2. ОРГАНИЧЕСКАЯ_ХИМИЯ_В_СХЕМАХ_И_РИСУНКАХ

Реакции по радикалу

Аминогруппа (-NH2) является заместителем I рода, активирует реакции электрофильного замещения (SE), направляет электрофил в орто- и параположения.

		NH2
Br				Br
3 Br2				качественная реакция на анилин
-3 HBr
				(выпадает белый осадок)
		Br
2,4,6-триброманилин

NH2					+
			H2SO4				NH3

_

HSO4 NH2

180 0 - H2O

SO3H

сульфаниловая кислота (лежит в основе сульфаниламидных препаратов)

O

NH

C

R

NH

C

R

O

O

R C

Cl

к. HNO3

- HCl

- Н2О

"защита" аминогруппы

NO2

+ H2O		_ R		C				OH	снятие
				O
									"защиты"
	NH2

NO2

п-нитроанилин

NB! Первичные амины легко окисляются, поэтому перед нитрованием аминогруппу необходимо "защитить".

Реакции алкилирования и ацилирования идут по аминогруппе (сравните с бензолом и фенолом).

81

Способы получения аминов

I. Восстановление азотсодержащих соединений:

а) нитропроизводных:

R-NO2 + 6 [H]

R-NH2

+ 2 H2O

C H -NO

2

+ 6 [H]

C H -NH

+ 2 H O (реакция Зинина)

6

5

6

5

2

2

б) нитрилов: R

C

N + 4 [H]

R-CH2-NH2

CH3-CN + 4 [H]

CH3-CH2-NH2

этиламин

в) изонитрилов: R

N

C + 4 [H]

R-NH-CH3

C2H5-NC + 4 [H]

C2H5-NH-CH3

метилэтиламин

O

г) амидов кислот:

R

C

+ 4 [H]

- H O

R-CH2-NH2

NH2

2

O

H C

C

+ 4 [H]

- H2O

CH3-CH2-NH2

3

NH2

ацетамид

Из монозамещѐнных (

O

) и дизамещѐнных (

O

) амидов при

R C NHR'

R C NR'

2

восстановлении образуются соответствующие вторичные ( R-CH2-NH-R' ) и третичные ( R-CH2-NR2 ) амины.

II. Взаимодействие галогенуглеводородов с амидами металлов:

R-Hal + NaNH2 R-NH2 + NaHal

C2H5Cl + NaNH2 C2H5NH2 + NaCl

NB! В методах I и II число атомов углерода в полученных аминах не изменяется по сравнению с исходным веществом.

III. Разложением амидов кислот по Гофману

O

R

C

+

NaOBr

R-NH2

+ CO2 + NaBr

NH2 гипобромит

натрия

O

C H

C

+ NaOCl

C H -NH

+ CO

2

+ NaCl

2

5

NH2

2

5

2

NB! В продукте реакции на один атом углерода меньше, чем в исходном веществе.

IV. Алкилирование аммиака и аминов по Гофману

NH3

NH изб.

NH3

NH изб.

R-Cl

[R-NH3]Cl

3

R-NH2

CH3-Br

[CH3-NH3]Br

3

CH3-NH2

-NH4Cl

-NH4Br

соль замещѐн-

первичный

ного аммония

амин

NB! При алкилировании первичных аминов образуются вторичные амины; алкилирование вторичных аминов приводит к третичным.

82

Соли диазония *

Это органические вещества общей формулы

Ar

N

N

X , где Ar - остаток

ароматического соединения, а Х - анион кислоты. Реакционноспособны. Возможны

реакции с выделением азота и без выделения азота.

Реакции с выделением азота

(Реакции замещения диазогруппы)**

Ar

N

N

X + MeY

Ar-Y + N2

+ MeX

KJ

ArJ + N2

+ KCl

KBr / кат.

ArBr + N2

+ KCl

Cu2Cl2

ArCl + N2

Ar

N

N

Cl

NaNO2 / кат.

ArNO2 + N2

+ NaCl

NaCN / кат.

ArCN + N2

+ NaCl

H O , t0

2

ArOH + N2 + NaCl

R-OH

Ar-O-R + N2 + NaCl

NB! 1) реакции образования простых эфиров при взаимодействии со спиртами

конкурентны реакциям дезаминирования:

O

Ar

N

N

X + RCH2OH

ArH + R

C + N2 + HX

H

2) Чтобы реакция дезаминирования стала единственно возможной, используют станнит натрия или муравьиную кислоту:

Na2SnO2 / H2O

ArH + N2 + NaCl + NaHSnO3

Ar N N Cl

HCOOH

ArH + N2 + CO2 + HCl

*имеют большое значение как промежуточные продукты в синтезе красителей

**реакции замещения на галогены, нитро-, цианогруппу катализируются мелкораздробленной медью (реакции Гаттермана) или солями одновалентной меди (реакции Зандмейера)

83

Реакции без выделения азота

1. Наибольшее практическое значение имеют реакции азосочетания. .

