Учебник Органическая химия Щеголев 2016

N

N

O

O

Вмалых дозах применяется как тонизирующее средство.

10)Лизергиновая кислота входит в состав алкалоидов спорыньи.

HOOC N CH3

N

H

Полный синтез провѐл Р. Вудворд в 1954 году.

Лизергиновая кислота — бесцветное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде; температура плавления 238 С.

Амид лизергиновой кислоты — эргин — проявляет высокую физиологическую активность: сужает кровеносные сосуды, действует на гладкую мускулатуру матки, облегчает роды.

Диэтиламид лизергиновой кислоты — препарат ЛСД-25 — является сильным галлюциногенным средством.

11) Пилокарпин содержится в листьях растения Pilocarpus pennatifolius.

O O N

Физиологически очень активен, повышает деятельность желѐз, увеличивает отделение пота и слюны и усиливает перистальтику кишечника. Являясь антагонистом атропина, он при введении в глаз вызывает сужение зрачка. Используется при лечении глазных заболеваний и, кроме того, в качестве потогонного средства.

Хининовые алкалоиды

691

12) Хинин — алкалоид коры хинных деревьев, принадлежащих к се-

мействам Cinchona и Remijia.

Полный синтез проведѐн Р. Вудвордом и В. Дѐрингом в 1944 году.

Хинин — бесцветный порошок, малорастворимый в воде; температура плавления 177 С. Является одним из первых противомалярийных средств.

13) Цинхонин — так же, как и хинин, это алкалоид коры хинных деревьев, принадлежащих к семействам Cinchona и Remijia.

Цинхонин — бесцветный порошок, трудно растворимый в воде; температура плавления 205 С. Наряду с хинином применялся в качестве «противолихорадочного» средства в составе хинной коры.

Изохинолиновые алкалоиды

14) Папаверин — алкалоид опия.

Папаверин — бесцветное кристаллическое вещество, практически нерастворим в воде; температура плавления 147 С. Применяется в качестве спазмолитического и сосудорасширяющего средства.

15) Морфин — так же, как и папаверин, является алкалоидом опия.

692

HO

O

N CH3

HO

Полный синтез был осуществлѐн в 1951 1956 гг.

Морфин — бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в кислотах и щелочах; температура плавления 254 С. Является сильным обезболивающим средством, наркотик, вызывает эйфорию. Регулярное применение вызывает привыкание. Ослабляет и парализует действие центральной нервной системы.

16) Кодеин также является алкалоидом опия.

H3CO

O

N CH3

HO

Растворим в кислотах, но нерастворим в щелочах. В виде солей его используют в медицине в качестве болеутоляющего и противокашлевого средства.

Пуриновые алкалоиды

17) Кофеин содержится в зѐрнах кофе, листьях чая.

O CH3

H3C N N

ON N

CH3

Кофеин — бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде; температура плавления 235 С. Это эффективное средство, возбуждающее центральную нервную систему и стимулирующее работу сердца.

18) Теофиллин — алкалоид чая.

693

ON N

CH3

Обладает сильными мочегонными свойствами (является диуретиком). 19) Теобромин — алкалоид какао.

O CH3

HN N

ON N

CH3

Так же, как и теофиллин, обладает мочегонным действием.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Почему при действии кислот на пиррол протонирование осуществляется по -углеродному атому, а по атому азота?

2.Какое соединение образуется в результате взаимодействия пиррола с гидридом натрия и затем с йодметаном?

3.Приведите механизм декарбоксилирования пирролкарбоновых кислот при нагревании.

4.Приведите реакции с участием фуранов, подтверждающие более низкую ароматичность фурана по сравнению с тиофеном и пирролом (реакции, приводящие к образованию неароматических продуктов).

5.Существуют ли 2-гидроксифураны? Ответ мотивируйте.

6.Какие фенилгидразоны необходимы для проведения синтеза следующих индолов по реакции Фишера: 3-метилиндола, 2-метил-3-этилиндола, 3- этил-2-фенилиндола? Приведите необходимые схемы и механизмы превращений.

7.Расположите 1,3-азолы в порядке уменьшения их основности. Объясните.

8.Какие проблемы связаны с N-алкилированием имидазолов?

9.Сравните попарно 1,2- и 1,3-азолы — какие из них более оснόвны? Почему?

10.Почему некорректно название 2-метилпиразол?

694

11.Какие факторы способствуют более сложному течению реакций электрофильного замещения в пиридине по сравнению с бензолом?

12.Сравните поведение пиридина и бензола в реакциях окисления цикла и восстановления цикла.

