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

маршрут реакции присоединения нуклеофила к карбонильной группе, поскольку в их структурах наблюдается широкий спектр расстояний между нуклеофилом (аминогруппа) и электрофилом (карбонильная группа): от дальнего трансаннулярного взаимодействия (0,30 нм) до ковалентного связывания (0,15 нм). Сближение атомов азота и углерода в молекулах алкалоидов сопровождается удлинением связи С=О и «вытягиванием» углеродного атома карбонильной группы из плоскости. Еще более удивительным оказывается тот факт, что нуклеофил «приближается» к карбонилу не в плоскости

ССС=О и не перпендикулярно ей, а под углом 107° к направлению связи С=О: нуклеофил заранее «знает» о переходе тригональной конфигурации атома углерода карбонильной группы в тетраэдрическую. В целом установлено, что определяемая из рентгенографических данных стереохимия присоединения аминогруппы к карбонильному фрагменту оказывается идентичной той, которая предсказывается неэмпирическим расчетом модельной реакции между молекулой формальдегида и гидрид-ионом в газовой фазе.

Примеры влияния пространственных условий на нуклеофильность аминов имеются и в химии ариламинов. В частности, соседние заместители способны выводить НЭП атома азота в ароматических аминах из сопряжения с π-системой ароматического фрагмента и вследствие этого заметно снижать его С-нуклеофильность. Например, N,N-диметиланилин гладко сочетается с солью диазония, полученной из сульфаниловой кислоты, с образованием индикатора Метиловый оранжевый (рН перехода 3,5):

(CH3)2N + HSO3N2Cl

N,N-диметиланилин п-сульфобензолдиазоний хлорид

(CH3)2NNN SO3H

Метиловый оранжевый

Метиловый оранжевый. Сульфаниловую кислоту (5 г, 0,028 моль), переосажденную из водного раствора NaOH, диазотируют нитритом натрия (2 г, 0,028 моль) в присутствии 2 н. раствора HCl (12,5 мл). К полученной суспензии п-сульфобензолдиазо- нийхлорида прибавляют раствор N,N-диметиланилина (3 г, 0,025 моль) в 25 мл 1 н. раствора НСl. После размешивания в течение 10 мин и добавления 2 н. раствора NaOH до рН 10 получают Na-соль Метилового оранжевого. Выход 7 г (85%).

Однако с 2,6,N,N-тетраметиланилином эта реакция не идет.

CH3

(CH3)2N

CH3 2,6,N,N-тетраметиланилин

Вследствие пространственного влияния со стороны двух орто-метиль- ных групп диметиламиногруппа выводится из плоскости. Сопряжение НЭП атома азота с π-системой бензольного кольца нарушается. Тем самым исключается активирующее влияние диметиламиногруппы, и реакция электрофильного ароматического замещения с солью диазония, которая является сравнительно слабым электрофилом, становится невозможной. Интересно отметить, что вывод аминогруппы из плоскости сопряжения с фенилом снижает нуклеофильность ароматического кольца, но повышает основность ариламина.

Эффекты пространственного затруднения сопряжению аминогруппы с π-системой арена особенно четко проявляются в 1,8-диаминонафталинах. В частности, 1,8-бис(диметиламино)нафталин и 1,8-бис(диэтиламино)- 2,7-диметоксинафталин являются исключительно сильными основаниями по сравнению с N,N-диалкиланилинами (рКа (BH ) 5,2)

В молекулах этих производных нафталина НЭП двух атомов азота не только выводятся из сопряжения, но и перекрываются между собой. Такое смешивание ведет к особенно значительному росту основности соответствующих ариламинов [6].

РЕАКЦИИ ЕНАМИНОВ

В разд. 23.4.2 были рассмотрены реакции енаминов, в которых они проявляют нуклеофильные свойства по отношению к некоторым электрофильным агентам. Роль енаминов в синтетической практике, однако, слишком велика, чтобы ограничиться только упомянутыми реакциями.

Для получения достаточно полной информации по этому вопросу рекомендуются обзоры [7–12]. Ниже обсудим несколько примеров, в которых енамины как нуклеофилы участвуют в реакциях сопряженного присоединения с α,β-ненасыщенными карбонильными соединениями (или фрагментами) в реакциях циклизации. Этот тип превращения енаминов впервые был обнаружен Сторком с сотрудниками в 1954 г. [13].

Например, при взаимодействии енамина циклогексанона с акрилонитрилом с 80%-м выходом был выделен 2-(β-цианоэтил)циклогексанон, труднодоступный другими методами:

При взаимодействии того же енамина с метилвинилкетоном была показана принципиальная возможность аннелирования нового цикла: в каче-

Эта реакция енаминов, которая является полным аналогом аннелирования по Робинсону с участием енолят-ионов, носит имя ее автора — реакция Сторка (1954 г.). Поскольку присоединение енаминов (в отличие от присоединения енолят-ионов) протекает в нейтральных условиях, побочные процессы конденсации с участием карбонильных соединений в этой реакции сводятся к минимуму.

