Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы получения органических и элементоорганических соединений. Учебное пособие
.pdf
R C(COOH)
2
Br
-CO
2
R CH COOH
Br
N K
O
O
-
+
+ ClCHCOOC2H
5
R
-КСl
N CHCOOC H
O
O
R
2
5
фталимид калия
1) КОН/H2O
2) HCl/H
2
O
+ C
2
H5OHRCHCOOH +
NH
3
Cl
-
+
COOH
COOH
NK
O
O
+ BrCH(COOC2H5)
2
-KBr
фталимид калия
бромомалоновый
эфир
N- фталимидмалоновый эфир
CH(COOC2H5)
2
N
O
O
-
+
б) Аминирование эфиров 2-галогенозамещенных кислот по методу Габриэля.
В основе метода лежит способ получения первичных аминов по
реакции Габриэля:
с высоким выходом.
метод.
малоновый эфир, образующийся при действии фталимида калия на
бромомалоновый эфир, который, в свою очередь, синтезируют бромированием малонового эфира:
Достоинством этого метода является получение α-аминокислот
в) Cинтез на основе малонового эфира. Фталимидомалоновый
Ключевым соединением в этом синтезе является фталимидо-
201
N
O
O
спирт
С
2H5
O-Na
+
-C -(COOC2H5)
2
Na
+
R-Hal
- NaHal
N
O
O
C(COOC2H5)
2
R
1)NaOH /H
2
O
2)HC l /H
2
O,
R- CH-COOH
NH
3
+
Cl
-
+
+
COOH
COOH
+ 2C
2
H5OH + CO
2
RCHO
KCN/NH4Cl
H
2
O
нитрил 2- аминокислоты
HCl/H2O
- NH
4
Cl
R-CH-CN
NH
2
R- CH-COOH .
NH
2
NH4Cl + KCN
NH4CN + KCl
NH4CN
NH
3
+HCN
RCHO
+ NH
3
R-CH-NH
2
OH
-H2O
R-CH= NH
альдимин
НСN
NH
2
R-CH- CN
2-аминоалканнитрил
г) Метод Штреккера-Зелинского.
По этому способу 2-аминокислоты получают действием водного раствора цианида калия и хлорида аммония на альдегиды и последующим гидролизом образующихся 2-аминонитрилов:
В результате нуклеофильного присоединения аммиака к альдегиду и последующего отщепления воды образуется имин, который
далее реагирует с цианидом водорода с образованием нитрила
2-аминокислоты:
202
В первоначальном варианте, предложенном А.Штреккером, этот
C C
H
H
COOH
HOOC
(фумаровая) кислота
+ NH
3
HOOC - CH-CH -COOН
аминобутандиовая
NH
2
транс-бутендиовая
(аспарагиновая) кислота
СН2=СНСООН + NH3 H
2
NCH2CH
2
COOH
RCHO + CH2(COOH)2 + NH
3
- H2O
RCH-CH(COOH)
2
NH
2
R-CH-CH2COOH + CO
2
.
NH
2
метод был основан на применении аммиака и синильной кислоты. В
1906 г. его усовершенствовали Н.Д.Зелинский и Г.Л.Стадников, предложив использовать смесь цианида калия и хлористого аммония.
2. Синтез β-аминокарбоновых кислот
3-Аминокислоты синтезируют присоединением аммиака к
2,3-непредельным кислотам, а также по методу Родионова.
а) Присоединение аммиака к 2,3-непредельным кислотам.
Аммиак, а также некоторые его производные присоединяются к
2,3-непредельным карбоновым кислотам с образованием
3-аминокарбоновых кислот:
пропеновая (акриловая) 3-аминопропановая кислота
кислота (β-аланин)
б) Способ Родионова.
В.М.Родионов предложил удобный метод получения 3-аминокислот, который заключается во взаимодействии альдегидов с малоновой кислотой и аммиаком:
203
3. Получение γ-,δ- и ε-аминокислот
+ NH
2
OH
O
NOH
H
2SO4
циклогексанон (кетон)
оксим циклогексанона
N
H
O
H2O
ε
- капролактам
H
2
N(CH
2
)5COOH
6 -аминогексановая кислота
COOH
O N
(п-нитробензойная) кислота
2
COOH
H N
2
(п-аминобензойная) кислота
[H]
4-нитробензенкарбоновая
4-аминобензенкарбоновая
HC
NH
2
C
6
H5COCl
HC
NHCC H
3
6
5
=
O
N-защищенный
п-толуидин
[O]
3
(п-толуидин)
4-метилбензенамин
Для получения аминокислот с отдаленной от карбоксильной
группы аминогруппой применяют специфические методы. Одним из
наиболее общих методов является гидролиз циклических амидов лактамов. Лактамы получают в результате Бекмановской перегруппировки оксимов циклических кетонов:
6-Аминогексановая кислота используется в промышленности
для получения полиамидного волокна – капрона.
4. Синтез аминоаренкарбоновых кислот
Ароматические аминокислоты синтезируют восстановлением
нитробензойных кислот или окислением толуидинов после предварительной защиты аминогруппы:
204
HOOC
NHCC H
=
6 5
O
4-[(бензенкарбонил)амино]
бензенкарбоновая кислота
H
2
O
COOH
NH
+ C
6H5
COOH
2
а) СН3СН - СООН
NH3 (избыток)
A
Б ;
HCl, H2O
pH 6.5
Br
СН
2
- СООС2Н
5
+
Cl
N K
O
O
+
-
A
HCl, Н
2
О
б)
Б ;
С2Н
5
О-Na
+
A
CH3CH2Cl
Б
HCl, Н2О
С
N
С
O
O
в)
CH(COOC
2H5)2
В ;
г)
C
O
СН
H
3
KCN/NH4Cl
H
2
O
A
Н2О/H+
Б ;
д)
СН
2
=СН-СООН
NH
3
A
Н2О/H+
Б .
ЗАДАЧИ
Задача 1. Завершите уравнения следующих превращений:
Задача 2. Исходя из соответствующих 2-галогенозамещенных
кислот, напишите уравнения реакций получения следующих 2-аминокарбоновых кислот: а) 2-аминопропановой; б) 2-амино-2-метилбутановой; в) 2-амино-3-метилбутановой; г) 2-амино-3-фенилбутановой; д) 2-амино-4-метилпентановой.
Задача 3. Предложите схемы синтеза по методу ШтреккераЗелинского следующих аминокислот: а) 2-амино-3,3-диметилбутановой; б) 2-амино-2-метилбутановой; в) 3-фенил-2-аминопропановой;
г) серина (2-амино-3-гидроксипропановой).
205
Задача 4. Используя метод Родионова, предложите схемы син-
Б
N K
O
O
+
-
A
BrCH(COOC
2H5)2
Na
ClCH
2
COOC2H
5
В
3Н2О
Н
+
Г
-CO
2
HOOCCH2CH COO- .
NH
3
+
теза следующих аминокислот: а) 3-аминобутановой; б) 3-амино-4метилпентановой; в) 3-амино-5-метилгексановой; г) 3-амино-4-фенилбутановой; д) 3-амино-3-циклогексилпропановой.
Задача 5. Предложите схемы синтеза α-аланина (2-аминопропановой кислоты) из следующих соединений: а) 2-бромопропановой
кислоты; б) ацетальдегида (по методу Штреккера); в) из малонового
эфира; г) 2-оксопропановой кислоты; д) бутанола-2.
Задача 6. Приведите все стадии синтеза фенилаланина (3-
фенил-2-аминопропановой кислоты) из толуола и любых необходимых алифатических и неорганических реагентов, используя следующие методы: а) прямой аммонолиз; б) синтез Габриэля; в) синтез на
основе малонового эфира; г) фталимидомалоновый метод; д) синтез
Штреккера-Зелинского; е) восстановительное аминирование.
Задача 7. Напишите структурные формулы всех промежуточных соединений в синтезе аспарагиновой кислоты:
Задача 8. Напишите уравнения реакций, при помощи которых
можно осуществить следующие превращения:
а) нитроэтан → аланин;
б) 4-метилпентановая кислота → 2-амино-4-метилпентановая
кислота (лейцин);
в) изобутиловый спирт → 2-амино-3-метилбутановая кислота
(валин);
г) 2-бромобутан → 2-амино-3-метилпентановая кислота (изолейцин).
206
Задача 9. Предложите схемы синтеза β-фенил-α-аланина (2-ами-
Б
H2N-CH -COOH
CH
2
-COOH
A
H
2
N-CH -COOH
CH
2
-COOCH2C
6H5
C6H
5
CH2OCOCl
В
CH2-C6H
5
CH-COOCH
3
H
2
N
C6H11N=C=NC6H
11
H2 (Pd)
CH3OH
H2NCHCONHCHCOOCH3 .
CH
2
CH
2
C6H
5
COOH
но-3-фенилпропановой кислоты) по фталимидомалоновому методу и
по методу Штреккера.
Задача 10. Приведите схему синтеза 2-амино-3-метилбутановой
кислоты из 3-метил-2-оксобутановой кислоты.
Задача 11. Как можно синтезировать из бензола все изомерные
аминобензойные кислоты? Приведите схемы уравнений.
Задача 12. Предложите схему синтеза 4-аминобутановой кисло-
ты из пропилена и других необходимых реагентов.
Задача 13. Приведите схему получения 2-амино-2-метилпро-
пановой кислоты из этанола.
Задача 14. Предложите не менее двух методов синтеза 3-амино3-метилбутановой кислоты из ацетона и неорганических реагентов.
Задача 15. Используя толуол и необходимые неорганические
реагенты, приведите схему получения 4-(аминометил)бензенкарбоновой кислоты.