Азосочетание - это взаимодействие солей диазония с фенолами или ароматическими аминами (лучше с третичными) с образованием азосоединений.

Азосоединения - это производные азобензола:

	3'	2'	2	3
	4'	1'	1	4
		N	N
	5'	6'	6	5
		азобензол
N N	Cl +	Y		N N	Y + HCl
X	Y = -OH; -NR2			X

OH / pH 8-9

N N OH + HX

4-гидроксиазобензол

N N X

N	CH3	/ pH 5-6
				CH3
	CH3
		N N	N	+ HX
				CH3
		4-диметиламиноазобензол

NB! 1) Азосоединения яркоокрашены, поэтому их образование используют в фармации для анализа препаратов, содержащих первичную аминогруппу или фенольный гидроксил.

2) В азокрасителе различают две части: диазосоставляющую и азосоставляющую. Диазосоставлюящая - это часть азокрасителя, "пришедшая" от соли диазония

(часто диазосоставяющей называют соль диазония, вступившую в реакцию азосочетания).

Азосоставляющая - это часть азокрасителя, "пришедшая" от фенола или амина (часто азосоставляющей называют амин или фенол, которые вступили в реакцию

азосочетания).

COOH

N N OH

4-гидрокси-3-карбокси-3'-нитроазобензол

O2N

диазосоставляющая азосоставляющая

84

2. Восстановление:

Ar		N		N X + 2 H2	Ar		NH NH2 + HÕ

фенилгидразин

3. Образование триазенов:

Ar N N X + H2N-Ar Ar N N NH Ar + HÕ

триазен

Получение

Соли диазония получают по реакции диазотирования.

Диазотирование - это взаимодействие первичных ароматических аминов с азотистой кислотой с образованием солей диазония.

Реакцию проводят в кислой среде при низкой температуре (00C +50C).

	NH2		N N
Х	+ NaNO2 + 2 HCl	Х	Cl + NaCl + H2O
	HNO2

Примеры солей диазония:

N N

Cl бензолдиазоний хлорид

N N

Br 4-нитробензолдиазоний бромид

O2N

85

Аминокислоты

Это органические соединения, молекулы которых содержат аминогруппу (-NH2) и

карбоксильную группу (-COOH). Реакционноспособны. Возможны реакции: по группе NH2 (как для первичных аминов), по группе -СООН (как для кислот) и специфические

реакции.

Реакции по аминогруппе

HX

R

CH

COOH

_

+NH X

3

соль

R'Hal

R

CH

COOH_

+NH R' Hal

2

соль

R

CH

COOH

(CH3CO)2O

R

CH

COOH

-CH3COOH

NH2

NH-CO-CH3

N-ацетилпроизводное

R CH COOH NH2

2 O		C H
		H	R		CH			COOH
						CH2OH			N,N-диоксиметил
					N				производное
						CH2OH

Используется для количественного определения групп -СООН (метод "формольного" титрования)

HNO2	R		CH			COOH
- N2, H2O
			OH
	гидроксикислота
	Используется для количественного определения
	аминокислот (по объему выделившегося азота)

Реакции по карбоксильной группе

NaOH

R CH COONa

- H2O NH2

соль

R'-OH

R CH COOR'

- H2O NH2

сложный эфир

Ba(OH)2,t0

-BaCO3

R-CH2-NH2 (реакция декарбоксилирования)

- H2O	первичный амин

86

Специфические реакции

_

R

CH

COO

+

NH3

R'

CH

COOH

O

H

NH2

R

CH

COOH

H2N

CH C

N

NH2

R

R

R

CH

COOH

,t0

NH2

H N

- 2 H2O

O

внутренняя соль

CH COOH образование ди- и поли- R' пептидов (только

для -аминокислот)

O

N		H	(для -аминокислот)

R

дикетопиперазин

Для -аминокислот

Для - (и -) аминокислот

O

t0

O

t0

R

CH

CH

COOH

-NH3

R

CH

CH

COOH

H2C

C

N

H

2

OH

- Н2О

NH2

, -непредельная кислота

-лактам

CH2

CH

2

NH2

Качественные реакции на -аминокислоты

1) с гидроксидом меди (II) - синий раствор (как c глицерином):

R	NH2	HO	O		R			O
CH		OH	C			NH2	O
		Cu
			CH	- 2 H2O		Cu
C	HO
						O	H2N
O OH		H2N R			O			R

2)с нингидрином- сине-фиолетовый раствор

3)ксантопротеиновая реакция (на аминокислоты с ароматическим фрагментом):

к. НNO3

NaOH

CH

CH

COOH

O2N

CH

CH

COOH

2

2

- Н О

- Н2О

NH2

2

NH2

жѐлтый

_

O2N

CH

CH

COO Na+

2

NH2

оранжевый

87

Способы получения аминокислот

I.Есть аминогруппа, вводим карбоксильную группу (см. получение кислот).

1)окисление аминоспиртов и аминоальдегидов:

[O]

O

[O]

R

CH

CH2OH

R

CH

C

R

CH

COOH

H

NH2

NH2

NH2

II.Есть карбоксигруппа, вводим аминогруппу (см. получение аминов):

2)аммонолиз Hal-кислот:

R

CH

COOH

2 NH3

R

CH

COOH

- NH4Cl

Cl

NH2

3) восстановление` нитропроизводных:

R		CH			COOH	[H]
						R		CH			COOH
		NO2						NH2

4) присоединение NH3 к непредельным кислотам:

R-CH=CH-COOH + NH3 R CH CH2 COOH NH2

III. Вводим и аминогруппу, и карбоксильную группу:

R			NH4CN	R	C		N гидролиз	R
(R)H C		O		C				C			COOH
			- H2O					(R)H
				(R)H	NH2			NH2

NH4Cl+KCN

IV. Биохимический способ: гидролиз полипептидов и белков

O

H

фермент

H N

CH

C

N

CH

COOH

2 R

CH

COOH

2

R

R'

NH2

H-O-H

88

Гидроксикислоты

Гидроксикислотыэто органические соединения, молекулы которых содержат гидроксигруппу (ОН) и карбоксильную (-СООН) группу. Если гидроксигруппа связана с ароматической системой, то такие кислоты называются фенолокислотами. Реакционноспособны. Возможны реакции по гидроксигруппе ( как для спиртов или фенолов), карбоксигруппе (как для кислот) и специфические реакции.

Реакции по гидроксигруппе

[O]

-H2O

R

C

COOH

оксокислота

O

O

CH

C

3

Cl

R

CH

COOH

R

CH

COOH

-HCl

OH

O-CO-CH3 сложный эфир

2 C2H5OH

R

CH

COOC2H5

H2O

R

CH

COOH

- 2 H O

-C H OH

2

OC2H5

2

5

OC2H5

Реакции по карбоксигруппе

простой эфир

NaOH

-H2O

R

CH

COONa

соль

R

CH

COOH

OH

R'OH

O

OH

R

CH

C

-H2O

OR'

OH

сложный эфир

Специфические реакции

1. Разложение -гидроксикислот минеральными кислотами:

t0, H2SO4

O

+ HCOOH

Используется в фарманализе

R

CH COOH

R C

H

для подтверждения подлинности

O

H

определяют качествен-

лактата кальция

ной реакцией

2. Отношение -гидроксикислот к нагреванию:

O

R

O

t0

RCH

C

t0

OH

HO

- 2 H2O O

O

R

CH CH2

COOH

-H2O

R

CH CH COOH

OH

-непредельная

OH

HO C

CHR

O

R

кислота

O

лактид

O

O

t0

H2C C OH

O

-лактон

OH

-H2O

H2C

CH

2

3. Для фенолокислот помимо реакций по гидрокси- и карбоксигруппам возможны реакции SE по бензольному кольцу (см. "Арены"). Для салициловой кислоты в этих реакци-

ях наблюдается согласованная ориентация.

89

Способы получения гидроксикислот.

I.Есть гидроксигруппа, вводится карбоксигруппа (см. "Карбоновые кислоты"-

получение):

а) окисление гидроксиальдегидов:

C O

[O]

O

C O

[O]

O

R

CH

R

CH

C

CH

CH

CH

CH

C

H

OH

3

H

3

OH

OH

OH

OH

OH

молочная кислота

II. Есть карбоксигруппа, вводится гидроксигруппа (см. "Спирты"-получение):

а) восстановление оксокислот:

H2

R

CH

COOH

CH3

C

COOH

H2

CH3

CH

COOH

R

C

COOH

O

OH

O

OH

пировиноградная

кислота

б) гидролиз галогенпроизводных карбоновых кислот:

NaOH (водн.)

R

CH

COONa

H+

R

CH

COOH

R

CH

COOH

-NaCl

-Na+

Cl

-H2O

OH

OH

NaOH (водн.) H+

CH3

CH

COOH

CH3

CH

COOH

Cl

OH

в) гидратация непредельных кислот (см. "Карбоновые кислоты"-свойства):

R-CH=CH-COOH H2O/H+ R CH CH2 COOH CH2=CH-COOH H2O/H+ CH2 CH2 COOH

OH

OH

- гидроксипропио-

III. Вводится и гидроксильная, и карбоксильная группы:

новая кислота

O

HCN

H2O

R

C

H

R

CH

CN

R

CH

COOH

OH

H2O

OH

C O

HCN

H3C

H3C

CH

CN

H3C

CH

COOH

H

OH

OH

IV. Биохимические способы:

Образуются только -гидроксикислоты

а) брожение глюкозы (молочнокислое):

C H O

ферменты

2

CH

CH

COOH

6

12

6

3

OH

V. Синтез салициловой кислоты по КольбеШмидту:

ONa

COONa

COOH

CO ,t0,p

H+

2

фенолят натрия

OH

-Na+

OH

салициловая кислота

салицилат натрия

90