- •Направление подготовки - 240100.62 «Химическая технология»
- •Атом углерода, его особенности, валентные состояния
- •2. Ковалентные связи в соединениях углерода
- •3. Факторы, влияющие на доступность электронов
- •1. Индуктивный эффект – используется для характеристики электронного облака σ-связи
- •Мезомерный эффект – используется для характеристики электронного облака π –связи
- •4. Энергетика реакции
- •5.Ароматичность Прежде чем приступить к рассмотрению темы, необходимо вспомнить теорию резонанса. Основные положения теории резонанса
- •Определение и классификация
- •Структурная формула бензола
- •Строение бензола
- •Строение и ароматичность нафталина
- •Механизм электрофильного замещения на примере бензола
- •Правила ориентации в бензольном кольце. Заместители первого и второго рода.
- •Теория ориентации
- •Электрофильное замещение в нафталине
- •Глава 1. Методы получения органических сульфокислот
- •1. Общие сведения о процессе сульфирования
- •2. Схемы и механизм сульфирования аренов
- •3. Особенности сульфирования аренов серной кислотой
- •4. Особенности сульфирования аренов олеумом и серным ангидридом
- •5. Основные способы выделения сульфокислот
- •6. Сульфирование растворами триоксида серы в инертных растворителях
- •7. Сульфирование комплексными соединениями триоксида серы
- •Глава 2. Процессы нитрования органических соединений
- •1. Механизм реакции нитрования ароматических соединений
- •2. Влияние основных технологических параметров на процесс нитрования
- •3. Типовой процесс выделения нитропродуктов
- •4. Нитрование смесью азотной и серной кислот
- •5. Нитрование концентрированной азотной кислотой
- •6. Нитрование смесью концентрированной азотной кислоты с уксусным ангидридом
- •7. Нитрование разбавленной азотной кислотой
- •Глава 3. Нуклеофильное замещение галогена в молекуле органического соединения
- •Сведения о механизмах реакции
- •Основные факторы, влияющие на ход процесса
- •Использование катализаторов
- •Процессы гидролиза галогенидов
- •Замена атома галогена на алкокси- и феноксигруппы (синтез простых эфиров)
- •Замена атома галогена на меркапто и алкил(арил)тиогруппы (синтез тиоспиртов и тиоэфиров)
- •Замена атома галогена на аминогруппы (синтез аминов)
- •Замена атома галогена на цианогруппу (синтез нитрилов кислот)
- •Замена атома галогена на группу -so3Na (синтез сульфокислот)
- •Замена атома галогена на группу –no2 (синтез нитросоединений)
- •Глава 4. Процессы нитрозирования. Основные реакции диазосоединений
- •1. Химизм процесса и краткая характеристика продуктов реакции
- •2. Влияние основных технологических параметров на ход процесса диазотирования
- •3. Кислотно-основные превращения ароматических диазосоединений
- •4. Реакции замены диазониевой группы
- •5. Реакция азосочетания
- •Глава 5. Методы получения органических галогенидов
- •1. Галогенирование ароматических соединений
- •Влияние основных технологических факторов на процесс галогенирования аренов
- •Особенности технологии процесса галогенирования ароматических соединений
- •Хлорирование аренов в безводной среде
- •Бромирование ароматических соединений
- •1. Окисление растворов бромида натрия хлором (непрероывный метод)
- •2. Окисление растворов бромида натрия гипохлоритом натрия (периодический):
- •Иодирование ароматических соединений
- •Примеры галогенирования ароматических соединений в производстве лекарственных веществ и витаминов
- •2. Галогенирование алканов и в боковую цепь аренов Реакции с молекулярным галогеном
- •Галогенирование с использованием специфических переносчиков галогена (спг)
- •Особенности технологии гомолитического галогенирования
- •Примеры гомолитического галогенирования в производстве лекарственных веществ и витаминов
- •3. Синтез галогенидов из непредельных соединений
- •4. Галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот Радикальное галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот
- •Примеры реакций галогенирования карбонильных соединений
- •Гетеролитическое галогенирование карбоновых кислот
- •5. Замена гидроксильных групп в спиртах, фенолах и карбоновых кислотах на галоген
- •6. Замещение одних атомов галогена на другие
- •Глава 6. Процессы алкилирования
- •1. Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу
- •2. Особенности технологии алкилирования аренов по Фриделю-Крафтсу
- •4. Алкилирование по атому азота (n-алкилирование)
- •6. Гидрокси-, галоген- и аминометилирование
- •Глава 7. Процессы ацилирования
- •1. Ацилирование по атому углерода (с-ацилирование)
- •2. Ацилирование по атому азота (n-ацилирование)
3. Синтез галогенидов из непредельных соединений
Алкены, алкины и алкадиены взаимодействуют с галогенами, галогеноводородами и гипогалогенными кислотами как по механизму присоединения, так и замещения.
