1. Синтез алкенов методами каталитического и окислительного дегидрирования
Для синтеза алкенов из алканов используют каталитическое и окислительное дегидрирование. В результате этих процессов повышается степени окисления атомов в органических соединениях.
Примером каталитического дегидрирования может служить «ароматизация» 3,4-дигидропапаверина в присутствии палладия на сульфате бария в среде тетралина при190—200 °Св синтезепапаверина и 4,5-дигидроимидазола на никелевом катализаторе при нагревании при полученииметронидазола:
Окислительное дегидрированиечаще всего проводятхлоранилом(2,3,5,6-тетрахлор-1,4-бензохинон) иДДХ(2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинон), и в значительно более мягких условиях (при температуре около 100 °С) с выходом более 80 %:
Выход образующегося продукта зависит от использованного хинона, природы растворителя и кислотности среды.
Окислительное дегидрирование диоксидом селена менее селективно, но также применяется в химии стероидов, например, в синтезе ципротеронацетата:
2. Синтез альдегидов с использованием методов окисления и дегидрирования
Альдегиды являются химически активным классом органических соединений и широко используются в синтезах лекарственных веществ в качестве исходных веществ и полупродуктов. Однако при синтезе их окислительными методами возникают трудности, связанные с тем, что они, как правило, окисляются легче, чем субстрат, а также способны к реакциям полимеризации и конденсации. В связи с этим альдегиды лучше всего получать каталитическим дегидрированием спиртов.
Каталитическое дегидрирование спиртов ведут в присутствии катализаторов на основе меди и серебра. Процесс идет с хорошим выходом (около 90 %), но при температурах более 200 °С.
Окисление органических соединений в альдегиды возможно лишь при использовании селективных окислителей и катализаторов и специальных технологических приемов.
Применение высокоселективных окислителейв синтезе альдегидов:
Оксид селена (IV) окисляет активированные метильные и метиленовые группы, находящихся рядом с карбонилом и ароматическим ядром. Таким способом могут быть получены алифатические, ароматические и гетероциклические альдегиды:
Жидкие вещества окисляют без растворителя, для твердых в качестве растворителя используют спирт, этилацетат, ксилол, диоксан. Выходы составляют 50—90 %.
Комплексы оксида хрома (VI) и ДМСО в присутствии галогеноводорода и кислорода воздуха окисляют первичные спирты:
Считают, что в присутствии ДМСО и галогеноводородной кислоты (НХ) кислород окисляет не спирт, а образовавшийся диметилсульфид:
Периодат натрия окисляет α-гликоли с разрывом углерод- углеродной связи при пониженных температурах 0—20 °C с количественным выходом:
Уротропин (гексаметилентетрамин) окисляет бензиламины или бензилгалогениды (реакция Соммле):
В этом синтезе в альдегид окисляется алифатический амин, который в связи с повышенной электронной плотностью на атоме азота легко окисляется до имина даже таким окислителем, как уротропин. Считают, что реакция Соммле с галогенидами протекает через стадию образования четвертичной аммониевой соли с гексаметилентетрамином. При нагревании такой четвертичной аммонийной соли в слабокислой среде образуется азометин, гидролизующийся до амина. Амин окисляется уротропином до имина, который гидролизуется до альдегида:
Электроноакцепторные заместители в ароматическом ядре замедляют реакцию (SN1). Ароматические альдегиды по этому методу образуются с выходом 50—80 %. В алифатическом ряду реакция не применяется вследствие малого выхода целевых продуктов (вероятно, в связи с меньшей активности алкилгалогенидов по сравнению с бензильными):
Из бисхлорметильных соединений образуются п-им-диальдегиды.о-Диальдегиды не образуются.
Неселективное окисление толуола и его производныхвоздухом в жидкой и газовой фазах приводит к образованию смеси продуктов. В жидкой фазе основным продуктом является бензойная кислота и ее производные. Бензальдегид образуется при этом в относительно небольших количествах.
Применение высокоселективных катализаторов (оксиды урана, молибдена и меди) при окислении толуола повышает выход бензальдегида до 85—90 %. Реакцию ведут в газофазной среде пропусканием смеси паров толуола и воздуха над катализатором при температуре 475—500 °С:
При использовании обычных окислителей необходимо применять специальные технологические приемы:
Превращение образующегося альдегида в более стабильное производное (например, диацетат при окислении субстрата в присутствии уксусного ангидрида), которое в дальнейшем можно количественно превратить в альдегид (например, гидролизовать).
Отгонка низкокипящего альдегида из реакционной массы.
Извлечение образовавшегося альдегида в инертную фазу без окислителя (например, окисление MnO2в эфире или дихроматом натрия в толуоле). Таким методом можно получить анисовый альдегид, который используется в синтезах некоторых лекарственных веществ, например, гипотензивного средствакардизема:
Использование особенностей субстрата, окислителя и условий реакций, например:
а) окислениебензилхлорида и его замещенных производных бихроматом в щелочной среде:
В данном случае галогенид окисляется в таких условиях, при которых альдегид сохраняется.
б) При окислении толуола и его производных двуокисью марганца в серной кислоте альдегид сохраняется за счет пониженной активности окислителя и строго определенного температурного режима.
Кислотность среды зависит от количества окислителя. В тех случаях, когда двуокись марганца берут в избытке, используют водную серную кислоту. Если двуокись марганца взята в стехиометрическом соотношении, применяют избыток концентрированной серной кислоты.
Окислитель малоселективный, но низкая скорость реакции при температуре менее 40 °С позволяет получать альдегид, однако уже при 60—70 °С основным продуктом является бензойная кислота.