулаков.

Реакцию ацилирования по Фриделю-Крафтцу удается распространить на ароматические углеводороды (в том числе полициклические), галогенпроизводные, реакционноспособные гетероциклы (например, тиофен, фуран). Ароматические амины образуют с катализатором неацилирующийся комплекс. Если же аминогруппа защищена ацетилированием, то реакция удается.

Ароматические соединения с сильноинактивирующими заместителями, например с нитро-, циан- и карбонильными группами, не ацилируются по
Фриделю-Крафтцу. Поэтому при ацилировании можно не опасаться вторичного и полизамещения.

Интересным случаем реакции Фриделя-Крафтца является взаимодействие с ангидридами дикарбоновых кислот, приводящее к образованию оксокислот, которые в дальнейшем можно перевести в хиноны:

[pic]

Растворителем при ацилировании по Фриделю-Крафтцу может служить избыток ацилируемого углеводорода. Иногда применяют дисульфид углерода, так как он практически не влияет на реакционную способность хлорида алюминия, но комплекс образовавшегося ароматического кетона с хлоридом алюминия остается при этом чаще всего в твердой фазе, поэтому при больших загрузках реакционная смесь с трудом перемешивается и обрабатывается. Кроме того, дисульфид углерода ядовит и очень легко воспламеняется. В нитробензоле или галогеноуглеродах (дихлорэтане или трихлороэтилене) активность катализатора несколько понижена из-за комплексообразования, кроме того ацилирование по
Фриделю-Крафтцу в них можно применять только при температурах ниже 50oC, так как в противном случаем они сами вступают в реакцию.

В менее полярном 1,2-дихлорэтане (этиленхлориде) из нафталина получают a-кетон и, напротив, в сильнополяризованной среде (нитробензола) - b-кетон.

Общая методика ацилирования по Фриделю-Крафтцу.

В трегорлой колбе емкостью 1л, снабженной мешалкой и капельной воронкой с хлоркальциевой трубкой, смешивают 400мл 1,2-дихлорэтана с 1,2 моля тонкорастертого хлорида алюминия и добавляют по каплям при перемешивании и охлаждении ледяной водой 1,05 моля ацилхлорида. Затем из капельной воронки при охлаждении водой добавляют 1 моль ароматического соединения так, чтобы температура смеси поддерживалась около 20оС. Реакционную смесь перемешивают еще 1 ч. и оставляют на ночь. При ацилировании галогенбензолов нагревают 5 ч. при 50оС, причем ацилируемое соединение используемся в качестве растворителя (все количества галогенбензола сразу помещают в колбу).

Для разложения комплекса кетона с хлоридом алюминия содержимое колбы осторожно выливают на 500мл льда, выпадающий гидроксид алюминия переводят в раствор, добавляя небольшое количество концентрированной соляной кислоты.
Затем в делительной воронке отделяют органический слой, а водные дважды извлекают дихлорэтаном. Объединенные вытяжки тщательно промывают водой, 2%- ным раствором гидроксида натрия и снова водой. После сушки карбонатом калия растворитель отгоняют, а кетон перегоняют в вакууме.

Приведенная методика также пригодна для полумикросинтезов.

Реакции О-ацилирования.

Реакция этерификации, являющаяся по сути реакцией О-ацилирования, используется в качестве основного способа получения сложных эфиров.

Вследствие малой активности карбонильных групп в карбоновых кислотах они, как правило, медленно реагируют со спиртами. Этерификацию можно существенно ускорить, добавляя сильные кислоты (серную кислоту, безводный хлороводород, сульфоновые кислоты, кислые ионообменные смолы):

[pic]

Скорость этерификации карбоновой кислоты, как и следовало ожидать, возрастает вместе с ростом положительного заряда на карбонильном углероде, т.е. с ростом кислотности. Так, муравьиная, щавелевая, пировиноградная кислоты реагируют достаточно быстро и без добавления катализатора.

Сильно влияют на этерификацию стерические факторы. С ростом объема алкильных остатков, связанных с карбоксильной группой, а также спиртовым гидроксилом, скорость этерификации падает. Поэтому разветвление у (- углеродного атома, а также о-замещенные ароматические кислоты вступают в реакцию медленно и с плохими выходами. В ряду от первичных к третичным спиртам реакция затрудняется еще и тем, что в условиях реакции
(сильнокислая среда) параллельно возрастает и тенденция к превращению спиртов в простые эфиры и олефины. Эфиры третичных спиртов получаются прямой этерификацией лишь с очень малыми выходами.

Равновесие реакции этерификации не очень благоприятно для получения сложных эфиров. Равновесие можно сдвинуть вправо, используя 5-10-кратный избыток более дешевого исходного вещества (им обычно бывает спирт) либо постоянно удаляя из реакционной смеси продукты реакции - воду или сложный эфир.

Общие методики этерификации карбоновых кислот.

I. Связывание воды водоотнимающими средствами.

Смешивают 1 моль карбоновой кислоты (или 0.5 моля дикарбоновой), 5 молей соответствующего абсолютного спирта и 0.2 моля концентрированной серной кислоты и кипятят без доступа воздуха с обратным холодильником 5 ч.
В случае менее стойких вторичных спиртов лучше не применять в качестве катализатора серную кислоту, а насытить кипящую смесь хлороводородом и увеличить продолжительность кипячения до 10 ч. После этого отгоняют главную массу избыточного спирта на колонке Вигре длинной 20 см и выливают остаток в пятикратный объем ледяной воды. Органический слой отделяют, а водный раствор нейтрализуют водным трижды экстрагируют эфиром. Объединенные органические слои нейтрализуют раствором карбоната натрия, промывают водой до нейтральной реакции, сушат хлоридом кальция и перегоняют.

Синтез может быть проеден и в полумикромасштабе.

II. Азеотропная этерификация

Смешивают 1 моль карбоновой кислоты (или 0.5 моль дикарбоновой), 1.75 моля спирта (можно и не абсолютного), 5 г концентрированной серной, толуолсульфоновой, нафталинсульфоновой кислоты или ионообменной смолы в Н- форме, например вофатита KPS, и 100 мл хлороформа или тетрахлоридуглерода.
Смесь кипятят с обратным холодильником и водоотделителем, пока не прекратится выделение воды.

При этерификации гидроксикислот, (, (-ненасыщенных кислот, а также при этерификации вторичными спиртами лучше не применять серную кислоту, чтобы исключить побочные процессы. При использовании ионообменной смолы жидкость необходимо перемешивать, в противном случае жидкость может выбрасывать из колбы.

При окончании реакции смесь охлаждают, отмывают водой применявшуюся в качестве катализатора кислоту, промывают водным раствором гидрокарбоната натрия, еще раз водой, либо отфильтровывают ионообменную смолу. После этого отгоняют растворитель, который захватывает с собой примесь воды, остаток перекристаллизовывают и перегоняют.