Гидразиды

Гидразиды карбоновых кислот – ацилированные гидразин или его замещенные. Различают моноацилгидразины (простые гидразиды) (653), 1,1- диацилгидразины (654), 1,2-диацилгидразины (655), три- и тетраацилгидразины:

Г идразиды могут быть также циклическими.

Для получения гидразидов чаще всего используют ацилирование гидразина или его замещенных (алкил- или арилгидразинов) производными карбоновых кислот типа R-CO-X – хлорангидридами, ангидридами, сложными эфирами, амидами (если в этих реакциях субстратами считать упомянутые производные – то это реакции гидразинолиза данных производных):

Г идразин и алкилгидразины – сильные нуклеофилы, заметно более сильные, чем аммиак и амины; поэтому они ацилируются легче. Для получения моноацилгидразинов лучше всего использовать достаточно слабые ацилирующие реагенты – сложные эфиры; более активные реагенты – хлорангидриды и ангидриды карбоновых кислот – лучше использовать для получения ди-, три- и тетраацилгидразинов.

Гидразинолизу подвергаются также и амиды. В частности, в химии белка используется гидразинолиз пептидных связей гидразином при 100 ^оС для определения С-концов пептидных цепей. Имиды, более активные, чем амиды, подвергаются гидразинолизу легко; в частности, N-алкилфталимиды (652), получаемые в методе Габриэля, легко расщепляются гидразином c образованием циклического 1,2-диацилгидразина (656) и первичных аминов: Этот вариант часто предпочитают кислотному или щелочному гидролизу.

Химические свойства гидразидов удобнее всего рассмотреть на примере простых незамещенных моноацилгидразинов (гидразидов карбоновых кислот) R-CO-NH-NH₂; именно они проявляют наибольшую специфику.

По структуре гидразиды напоминают амиды, и ряд их химических свойств напоминает свойства амидов - прежде всего, нуклеофильные реакции карбонильной группы, протекающие столь же вяло, как и для амидов. Специфика гидразидов связана с появлением дополнительного атома азота; неподеленная электронная пара этого атома не сопряжена с карбонильной группой и, следовательно, не делокализована. Поэтому гидразиды являются гораздо более сильными основаниями и нуклеофилами, чем амиды. Основность и нуклеофильность простых гидразидов меньше, чем самого гидразина (за счет –I-эффекта ацильной группы), но вполне достаточны для протекания ряда реакций, аналогичных реакциям первичных аминов:

Р еакция 1 – протонирование; при взаимодействии с кислотами образуются обычные аммонийные соли.

Реакция 2 – алкилирование; здесь гидразиды выступают как нуклеофильные реагенты в реакциях (обычно S_N2) c галогенидами или тозилатами.

Реакция 3 – ацилирование; происходит при взаимодействии с галогенангидридами или ангидридами карбоновых кислот; образуются более ацилированные гидразины, в первую очередь, 1,2-диацилгидразины.

Реакция 4 – взаимодействие с карбонильными соединениями; образуются N-ацилгидразоны карбонильных соединений; реакция аналогична образованию обычных гидразонов и арилгидразонов. N-Ацилгидразоны образуются легко, хорошо кристаллизуются; довольно часто они малорастворимы, что дает возможность выделять карбонильные соединения из смесей; после выделения карбонильные соединения регенерируют путем гидролиза ацилгидразонов.

Реакция 5 – нитрозирование; оно происходит при действии азотистой кислоты (смеси нитрита натрия и минеральной кислоты); и здесь гидразиды ведут себя аналогично первичным аминам. Продуктами реакции являются азиды карбоновых кислот (ацилазиды); их также можно отнести к производным типа R-CO-X. Группа N₃ называется азидогруппой. Строение азидов можно выразить несколькими резонансными структурами (657’)-(657'''):

Азиды – достаточно малостабильные соединения; для них характерна тенденция к выбросу молекулы азота – это термодинамически выгодно. Разложение азидов с отщеплением азота обычно происходит термически. При нагревании азидов карбоновых кислот в водных растворах происходит распад с образованием азота, оксида углерода (IV) и первичного амина.

R-CO-N₃ + HOH  R-NH₂ + N₂ + CO₂

Р еакция называется перегруппировкой Курциуса и, наряду с перегруппировкой Гофмана, используется для получения первичных аминов. Механизм перегруппировки Курциуса в основной части аналогичен перегруппировке Гофмана – и здесь промежуточной частицей можно считать нитрен:

Образование нитрена нагляднее всего можно представить как результат отщепления азота от резонансной структуры (657’); дальнейшие превращения те же, что и при перегруппировке Гофмана. В отличие от перегруппировки Гофмана, здесь можно выделить изоцианаты – если проводить термолиз в безводной среде.