Теория ориентации

Ориентирующее влияние заместителей объясняется общим положением: из нескольких возможных -комплексов в первую очередь и преимущественно образуется наиболее устойчивый.

Стабильность -комплекса зависит от равномерности распределения электронного облака по частице, которое определяем по числу граничных структур.

Заместители первого рода распределяют положительный заряд в орто- и пара- -комплексах, поэтому они стабильнее мета--комплекса.

Например, орто- и пара- -комплексы фенолов, аминов и их производных, а также галогенбензола, изображаются уже 4 и более граничными структурами, причем оксониевые и аммониевые катионы значительно устойчивее, чем остальные.

Заместители второго рода препятствуют распределению положительного заряда, поэтому орто- и пара- -комплексы менее стабильны, чем мета--комплекса, т.к. в этом случае в орто- -комплексе 3 и пара--комплексе 2 заряды находятся на соседних атомах, что энергетически невыгодно и такие структуры маловероятны. Следовательно, эти -комплексы могут быть изображены только двумя структурами.

Электрофильное замещение в нафталине

Электрофил, атакуя -электронное облако нафталина, так же образует - и -комплексы. -Комплекс сохраняет ароматичность одного из циклов и стабильнее, чем карбокатионы бензола, поэтому нафталин активнее бензола в реакциях S_E.

В отличие от бензола в нафталине реакция электрофильного замещения может иметь два направления.

Из двух возможных -комплексов (I и II) преимущественно образуется более устойчивый.

Распределение заряда в -комплексе I можно отразить двумя граничными структурами (а, б). В катионе II такой возможности распределения заряда нет. При этом мы рассматриваем лишь структуры, в которых сохраняется ароматичность одного из колец нафталина. Граничные структуры, в которых нарушена ароматичность обоих колец нафталина, неизмеримо менее устойчивы, чем указанные выше и мы их не учитываем.

В реакциях электрофильного замещения в ряду нафталина наиболее легко и преимущественно замещается -водородный атом.

Глава 1. Методы получения органических сульфокислот

1. Общие сведения о процессе сульфирования

Существуют разные методы введения группы –SO₃H в молекулу органического соединения. Процесс прямого замещения атома водорода сульфогруппой, который наиболее широко применяется в промышленности, называют сульфированием. В зависимости от того, у какого элемента замещается атом водорода на сульфогруппу, различают С-, N- и О-сульфирование. О-Сульфирование называют также сульфатированием.

Субстратом (исходным веществом) при сульфировании служат, главным образом, ароматические и гетероароматические соединения и их производные. Реже используются вещества алифатического и алициклического ряда. Среди них наибольшее значение в синтезе сульфо-БАВ имеют полисахариды и стероиды. В ряде случаев сульфируются сами лекарственные вещества.

Основными сульфирующими агентами являются:

Безводная серная кислота — при комнатной температуре представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, т.к. ее молекулы за счет водородных связей образуют полимер, который при повышении температуры разрушается:

Кипит она при температуре около 300 °С, перегоняется с разложением. Жидкая 100 %-ая серная кислота является ионизирующим растворителем, однако, ее собственная ионизация незначительная:

Серная кислота смешивается с Н₂О и SO₃ в любых соотношениях. В водных растворах она полностью диссоциирует на ионы:

Для промышленного сульфирования чаще всего используют купоросное масло (92—98 %-ную H₂SO₄) и 98—100 %-ную серную кислоту. Концентрированная H₂SO₄ является довольно сильным окислителем, особенно при нагревании.

Олеум — образуется при растворении серного ангидрида в концентрированной серной кислоте и представляет собой раствор SO₃ в смеси кислот: серной (H₂SO₄), двусерной (H₂S₂O₇), трисерной (H₂S₃O₁₀) и других полисерных кислот:

При концентрации сульфотриоксида 20—25 % и 60—65 % олеум представляет собой густую маслянистую, дымящуюся на воздухе жидкость. Олеум с другими концентрациями SO₃ при комнатной температуре является твердым веществом, и его готовят из стандартного раствора непосредственно в реакторе.

Серный ангидрид — это общее название нескольких модификаций триоксида серы. Молекула SO₃ существует в виде мономера, тримера и полимера (существуют и другие формы, например, димер):

В газовой фазе и в разбавленных неводных растворах оксид серы (VI) находится в мономерной форме. При конденсации паров SO₃ образуется летучая бесцветная жидкость (t_кип = 44,8 °С), состоящая преимущественно из циклических тримерных молекул (SO₃)₃. При охлаждении до 16,8 °С она затвердевает с образованием прозрачных кристаллов. Эта форма SO₃ неустойчива и при хранении превращается в устойчивые, похожие на асбест, нити. Полимеризацию SO₃ предотвращают введением Р₂О₅ и других ингибиторов.

Для сульфирования серный ангидрид получают: а) обжигом пирита и последующим каталитическим окислением SO₂ в SO₃ непосредственно на предприятии, где он используется; б) на специализированных заводах с последующей доставкой на предприятие в баллонах под давлением в жидком стабилизированном виде; в) десорбцией из высокопроцентного олеума при нагревании. Остающаяся после десорбции серного ангидрида 100 %-ная серная кислота может быть использована в других производствах. Первый метод применяют на производствах большой мощности, например, заводах по синтезу поверхностно-активных веществ сульфированием (сульфатированием) первичных спиртов, олефинов, алкилбензолов и т. п. Остальные — на предприятиях с малой мощностью, например, на химико-фармацевтических заводах.

Область применения концентрированной серной кислоты ограничивается незамещенными и активированными аренами. Малоактивные субстраты сульфируются олеумом различной концентрации или сульфотриоксидом.

Сульфогруппа вводится в субстрат как с целью придания ему новых свойств (снижения токсичности лекарственного препарата, придания ему несколько иной биологической активности, повышения его растворимости в воде, что создает предпосылки для получения инъекционных лекарственных форм), так и с целью дальнейшей замены сульфогруппы на гидроксил, аминогруппу и т. п.

Целевым продуктом сульфирования аренов являются сульфоновые кислоты, которые называют, добавляя к названию основы окончание «сульфокислота» («сульфоновая кислота»), например, бензолсульфокислота, 2-нафталинсульфокислота.

При N- и O- сульфировании образуются амиды и эфиры серной кислоты.

Сульфокислоты, как правило, являются твердыми гигроскопичными кристаллическими веществами, хорошо растворимыми в воде. Это сильные кислоты, по константе диссоциации близкие к минеральным. В разбавленных водных растворах они диссоциируют практически нацело.

Число синтетических сульфокислот очень велико, и они широко используются в практике.

Из природных сульфокислот следует, прежде всего, отметить аминосульфокислоты: таурин и цистеиновую кислоту, которые играют большую роль в процессе всасывания жиров в организме млекопитающих, а также сульфатированные фито- и зоополисахариды

Гепарин — (сульфатированный зоогетерополисахарид, состоящий из глюкуроновой кислоты и глюкозамина) выпускается в качестве лекарственного препарата для регулирования свертываемости крови и лечения ряда других заболеваний.