13.Сравните реакционную способность бромбензола, 2-бромпиридина и 3- бромпиридина в реакциях нуклеофильного замещения атома галогена на этоксигруппу при взаимодействии с этилатом натрия.

14.Приведите основные таутомерные формы для 2-гидроксипиридина, 3-гидроксипиридина и 2-аминопиридина.

15.Что происходит при обработке смеси 1 моля 2-метилпиридина и 1 моля 3-метилпиридина диизопропиламидом лития (1 моль) и затем йодметаном (1 моль)?

16.Приведите механизм реакций нитрования хинолина и изохинолина. Объясните направление реакций.

17.Какое положение в хинолине и изохинолине наиболее склонно к реакциям с нуклеофильными реагентами и почему?

18.Почему дипротонные соли диазинов трудно образуются?

19.Какой из хлордиазинов вступает в реакции нуклеофильного замещения в наиболее жѐстких условиях? Почему?

20.Как исходя из пентан-2,4-диона можно получить следующие соединения: 4,6-диметилпиримидин, 4,6-диметилпиримидин-2-он, 2-амино-4,6- диметилпиримидин?

21.Изобразите структуру замещѐнного пурина, образующегося при нагревании 4,5,6-триаминопиримидина с формамидом. Приведите механизм реакции.

695

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Органическая химия — цельная и логичная химическая дисциплина. В связи с этим легко выявляются внутриклассовые и межклассовые общности в физических и химических свойствах органических веществ. Рассмотренная в книге характеристика различных классов органических соединений лишь подчѐркивает эту общность.

Начиная с насыщенных углеводородов, которые являются родоначальными соединениями для всех органических веществ, в строении и свойствах отражаются важнейшие характерные для данных веществ принципы и законы. В главе «Производные алканов» на основании выявленной общности в строении молекул (отрицательный индуктивный эффект харакеристической группы приводит к появлению электрофильного центра в молекуле) и, как следствие, аналогии в проявлении химических свойств (реакции нуклеофильного замещения и отщепления) объединены предельные галогенопроизводные, спирты, простые эфиры, тиоспирты, тиоэфиры, амины, нитросоединения. Отмечены также черты сходства между алкенами, алкадиенами и алкинами; галогеналкенами и непредельными спиртами и эфирами; алифатическими карбонильными соединениями и карбоновыми кислотами; арилгалогенидами, ароматическими сульфокислотами, нитропроизводными, фенолами и другими производными бензола. Это отражено в соответствующих главах.

В результате такого подхода к изложению материала и построению курса в целом и подробного изучения особенностей взаимного влияния атомов или структурных компонентов в молекуле становится возможным прогнозирование поведения субстратов в различных химических реакциях.

696

КРАТКИЙ СЛОВАРЬ ПЕРСОНАЛИЙ

Альдер Курт (Alder Kurt) (1902 1958) — немецкий химик-органик.

Совместно с О. Дильсом открыл реакции диенового синтеза, обнаружил общие закономерности в образовании при этой реакции аддуктов. Открыл енсинтез — присоединение к диенофилу олефинов с аллильными атомами водорода. Нобелевская премия по химии 1950 г. (совместно с О. Дильсом).

Аррениус Сванте Август (Arrhenius Svante) (1859 1927) — шведский физикохимик. Иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук (1903). Почѐтный член АН СССР (1926). Один из основоположников физической химии. Основные работы посвящены учению о растворах и кинетике химических реакций. Предложил всесторонне обоснованную теорию электролитической диссоциации, за что удостоен Нобелевской премии (1903). Впервые объяснил сущность температурной зависимости скорости реакций. Ввѐл понятие энергии активации и вывел одно из основных уравнений в химической кинетике.

Байер Адольф Иоганн Фридрих Вильгельм (Baeyer Adolf) (1835 1917) — немецкий химик-органик. Иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук. Открыл барбитуровую кислоту и барбитураты. Синтезировал множество ароматических соединений. Осуществил синтез индиго. Предложил теорию напряжения, устанавливающую зависимость прочности циклов от величины углов между валентными связями. Ввѐл понятие цис-транс-изомерии. Предложил центрическую формулу бензола. Экспериментально доказал идентичность всех углеродных атомов в бензоле. Нобелевская премия по химии (1905) за синтез органических красителей и ароматических соединений.

Бекман Эрнст Отто (Beckmann Ernst Otto) (1853 1953) — немецкий химик. Изучал пространственное строение оксимов, показал, что оксимы под действием кислых агентов перегруппировываются в амиды кислот. Разработал методы определения молекулярных масс растворѐнных веществ на основании закона Рауля по понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения растворов.

