IX.2.1.2. Ангидриды карбоновых кислот.

Ангидриды карбоновых кислот получают нагреванием карбоновых кислот в присутствии Р₂О₅; более универсальный способ – взаимодействие хлорангидридов и солей карбоновых кислот; оба способа рассмотрены выше.

По химическим свойствам ангидриды во многом сходны с галогенангидридами; для них наиболее характерны нуклеофильные реакции карбонильной группы и реакции -положения к ней..

Для группы ОСОR характерно преобладание – I-эффекта над +М-эффектом, хотя оно и не столь велико, как для атома хлора; поэтому карбонильная группа ангидридов активно взаимодействует с нуклеофильными реагентами, хотя и не столь энергично, как в случае хлорангидридов. Иначе говоря, ангидриды являются достаточно активными ацилирующими реагентами и в этом качестве широко используются в практике органической химии. Наиболее типичны реакции с нуклеофилами типа H-Y, которые для симметично построенных ангидридов протекают по общей схеме:

Это реакции гидролиза (Y=OH), ацилирования спиртов и фенолов (Y=OAlk, OAr), ацилирования N-нуклеофилов (Y=NH₂, NHR…). Эти реакции вполне аналогичны соответствующим реакциям ацилгалогенидов (см. выше); аналогия относится и к механизмам реакций. Ангидриды также могут ацилировать некоторые активные ароматические субстраты по Фриделю-Крафтсу.

Рассмотрим некоторые специфические случаи ацилирования ангидридами карбоновых кислот:

А. Ацилирование смешанными ангидридами R¹-CO-O-CO-R². В этом случае возможны два варианта: в первом варианте на реагент переносится ацильный фрагмент R¹CO (образование соединения R¹CO-Y), во втором – R²CO (образование соединения R²CO-Y). Реакция региоселективна, если радикалы R¹ и R² заметно отличаются по электроотрицательности.

Рассмотрим механизм ацилирования смешанным ангидридом (613):

З десь мы видим типичный пример действия двух противоположно направленных факторов. С одной стороны, карбонильная группа фрагмента СС1₃СО более активна в реакциях с нуклеофилами H-Y, чем группа фрагмента СН₃СО (группа СС1₃ более электроотрицательна); этот фактор благоприятствует пути 2. С другой стороны, при распаде интермедиата (614) уходящая группа лучше, чем при распаде интермедиата (616) (анион СС1₃СОО¯ заметно устойчивее аниона СН₃СОО¯); этот фактор, напротив, благоприятствует пути 1. Решающую роль играет именно этот фактор; реакция идет по пути 1, и образуется ацильное производное (615), но не (617); иначе говоря, на нуклеофил переносится остаток более слабой кислоты.

Б. Использование циклических ангидридов. Ацилирование спиртов и аминов циклическими ангидридами дикарбоновых кислот в молярном соотношении 1:1 довольно часто приводит к образованию производных дикарбоновых кислот (сложных эфиров, амидов и их аналогов) по одной карбоксильной группе («кислых» производных):

Это – частный случай обычного ацилирования ангидридами.

В то же время при взаимодействии циклических ангидридов с аммиаком и первичными аминами в достаточно жестких условиях происходит диацилирование N-нуклеофила с образованием имидов; типичный пример – образование фталимида из фталевого ангидрида и аммиака:

Циклические ангидриды ацилируют арены по схеме Фриделя-Крафтса; при этом происходит моноацилирование с образованием о-ацилбензойных кислот, например, соединений (618); при их обработке конц. H₂SO₄ происходит второе, внутримолекулярное ацилирование с образованием конденсированных производных, например, антрахинонов (619):

А цилирование аренов циклическими ангидридами – один из важных способов получения соединений с конденсированными циклами.

Фталевый ангидрид реагирует с соединениями, содержащими активированное ароматическое ядро, например, с фенолами, по иной схеме – здесь происходит не ацилирование, а фактически алкилирование ароматического ядра; реакция аналогична конденсации фенолов с альдегидами (стр. 200); фталевый ангидрид выступает в роли аналога альдегида. Обычно происходит конденсация молекулы ангидрида с двумя молекулами фенола; полученные производные триарилметана, содержащие лактонный (фталидный) цикл, называют фталеинами; простейший из них (620) называется фенолфталеином:

К атализаторами данной реакции являются конц. H₂SO₄ или ZnCl₂; очевидно, с фенолом реагирует О-протонированный ангидрид или комплекс ангидрида с ZnCl₂ (см. механизм на стр.200). Фенолфталеин – известный индикатор; объяснение его индикаторных свойств будет дано в дальнейшем.

Ангидриды карбоновых кислот аналогично ацилгалогенидам реагируют с металлорганическими соединениями и восстанавливаются комплексными гидридами, но в этих реакциях они используются реже, чем ацилгалогениды.

Из реакций положения ангидридов карбоновых кислот, вероятно, наибольшее значение имеет реакция Перкина – конденсация ангидридов типа (R-CH₂CO)₂O с ароматическими альдегидами в присутствии оснований; конечными продуктами реакции являются ненасыщенные карбоновые кислоты:

В качестве оснований чаще всего используют щелочную соль кислоты, соответствующей ангидриду; используют также карбонаты щелочных металлов и третичные амины. Механизм реакции полностью аналогичен механизму альдольно-кротоновой конденсации карбонильных соединений под действием оснований (стр. 246); карбонильной компонентой является альдегид, метиленовой – ангидрид. Первоначально образующийся продукт «кротоновой конденсации» – смешанный ангидрид (621) – далее гидролизуется с образованием конечного продукта - ненасыщенной кислоты.