Тема IV. Образование связей углерод-гетероатом в алифатическом ряду (реакции нуклеофильного замещения)

1. Реакции замещения атома галогена бензилоксибензол (бензилфениловый эфир)

Работу проводят в вытяжном шкафу!

В трехгорлую колбу объемом 50 мл, снабженную магнитной мешалкой, термометром и капельной воронкой, помещают 7,0 г тонко измельченного карбоната калия, 10 мл диметилформамида (ДМФА) и 5,0 г фенола¹. При перемешивании нагревают реакционную смесь до 50‑60 °С, после чего из капельной воронки прибавляют по каплям 6,4 г бензилхлорида (осторожно! вещество слезоточиво и сильно раздражает кожу). После прибавления всего реагента через капельную воронку вносят еще 5 мл диметилформамида и при перемешивании нагревают реакционную смесь при 100-110 °С (не выше!) в течение 1‑1,5 часов до исчезновения запаха бензилхлорида. Затем реакционную смесь выливают в 30 мл воды, при этом отделившийся маслянистый слой медленно закристаллизовывается. Осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают водой, высушивают и перекристаллизовывают из хлороформа. Выход около 5 г. Т. пл. 40 °С.

Этоксиметилбензол (бензилэтиловый эфир)

Работу проводят в вытяжном шкафу! Работу со щелочью проводят в защитных очках!

В круглодонную колбу объемом 200 мл помещают 4,0 г гидроксида калия и 25 мл этанола. Колбу снабжают обратным холодильником и осторожно нагревают смесь до растворения щелочи (небольшое количество гидроксида калия может остаться нерастворенным). Раствор охлаждают и прибавляют 6,4 г бензилхлорида (осторожно! вещество слезоточиво и сильно раздражает кожу). Затем осторожно нагревают смесь до начала кипения и убирают нагрев. По окончании бурной стадии реакции (приблизительно через 15 минут) колбу помещают в горячую водяную баню и кипятят еще 20 минут, после чего реакционную смесь охлаждают в бане с холодной водой, прибавляют 50 мл ледяной воды и встряхивают до полного растворения твердого вещества. Затем прибавляют небольшими порциями 2 М раствор соляной кислоты до нейтральной реакции водного слоя. Полученный эфир отделяют в делительной воронке, промывают водой (2 × 5 мл), сушат хлоридом кальция и перегоняют, собирая фракцию с т. кип. 180-187 °С.

Выход около 4 г. Т. кип. 185 °С; n_D²⁰ 1,4955.

N,N-ДИЭТИЛБЕНЗОЛАМИН (N,N-диэтиланилин)

Работу со щелочью проводят в защитных очках!

Работа состоит из двух препаративных стадий: получение N‑этиланилина и синтез из него N,N-диэтилангилина

Получение N‑этиланилина

В круглодонной колбе объемом 100 мл, соединенной с обратным холодильником, кипятят 9,3 мл свежеперегнанного анилина¹ с 13,5 г бромэтана² до тех пор, пока реакционная масса не затвердеет (примерно 2‑4 часа). К охлажденной реакционной массе небольшими порциями при размешивании приливают раствор 6,3 г гидроксида натрия в 20 мл воды (колбу при этом охлаждают в бане с холодной водой). Выделившийся N‑этиланилин отделяют с помощью делительной воронки, сушат твердым гидроксидом калия и перегоняют из колбы Вюрца, собирая фракцию при 202‑208 °С. Выход около 9 г. Т. кип. 205 °С; n_D²⁰ 1,5540.

По данной методике могут быть получены:

исходный амин	продукт реакции	выход,%	Т. кип., °С	nD20
анилин	N-ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛАМИН (N-изопропиланилин)	65	206	1,5380

Получение N,N-диэтилангилина

В круглодонную колбу объемом 100 мл, соединенной с обратным холодильником кипятят 9 г N‑этиланилина и 10 мл бромэтана и кипятят до затвердения реакционной массы. После охлаждения бромид дифениламмония растворяют в воде. Затем раствор охлаждают и добавляют к нему небольшими порциями при перемешивании раствор 6,4 г гидроксида натрия в 20 мл воды. Выделившийся N,N‑диэтиланилин отделяют с помощью делительной воронки, высушивают твердым гидроксидом калия и перегоняют. Собирают фракцию 214–216 °С. Выход около 10 г. Т. кип. 216 °С; n_D²⁰ 1,5409.

Вопросы для самоподготовки.

1. Охарактеризуйте возможные механизмы реакций нуклеофильного замещения атома галогена.

2. По какому механизму (S_N1 или S_N2) протекает реакция нуклеофильного замещения в ходе проведенного Вами синтеза? Мотивируйте Ваш выбор.

3. Приведите примеры использования реакций нуклеофильного замещения атома галогена в синтезе соединений различных классов.

4. Какова роль полярного апротонного растворителя в реакциях S_N2? Приведите формулы наиболее распространенных растворителей этого типа.

5. Как Вы думаете, какая из двух реакций (анилин + этилбромид или N-этиланилин + этилбромид) протекает легче и почему?

6. Какие процессы конкурируют с реакциями нуклеофильного замещения? Оцените возможность их протекания в ходе проведенного Вами синтеза.