Берцелиус Йѐнс Якоб (Berzelius Jöns Jakob) (1779 1848) — шведский химик, иностранный почѐтный член Петербургской академии наук. Определил атомные массы 45 химических элементов. Ввѐл современные обозначения химических элементов и первые формулы химических соединений. Открыл химические элементы: церий (совместно с В.Г. Гизингером), селен и торий. Распространил стехиометрические законы на органические соединения. Создал теорию сложных радикалов.

Бѐрч Артур (Birch Arthur) (1915 1995) — австралийский химик-

органик. Иностранный член академии наук СССР. Исследовал (1949) реак-

697

цию селективного восстановления ароматических соединений действием натрия и спирта в среде жидкого аммиака (после открытия еѐ К. Вустером (C. Wooster) в 1937 г.). Предложил метод синтеза тропонов из анизолов.

Бишлер Август (Bischiler Augustus) (1865–1957) — швейцарский хи-

мик, директор химической фабрики в г. Монте. Продолжая научную деятельность в различных лабораториях, в процессе исследования алкалоидов открыл реакцию синтеза изохинолина.

Блан Гюстав Луи (Blanc Gustave Louis) (1872–1927) — французский химик. Открыл реакцию получения первичных спиртов восстановлением сложных эфиров. Установил правило, согласно которому под действием уксусного ангидрида 1,4- и 1,5-дикарбоновые кислоты превращаются в кетоны, а 1,2- и 1,3-дикарбоновые — в ангидриды. Открыл общий метод хлорметилирования ароматических углеводородов.

Бородин Александр Порфирьевич (1833 1887) — русский химик-

органик. Разработал способы получения бромзамещѐнных предельных кислот и фторангидридов органических кислот. Одновременно с Ш.А. Вюрцем осуществил альдольную конденсацию.

Брѐнстед Йоханнес Николаус (Brönstedt Johannes Nicolaus) (1879 1947) — датский физикохимик. Основные работы посвящены химической кинетике, катализу и термодинамике растворов. Выдвинул представления о солевых эффектах в кислотно-оснόвном катализе в растворах и установил их причины. Сформулировал основные положения «общей», или «расширенной», теории кислот и оснований.

Буво Луи (Bouveault Louis) (1864–1909) — французский химик-

органик. Разработал методы получения альдегидов действием дизамещѐнных формамидов на реактив Гриньяра, карбоновых кислот гидролизом амидов. Совместно с Г.Л. Бланом открыл реакцию получения первичных спиртов восстановлением сложных эфиров действием металлического натрия в этиловом спирте. Синтезировал изолейцин из алкилацетоуксусного эфира через оксим.

Бутлеров Александр Михайлович (1828 1886) — русский химик,

академик Петербургской академии наук. Создатель теории химического строения органических веществ. Синтезировал метилендиацетат, получил продукт его омыления — полимер формальдегида, а на основе последнего получил гексаметилентетрамин (уротропин) и сахаристое вещество «метиленитан», т.е. осуществил первый полный синтез сахаристого вещества. Предсказал и объяснил изомерию многих органических соединений. Показал возможность обратимой изомеризации, заложив основы учения о таутомерии.

Вагнер Егор Егорович (1849 1903) — русский химик-органик. Открыл реакцию получения вторичных и третичных спиртов из карбонильных соединений действием на них металлического цинка и алкилгалогенидов (совместно с А.М. Зайцевым). Открыл реакцию окисления этиленовых угле-

698

водородов 1%-м раствором KMnO4 в щелочной среде. Доказал непредельный характер ряда терпенов. Установил строение лимонена, -пинена.

Валлах Отто (Wallach Otto) (1847 1931) — немецкий химик-органик.

Основные работы посвящены химии алициклических соединений и изучению терпенов. Выделил лимонен, фелландрен, фенхон, терпинолен, терпинеол и др. терпены и терпеноиды и изучил их свойства. Открыл перегруппировку азоксисоединений в п-гидрокси- или о-гидрокси- производные азобензола. Один из инициаторов создания в Германии промышленности душистых веществ. Нобелевская премия по химии (1910) за вклад в развитие органической химии и химической промышленности.

Вальден Пауль (Павел Иванович) (1863 1957) — латвийский и немецкий химик. Академик Петербургской АН, иностранный почѐтный член АН СССР. Работы в области физической химии и стереохимии. Открыл (1896 г.) явление обращения стереоизомеров. Обнаружил оптически активные соединения в нефти. Предложил теорию автодиссоциации неорганических и органических растворителей.

