Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биоорганическая химия конспект лекций. Учебное пособие для студентов I курса, обучающихся по специальности «Лечебное дело»
.pdf
H
H
3. Гидролиз α,α-дихлорпропионовой кислоты
Cl
O
H3C
CC
OH
Cl
2H2O
H3C
-2HCl
OH
CC
OH
O
OH
-H2O
H
C
3
O
C
C
O
OH
Химические свойства
реакции по оксо-группе,
например:
HO
N
H3C
H3C
C
C
C
O
OH
O
OH
NH2OH
O
-H
2
H2SO4(конц.)
60-80°C
O
C
H3C
-CO
SO3Na
H3C C
OH
реакции по карбоксильной группе,
например:
O
C
OH
NaHSO
Na
C2H5OH, H
-H2O
3
O
C
H3C
O
+
C
H3C
O
OH
O
C
ONa
O
C
OC2H
5
Молочная кислота
L-(+)-Молочная (мясомолочная) в организме является одним из продуктов
метаболизма глюкозы. Она накапливается в мышцах при интенсивной работе,
в результате чего возникает характерная боль в мышцах. Причина накопления −
недостаток кислорода, что вызывает восстановление пировиноградной кислоты
в молочную с участием кофермента НАДН.
O OH
H
C
3
C
C
O
пировиноградная кислота
O
+ НАДН + Н
OH
+
C
HO H
CH
L-(+)-молочная кислота
+ НАД
3
+
Во время отдыха запасы кислорода возобновляются и молочная переходит в
пировиноградную.
β-Гидроксимасляная кислота
O
β
H3C
H
CHCC
2
O
O
Промежуточный продукт β-окисления жирных кислот, накапливается в организме у людей больных сахарным диабетом.
111
γ
р
р
γ-Гидроксимасляная кислота
HO-CH2-CH2-CH2-COOH
γ-Гидроксимасляная кислота оказывает наркотическое действие, практиче-
ски нетоксична. Применяется в виде натриевой соли НО(СН
2)3СО2
Nа как сно-
творное, а также в анестезиологии в качестве неингаляционного наркотического
сред-ства.
Амины
Аминами называются производные аммиака, в которых один, два или три
атома водорода заменены на углеводородные атомы.
В зависимости от числа углеводородных групп различают:
● первичные амины: R-NH
● вторичные амины: R-NH-R′;
● третичные амины: R-N-R′R′′.
Группы R, R′, R′′могут быть одинаковыми или различными. По числу
аминогрупп в молекуле различают моно- , ди-, три- и полиамины. В зависимости
от природы углеводородных заместителей различают амины алифатические, ароматические и жирноароматические. Чаще всего амины называют по радикальнофункциональной номенклатуре.
Алифатические амины:
CH3CH2NH
этиламин (этанамин)
первичный амин
2
Ароматические амины:
NH
2
;
2
CH3-NH-CH2CH
метилэтиламин
(N-метилэтанамин)
вторичный амин
NH
CH
3
3
CH3-N-CH(CH3)
CH
3
диметилизопропиламин
(N,N-диметил-2-пропанамин)
третичный амин
NH
2
2
анилин (аминобензол)
первичный амин
фенил(п-толил)амин
вторичный амин
β
-нафтиламин
первичный амин
Алкилароматические амины:
CH
CH
3
3
NH
N-метиланилин
ичныйамин
вто
CH
3
N,N-диметиланилин
т
N
етичныйамин
По номенклатуре ИЮПАК названия алифатических аминов образуют от названий соответствующих углеводородов прибавлением слова – амин:
112
12
CH3CHNH
34
CH2-CH
1234
2
3
CH3-CH2-CH-CH2-CH
NH(CH3)
5
3
2-бутанамин
Для ароматических аминов часто применяют тривиальные названия:
1
NH
2
3
NO
2
2
4
Br
4-бром-3-нитроанилин
Четвертичные аммониевые соединения родственны простым неорганическим аммониевым солям.
