Орг химия / 31-38_Soedinenia_azota

В сульфанилоной кислоте имеются две функциональные группы: -NH2 (основная) и -SO3H (кислотная). Это приводит к тому, что сульфаниловая кислота существует в виде биполярного иона (внутримолекулярной соли), называемого иногда цвиттер-ионом. Именно этим объясняется его высокая температура плавления.

Сульфаниловая кислота довольно сильная, с основаниями она легко образует соли:

Из-за биполярной структуры сульфаниловая кислота не способна образовывать сод и с минеральными кислотами, т. е. несмотря на наличие аминогруппы, она не обладает основными свойствами.

Сульфаниловая кислота широко применяется в производстве красителей и лекарственных средств. Наибольший интерес представляет амид сульфаниловой кислоты (сульфаниламид, стрептоцид), структура которого лежит в основе сульфаниламидных препаратов, которые составили целую эпоху в лечении инфекционных заболеваний.

В качестве исходного вещества для получения стрептоцида используют анилин. Синтез осуществляют в четыре стадии:

21

В молекуле стрептоцида содержится аминогруппа и сульфамидная группа. За счет NH2-группы стрептоцид растворяется в кислотах, а за счет SO2NН2 – растворяется в щелочах, т. е. обладает амфотерными свойствами:

Стрептоцид был получен немецким студентом Гельмо. Но потребовалось 30 лет, чтобы его внедрить в медицинскую практику.

Стрептоцид и другие сульфаниламидные препараты действуют на стрептококковые микроорганизмы, отсюда и произошло название «стрептоцид». Однако сульфаниламиды действуют не бактерицидно, а бактериостатически, т. е. задерживают рост микроорганизмов.

В основе бактериостатического действия сульфаниламилов лежит их сходство с п- аминобензойной кислотой (ПАБК), которая участвует в биосинтезе фолиевой кислоты, необходимой для жизнедеятельности микроорганизмов.

Подобие этих соединений как в структурном, так и в химическом отношении приводит к тому, что сульфаниламиды способны вступать в конкурентное замещение п-аминобензойной кислоты, препятствуя синтезу фолиевой кислоты, что и подавляет рост и размножение микроорганизмов.

Производные стрептоцида:

22

Конечно, нам не предоставляется возможным рассмотреть все сульфаниламидные препараты. Более длительно вы будете знакомиться с ними в курсе фармацевтической химии, только помните одно: что есть сульфамидные препараты и есть сульфаниламидные. Сульфамиды – это общее понятие, а сульфаниламидные обязательно содержат 4-NH2-C6H4-SO2-NHR.

Амины – промежуточные продукты в производстве красителей, пестицидов, полимеров, ингибиторов коррозии, ПАВ, адсорбентов, лекарственных препаратов.

Алифатические амины поражают нервную систему, вызывают нарушения проницаемости стенок кровеносных сосудов и клеточных мембран, функций печени и развитие дистрофии.

Ароматические амины вызывают образование метгемоглобина, угнетающего центральную нервную систему. Некоторые ароматические амины – канцерогены.

23

37) НОМЕНКЛАТУРА, ИЗОМЕРИЯ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

ДИАЗОСОЕДИНЕНИЙ

Диазосоединениями называют органические вещества, содержащие в своей структуре группировку из двух атомов азота, связанную с углеводородным радикалом и остатком минеральной кислоты.

По природе углеводородного радикала различают алифатические и ароматические

диазосоелинения.

Ароматические диазосоединения имеют общую формулу ArN2X, где Аr – ароматический радикал, X – кислотный остаток.

Если X – остаток сильной минеральной кислоты (О-, Br-, HSO4-, NO3-), диазосоединения имеют ионное строение и называются соли диазония (Ar–N≡NX), а если X – остаток слабой минеральной кислоты (CN-, HSO3-, ОН-, SH-), то они имеют ковалентное строение – Ar–N≡N–X. Диазосоединения общей формулы Ar–N≡N–O–M, где М – металл, называют диазотаты.

Взависимости от рН среды эти формы способны взаимопревращаться.

Вкислой среде диазосоединения существуют в виде солей диазония, в щелочной – в виде диазотатов, близкой к нейтральной – в виде изомерных диазогидратов:

Номенклатура. Изомерия

По номенклатуре ИЮПАК названия ароматических диазосоединений образуются путем прибавления к названию углеводорода суффикса -диазо, а названия солей диазония – добавлением окончания -диазоний с последующим указанием аниона.

Поскольку ковалентно построенные диазосоединения в своем составе содержат двойную связь, то для них характерна геометрическая изомерия, или так называемая син-(иис-) и анти-(транс-) изомерия, например:

24

Способы получения солей арендиазония

1. Реакция диазотирования. В основе реакции лежит взаимодействие первичных ароматических аминов с азотистой кислотой в среде сильной минеральной кислоты. Так как азотистая кислота не устойчива, то в реакции используют ее соль. В реакции диазотирования на один моль ароматического амина и один моль соли азотистой кислоты используется не менее 2,5 моль минеральной кислоты: один моль расходуется для вытеснения азотистой кислоты из ее соли, второй моль – для образования соли диазония, а избыток кислоты необходим для создания кислой среды. Кислота также способствует растворению ароматического амина. Необходимо отметить, что в реакцию диазотирования вступает не соль амина, а свободный амин, находящийся в равновесии с этой солью:

Реакцию также проводят при охлаждении до 0–5 °С. Это связано с тем, что диазотирование протекаете выделением тепла, а соли диазония и азотистая кислота разлагаются уже при комнатной температуре.

Механизм реакции

Кинетические исследования Ингольда показали, что реакция протекает по ионному механизму. Диазотирующим агентом является не азотистая кислота, а образующийся из нее, в зависимости от условий, реагент.

Наиболее активным является нитрозоний-катион.

25

Вначале нитрозоний-катион образует с ароматическим амином N-нитрозоамин, который в кислой среде переходит в таутомерную форму – диазогидроксид. На завершающей стадии диазогидроксил превращается в соль арилдиазония:

Полученные водные растворы диазония, не выделяя, используют в дальнейших синтезах.

2. Взаимодействие ароматических аминов с алкилнитритами. В среде этанола в присутствии минеральных кислот взаимодействие первичных ароматических аминов с эфирами азотистой кислоты приводит к образованию солей арилдиазония в кристаллическом виде:

В 96% спирте содержится 4 % воды, которая идет на гидролиз эфира. Выделившаяся при этом азотистая кислота диазотирует ароматический амин, а образовавшаяся соль диазония как плохо растворимая в спирте выпадает в осадок.

26

38) ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИАЗОСОЕДИНЕНИЙ

Соли диазония являются очень реакционноспособными соединениями. Их активность в химических превращениях связана с наличием диазокатнона. Атомы азота в диазокатионе находятся в состоянии sp-гнбридизации. Один из них имеет неподеленную пару электронов, а второй содержит положительный заряд, который распределен в основном между двумя атомами азота и частично по π-электронной системе бензольного кольца. За счет делокализации каждый атом азота приобретает частичный положительный заряд, что можно представить в виде резонансных структур:

Все реакции солей диазония можно разделить на две группы:

1.Реакции с выделением азота;

2.Реакции без выделения азота.

Реакции с выделением азота

Эти реакции сопровождаются разрывом связи C-N и замещением лназогруппы на другие

атомные группы.

От способа разрыва связи С–N замещение может происходить по механизму SN1 или SR.

По механизму SNl на первой медленной стадии связь С–N в диазокатионе разрывается гетеролитически. При этом выделяется молекула азота и образуется неустойчивый диазокатион, который на второй стадии быстро взаимодействует с нуклеофилом:

По радикальному механизму (SR) замешение диазогруппы происходит в присутствии солей одновалентной или порошкообразной меди, которые являются донорами электронов. На первой стадии Сu+ отдает диазониевому катиону один электрон, превращаясь в Сu2+ (ион меди (II)). При этом образуется нестойкий диазорадикал, который превращается в более стойкий арильный радикал и молекулу азота. На второй стадии и он отрывает атом галогена от галогенида меди (II), регенирируя галогенид меди (I):

Замещение диазогруппы на гидроксигруппу При нагревании подкисленных водных растворов солей диазония образуются фенолы:

Замещение диазогруппы на атом йода. При нагревании соли диазония с йодидом натрия или калия образуются арилйодиды:

Это наиболее удобный метод введения йода в бензольное кольцо.

27

Замещение диазогруппы, катализируемое солями одновалентной меди (реакция Зандмейера). В

присутствии солей одновалентной меди диазогруппа замещается на атом хлора, брома, нитро-, циано-, хлорсульфонильную и другие группы;

Замещение диазогруппына атом водорода. При взаимодействии солей диазония с восстанавливающими агентами (фосфорноватистая кислота, формальдегид, спирты и др.) происходит замещение диазогруппы на атом водорода:

При использовании спирта реакция протекает в двух направлениях:

Реакция замещения на атом водорода применяется для удаления аминогруппы из ароматического ядра после ее использования для необходимой ориентации замещения, например:

Реакции без выделения азота

Образование диазопроизводных. Являясь электрофильными реагентами, соли диазония вступают в реакции с нуклеофильными реагентами, образуя диазопроизводные, например:

28

Восстановление солей диазония приводит к арилгидразинам:

В качестве восстановителей используют хлорид олова в HCI или цинковую пыль в СН3СООН. Реакция азосочетания. Соли арилдиазония вступают во взаимодействие с фенолами и

ароматическими аминами, образуя азосоединения общей формулы Ar-N=N-Ar:

Эти реакции называются реакциями азосочетания и протекают по механизму электрофильного замещения SE

Поскольку диазокатион является слабым электрофилом, то он реагирует только с теми ароматическими соединениями, которые имеют сильные электронодонорные заместители (–ОН; – NH2; –NHR; –NR2 и др.). Замещение идет преимущественно в пара-положении.

Соль диазония в реакциях азосочетания называют диазосоставляюшей (диазокомпонента), а фенол или ароматический амин – азосоставляющей (азокомпонента). Влияние заместителей в азосоставляющей противоположно влиянию заместителей в диазосоставляющей.

Азосочетаниес фенолами проводят в слабощелочной среде, где они превращаются в реакиионноспособные феноляты:

С ароматическими аминами реакцию проводят в слабокислой среде.

Сильнокислая среда недопустима, так как аминогруппа превращается в аммонийную, которая дезактивирует кольцо и уменьшает нуклеофильность азосоставляющей.

29

Механизм реакции азосочетания.

Являясь электрофильным реагентом, катион арилдиазония образует с ароматическим амином или фенолом σ-комплекс, который отщепляет протон и превращается в азосоединение:

Следует помнить, что азосочетание с первичными или вторичными аминами может привести к образованию диазоаминосоединений (триазенам). Нагревание последних в кислой среде приводит к азосоединениям:

АЗОСОВДИНЕНИЯ

Названия азосоединений с одинаковыми радикалами составляют из префикса азо- и названия углеводорода. Положение заместителей обозначается цифрами или локантами:

В случае различных радикалов азосоединения рассматривают как производные более сложного по структуре углеводорода, который содержит в качестве заместителя ареназогруппу (Аr–N=N–):

Азосоединения существуют в виде двух геометрических изомеров – син-(цис-) и анти-{транс-):

Химические свойства

30