Реакции электрофильного присоединения (AE) галогена, галогеноводорода и гипогалогенных кислот к -связям непредельных соединений идут через образование - и -комплексов, с последующим (обычно, транс-) присоединением нуклеофила:
В случае сопряженных двойных связей присоединение может идти по 1,2- и 1,4-механизму.
При взаимодействии непредельных соединений с галогенами электрофилом (Е+) является поляризованная молекула галогена. Ее реакционная способность увеличивается в ряду: F2 < Cl2 < Br2 < I2, в соответствии с увеличением устойчивости циклических структур -комплекса, которые способен образовывать галоген:
При гидрогалогенировании алкенов роль электрофила выполняет протон, поэтому реакционная способность галогенводородов растет с увеличением активности кислот в ряду: HF < HCl < HBr < HI.
В реакциях присоединения гипогалогенных кислот с -связью взаимодействуют катион галогена или его полярная молекула (электрофилы), в результате чего образуются галогенгидрины.
Промышленный способ получения этиленхлоргидрина состоит в контролируемом пропускании хлора и этилена в воду:
Эта реакция является одним из доказательств предложенного механизма AЕ. Аналогично можно изменить вторую стадию при проведении бромирования этилена в полярной среде в избытке активных анионов:
Реакционная способность субстрата и направление реакции зависят от стабильности образующегося катиона (-комплекса), а также от сольватации и от способности атома галогена образовывать циклический -комплекс.
Стабильность катионов уменьшается в ряду:
Поэтому скорость реакции ниже приведенных соединений с галогеном в одинаковых условиях увеличивается в ряду:
а) этилен (1) < пропилен (2) < изобутилен (5,5) < тетраметилэтилен (14)
Индукционный эффект радикала повышает стабильность катиона, поэтому пропилен в 2 раза, изобутилен — в 5,5, а тетраметилэтилен в 14 раз активнее этилена.
б) ацетилены << алкены << сопряженные диены
В данном случае из сопряженных диенов образуются аллильные катионы, которые значительно устойчивее, чем предельные и винильные карбкатионы.
Направление реакции гидрогалогенирования обычно соответствует правилу Марковникова. Протон атакует наиболее гидрогенизированный атом углерода при двойной связи, так как при этом образуется более устойчивый катион:
В реакции с пропиленом в катионе «б» за счет +I-эффекта двух метильных групп электронное облако распределяется более равномерно, чем в случае катиона «а».
Алкены взаимодействуют с галогенами и галогеноводородами, как правило, при низких температурах.
3.2. Гомолитическое присоединение (AR) галогенов и галогеноводорода при соответствующем инициировании (свет, нагрев, пероксиды) протекает по радикальному цепному механизму:
Реакционная активность субстрата и направление реакции зависят от стабильности образующихся алкильных радикалов.
Бромистый водород присоединяется к алкенам в присутствии пероксидов против правила Марковникова (селективность присоединения других НHlg очень мала):
Атом брома в этом случае предпочтительнее атакует положение 1, так как при этом образуется более стабильный (вторичный) радикал.
Гомолитическое галогенирование алкенов — радикальное замещение атома водорода галогеном — идет по тому же механизму, что и в алканах (SR). Реакционная способность субстрата и направление реакции определяются устойчивостью радикалов. Чтобы галоген не взаимодействовал с двойной связью, реакцию проводят при температурах выше 300 °С, либо при малых концентрациях галогена.
Этилен с хлором в этих условиях образует винилхлорид, а гомологи этилена — аллилгалогениды:
Для повышения селективности реакции лучше использовать N-бромсукцинимид:
Примеры применения реакций в синтезе лекарственных субстанций:
-
Бром присоединяют по двойной связи 2-пропенсульфоната натрия в воде:
Использование электрохимического метода, в котором бром реагирует с алкеном в момент выделения на аноде при электролизе его солей, позволяет сократить расход, решить проблему хранения и загрузки брома и повысить выход целевого продукта до 94 %.
-
п-Метокси-(1-бром-пропил)бензол образуется при взаимодействии бромоводорода с двойной связью соответствующего алкена в дихлорэтане при температуре ~ 5 °С:
-
Гомолитическое присоединение бромоводорода к аллилбромиду или аллилхлориду:
Активация осуществляется перекисью бензоила и УФ освещением.
-
Хлорацетальдегид получают гипохлорированием винилхлорида в водной среде:
-
Гипохлорирование стирола:
-
Гипохлорирование стирол хлором в среде метанола: