Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы восстановления в органическом синтезе. Учебно-методическое пособие
.pdf
хлорангидриды, которые восстанавливаются гораздо легче. Так, спо-
R C O O H
H
2 H 2
O - R C H 2 O
H
R C O O H
R C O O C
H 2 R
-
H 2 O
H
2
R C H
2
O
H
2 2 2
собность к восстановлению карбоновых кислот и их производных изменяется в ряду:
RCOO- < RCOOH < RCONR1 < RCN < RCOOR1 < RCOHal
Металлические катализаторы гидрирования малоэффективны при
восстановлении карбоксильной группы. Вместо них успешно применяют оксидные катализаторы (катализаторы Адкинса), обладающие
селективной адсорбционной способностью к кислородсодержащим соединениям. Процесс проводят при высоких температурах 100-300оС и
высоком давлении 200-300 атм. Этот метод имеет значение в промышленности для получения высших первичных спиртов с прямой углеродной цепью, а в лаборатории их восстановление чаще всего осуществляют другим путем.
При гидрировании карбоновых кислот образующиеся спирты дают
сложные эфиры, восстановление которых протекает гораздо легче.
В практическом отношении такой процесс имеет существенное
преимущество, так как устраняется стадия получения сложного эфира.
Непредельные карбоновые кислоты и их эфиры можно гидрировать
по трѐм направлениям:
1. по двойной углерод – углеродной связи с образованием пре-
дельных кислот;
2. по карбоксильной группе с сохранением двойной связи (полу-
чение непредельных спиртов);
3. по обеим функциональным группам с получением предельных
спиртов.
52
Ароматические карбоновые кислоты можно восстановить до соот-
CH
3
CH
3
CH
3
O
OH
LiAlH4, THF, 40oC
CH
3
CH
3
CH
3
OH
4 RCOOH + 3 LiAlH
4
LiAl(OCH2R)4 + 2 LiAlO2 + 4 H
2
LiAl(OCH2R)4 + 4 H2O
4 RCH2OH + LiAl(OH)
4
(
C
H
2
)
n C O O H C H C H R H 2 H 2 O
-
-
H
2
O
H
2
2
2
(
C
H
2
)
n
C O O
H
C
H 2 C
H
2
R
(
C
H
2
)
n
C
H 2 O H C H C H R
H 2 H
2
(
C
H
2
)
R
n+2
C
H 2 O
H
H
2
Н
2
C O O
H
2
3
C u O
C
r 2 O
3
,
.
250 o C
N i , 160 o C
C O O
H
C
H 2 O
H
ветствующих спиртов или до карбоновых кислот циклогексанового
ряда:
Ароматическое кольцо бензойных кислот гидрируется значительно
труднее, чем ядро бензола или фенола.
Наиболее часто в лабораторной практике для восстановления кар-
боксильной группы применяют алюмогидрид лития. Восстановление
идет в более жестких условиях, по сравнению с восстановлением
альдегидов и кетонов. Обычно реакцию проводят при кипячении в
тетрагидрофуране:
92%
Карбоновые кислоты реагируют с алюмогидридом лития согласно
следующему уравнению:
53
CH2COOH
O2N
B2H6, THF, 20oC
1.
2.
H2O, H
+
CH2CH2OH
O2N
C
H 3 C
H
=C
H C H
=C
H C O O H L i A l
H
4
эфир
C
H 3 C
H
=C
H-
C
H
=C
H C H 2 O
H
C H C H C O O
H
эфир
L i A l H
4
C
H 2 C
H 2 C
H 2 O
H
Таким образом, один гидридный эквивалент алюмогидрида лития
расходуется на реакцию с активным атомом водорода кислоты и два
эквивалента – на восстановление карбоксильной группы в гидроксильную. Причина инертности карбоновых кислот заключается вопервых, в низкой растворимости их литиевых солей в эфире, вовторых, в пониженной электрофильности углеродного атома карбоксильной группы. Боргидридом натрия карбоновые кислоты не восстанавливаются.
Восстановление карбоксильной группы под действием диборана в
тетрагидрофуране осуществляется в очень мягких условиях и не затрагивает некоторые функциональные группы (NO2, CN, COOR). Поэтому этот метод в некоторых случаях оказывается предпочтительнее.