Вѐлер Фридрих (Wöhler Friedrich) (1800 1882) — немецкий химик,

иностранный член Петербургской академии наук. Открыл циановую кислоту. Совместно с Либихом установил формулу бензойной кислоты, осуществил разложение амигдалина, исследовал мочевую и бензолгексакарбоновую кислоты и их производные. Исследовал алкалоиды опия. Получил диэтилтеллур, гидрохинон, миндальную кислоту (из амигдалина). Получил металлические алюминий, бериллий и иттрий.

Вильсмайер Антон (Vilsmeier Anton) (1894 1962) — немецкий хи-

мик-органик. Открыл реакцию синтеза альдегида, которая носит его имя в 1926 году, и она была опубликована в 1927 году, в том же году он начал работать на BASF в Людвигсхафен.

Вильштеттер Рихард Мартин (Willstätter Richard) (1872 1942) — не-

мецкий химик-органик. Установил структуру, а затем синтезировал кокаин. Установил структуру тропилидена, а также ряда алкалоидов: экгонина, тропина. Впервые выделил кристаллический хлорофилл и установил структуру хлорофилла а и структуру его отдельных фрагментов. Синтезировал циклобутан, циклооктен и циклооктатетраен. Разработал способ получения о- бензохинона. Выделил красный пигмент крови и выяснил его природу. Выделил и изучил красящие вещества многих плодов и цветов, синтезировал наиболее важные антоцианы — пеларгонидин, дельфинидин, цианидин. Осуществил гидролиз целлюлозы и выделил отдельные полисахариды. Нобелевская премия по химии (1915) за исследования растительных пигментов и установление формулы хлорофилла.

Вильямсон Александр Вильям (Williamson Alexander William) (1824 1904) — английский химик. Провѐл большие исследования в области теории этерификации, экспериментально доказал правильность эмпириче-

699

ских формул многих спиртов и эфиров. Впервые получил ортоэфиры.

Вольф Иоганн Людвиг (Wolff Johann Ludwig) (1857 1919) — немец-

кий химик. Изучал перегруппировку диазокетонов (перегруппировка Вольфа), восстановление гидразонов карбонильных соединений. Работал в области синтеза лактонов, пиразинов, индолов, а также производных тетроновой кислоты. Им был открыт первый -лактон — -оксикапролактон.

Вюрц Шарль Адольф (Wurtz Charles Adolphe) (1817 1884) — фран-

цузский химик. Внѐс большой вклад в развитие атомно-молекулярного учения и в теорию замещения в органической химии. Синтезировал метиламин, этиламин, этиленгликоль, молочную кислоту, этиленхлоргидрин, этиленоксид, фенол и различные азотсодержащие основания. Разработал универсальный метод синтеза насыщенных углеводородов.

Габриэль Зигмунд (Gabriel Sigmund) (1851 1924) — немецкий химик-

органик. Синтезировал изохинолин, фенилизохинолин, фталазин и его гомологи. Открыл способ синтеза первичных алифатических аминов взаимодействием органических галогенопроизводных с фталимидом калия и последующим гидролизом полученных продуктов. Открыл первое спирановое соединение с азотом. Синтезировал этиленимин из -бром-этиламина.

Ганч (Ханч) Артур Рудольф (Hantzsch Arthur Rudolf) (1857 1935) —

немецкий химик-органик. Открыл реакцию получения производных пиридина циклоконденсацией эфиров -оксокислот с альдегидами и аммиаком, названную синтезом Ганча. Открыл реакцию образования пиррольного кольца при конденсации ацетоуксусного эфира, -хлоркетонов и аммиака или аминов. Совместно с А. Вернером установил структуру оксимов и азосоединений и выдвинул теорию стереоизомерии соединений, содержащих двойную связь углерод—азот.

Гаттерман Людвиг (Gattermann Ludwig) (1860 1920) — немецкий хи-

мик. Получил чистый хлорид азота. Открыл реакцию обмена диазогруппы в ароматических солях диазония на галоген или цианогруппу. Разработал способ синтеза п-аминофенолов электролитическим восстановлением нитросоединений. Открыл ароматические йодониевые соединения. Создал метод формилирования ароматических углеводородов.

Гелль Карл Магнус (Hell Carl Magnus) (1849 1926) — немецкий хи-

мик-органик. Синтезировал наиболее высокомолекулярный из известных в то время (1889 г.) предельных углеводородов — С60Н122. Приобрѐл наибольшую известность как автор работ по бромированию кислот в присутствии фосфора.

Гофман Август Вильгельм (Hofmann August) (1818 1892) — немец-

кий химик-органик. Иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук. Основные научные исследования посвящены ароматическим соединениям, в частности красителям. Выделил из каменноугольной смолы

700