304- Органическая химия_Черных В.П. и др_Х., 2007 -776с

СераОрГанИЧеСКИе СОеДИненИя

531

образующийся сульфонамид-анион проявляет нуклеофильные свойства. При хлорировании натрия бензолсульфонамида получают бензолсульфон-

дихлорамид (дихлорамин б), который является сильным окислителем и используется для дезинфекции и дегазации ядовитых веществ.

дезинфицирующие свойства проявляют также и другие хлорамины.

среди аренсульфонамидов выделяют многочисленную группу лекарственных препаратов антибактериального действия — сульфаниламиды. структурным фрагментом сульфаниламидов является сульфаниловая кислота (см. с. 310).

наличие в молекуле сульфаниловой кислоты кислотного (группа —SO3H) и основного (группа —NH2) центров обусловливает ее существование в виде внутренней соли (биполярного иона)

сульфаниловая кислота является довольно сильной кислотой (ркa = 3,22), реагируя с основаниями, легко образует соли:

из-за биполярной структуры сульфаниловая кислота не образует солей с мине-

ральными кислотами, то есть, несмотря на наличие аминогруппы, она не обладает основными свойствами.

родоначальником сульфаниламидных препаратов является амид сульфаниловой кислоты, применяемый в медицинской практике под названием «Сульфанил-

амид» или «Стрептоцид»:

Глава 29

532

Схема синтеза стрептоцида:

с целью защиты аминогруппы от побочных реакций, протекающих при сульфохлорировании, предварительно анилин ацилируют. в качестве ацилирующего реагента чаще всего используют уксусный ангидрид. образовавшийся ацетанилид затем подвергают сульфохлорированию.

Сульфохлорированием называют процесс введения в молекулу органического соединения хлорсульфонильной группы —SO2Cl.

сульфохлорирование осуществляют действием хлорсульфоновой кислоты HOSO2Cl. При взаимодействии ацетанилида с хлорсульфоновой кислотой обра-

СераОрГанИЧеСКИе СОеДИненИя

533

зуется п-ацетамидобензолсульфохлорид (хлорангидрид п-ацетамидобензолсуль- фокислоты), который обрабатывают аммиаком. в результате реакции с аммиаком атом галогена в хлорсульфонильной группе замещается на аминогруппу и образуется п-ацетамидобензолсульфамид, который затем подвергают гидролизу в кислой среде с целью снятия ацетильной защиты. в процессе гидролиза образуется п-аминобензолсульфамид (стрептоцид).

В отличие от сульфаниловой кислоты ее амид является амфотерным соедине-

нием, способным образовывать соли как с минеральными кислотами, так и со щелочами:

замещением атомов водорода в сульфамидной группе молекулы стрептоцида различными радикалами, чаще имеющими гетероциклическую природу, получен многочисленный ряд лекарственных препаратов, обладающих антимикробной активностью:

При взаимодействии сульфонилхлоридов со спиртами или алкоголятами получают сложные эфиры (сульфонаты):

Глава 29

534

сложные эфиры п-бромбензолсульфоновой кислоты общей формулы п-BrC6H4SO2OR называют брозилаты, п-толуолсульфоновой кислоты — тозилаты ( п-CH3C6H4SO2OR), трифторметансульфоновой кислоты — трифлаты (CF3SO2OR). Приведенные сульфонаты проявляют сильнейшие алкилирующие свойства, так как в реакциях SN образуют стабильные уходящие группы (анионы соответствующих сульфоновых кислот).

нуклеофильное  замещение  сульфогруппы  (SN).  сульфогруппа имеет тетраэд-

рическое строение и практически не вступает в сопряжение с -электронами ароматической системы. следует также учитывать, что сульфирование является обратимым процессом. Поэтому при действии сильных нуклеофильных реагентов возможно замещение сульфогруппы другими функциональными группами. Протека-

нию реакций нуклеофильного замещения сульфогруппы способствуют также дефицит электронной плотности на атоме углерода ароматического кольца.

Гидролиз аренсульфоновых кислот (десульфирование). реакцию используют для удаления из ароматического кольца сульфогруппы.

