Лекции / Лекция_40-41(б)

315

Кето-енольная таутомерия эфиров 1,3-кетокислот

и реакции таутомерных форм.

Э фиры 1,3-кетокислот по своему химическому поведению близки к 1,3-дикетонам. Однако их кислотность ниже. Для них характерна кетоенольная таутомерия.

Как и в случае 1,3-дикетонов таутомерное равновесие чувствительно к сольватирующей способности реакционной среды. Так, в растворе метанола образуется 8,7% енола.

А нионы эфиров 1,3-кетокислот представляют собой сопряженную систему с выровненными связями и делокализованным отрицательным зарядом. Они содержат несколько реакционных центров. Их соли в растворах существуют в виде ионных пар. С ионами тяжелых металлов они образуют внутренние комплексы (хелаты). Соли 1,3-кетокислот подобны солям 1,3-дикетонов. Они легко алкилируются и ацилируются

Алкилирование и ацилирование происходит главным образом у углеродного атома, т.к. атомы кислорода в значительной степени блокированы ионом металла.

Е сли в полученных продуктах алкилирования или ацилирования при атоме углерода в положении 2 содержится еще один кислый атом водорода открывается дополнительная возможность введения в это положение алкильных или ацильных групп, например

П оследующий гидролиз и нагревание приводит к синтезу 1,3-кетокарбоновой кислоты и соответствующего кетона

Эти реакции представляют собой важных синтетический метод получения кетонов различных структур.

Ацилоиновая конденсация.

В отличие от конденсации Кляйзена в ацилоиновой конденсации ключевую роль играют сложноэфирные группы. Суммарно ацилоиновая конденсация может быть представлена схемой:

М еханизм ацилоиновой конденсации может быть представлен последовательностью стадий:

Реакция представляет собой важнейший метод образования углерод-углеродной связи. Она имеет большое значение для синтеза соединений с большими циклами.

Амиды карбоновых кислот

Э ти соединения следует рассматривать как результат замещения гидрокси-группы в карбоновой кислоте на амино-группу

Методы получения амидов:

1. ацилирование аммиака и аминов.

2. Д егидратация аммониевых солей карбоновых кислот

3. Гидролиз нитрилов карбоновых кислот

4. П ерегруппировка оксимов кетонов по Бекману

Обычно к атому азота мигрирует та группа, которая находится в транс-положении к ОН-группе.

Механизм перегруппировки Бекмана.

Синтез лактамов - циклических амидов.

1. П ерегруппировка циклических амидов – лактамов

2. Реакция Байера-Виллигера

3. Циклизация аминокислот (n3)

Физические свойства амидов. Строение амидной группы.

Амиды представляют собой бесцветные кристаллические вещества или жидкости, растворяющиеся в органических растворителях. Амиды, в молекулах которых имеются связи N-H, ассоциированы вследствие образования межмолекулярных водородных связей и имеют более высокие температуры кипения.

В молекулах амидов имеет место значительное сопряжение неподеленной парой электронов азота и -электронной системой двойной связи С=О. Это приводит к образованию дополнительной поляризации связей в амидной группе и наличие электрофильных реакционных центров на ацильном и алкильных углеродных атомах и отрицательного - на карбонильном кислороде.

Химические свойства амидов.

1. Реакции нуклеофильного замещения.

Примером может служить гидролиз. В нейтральной среде гидролиз протекает медленно. Поэтому реакцию ведут в присутствии минеральной кислоты либо основания, которые не только ускоряют ее, но и участвуют как реагенты.

А ктивация молекулы амида кислотой связана с ее протонированием и увеличением положительного заряда на карбонильном углероде, который становится более восприимчивым к последующей нуклеофильной атаке:

В случае щелочного гидролиза в качестве нуклеофила вместо воды выступает более реакционно способный гидроксил-анион, который эффективно осуществляет нуклеофильную атаку на кaрбонильный углерод:

2. Реакция восстановления.

3. Р еакция дегидратации.

4. Расщепление по Гофману.

М еханизм реакции

5. Перегруппировка Курциуса характерна для азидов карбоновых кислот, которые ведут себя подобно амидам в расщеплении по Гофману.

6. Взаимодействие формамидов с реактивом Гриньяра (реакция Буво)

Продуктами этой реакции являются альдeгид и третичный амин.

Нитрилы карбоновых кислот.

Общая формула нитрилов R-CN или C_nH_2n+1CN.

Методы получения нитрилов.

1. Д егидратация амидов карбоновых кислот с помощью водоотнимающих агентов.

Н а практике в последнем случае пропускают над катализатором смесь карбоновой кислоты с аммиаком. В этом процессе совмещается образование амида и его дегидратация.

2. Н уклеофильное замещение галогена в галогеналканах на циaнид-анион.

3. Д егидратация альдоксимов.

М еханизм реакции:

Химические свойства нитрилов.

Ц иано-группа характеризуется высокой степенью поляризации, следствием которой является образование частичного положительного заряда на углероде и отрицательного заряда – на азоте

Это обусловливает, с одной стороны, восприимчивость углеродного центра к нуклеофильной атаке, с другой – основность атома азота.

1. Реакции нуклеофильного присоединения.

Н итрилы легко реагируют с сильными анионными нуклеофильными реагентами (карбанионами, амидами металлов, щелочами, алкоголятами, тиоалкоголятами)

П римером может служить щелочной гидролиз нитрилов:

Дальнейший гидролиз амида приводит к образованию солей карбоновых кислот.

Таким образом суммарное уравнение щелочного гидролиза нитрилов можно представить как

R-CN + H₂O + NaOH  RCOONa + NH₃

Р еакции нитрилов со слабыми нуклеофилами (водой, спиртами) протекает крайне медленно. Для эффективного проведения этих реакций используют кислотный катализ. Активация молекулы нитрила в этом случае осуществляется за счет образования водородной связи между кислотой – катализатором и атомом азота и, как следствие, увеличение положительного заряда на нитрильном углеродном атоме.

Н а последующей стадии гидролиза кислота НХ выступает одновременно как ускоритель реакции и реагент.

Таким образом, полный кислотный гидролиз нитрилов описывается уравнением:

R-CN + 2H₂O + HX  RCOOH + NH₄X

Если в качестве реагента использовать водно-спиртовые среды, то можно осуществлять синтез сложных эфиров

R-CN + R'OH + H₂O + HX  RCOOR' + NH₄X

2. Гидрирование.

Реакции гидрирования нитрилов можно подразделить на две группы:

а ) каталитическое гидрирование

В качестве катализаторов этих реакций используют металлические Pt, Pd, Ni.

б ) реагентное гидрирование

В качестве реагентов этих реакциях используют LiAlH₄, NaBH₄.

Механизм реакции:

RCN + LiAlH₄  RCH=N-Li + AlH₃

RCH=N-Li + HX  RCH=NH + LiX

Механизм второй стадии:

3. В заимодействие с металлоорганическими соединениями.

4. Реакция Риттера.

Э та реакция является примером присоединения атома углерода к гетероатому (азоту).

Р еакция протекает по карбкатионному механизму:

В реакцию вступают только спирты, дающие достаточно стабильные карбкатионы (вторичные, третичные, бензильные и т.п.). Первичные спирты не реагируют. Карбкатионы не обязательно следует генерировать из спирта, его можно получать протонированием алкенов.