95%
В непредельных кислотах алюмогидридом лития двойные связи
практически не восстанавливаются. Однако когда двойная связь сопряжена с ароматическим кольцом, она может восстанавливаться:
92%
85%
коричная кислота гидрокоричный спирт
54
Сложные эфиры
С
H
2
O
O
R
H
2
Pd/C, 30oC
CH
3
+
RCOOH
COOEt
H2, (200
атм
)
С
uCr2O4, EtOH, 25oC
OH
H
2
С
uCr2O
4
CH
3
+
OH
2
R C O O C 4 H
9
H
2
2
N i
R C H 2 O H C 4 H 9 O
H
+
Для гидрирования сложных эфиров в спирты, как и для карбоновых кислот, применяют высокотемпературные оксидные катализаторы Адкинса (хромит меди, реже хромит цинка). В промышленности
этим способом из жиров и жирных кислот получают высшие спирты,
которые далее перерабатывают в моющие средства.
Для восстановления сложных эфиров наряду с хромитными катализаторами применяется скелетный никель. В присутствии избытка
этого катализатора эфиры гидрируются при температурах 25 – 125оС и
давлении 350 атм с выходами не менее 80%.
Специфично протекает гидрирование бензиловых эфиров карбоновых кислот на палладиевых катализаторах при температуре 30оС и атмосферном давлении. Продуктами реакции являются соответствующая
карбоновая кислота и толуол.
Гидрирование этилового эфира бензойной кислоты нельзя остановить на стадии образования бензилового спирта, поскольку гидрогенолиз последнего происходит гораздо легче, чем гидрирование сложного
эфира.
55
При получении спиртов восстановлением сложных эфиров ком-
CH
2
O
O CH
3
R
LiAlH
4
эфир
R
CH
2
CH
2
OH
O
O
LiAlH4,
H3O
+
эфир
HOCH2CH2CH2CH2OH
плексные гидриды металлов применяются чаще, чем другие восстановители. В тех случаях, когда целью является получение спирта из соответствующей кислоты, целесообразно восстановлению подвергать
не саму кислоту, а еѐ метиловый или этиловый эфиры, так как в этом
случае требуется меньший гидридный эквивалент.
Восстановление сложных эфиров осуществляют в мягких условиях, при комнатной температуре. В качестве растворителя применяют
абсолютный диэтиловый эфир или тетрагидрофуран. Предположительно реакция протекает в две стадии. На первой стадии идѐт восстановление сложного эфира до полуацеталя соответствующего альдегида, который затем восстанавливается до первичного спирта. Выходы
спиртов обычно высокие:
Циклические сложные эфиры – лактоны – при восстановлении
алюмогидридом лития образуют диолы:
83%
Боргидрид натрия восстанавливает лишь сложные эфиры фенолов,
причѐм особенно хорошо в тех случаях, когда в ароматическом ядре
содержатся электроноакцепторные группы. С другими сложными эфирами взаимодействие боргидрида натрия протекает слишком медленно.
В присутствии избытка трехфтористого бора комплексные гидриды металлов восстанавливают сложные эфиры в простые, например:
56
NaBH
4
BF
3
R
O
O
+
дигли м, THF
R
O
70%
O
O
дигли м, THF
+
BF
3
NaBH
4
O
CHCOOCH2CH
3
H3C
H3C
ДИБАЛ-Н, толуол, -78оС
Н3О
+
CHC
H3C
H3C
О
Н
R
O
O
LiAlH
(O-t-Bu)
3
R
O
H
Аналогично идет реакция с лактоном:
Сложные эфиры могут быть восстановлены до альдегидов при использова-
нии реагента, обладающего высокой селективностью. Таким реагентом является
ДИБАЛ-Н. Для того, чтобы предотвратить дальнейшее восстановление альдегида до первичного спирта, реакцию проводят при температуре -60, -78оС в растворе толуола и инертной атмосфере.
79%
Фениловые эфиры карбоновых кислот можно восстановить до аль-
дегидов таким мягким восстановителем, как трис(трет-
бутокси)алюмогидрид лития (LTBA):
Восстановление сложных эфиров можно проводить действием металлического натрия в абсолютном этаноле по методу Буво – Блана:
57
H3C C
O
O
CH3C
O
H
2
Cd, 280oC
CH
3
C
CH
3
O
+ CO
2
уксусный ангидрид
ацетон
R
O
O
O
R
LiAlH
4
H2O
1.
2.