Реакция щелочного плавления. сульфогруппа может быть удалена из ароматического кольца при действии различных нуклеофилов. Щелочное плавление солей сульфоновых кислот проводят с твердыми щелочами при температуре 300—350 °с. с помощью реакции щелочного плавления получают не только фенолы (см. с. 366, 377), но и другие классы органических соединений:

основным недостатком способа являются жесткие условия реакции и выделение значительного количества отходов (экологический аспект).

Электрофильное  замещение  (SE)  по  ароматическому  ядру.  сульфогруппа

—SO3H, являясь сильным электроноакцептором, дезактивирует ароматическое ядро в реакциях SE и ориентирует замещение в м-положение.

СераОрГанИЧеСКИе СОеДИненИя

535

ОТДелЬнЫе ПреДСТаВИТелИ. ПрИмененИе

2-аминоэтансульфоновая кислота

H2N—CH2—CH2—SO3H.

бесцветное кристаллическое вещество, растворимо в воде, нерастворимо в спирте.

используется в медицинской практике под названием «тауфон». Применяют для лечения заболеваний сетчатки, роговицы глаз, катаракты.

Бензолсульфоновая кислота с6н5—SO3H.

бесцветное кристаллическое вещество, расплывающееся на воздухе (т. пл. 171—172 °с (безводн.) и 45—46 °с (моногидрата)). хорошо растворима в воде, этаноле.

натриевую соль бензолсульфокислоты используют в синтезе фенола.

п-Толуолсульфоновая кислота

п-CH3C6H4SO3H.

айра ремСен 

(184 —1 27)

американский химик. известен как блестящий педагог, новатор системы химического образования в сша. его книга «основы теоретической химии» (1876) выдержала 28 изданий и 15 переводов. работал в области органической химии. совместно со своим сотрудником к. фальбергом впервые синтезировал сахарин (1879) и запатентовал метод его производства.

бесцветное кристаллическое вещество (т. пл. 104 °с (моногидрат)). хорошо растворима в воде, этаноле, эфире, многих органических растворителях.

Применяют в качестве кислотного катализатора.

Высшие сульфонаты (с14–с18) R—SO3Na. используют в качестве Пав, моющих веществ, эмульгаторов и флотационных реагентов.

Бензолсульфонилхлорид с6н5—SO2Cl. Жидкость, дымящая на воздухе (т. кип. 251,5 °с). нерастворим в воде, хорошо растворим в этаноле, эфире, хлороформе. Пары обладают сильным раздражающим действием на слизистые оболочки органов зрения и дыхания. Пдк 0,3 мг/м3.

Применяют в синтезе бензолсульфамида, алкиловых эфиров бензолсульфокислоты.

Высшие сульфамиды (с14—с18) R—SO2NH2 являются исходными продуктами в синтезе отбеливателей, эмульгаторов и т. д.

п-аминобензолсульфамид (сульфаниламид, стрептоцид). бесцветное кристаллическое вещество, труднорастворимое в воде и спирте, легко — в горячей воде, щелочах (т. пл. 164—167 °с). является родоначальной структурой группы химиотерапевтических препаратов антибактериального действия — сульфаниламидов.

5-(аминосульфонил)-4-хлор-2-[(фурилметил)амино]бензойная  кислота. бес-

цветное кристаллическое вещество, нерастворимо в воде. Проявляет сильнейший диуретический эффект.

Глава 29

53

в медицинской практике используется под названием «Фуросемид».

Имид о-сульфобензойной кислоты (сахарин). бесцветное кристаллическое вещество. труднорастворимое в воде (1 : 250), спирте (1 : 40), (т. пл. 224—226 °с). дигидрат натриевой соли сахарина называют кристаллозой. слаще сахара в 500— 600 раз. выводится с мочой в неизменном виде.

Применяют в качестве подсластителя диетических пищевых продуктов.

глава 30

геТерОциКлиЧесКие сОединениЯ

Гетероциклическими соединениями называют группу органических веществ, циклы которых содержат в своем составе наряду с атомами углерода один или несколько атомов других элементов — гетероатомов (O, N, S, P, Si и др.).

