Замена атома галогена на цианогруппу (синтез нитрилов кислот)
Нитрилы являются важными промежуточными продуктами в синтезе многих химико-фармацевтических препаратов. Они легко превращаются в амиды карбоновых кислот, карбоновые кислоты, амины. При использовании алифатических галогенидов это относительно простой способ удлинения углеродной цепи:
Цианид-ион является амбидентным ионом, поэтому реакция может идти по двум направлениям — с образованием нитрилов и изонитрилов:
Первичные алифатические и бензилгалогениды в спиртах и водно-спиртовых смесях практически не образуют примесь изонитрилов. Небольшие количества изонитрила, которые легко обнаруживаются по крайне неприятному запаху, можно гидролизовать в кислой среде и таким образом отделить от основного продукта. Нитрилы гидролизуются в значительно более жестких условиях.
Выходы алифатических нитрилов при использовании первичных алкил-, бензил и аллилгалогенидов хорошие (до 90 %). В случае вторичных — средние (до 60—70 %). С третичными галогенидами в этих условиях идет реакция элиминирования, поэтому метод неприменим для пространственно затрудненных субстратов.
Реакцию в алкилгалогенидах можно проводить избирательно, учитывая разную подвижность галогенов (Cl < Br < I):
Правильный выбор растворителя во многом определяет успех реакции галогенида с цианидом. Обычно используют сухой ацетон, 70—90 % спирт, биполярные апротонные растворители, например, диметилсульфоксид, диметилформамид и другие растворители для SN2 реакций.
Реакцию используют для получения циануксусной и малоновой кислот, для синтеза замещенных бензилцианидов и цианметилирования вератрола:
В случае ароматических галогенидов синтез соответствующих фенилцианидов следует вести в апротонных растворителях при нагревании до 200 °С с цианидом меди (I):
Замещение галогена на цианид-ион в условиях межфазного катализа повышает выход продукта на 15—20 % даже по сравнению с реакциями в диполярных апротонных растворителях.
Замена атома галогена на группу -so3Na (синтез сульфокислот)
В качестве реагентов в реакции Штреккера используют сульфиты калия и натрия:
Механизм реакции SN2, поэтому в случае использования первичных алкилгалогенидов выходы сульфокислот составляют 70—90 %, вторичных— 20—25 %. Третичные алкилгалогениды превращаются в олефины.
В реакцию вступают также галогензамещенные кислоты, спирты, кетоны и ароматические соединения с подвижным галогеном.
Замена атома галогена на группу –no2 (синтез нитросоединений)
Прямое нитрование алканов приводит к получению сложной смеси продуктов и проходит в жестких условиях. В связи с этим нитроалканов часто получают реакцией алкилгалогенидов с нитрит-ионом
Реакции SN2 идут по наиболее нуклеофильному центру нитрит иона, и продуктом является нитроалкан. Карбкатион (SN1 механизм) взаимодействует с наиболее электроотрицательным атомом (жестким основанием) и образуется алкилнитрит. Третичные алкилгалогениды этим путем в нитроалканы не превращаются. Как правило, из хлоридов получаются нитроалканы, а из бромидов и иодидов с нитритом серебра — алкилнитриты.
Глава 4. Процессы нитрозирования. Основные реакции диазосоединений
Замещение атома водорода в молекуле органического соединения у атомов углерода, азота, кислорода на нитрозогруппу, называется, соответственно, С-, N-, и О-нитрозированием.
Нитрозирование первичных аминов, с образованием солей диазония (R–N+NX–), называется реакцией диазотирования.
Диазотирование и нитрозирование являются быстрыми, необратимыми, экзотермическими и очень «капризными» процессами.
Диазо- и нитрозосоединения обладают высокой реакционной способностью и широко используются в синтезе лекарственных веществ и витаминов. Поскольку диазо- и нитрозосоединения нестабильны, получать их необходимо на том же предприятии, где производят целевой продукт.