R CH2OH
2
RCOOCH2CH3 + 4 Na + 3 CH3CH2OH → RCH2OH + 4СH3CH2ONa
Для восстановления по Буво-Блану в лаборатории применяют так-
же изопропанол и циклогексанол. Этот метод дает особенно хорошие
результаты при восстановлении эфиров алифатических карбоновых
кислот и имеет также промышленное значение для получения непредельных спиртов. В противоположность каталитическому гидрированию при восстановлении по Буво-Блану не затрагиваются двойные
связи.
Ангидриды и галогенангидриды карбоновых кислот
Восстановление ангидридов карбоновых кислот протекает труднее.
Реакция идет с выделением СО2:
При использовании алюмогидрида лития восстановление обычно
приводит к превращению ангидридов кислот в первичные спирты:
На практике чаще используют восстановление циклических ангидридов ди-
карбоновых кислот, которые в зависимости от условий могут давать гликоли или
лактоны. Так, комплексные гидриды металлов восстанавливают фталевый ангидрид до фталилового спирта (c, d). В других условиях (при этом, избегая из-
58
бытка комплексных гидридов) удается восстановить фталевый ангидрид до фта-
O
Cl
H
2
Pd/BaSO4 + S
8
/хинолин
O
H
O O O
O O C
H 2 O
H
C
H 2 O
H
a,b
c,d
R C
Cl
O
H
2
Pd/C
R C
H
O
+ HCl
лида (a, b):
а- NaBH4, ДМФА, 0-25оС, выход 97%; b - LiBHEt3, THF, 0oC, выход 76%;
c - LiAlH4, эфир, 35оС, выход 87%; d - NaAlH2(OCH2CH2OCH3)2, PhH, 80оС,
выход 88%.
Из производных карбоновых кислот хлорангидриды относятся к
наиболее легко восстанавливаемым соединениям. Каталитическое восстановление водородом хлорангидридов карбоновых кислот приводит
к альдегидам (реакция Розенмунда):
В качестве катализатора обычно используют палладий на носителе
(BaSO4, CaCO3, BaCO3, уголь, асбест).
Легкость гидрогенолиза связи С-Cl при восстановлении хлорангидридов кислот по Розенмунду можно продемонстрировать на следующем примере:
59
Серу и хинолин добавляют с целью сделать катализатор менее ак-
R O C l L i A l H 4 H 2 O
1.
2.
R C H 2 -O
H
тивным. Следует отметить, что гидрогенолиз связи С-Cl идет намного легче, чем восстановление карбонильной группы в альдегиде. Это
достигается за счет снижения каталитической активности катализатора
добавлением каталитических «ядов» (ртуть, сера, амины). Эти соединения образуют достаточно прочные связи с поверхностью катализатора, закрывая его активные центры.
Восстановление хлорангидридов карбоновых кислот алюмогидридом лития до первичных спиртов протекает по следующей схеме:
Методы восстановления других производных карбоновых кислот амидов и нитрилов рассматриваются в следующем разделе «Восстановление азотсодержащих соединений».
7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ
СОЕДИНЕНИЙ
Восстановление соединений, содержащих группы C=N, CN,
NO2, N3, N
+
, N=N, N=O, N-OH часто используется в лабораторной
2
практике. В промышленности восстановление азотсодержащих соединений проводится главным образом для получения аминов, широко
применяемых в качестве основного химического сырья.
Для восстановления используются как водород в присутствии ка-
тализаторов, так и другие восстановители: комплексные гидриды металлов, щелочные металлы в спиртах, железо, цинк, олово, различные
соли.
60
Амины.
H
2
N
CH
3
CH
3
Ni
CH
3
RNH2
TsCl
RNHTs
NH2OSO3H
водный
NaOH
[RNH=NH]
RH
+
N
2
C
H 3 C
H 3 C
H 2 N C H 3 C
H 3 C
H 3 + I -
5% Na/Hg
H 2 O, 100
o
C C H 3 C
H 3 C
H
3
Амины бензильного типа легко подвергаются гидрогенолизу на
таких катализаторах, как палладий на угле или никель Ренея, например:
Дезаминирование* четвертичных аммониевых солей можно про-
водить действием амальгамы натрия:
Замещение аминогруппы водородом в алифатических аминах
применяется редко. Его можно провести обработкой соответствующего тозиламина О-гидроксиламинсульфокислотой в щелочной среде.
_____________________________________________________________________
Дезаминирование* - удаление аминогруппы из молекул органических соеди-
нений, сопровождающееся замещением аминогруппы на другую группу или
образованием кратной связи.
61
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]