Задача 16. Предложите схемы синтеза всех изомерных амино-
бутановых кислот, исходя из пропилена и других необходимых реагентов.
Задача 17. Завершите схему промышленного производства метилового эфира L-аспартил-L-фенилаланина (заменителя сахара):
207
Задача 18. Заполните схему синтеза метионина (2-амино-4-ме-
Б
CH
2
(COOC2H5)
2
HNO
2
[O=N-CH(COOC2H
5
)
2
HO-N=C(COOC2H
5)2
]
H
2
CH
3
COCl
B
C2H
5
ONa
Г
СH
3
SCH2CH
2
Cl
Д
3Н2О
Н
+
А
-CO
2
H3N-CHCOO
-
CH2CH2SCH
3
+
.
Б
N K
O
O
+
-
A
BrCH(COOC
2H5)2
BrCH
2CH2CH2
Br
Е (С
5Н10О2
NCl)
C2H5ONa
B (C
18H20
O
6
NBr)
CH3СOОNa
Г (C
20H23O8
N)
1) NaOH,
2) H
3
+
O,
D (C5H11O3N)
HCl
циклизация
HO
-
pH 6.5
пролин
+
N
Н
Н
СОО
-
.
тилтиобутановой кислоты) из малонового эфира:
Задача 19. Напишите структурные формулы всех промежуточных соединений в следующем синтезе пролина (пирролидинкарбоновой-2 кислоты):
208
II ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Na+(C5H5)-, K+(C CR)
-
.
1. Металлоорганические соединения
Металлоорганические соединения (МОС) характеризуются
наличием направленных и более или менее полярных связей М
δ+–Сδ-
между металлом и атомом углерода. Во многих аспектах органическая
химия элементов B, Si, P, As, Se и Te сходна с химией родственных
металлов (Al,Ge...). Поэтому в литературе часто употребляется термин
элементоорганические соединения для того, чтобы включить в рассмотрение как металлы, так и неметаллы.
Первое МОС (соль ЦейзеNa[PtCl
(CH2=CH2)]·H2O) получено
3
В. Цейзе в 1827 г. Впоследствии работами Р.Бунзена, выделившего
органические соединения мышьяка (1839) и Э. Франкленда (ученика
Бунзена), получившего диэтилцинк (1849), положено начало химии
металлоорганических соединений. Э. Франкленд – один из создателей
теории типов химических соединений, ввел понятие валентности и
термин металлоорганическая химия.
По характеру связи металл–углерод МОС разделяют на несколько типов.
1) Соединения с σ-связями М–С, в которых органическая груп-
па связана с металлом ковалентной связью (в некоторых случаях с заметно полярным характером). Такие соединения образуют большинство непереходных металлов. Соединения переходных металлов этого
типа стабильны при наличии в молекуле π-лигандов (СО, циклопентадиенил и др.)
2) Металлоорганические соединения с ионной связью. Такие
соединения характерны для щелочных и щелочно-земельных металлов (за исключением Li, Mg):
3) Электронодефицитные соединения с мостиковыми двухэлектронными многоцентровыми связями. К ним относятся соединения Li, Mg, Be, Al.
4) π-комплексы – соединения металлов, содержащие π-связанные органические лиганды (алкены, алкины, ароматические соединения и др.) Соединения этого типа характерны для переходных элементов. Отдельные примеры известны для непереходных металлов.
209
В целом химия соединений непереходных элементов опреде-
Связь
Ионность,
%
Связь
Ионность,
%
Связь
Ионность,
%
С-К
51
C-Mg
35
C-Sn
12
С-Na
47
C-Al
22
C-Pd
12
C-Li
43
C-Zn
18
C-Hg
9
C-Ca
43
C-Cd
15
ляется группой, к которой принадлежит элемент, в то время как химия
комплексов переходных металлов больше зависит от природы связанных с ним лигандов.
1.1. Металлоорганические соединения непереходных
металлов
В основе названия МОС лежит название металла и связанных с
ним углеводородных и характеристических групп:
C
этилнатрий диметилцинк дифенилртуть третбутиллитий
Na (CH3)2Zn (C6H5)2Hg t-BuLi
2H5
C
этилмагнийбромид триэтилалюминий бензилртутьацетат
(бромэтилмагний) (ацетоксибензилртуть (II))
MgBr (C2H5)3Al C6H5CH2HgOCOCH3
2H5
Реакционная способность и свойства органических соединений
непереходных металлов сильно зависит от степени ионности связи МС, которая представлена в таблице:
Таблица. - Степень ионности (%) связей М-С
лоорганическое соединение. Например, если калий- и натрийорганические соединения бурно реагируют с водой, диоксидом углерода, самовоспламеняются на воздухе, то свинец- и ртутьорганические соединения ведут себя как типичные ковалентные соединения - относительно летучи, растворимы в неполярных растворителях, сравнительно устойчивы на воздухе.
Чем больше ионность связи, тем более активным является мета-
210
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]