Как нуклеофилы, енамины реагируют с галогенами, подвергаются арилированию в реакциях с активированными галогенаренами, ацилируются п-толуолсульфохлоридом:

O2N

NO2

Енамины найдены высокоэффективными реагентами и в реакциях гетероциклизации. Например, они являются ключевыми интермедиатами в одностадийном синтезе индолов по Неницеску [14, 15]. После кипячения раствора 1,4-бензохинона и этил-3-аминокротоноата в 1,2-дихлор- этане в течение 50 минут был выделен целевой 2-метил-3-карбэтокси-5- гидроксииндол:

Выход чистого вещества составил 30%.

Другие примеры синтеза гетероциклических соединений с участием енаминов подробно обсуждены в [11, 12].

Дополнения!

БИОГЕННЫЕ АМИНЫ. НЕЙРОМЕДИАТОРЫ И НЕЙРОТОКСИНЫ

К биогенным аминам, в первую очередь, относят природные соединения растительного происхождения. Легкость, с которой амины могут быть экстрагированы водной кислотой, а затем выделены в чистом виде при подщелачивании экстракта, явилась причиной того, что природные соединения, содержащие аминогруппы, были выделены и изучены ранее других соединений. Основные свойства природных аминов послужили причиной их названия — «алкалоиды» (от англ. “alkali-like”). В настоящее время известно более 5 тысяч алкалоидов. Подавляющее большинство из них характеризуется высокой биологической активностью.

Для того чтобы лучше понять, в чем же состоят биохимические функции аминов в животных организмах, следует разобраться с тем, как «работает» вегетативная нервная система.

Вегетативная нервная система подразделяется на парасимпатическую и симпатическую. Нервы парасимпатической системы берут начало от клеток стволовой части головного мозга и крестцовой части спинного мозга. Симпатические нервы исходят из клеток отделов спинного мозга.

Место контакта одной нервной клетки с другой или с исполнительным органом называется синапсом. В этом месте при поступлении нервного сигнала и выделяется нейромедиатор — посредник, который реализует соответствующий контакт и передачу нервного сигнала. В синапсах парасимпатической нервной системы выделяется ацетилхолин, в синапсах симпатической нервной системы — норадреналин.

Объемы выделяемых нейромедиаторов (называемых также и нейротрансмиттерами) невелики. Ацетилхолин, например, выделяется дозами, каждая из которых содержит около 10 000 молекул. Эти молекулы распределяются по синаптической щели так, что сигнал достигает рецептора. Воздействие ацетилхолина на рецептор вызывает соответствующий физиологический ответ, после чего трансмиттер подвергается разрушению. Ацетилхолин гидролизуется под действием фермента ацетилхолинэстераза (АХЭ):

O

АХЭ

CH3 C OCH2CH2N(CH3)3 OH + H2O

ацетилхолин

CH3COOH + HOCH2CH2N(CH3)3 OH

При нормальном функционировании нервной системы гидролиз «отработавшего» ацетилхолина должен проходить в течение нескольких миллисекунд. Это является непременным условием принятия следующего нервного сигнала.

Биохимический эффект ацетилхолина заключается в том, что его присоединение к рецептору открывает канал для прохождения ионов Na и К через мембрану клетки, что ведет к деполяризации мембраны. Блокирование действия ацетилхолина чревато серьезными проблемами, вплоть до смертельного исхода. Именно в этом заключается биохимическое действие нейротоксинов. Ниже показаны структуры двух наиболее сильных нейротоксинов — хистрионикотоксина и хлорида D-тубокурарина. Как и ацетилхолин, молекула D-тубокурарина содержит аммониевые фрагменты. Она

Глава 24. ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ

К диазосоединениям относят вещества, содержащие группировки —N2Х или =N2, которые связаны с одним атомом углерода углеводородного заместителя.

24.1.КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА

В зависимости от строения группы —N2— различают следующие диазосоединения:

соли диазония, которые содержат диазониевую группу (диазогруппа)

NN,

диазопроизводные общего строения

R NN X,

диазоалканы общего строения

R'

CN2

R

Наибольшее препаративное значение имеют ароматические cоли диазония. Им приписывают ионное строение и общую формулу

Ar N2X.

Анионом Х может быть анион сильной кислоты (например, Cl , Br , I , HSO4 ) или комплексный анион (например, FeCl4 , BF4 ).

Ниже даны примеры ароматических солей диазония и их названия.

Ароматические диазосоединения общей формулы

Ar NN X

имеют ковалентное строение. Фрагментом X могут служить различные функциональные группы. В качестве примера показаны диазосоединения с гидрокси-, ацетокси- и цианогруппой:

бензолдиазоацетат

24.2.АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЛИ ДИАЗОНИЯ

24.2.1.Способы получения

Как уже отмечалось в разд. 23.4.4, ароматические соли диазония получают реакцией диазотирования — взаимодействием первичных ароматических аминов с натриевой солью азотистой кислоты в присутствии минеральной кислоты. Общее уравнение реакции диазотирования имеет вид:

ArNH2 + NaNO2 + 2HCl 0–5 °C ArN2Cl + NaCl + 2H2O

При использовании в качестве минеральной кислоты соляной кислоты диазотирование протекает следующим образом.

На первой стадии при взаимодействии нитрита натрия с соляной кислотой образуется азотистая кислота:

NaNO2 + HCl HNO2 + NaCl

В солянокислой среде азотистая кислота превращается в нитрозилхлорид, который и является диазотирующим агентом: