Реакции нуклеофильного присоединения по кратным связям углерод-гетероатом (110

Эта реакция обратима. Ключевая стадия – потеря альдегидом протона – осуществима, поскольку кислотность связи С–Н возрастает вследствие электроноакцепторных свойств группы CN. Таким образом, цианид-ион оказывается специфическим катализатором для этой реакции, поскольку обладает уникальной способностью выполнять сразу три функции: 1) действует как нуклеофил; 2) его высокие электроноакцепторные свойства способствуют потере протона альдегидом; 3) выступает в роли уходящей группы.

Некоторые соли тиазолия также могут быть применены как катализаторы, в этих случаях могут быть использованы алифатические альдегиды, полученные продукты называются ацилоинами.

Альдегиды и кетоны с высоким выходом превращаются в эпоксиды при взаимодействии с такими илидами серы, как диметилоксосульфонийметид или диметилсульфонийметид. Первый реагент предпочтительнее, т.к. он стабильнее:

+

Me2S CH2 Me2S CH2

Альдегиды и кетоны образуют эпоксиды также под действием диазоалканов, чаще всего диазометана, но важной побочной реакцией при этом является образование альдегида или кетона, содержащих на один атом углерода больше, чем исходное соединение. Образование обоих продуктов можно объяснить с помощью следующего механизма:

В отдельных случаях интермедиат этой реакции удается выделить. При определенных структурных факторах молекулы кетонов способны

к реакциям радикального присоединения. Так, ароматические кетоны растворяют металлический натрий с образованием парамагнитных соединений, что является бесспорным физическим доказательством их свободнорадикального характера:

11

Присоединение оксидов нитрилов по двойной связи углерод – азот представляет собой общий метод синтеза замещенных 1,2,4-оксадиазолинов.

Представляют интерес и реакции циклоприсоединения к азометинам тиогликолевой кислоты с образованием биологически активных замещенных тиазолидонов, конденсированных тиазепинонов. В присутствии каталитических количеств хлорида цинка азометины реагируют арилацетиленами с образованием замещенных хинолинов.

Двойная связь азометинового фрагмента способна выступать в роли диенофила и как составная часть диена в реакциях [4 + 2]-цикло- присоединения 1,3-диенов с диенофилами (реакция Дильса – Альдера).

Алкоксиды присоединяются к основаниям Шиффа с образованием α-алко- ксиаминосоединений. Присоединение такого типа лежит в основе стереоспецифического синтеза пенициллина, цефалоспорина и других антибиотиков.

Известны работы, посвященные изучению механизма взаимодействия азометинов с С–Н-кислотами, в том числе и с циклическими β-дикетонами. Реакции такого типа могут быть использованы для синтеза конденсированных азотсодержащих гетероциклических систем, структурно родственных алкалоидам и стероидам.

Взаимодействие циклических азометинов, выступающих в качестве электрофильных субстратов, с замещенными 1,3-дикарбонильными соединениями в качестве нуклеофилов осуществляется как [2 + 4]-цикло- конденсация, приводящая к конденсированным гетероциклам с атомом азота в сочленении циклов.

Соединения, содержащие >С=N– связи, восстанавливаются под действием алюмогидрида лития, боргидрида натрия, натрия в этаноле и других восстановителей.

Присоединение по связи –С≡N

Соединения с нитрильной группой вступают в реакции электрофильного, нуклеофильного просоединения, а также циклоприсоединения.

Нитрилы тримеризуются под действием различных катализаторов, если они не содержат водород в α-положении. Механизм реакции в присутствии HCl может быть следующим:

13

Из смеси нитрилов можно получить смешанные триазины.

Алкоголиз нитрилов (реакция Пиннера) осуществляется присоединением к ним спиртов под действием галогенводородов:

В результате образуется соль иминоэфира, из которой свободный иминоэфир можно выделить действием слабого основания, например бикарбоната натрия.

Иминоэфиры синтезируют из нитрилов и под действием основных катализаторов.

Реакция находит широкое применение и хорошо идет для алифатических, ароматических и гетероциклических групп R, а также для нитрилов с кислородсодержащими функциональными группами.

Присоединение спиртов к солям нитрилия приводит к N-алкилимино- эфирам, которые при восстановлении боргидридом натрия дают вторичные амины:

+_

Гидролиз нитрилов осуществляется в две стадии. На первой из них образуется амид, который превращается в кислоту в более жестких условиях. Это каталитический процесс, протекающий в присутствии оснований или кислот.

Основной катализ:

Кислотный катализ:

Нитрилы восстанавливаются до аминов под действием многих восстановителей. При каталитическом гидрировании наряду с первичными часто образуются и вторичные амины. Этого можно избежать, если ввести в реакционную среду уксусный ангидрид для связывания первичного амина, как только он образовался, или если использовать избыток аммиака. Остановить реакцию на стадии образования имина не удается, кроме тех случаев, когда имин далее гидролизуется.

Боргидрид натрия не восстанавливает нитрилы, но эту реакцию можно провести в присутствии никеля Ренея как катализатора.

14

Нитрилы можно восстановить до альдегидов. Для этого существуют два основных метода. Один из них известен как реакция Стефана. В этом случае наилучшие результаты получены для ароматических нитрилов.

Другой путь восстановления нитрилов до альдегидов включает использование гидрида металла с последующим гидролизом in situ получающегося имина. Это превращение выполнено с помощью литийалюмогидрида, натрийалюмогидрида, литийтриэтоксиалюмогидрида. Этот метод дает хорошие результаты и для алифатических, и для ароматических нитрилов.

Для синтеза β-кетоэфиров предложена реакция нитрилов с эфирами α-бромкарбоновых кислот в присутствии металлического цинка с последующим щелочным гидролизом (реакция Блэза):

Превращение осуществимо для алифатических и ароматических нитрилов.

Присоединением реактива Гриньяра к нитрилам с последующим гидролизом интермедиата можно получить кетоны. Однако эта реакция идет медленнее, чем в случае группы >С=О, поэтому для оксосоединений, содержащих нитрил, присоединение реактива Гриньяра по –С≡N не происходит.

В реакции Торпа происходит присоединение α-атома углерода одной молекулы нитрила к атому углерода группы CN другой молекулы так, что реакция оказывается аналогичной альдольной конденсации:

В случае динитрилов происходит циклизация:

Ввиду наличия в молекуле изоцианида одной полярной связи R–N+≡C– реакции присоединения протекают таким образом, что и электрофил, и нуклеофил присоединяются к атому углерода. Никакие частицы не присоединяются к атому азота, который, однако, теряет свой положительный заряд за счет перехода к нему пары электронов от тройной связи:

15

Кислотно-катализируемым присоединением воды к изонитрилам можно синтезировать формамиды:

При обработке изонитрила карбоновой кислотой и альдегидом или кетоном образуется α-ацилоксиамид. Это реакция Пассерини, для которой предложен механизм

Восстановление изонитрилов проводят различными восстановителями, чаще всего комплексными гидридами металлов, до N-метиламинов.

16

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Ли Дж.Дж. Именные реакции. Механизмы органических реакций /

Дж.Дж. Ли. – М. : Бином, 2006. – 455 с.

2.Марч Дж. Органическая химия / Дж. Марч. – М. : Мир, 1987. –

Т. 3. – 459 с.

3.Кери Ф. Углубленный курс органической химии / Ф. Кери, Р. Санд-

берг. – М. : Мир, 1981. – Кн. 1. – 517 с. ; Кн. 2 – 454 с.

4.Яновская Л.А. Современные теоретические основы органической химии / Л.А. Яновская. – М. : Химия, 1978. – 357 с.

5.Илиел Э. Основы органической стереохимии / Э. Илиел, С. Вайлен,

М. Дойл. – М. : Бином, 2007. – 703 с.

Дополнительная

1.Терней А. Современная органическая химия / А. Терней. – М. : Мир, 1981. – Т. 1. – 678 с. ; Т. 2. – 651 с.

2.Днепровский А.С. Теоретические основы органической химии / А.С. Днепровский, Т.И. Темникова. – Л. : Химия, 1979. – 519 с.

3.Вацуро К.В. Именные реакции в органической химии / К.В. Вацуро,

Г.Л. Мищенко. – М. : Химия, 1976. – 527 с.

17

Учебное издание

РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ ПО КРАТНЫМ СВЯЗЯМ УГЛЕРОД – ГЕТЕРОАТОМ

Учебно-методическое пособие

Составитель Коптева Наталия Ивановна

Корректор В.П. Бахметьев

Компьютерная верстка О.В. Шкуратько

Подп. в печ. 21.05.2012. Формат 60×84/16.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 25 экз. Заказ 288.

Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета.

394000, г. Воронеж, пл. им. Ленина, 10. Тел. (факс): +7 (473) 259-80-26 http://www.ppc.vsu.ru; e-mail: pp_center@ppc.vsu.ru

Отпечатано в типографии Издательско-полиграфического центра Воронежского государственного университета.

394000, г. Воронеж, ул. Пушкинская, 3. Тел. +7 (473) 220-41-33

18