(CH3)4NCl
те тра метиламмоний
хлорид
H3CO
пара-анизидин
N-метил-3-пентанамин
NH
2
мета-толуидин
N(CH3)
триметилфениламмоний
бромид
Br
3
CH
NH
3
2
Физические свойства
Вследствие полярности связи N-H амины образуют водородные связи.
H
H
N
CH
межмолекулярные связи в метиламине
3
H
CH3N
H
H
H
N
CH
3
Эти связи менее прочны, чем у воды или спиртов, из-за меньшей (чем у
атома кислорода) электроотрицательности атома азота. Поэтому амины кипят при
более низкой температуре, чем спирты. Низшие алифатические амины – газы или
жидкости с запахом, похожим на запах аммиака. Низшие алифатические амины
хорошо растворимы в воде, с увеличением числа углеводородных
радикалов и их
длины растворимость падает. Ароматические амины – жидкости или твердые вещества с характерным неприятным (рыбным) запахом, плохо растворимы в воде,
но хорошо в органических растворителях, токсичны.
Химические свойства аминов
В молекулах алифатических аминов атом азота находится в состоянии
3
sp
-гибридизации, поэтому они, подобно аммиаку, имеют пирамидальную конфи-
гурацию. Наличие у атома азота неподеленной пары электронов (НПЭ) во многом
определяет химические свойства аминов.
113
1. Основные свойства
Алифатические амины вследствие наличия НПЭ являются основаниями
более сильными, чем аммиак, что обусловлено электронодонорным эффектом
алкильных групп (+I). На основные свойства аминов влияет строение и число
радикалов, с которым связана аминогруппа.
CH
N CH
3
CH
3
3
>
CH
NHCH
3
CH
>>
3
NH
3
2
NH
3
2. NH-кислотность
Первичные и вторичные алифатические и ароматические амины являются
очень слабыми NH-кислотами (pK
33-35), для сравнения: у спиртов pKa 16-17.
a
NH-Кислотные свойства аминов выражены в значительно меньшей степени, чем
основные. Амины проявляют кислотные свойства только в присутствии очень
сильных оснований и превращаются в амиды металлов.
(CH3CH2)2N-H
+C6H5Li
фенил литий
(сильное основание)
(CH3CH2)2NLi+C6H
диэтиламид литий
(соль)
6
3. Алкилирование
Галогеналкилы реагируют с аммиаком и аминами. При этом атомы водорода замещаются алкильными группами. Первичные амины превращаются во вторичные амины, вторичные – в третичные амины, а третичные – в четвертичные
аммониевые соли. Алкилирование для получения индивидуальных аминов не
используется, так как образуются смеси различных аминов.
а)
+
CH
NHCH
3
+CH3NH2CH3I
HI CH3NH2CH
3
3
NaOH
I
-NaI
-H
O
2
CH
NHCH
3
3
б) При алкилировании третичных аминов получают четвертичные аммо-
нийные соли. При действии на них влажного оксида серебра (Ag
O) образуются
2
четвертичные аммонийные основания, обладающие сильными основными свойствами:
(CH
+
NCH3I I +(CH
3)3
3)4
N
H
O
2
тетраметилгидроксоний
хлорид
OH(CH
N AgI ↓
3)4
При нагревании тетраметиламмоний гидроксид расщепляется:
Ag2O
HH
3)4
N
OH(CH
100-200°C
S
2
N
HO
δ
-
H
114
CH
δ
+
N
CH
CH
≠
3
+
3
3
(CH
3)3
NCH3OH
При наличии в аммонийной соли алкильного радикала, содержащего два и
более атомов, – происходит расщепление по Гофману:
β
CH3-CH2-N(CH3)
α
OH
3
-H
CH2-CH2-N(CH3)
O
2
3
CH2=СH2+
(CH
3)3
N
4. Ацилирование
Первичные и вторичные амины легко ацилируются карбоновыми кислотами
и их функциональными производными, образуя соответственно моно- и дизамещенные амиды:
O
R
C
NНR'
монозамещённый
амид
(CH3CH2)2NH
C
O
R'-NH-R''
X
R
-HX-HX
дизамещённый
R'-NH
2
R
O
+C
H3C
C
Cl
H3C
-HCl
N,N-диэтилацетамид
O
C
NR'R''
амид
O
N(CH2CH3)
2
Третичные амины не имеют подвижного водорода и в реакции ацилирования не вступают.
δ
-
O
δ
+
C
O
R-NH
H3C
+
2
CH3C
O
уксусный ангидрид
H
NR
H
O
C
O
CH
C
O
3
CH
-CH3CO2H
3
O
H3C
C
NH-R
монозамещённый
амид
5. Взаимодействие с азотистой кислотой
Амины разных типов с азотистой кислотой реагируют неодинаково. И это
позволяет различать первичные, вторичные и третичные амины.
Нестабильную азотистую кислоту (HNO
) получают в реакционной смеси
2
действием сильной неорганической кислоты (обычно HCl) на NaNO
а) Первичные амины
Эти амины подвергаются дезамнированию:
R-NH2+HNO
CH3-NH2+ HO- N=O
CH3-N=N
-H2O
CH
алкандиа зониевый
нестабильный ион
2
CH3-N=N-OH
-N≡N N
3
CH3OH
ROH + N2+H2O
H
+CH
2
115
CH3-N=N-OH
H2O
3
CH
2
3OH2
.
2
-H2O
-H
б) Вторичные амины
Образуют нитрозамины − желтые масла или желтые кристаллы, токсичны.
CH
CH
3
NH
+ HO-N=O + H2O
3
CH
3
N-N=O
CH
3
N-нитрозодиметиламин
Нитрозамины встречаются в окружающей среде. Эти соединения весьма
токсичны и могут являться причиной онкологических заболеваний.
CH
N
N
N-нитрозонорникотин
(присутствует в табачном дыме)
N
O
(образуется при обработке коки таннином)
3
N-N=O
CH
3
N-нитрозодиметиламин
в) Третичные амины
При комнатной температуре третичные амины с азотистой кислотой не реагируют.
Ароматические амины
Ароматические амины имеют более низкую основность, чем амины алифатического ряда, вследствие мезомерного эффекта (НПЭ делокализуется на бензольном кольце).
NH
2
CH
3
pK
b
Еще более слабыми основаниями являются диарил- и триариламины.
NH
2
pK
b
4.62
анилин
Алкилароматические амины имеют несколько более высокий основный характер за счет электронодонорного влияния алкильных групп.
10.62
NH
2
NH
дифениламин
0.8
4.62
N
-5
трифениламин
116
CH
3
NH
2
<
pK
b
N
CH
3
5.154.62
Заместители в кольце существенным образом влияют на основность: электронодонорые заместители ее увеличивают, электроноакцепторные – снижают.
NH
2
<
CH3O
pK
b
NO
2
NH
2
1.004.62
Химические свойства
1. Свойства амина (реакции по аминогруппе)
H
N
CH
3
O
ацетанилид
(реакция ацилирования)
(CH3CO)2O
-CH
COOH
3
O
CH
3
Cl
-HCl
NH
2
HCl
хлорид фениламмония
(реакция солеобразования)
CH3I
NaOH
N-метиланилин
(реакция алкилирования)
NH3Cl
NH-CH
3
2. Электрофильное замещение (реакции по ароматическому кольцу)
Аминогруппа, связанная с бензольным циклом, выступает как орто- и параориентант в реакциях электрофильного замещения.
NH
2
+M>-I
Однако из-за проявления ароматическими аминами основных свойств
в кислых средах происходит их протонирование по аминогруппе – при этом
меняется ориентирующее действие аминогруппы на мета- (-NH
+
обладает
3
только -I эффектом).
117
H
NH
HNO
3
H2SO
NO
NH
2
3
4
HSO
3
м-нитрофенил
аммоний
гидросульфат
4
NH
HSO
3
4
H2SO
NH
2
3Br
4
2
Br
NH
2
+3HBr
2
H2O
Br
2,4,6-трибромоанилин
O3S
внутренняя соль
Br
NH
3
- H2O
180-200°С
NH
2
+H2SO
20°C
180-200°С
4
H
2SO4
HO3S
сульфаниловая кислота
(п-аминобензол сульфоновая
кислота)
NH
Прямое нитрование ароматических аминов концентрированной азотной кислотой или нитрующей смесью невозможно в связи с легко протекающим окислением и протонированием аминогруппы. Поэтому перед реакцией нитрования
аминогруппу в анилинах защищают. Чаще всего применяют ацетильную защиту.
«Защита амногруппы»:
NH
NO
2
(CH3CO)2O
-CH
2
NH
CO2H
3
CH
O
NH
3
+
O2N
2
NO
NH
2
NH
O
NH
2
CH
O
3
CH3CO2H
CH
3
HNO
OH
3
+
NO
2
п-нитроанилин
о-нитроанилин
3. Взаимодействие с азотистой кислотой
а) Первичные ароматические амины образуют устойчивые соли диазония.
NH
2
NaNO
2
N≡N
Cl
+NaCl+2H2O
реакция диазотирования
2HCl
0-5 °C
хлористый
фенилдиазоний
118
б) Вторичные ароматические амины образуют N-нитрозамины.
r
CH
3
NH
NaNO
HCl
в) Третичные ароматические амины дают С-нитрозопроизводные по ароматическому кольцу.
CH
3
N
CH
3
Способы получения
1. Реакции алкилирования. Реакция между галогеналканом и аммиаком или
амином (реакция алкилирования)
2
HNO
N
O
N
CH
3
+NaCl+H2O
N-нитрозо-N-метиланилин
CH
3
2
N
CH
3
+H2O
N
O
п-нитрозо-N,N-диметиланилин
а)RX+ NH
3
б)CH3CH2NH
в)(CH
3CH2)2
NH
CH
2
CH
[RNH3]
3CH2
3CH2
Br
+X−
Br
[CH3CH2NH2CH2CH3]Br
[(CH
3CH2)3
2. Аммонолиз хлорбензола
Cl
хлорбензол
3. N-Алкилирование анилина
NaOH
O
H
2
NH]Br
MeNH
RNH
2
NH3(изб.)
-NH4Br
2
анилин
+NaX+H2O
NH3(изб.)
-NH
Br
4
(CH3CH2)3N
образуется сложная смесь продуктов
NH
2
+NH4Cl
(CH
3CH2)2
CH
B
3CH2
реакция заканчивается,
[(CH3CH2)4N]Br
NH
NH
2
CH3CH2Br
NH2C2H
Br
NaOH
H2O
5
-NaBr
NHC2H
5
119
4. Алкилирование аминов спиртами (аммонолиз спиртов)
/
Алкилирование проводят в следующих условиях: катализатор – Al
SiO
; температура 300-500 °С. В результате реакции образуется смесь первичных,
2
вторичных и третичных аминов.
NH3+ROH
Al2O
Δ
-H
2
3
RNH
O
2
ROH
Al2O
Δ
-H2O
,
NH
3
2
Al2O
-H
Δ,
R
N
3
O
2
3
R
ROH
5. Восстановление нитросоединений, нитрилов, оксимов, амидов
NO
Fe/HCl
2
NH
2
а)
или
нитробензол
б)R-C≡N RCH=NH
нитрил
в)
NOH
оксим
пентанона-2
д)
д)
R
NH
O
Sn/HCl
H
2
Ni (Ренея)
H
2
C2H5OH
[H]
2
амид амин
Ni
анилин
2-аминопентан
R NH
H
2
Ni (Ренея)
NH
2
2
(можно использовать
RCH2NH
(можно использовать
LiAlH
LiAlH
4
)
4
(можно использовать
2
LiAl H
)
или NaBH4)
4
6. Восстановительное аминирование
2O3
или
(смесь карбонильного соединения и аммиака обрабатывают водородом в
присутствии катализатора)
O
бензальдегид
NH
3
H
H
H
C CH
3
3
O
ацетон изопропиламин
NH
/
NH
2
Pd, t°C
H2/Ni
C
2H5
3
H3C CH
OH
NH
бензиламин
3
2
NH
2
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]