Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы восстановления в органическом синтезе. Учебно-методическое пособие
.pdf
В лабораторной практике дезаминирование используется в тех случаях, ко-
COOH
NH
2
COOH
Br
Br
Br
NH
2
COOH
Br
Br
Br
N
2
Br
2
HNO
2
H3PO
2
COOH
Br
Br
Br
+
R
NO
2
H
2
Ni, NaOH
R
NH
2
2. H2O
R
NO
2
R
NH
2
1. LiAlH
4
LiAl(OH)
4
+
гда амино- или диалкиламиногруппа не должна присутствовать в конечном продукте реакции, но необходима на промежуточных стадиях. Дезаминирование
ароматических первичных аминов, как правило, проводят через стадию диазотирования с последующей обработкой иона диазония фосфорноватистой кислотой:
Нитросоединения
Среди групп, содержащих азот, легче всего восстанавливается
нитрогруппа. Для гидрирования алифатических нитросоединений
применяют малоактивные катализаторы, главным образом медь и железосодержащие. Используя скелетный никель, гидрирование лучше
проводить при низких температурах. Нитросоединения в присутствии
никеля Ренея, активированного небольшим количеством гидроксида
натрия, восстанавливаются с высоким выходом (98 - 99%) до аминов.
Нитроалканы восстанавливают до алкиламинов комплексными
гидридами металлов, железом или цинком в кислой среде, гидразином или серосодержащими восстановителями (Na2S, Na2S2O4). Восстановление нитроалканов алюмогидридом лития идет по следующей
схеме:
62
Например, 2-нитробутан восстанавливается до 2-аминобутана с
LiAlH
4
CH
3
NO
2
CH
3
эфир
CH
3
NH
2
CH
3
N
O 2 H
2
,
N
H 2 3
200-300oC
C u
+
/
A
l 2 O
3
+
2 H 2 O
выходом 85%.
Наибольшее распространение имеет восстановление нитроаренов.
Каталитическое гидрирование ароматических нитросоединений имеет
широкое промышленное применение (получение анилина, ароматических ди- и полиаминов). Оно проводится при 200-300оС на медьсодержащем катализаторе.
При использовании таких катализаторов, как платина, палладий,
никель, основная реакция (восстановление нитрогруппы) сопровождается гидрированием ароматического ядра, а также частичным отщеплением аминогруппы.
Для восстановления ароматических нитросоединений чаще всего
применяют металлы (олово, цинк, железные опилки) и соли металлов
в присутствии кислот и водных растворов, например:
4 ArNO2 + 9 Fe + 4 H2O → 4 ArNH2 + 3 Fe3O
ArNO
+ 3 SnCl2 + 6 HCl → ArNH2 + 3 SnCl4 + 2 H2O
2
4
Восстановление осуществляется через ряд последовательно протекающих реакций. Во всех реакциях процесс восстановления начина-
63
ется с переноса электрона от восстановителя к молекуле нитросоеди-
N
+
O
-
O
H
2
OH
2
-
N
O
NH
OH
NH
2
H
2
H
2
OH2-
NO
2
9 Fe, 4 H2O
4
ClH
NH
2
4
+
3 Fe3O
4
NO
2
Zn, NH4Cl
NHOH
65oC
(водн.)
нения. На ход реакции и природу конечного продукта значительное
влияние оказывают рН среды и природа восстановителя. Нитросоединение прежде всего восстанавливается до нитрозосоединения, далее в замещенный гидроксиламин.
нитрозобензол фенилгидроксиламин
При восстановлении металлом в кислой среде конечным продуктом является первичный амин:
В нейтральной среде например, при взаимодействии нитробензола с цинковой пылью в водном растворе хлорида аммония, процесс
восстановления может быть остановлен на стадии образования фенилгидроксиламина.
Наконец, у ароматических нитросоединений в щелочной среде
процесс восстановления нитрозосоединения, а также гидроксиламина
замедляется настолько сильно, что начинает преобладать другая реакция. Свободный арилгидроксиламин обладает высокой нуклеофильностью и поэтому может легко реагировать с арилнитрозопроизвод-
64
ным. Это приводит к азоксисоединениям, которые могут быть далее
NO
NHOH
OH
-
N
+
O
-
N
нитрозобензол
фенилгидрокс иламин
N
N
NH
NH
азобензол
азоксибензол
гидразобензол
NO
2
N
O
CH
3
H
H
H
2
CH2NCH
3
H
H
+
OH
2
Ni, 250oC
2
восстановлены до азо- и гидразосоединений.
Каждое из этих производных азобензола в кислой среде легко
восстанавливается до анилина.
Амиды
Амиды гидрируются в амины на хромите меди или никелевом катализаторе при температуре 210 - 300оС и давлении 100 - 350 атм:
ацетамид этиламин
65
N
O
CH
3
H
CH
3
H
2
CH2NCH
3
H
CH
3
+
OH
2
Ni, 250oC
2
N
O
CH
3
CH
3
CH
3
H
2
CH2NCH
3
CH
3
CH
3
+
OH
2
Ni, 250oC
2
RCONR'
2
RCHNR'
2
O-Al-H3Li
+
LiAlH
4
1. LiAlH
4
LiAlH
4
2. H2O
H2O
RCHO + R'2NH
RCH2NR'
2
RCH2OH + R'2NH
N-метилацетамид метилэтиламин
N,N-диметилацетамид диметилэтиламин
N-Моно- и N,N-дизамещенные амиды в аналогичных условиях
дают соответственно вторичные и третичные амины.
Амиды карбоновых кислот с помощью алюмогидрида лития можно превратить в соединения трех типов: альдегиды, амины или спирты. При этом все реакции проходят через стадию образования полуаминаля соответствующего альдегида:
Полное восстановление амидов до аминов используется наиболее
часто. На практике для восстановления амидов до аминов следует
применять избыток LiА1Н4.
N,N-Дизамещенные амиды уже при 25 - 30%-ном избытке LiА1Н4
восстанавливаются до аминов количественно и быстро.
N-Монозамещенные амиды следует длительное время (12 - 20 ч)
кипятить с 30-40%-ным избытком LiА1Н4.
Возможность восстановления амидов с образованием альдегидов
зависит от структуры амида, а также от условий реакции. Иногда бы-
66
вает достаточно смешать реагенты в обратном порядке при низкой
C NR
H
2
Pt, 25oC, 1-3 атм
C NR H
H
H
2
CH2NH
2
R
LiAlH
4
C NR
2
LiAlH
4
...
...
OH
2
OH
2
4
CH2NH
2
R
4
C
O
R
H
4
температуре или использовать стехиометрическое количество LiА1Н4.
Нитрилы
Нитрилы восстанавливаются труднее, чем нитросоединения. Гидрирование нитрилов на металлических катализаторах (никель Ренея,
кобальт, платина, палладий, медь и др.) идет до первичных аминов.
При гидрировании нитрилов в качестве побочных продуктов
очень часто образуются вторичные и третичные амины. Восстановление нитрилов до аминов имеет практическое значение для тех случаев, когда нитрил дешевле и доступнее, чем соответствующие хлорпроизводные или спирты.
В результате восстановления нитрилов алюмогидридом лития
можно получить либо амин, либо альдегид. Полагают, что промежуточным продуктом восстановления является имин (R-CH=NH) и,
следовательно, если остановить реакцию на этой стадии, то после
гидролиза получается альдегид; дальнейшее восстановление имина
даст первичный амин:
Таким образом, теоретически на полное восстановление 1 моль
нитрила в амин расходуется 0,5 моль LiА1Н4. Однако многие нитри-
67
лы требуют для восстановления большее количество реагента. Так,
C NCH
3
CH2NH
2
CH
3
4
Na
EtOH
+
4 CH3CH2ONa
C NCH
3
CH
NH
CH
3
+
SnCl2, 2 HCl
SnCl
4
для полного восстановления нитрилов до первичных аминов рекомендуется применять не менее 200%-ного избытка LiА1Н4 и, кроме того,
проводить процесс при низких температурах, так как при более высоких температурах могут образовываться вторичные амины.
Ароматические и алифатические нитрилы могут легко превращаться в альдегиды под действием LiА1Н4 в зависимости от условий
проведения реакции и порядка добавления реагентов.
При восстановлении нитрилов натрием в этаноле образуются
амины:
ацетонитрил этиламин
Под действием хлорида олова в солянокислой среде образуются
продукты неполного восстановления – альдимины:
Оксимы
Восстановление оксимов представляет собой наиболее удобный
путь перехода от альдегидов и кетонов к аминам. Оксимы легко восстанавливаются каталитическим гидрированием над платиной или
палладием, тогда как при использовании скелетного никеля требуется
температура ~ 100оС.
В лабораторной практике для восстановления оксимов чаще применяют алюмогидрид лития:
68
NROH
R
LiAlH
4
эфир
NH
2
R
R
CH NRR
1
H
2
Kt
CH2NHRR
1
Так, на восстановление 1 моль оксима требуется 0,75 моль
LiА1Н4, при этом 0,25 моль гидрида расходуется на реакцию с активным водородом оксима. Рассматриваемая реакция является косвенным методом получения первичных аминов из соответствующих альдегидов и кетонов. Однако выходы первичных аминов часто бывают
невысокими из-за возможности побочных процессов. В частности,
арилкетоксимы образуют значительное количество вторичных аминов.
Азометины
Восстановление азометинов (оснований Шиффа) до вторичных
аминов осуществляют каталитическим гидрированием над платиной
или палладием:
Имины, основания Шиффа и другие соединения, содержащие
связь С=N, восстанавливаются также под действием LiА1Н4 и NаВН4.
Соли диазония
Восстановление солей диазония в зависимости от условий и
природы восстановителя может идти с образованием фенилгидразинов или ароматических углеводородов. Восстановление солей диазония удобнее проводить водным раствором фосфорноватистой кисло-
69
ты Н3РО2. Этот прием часто используется для удаления аминогруппы
N+N Cl
-
H2O
10-25oC
+
N
2
+
ClH
+
H3PO
3
H3PO2,
N+N Cl
-
+
N
2
+
ClH
+
NaOH
CH2O
H2O
+
HCOONa
N+N Cl
-
+
N
2
+
ClH
+
C2H5OH
+
toC
O
CH
3
CH
3
O
H
фенетол
N
N - B
F
4
+ N a B H
4
M e O H и
ли
Д М Ф
А
(см. раздел Амины (дезаминирование)).
Восстановление солей диазония до углеводородов можно прово-
дить действием формальдегида в щелочной среде:
Диазогруппа может быть замещена на водород действием этанола
при нагревании. Однако процесс идет с образованием значительных
количеств побочного продукта – фенетола.
Восстановление тетрафторборатов арилдиазония можно проводить действием боргидрида натрия при температуре не более 0оС:
70
Удобным методом получения арилгидразинов в лабораторных
N+N Cl
-
HCl
NH NH
3
+Cl-
NaOH
H2O
SnCl
2
NH NH
2
+
+
NaCl
H2O
фенилгидразин
N N
+
Cl
-
Na2SO
3
NaCl
+
N N SO3Na
NaHSO
3
N N SO3Na
SO3Na
H
HCl
NH NH
2
HCl
.
условиях является восстановление солей диазония хлоридом олова
(II). Восстановление проводят в соляной кислоте при температуре 0–
10оС.
Основным промышленным способом восстановления солей диазония является сульфит-бисульфитный метод. Сульфит натрия присоединяется по тройной связи диазогруппы, а затем бисульфит
натрия по двойной связи бензолдиазосульфоната натрия.
Нагреванием в концентрированной соляной кислоте динатриевой
соли N,N1-фенилгидразиндисульфокислоты получают гидрохлорид
фенилгидразина. По аналогичной схеме получают и другие замещенные фенилгидразины.
Азиды
Азиды можно восстановить в первичные амины водородом над
металлическим катализатором или алюмогидридом лития:
71
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]