наиболее изученными и широко распространенными являются азот-, кислород- и серосодержащие гетероциклы. около 2/3 известных природных и синтетических веществ являются соединения гетероциклической природы. Гетероциклы входят в состав витаминов, алкалоидов, антибиотиков, природных пигментов, нуклеиновых кислот, ферментов и др. Многие гетероциклические соединения обладают высокой биологической активностью, поэтому неслучайно более половины всех лекарственных веществ содержат в своей структуре гетероциклические фрагменты.

в предыдущих главах были рассмотрены некоторые гетероциклические соединения (этиленоксид, лактоны (cм. с. 492), лактамы (с. 511), ангидриды двухосновных карбоновых кислот (с. 447) и др.). их химические свойства практически не отличаются от свойств аналогов ациклического строения (эфиров, аминов, сульфидов и др.).

30.1. КлассиФиКациЯ

в основу классификации гетероциклов положены следующие признаки:

размер цикла (три и более атомов):

 природа гетероатома (O, S, N, P, Si, Bi, Te и др.):

Глава 30

538

количество гетероатомов (моно-, диили три- и так далее гетероатомные циклы):

степень насыщенности цикла (насыщенные, ненасыщенные и ароматические гетероциклы):

в особую группу выделены конденсированные системы:

30.2. нОМенКлаТура

для гетероциклических соединений применяют тривиальные и систематиче-

ские названия. Тривиальные названия приняты номенклатурой IUPAC и в большинстве случаев являются более предпочтительными.

При построении систематических названий гетероциклов номенклатурными правилами IUPAC учитывается природа и количество гетероатомов, а также размер цикла и степень его насыщенности. При этом природа гетероатома отражается в префиксе, размер цикла — в корне, а степень насыщенности — в суффиксе названия. для обозначения гетероатомов используют префиксы окса- (O), тиа- (S), аза- (N) и др. размер цикла обозначается корнями -ир- (трех-), -ет- (четырех-), -ол- (пяти-), -ин- (шести-), -еп- (семичленный), а степень насыщенности — суф-

фиксами -идин (насыщенный цикл с атомом азота), -ан (насыщенный цикл без атома азота), -ин (ненасыщенный цикл). в названии гетероциклов с максимально возможным количеством двойных связей в цикле суффикс не указывается. для частично гидрированных соединений используют приставки дигидро-, тетрагидро- с указанием номеров атомов, к которым присоединен водород. если атом водорода присоединен только к одному атому цикла, то в названии указывается номер гидрированного атома и символ н. в шести- и семичленных азотсодержащих гетероциклах полная насыщенность цикла обозначается приставкой пергид- ро-. количество гетероатомов одного вида указывают в названии множительными приставками ди-, три-, тетра- и т. д. если гетероцикл содержит несколько разных гетероатомов, то называют их в определенной последовательности: окса-,

тиа-, аза- и др.

ГеТерОЦИКлИЧеСКИе СОеДИненИя

53

При составлении названия в целом допускается ряд упрощений. Примеры систематических и тривиальных названий некоторых гетероциклов:

трехчленные гетероциклические соединения1:

четырехчленные гетероциклические соединения:

Пятичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом:

Пятичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами:

шестичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом:

1 знаком (*) отмечены тривиальные названия. наиболее широко используемое название приведено первым.

Глава 30

540

шестичленные гетероциклические соединения с двумя гетероатомами:

семичленные гетероциклические соединения с одним гетероатомом:

нумерацию атомов в гетероцикле обычно начинают с гетероатома и проводят

втом направлении, чтобы заместители получили возможно меньшие номера.

впяти- и шестичленных гетероциклах с одним гетероатомом атомы углерода иногда обозначают греческими буквами .

вгетероциклах с несколькими равноценными гетероатомами нумерацию проводят таким образом, чтобы гетероатомы получили наименьшие из возможных номеров:

если в гетероцикле имеется несколько разных гетероатомов, то нумерацию начинают с того, который в ряду O, S, NH, N расположен левее; проводят в таком направлении, чтобы остальные гетероатомы получили возможно меньшие номера: