Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3

Расщепление четвертичных аммониевых оснований ранее широко применяли как для получения алкенов, так и для установления строения неизвестных аминов. С этой целью неизвестный амин превращали в четвертичное аммониевое основание, а затем основание подвергали расщеплению. По данным анализа продуктов расщепления определяли строение амина. В настоящее время строение неизвестных органических соединений определяют прежде всего на основе данных спектральных методов.

Ацилирование

Первичные и вторичные амины гладко реагируют с галогенангидридами и ангидридами кислот. В результате ацилирования аминов образуются амиды кислот. Эти реакции известны как N-ацилирование аминов:

(CH3CH2)2N C CH3 + (CH3CH2)2NH•HCl

O

N,N-диэтилацетамид

Третичные амины в реакции ацилирования не вступают.

При применении галогенангидридов выделяющийся галогеноводород связывают избытком амина или добавлением щелочного агента (например, соды).

Механизм ацилирования аминов аналогичен механизму ацилирования спиртов.

Реакция протекает как нуклеофильное присоединение–отщепление по карбонильной группе:

(CH3CH2)2N C CH3 + (CH3CH2)2NH HCl

182 Глава 23. Амины

Первичные и вторичные амины легко подвергаются ацилированию и при взаимодействии с алкил- и арилсульфохлоридами:

RNH2 + C6H5SO2Cl RNH SO2 C6H5

R2NH + C6H5SO2Cl R2N SO2 C6H5

Получаемые при этом сульфамиды различаются своим отношением к щелочным агентам. Сульфамиды, полученные из первичных аминов, являются весьма сильными NН-кислотами и легко растворяются в водном растворе щелочи:

C6H5 SO2 NHC6H5 + NaOH (H2O) C6H5 SO2 NC6H5 Na

N-фенилбензол- сульфамид

Сульфамиды, полученные из вторичных аминов, не содержат кислого атома водорода и не растворяются в водных щелочах.

Третичные амины к реакциям ацилирования не способны. Третичные алкиламины образуют с арилсульфохлоридами четвертичные соли, которые под действием водного раствора щелочи вновь регенерируют амины:

C6H5SO2N(CH3)3 Cl + 2NaOH

C6H5SO3 Na + NaCl + N(CH3)3 + H2O

Na-соль бензолсульфоновой кислоты

Реакция амина с бензолсульфохлоридом и последующее взаимодействие образовавшегося продукта с водным раствором щелочи лежат в основе химической идентификации аминов, известной как проба Гинсберга.

Реакции с альдегидами и кетонами. Енамины

Первичные амины взаимодействуют с кетонами и альдегидами с образованием иминов:

Бензальанилин. При хорошем размешивании смешивают бензальдегид (106 г; 1 моль) и анилин (93 г; 1 моль). По окончании разогревания и загустевания смеси ее переносят в спирт (165 мл), хорошо размешивают и охлаждают. Продукт отфильтровывают, т. пл. 52 °С. Выход 154 г (85%).

Реакции первичных аминов с альдегидами и кетонами подробно рассмотрены в т. II, разд. 19.1.4.

Эти реакции протекают как нуклеофильное присоединение по карбонильной группе с промежуточным образованием аминоспирта и последую-

щим отщеплением молекулы воды.

Вторичные амины образовать имины не могут, так как имеют единственный протон у атома азота. При наличии Н-атома в β-положении к карбонильной группе исходного карбонильного соединения стадия элиминирования протекает с участием этого атома водорода и завершается образованием енамина:

Процесс образования енамина обратим, поэтому воду в процессе получения енаминов обычно удаляют отгонкой. При взаимодействии с разбавленными кислотами енамин образует исходное карбонильное соединение.

CC N C CN

резонансные структуры енамина

Енамины являются аналогами енолов. В молекуле енамина пара электронов азота находится в сопряжении с π-электронами двойной связи. Благодаря электронодонорному (+М-) эффекту атома азота нуклеофильным центром в молекуле енамина является β-углеродный атом. На этот атом обычно и направлена атака электрофильного агента. Как и енолы, енамины неустойчивы и отличаются высокой реакционной способностью. Они применяются чаще всего для алкилирования и ацилирования карбонильных соединений.

Например, ацилирование ацетона гладко протекает через енамин:

O O

ацетилацетон

Ниже показано образование енамина из циклогексанона и пирролидина, а также последующее взаимодействие полученного енамина с алкилирующими и ацилирующими реагентами. Обе реакции идут через промежуточное образование иммониевого иона.

Окисление. Элиминирование по Коупу

Первичные и вторичные амины подвержены окислению, однако в препаративных целях этот процесс провести не удается.

Третичные амины гладко окисляются до оксидов аминов при применении 30%-го пероксида водорода или пероксикарбоновых кислот:

N,N-Диметилциклогексилметанаминооксид. Смесь N,N-диметилциклогек- силметанамина (49 г; 0,35 моль), метанола (45 мл) и 30%-го пероксида водорода (120 г; 1,05 моль) выдерживают 36 ч при комнатной температуре. Избыток пероксида водорода удаляют добавлением незначительного количества коллоидальной платины. Осадок отфильтровывают. Продукт выделяют упариванием растворителя. Выход 49,5 г (90%).

Будучи нагреты до 150–200 °С, оксиды третичных аминов подвергаются элиминированию при наличии хотя бы одного атома водорода у β-углерод- ного атома (реакция Коупа, 1949 г.). Так, нагреванием N,N-диметилцикло- гексилметанаминооксида с количественным выходом получают метиленциклогексан:

Метиленциклогексан. N,N-Диметилциклогексилметанаминооксид (50 г; 0,32 моль) нагревают в вакууме (10 мм рт. ст.) при 150 °С в течение 2 ч. Добавляют воду, слой алкена отделяют. Продукт выделяют перегонкой, т. кип. 102–103 °С (740 мм рт. ст.). Выход 30,2 г (98%).

По механизму термолиз оксидов аминов аналогичен термолизу сложных эфиров.

Условно реакцию можно характеризовать как внутримолекулярный процесс Е2, в котором атом кислорода оксида выступает в роли основания, отщепляющего атом водорода от β-углеродного атома в синхронном переходном состоянии.

O

C C

В соответствии с этим реакция протекает стереоспецифично как син-элиминиро- вание.

(1R, 2S)-1-дейтеро- N,N,2-триметил- 1-бутанаминоксид

Задача 23.6. Завершите реакции. Назовите исходные соединения, промежуточные и конечный продукты. Определите конфигурацию каждого соединения.

D NH2

23.4.3.Электрофильное замещение в ароматических аминах

Аминогруппа, связанная с бензольным циклом, выступает как орто,пара- ориентант в реакциях электрофильного ароматического замещения.

NH2

|M | > |I |

Поскольку положительный эффект сопряжения аминогруппы в анилине и других ароматических аминах значительно преобладает над ее отрицательным индуктивным эффектом, аминогруппа является, в целом, сильным электронодонорным активирующим заместителем.

Галогенирование

Активность анилина в реакциях галогенирования столь высока, что эти реакции не требуют применения катализатора, а замещение на галоген протекает сразу в три положения быстро и количественно:

анилин

Br

2,4,6-триброманилин

Чтобы задержать реакцию на стадии монозамещения, приходится снижать активирующее действие аминогруппы, что достигается ее ацилированием. орто,пара-Ориентирующий эффект ациламиногруппы проявляет себя как со слабыми, так и с сильными электрофилами. Бромирование ацетанилида в уксусной кислоте дает с ацетанилидом почти исключительно 4-бромацетанилид:

Br

4-броманилин

Нитрование

орто,пара-Ориентация наблюдается и при электрофильном нитровании. Однако в присутствии сильных минеральных кислот ароматические амины подвергаются протонированию. Аминогруппа протонируется с образованием аммониевой группы, которая является мета-ориентантом, дезактиви-

Сульфирование

Сульфирование анилина проводят концентрированной серной кислотой при 180–200 °С. Образующаяся вода в ходе процесса отгоняется (в промышленности этот метод известен как запекание). Продуктом реакции является анилин-4-сульфокислота (сульфаниловая кислота):

Первоначальным продуктом оказывается гидросульфат анилиния, который при нагревании теряет воду с образованием сульфанилида, подвергающегося быстрой изомеризации. Поскольку сульфирование — обратимый процесс, то можно предположить, что пара-изомер образуется как термодинамически наиболее устойчивый изомер. Сульфаниловая кислота имеет строение внутренней соли, в которой катион и анион находятся в составе одной частицы. Она плохо растворима в холодной воде, но лучше растворяется в горячей воде.

Реакции третичных аминов

Диалкиламиногруппы R2N– являются еще более сильными активирующими заместителями, чем аминогруппа. Поэтому третичные ароматические амины обрабатывают электрофильными агентами в более мягких условиях. Некоторые примеры соответствующих реакций приведены ниже.

Нитрование