14_10-Hetero (Раздаточный материал (методички) по органической химии)

63

ВВЕДЕНИЕ

Выпуск 8 из серии сборников в “Учебно-методическом пособии по общему курсу органической химии” включает задачи и упражнения с решениями по синтезу и свойствам таких ароматических гетероциклов как фуран, пиррол, тиофен, пиридин, хинолин и индол.

Гетероциклы являются очень важным классом соединений, составляющим более половины всех известных органических соединений. Большинство наркотических анальгетиков, витаминов и других природных соединений являются гетероциклами.

Алкалоиды это природные продукты, которые содержат один или более гетероатомов азота и находятся в листьях, коре, корнях, семенах растений. В качестве примера можно привести кофеин (содержится в листьях чая, в зернах кофе и орехах кола) и никотин (содержится в листьях табака). Хорошо известны два других гетероцикла – валиум (синтетический транквилизатор) и серотонин (нейромедиатор), ответственные за самообладание или эмоциональную устойчивость.

Химия гетероциклов чрезвычайно разнообразна. В пособии собраны задачи по соединениям, содержащим ароматические гетероциклы, которые обычно выделяются при преподавании общего курса органической химии в обособленный класс органических соединений (в отличие от насыщенных гетероциклов). Задачи, представленные в этом разделе разнообразны и тесно связаны с задачами по химическим свойствам карбонильных соединений (синтез гетероциклов), с задачами на ароматичность и на реакции ароматического электрофильного и нуклеофильного замещения (химические свойства гетероциклов).

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. В приведенном ниже ряду укажите ароматические, неароматические и антиароматические молекулы.

2. Свободная электронная пара атома азота в пирроле находится на орбитали

A) sp² орбитали

B) sp³ орбитали

C) p орбитали

D) sp орбитали

3. Нарисуйте орбитальную картину для молекулы фурана.

4. Нарисуйте орбитальную картину для молекулы пиридина.

5. Предложите объяснение наблюдающейся основности пиррола (рК_а -4.4), пиридина (рК_а 5.29) и пирролидина (рК_а 11.31).

6. Фуран можно получить относительно просто из фурфурола (фуран-2-карбальдегида) декарбонилированием в жестких условиях (400^oC / H₂O / Zn(CrO₄)₂. Напишите реакцию, отражающую синтез фурфурола из кочерыжек кукурузных початков.

7. Получите 2,5-диметилфуран (А) из этилацетата и других необходимых реагентов. Напишите схему механизма генерирования фуранового цикла.

8. Из ацетоуксусного эфира, пинаколина (3,3-диметилбутан-2-она) и других необходимых реагентов получите 2-трет-бутил-5-метилфуран (А).

9. Из циклогексанона, пирролидина, бромацетона и других необходимых реагентов получите замещенный фуран А.

10. Как получить 1-метил-2,5-дифенилпиррола (А) из метиламина, этилбензоата, этилацетата и других необходимых реагентов? Приведите схему механизма генерирования пиррольного цикла.

11. Получите соединение А, исходя из адипиновой кислоты, бромацетона и метиламина.

12. Из бензола, о-аминофенола и левулиновой (4-оксопентановой) кислоты получите соединение А, которое используется в синтезе лекарственных препаратов.

13. Получите пиррол А, если в Ваше распоряжение предоставлены циклопентанон, пиридин, пирролидин и -бромацетофенон.

14. Исходя из ацетофенона и диэтилового эфира адипиновой кислоты, осуществите синтез соединения А.

15. Реакции электрофильного замещения для фурана, пиррола и тиофена проходят преимущественно в положение С-2, а если это положение занято, то в положение С-5. Объясните этот факт. Нарисуйте резонансные структуры для промежуточного -комплекса, который образуется при атаке в положения С-2 (С-5) и С-3 (С-4).

16. Напишите условия приведенных ниже реакций.

17. Из фурана и других необходимых реагентов синтезируйте фурфуриловый спирт.

18. Приведите структуру соединения А, получающегося в результате следующей реакции.

19. В нижеприведенной схеме укажите структуры соединений А-С.

20. Приведите строение соединения А, которое образуется при обработке 2,5-диметилфурана одним эквивалентом диметилового эфира ацетилендикарбоновой кислоты.

21. Напишите структуру продукта А нижеприведенной реакции.

22. Предложите два метода синтеза 5-этилтиофен-2-карбоновой кислот, исходя из тиофена и других необходимых реагентов.

23. Исходя из метилфурана и других необходимых реагентов, получите, используя на одной из стадий реакцию Юрьева, 1,2-диметилпиррол (А). Напишите структуру продукта реакции монобромирования 1,2-диметилпиррола под действием диоксандибромида.

24. Расшифруйте приведенную ниже схему.

25. Предложите схему синтеза -фурил--тиенилкетона (А), исходя из тиофена, фурфурола и других необходимых реагентов.

26. Расшифруйте цепочку превращений

27. Приведите структуру соединения А.

28. Исходя из формальдегида и ацетоуксусного эфира, получите 2,6-диметилпиридин А, используя синтез пиридинов по Ганчу.

29. Получите 3-бензоилпиридин (А), исходя из пиридина.

30. Укажите условия превращения пиридина: А)  в 3-нитропиридин; В) в 3-бромпиридин.

31. Нарисуйте структуры интермедиатов, образующихся в электрофильных атаках по положениям С-2, С-3 и С-4 кольца пиридина и объясните, почему замещение по положению С-3 является преобладающим.

32. Напишите схемы превращения А) пиридина в 2-аминопиридин под действием амида натрия в жидком аммиаке и В) 4-хлорпиридина в 4-метоксипиридин при обработке метилатом натрия в метиловом спирте; сравните эту реакцию с взаимодействием 4-нитрохлорбензола с нуклеофильными реагентами.

33. Приведите схему механизма превращения 2-хлорпиридина в 2-метоксипиридин.

34. Укажите структуры соединений A-Е в приведенной ниже схеме.

35. Расшифруйте приведенную ниже цепочку превращений.

36. Из пиридина, бензола и других необходимых реагентов получите кетон А. Напишите формулу продукта нитрования кетона А нитрующей смесью.

37. Укажите структуры соединений А и В в приведенной последовательности превращений.

38. Расшифруйте представленную ниже схему.

39. Исходя из пиридина, получите 2,5-дибромпиридин (А). Какой продукт получится при обработке этого соединения раствором одного эквивалента метилата натрия в метаноле?

40. Обработка 4-бромпиридина NaNH₂ / жидк. NH₃ дает два изомерных соединения А и В с брутто-формулой C₅Н₆N₂, а реакция с MeONa / MeOH приводит только к одному продукту – С (C₆Н₇NO) Приведите структуры соединений А, В и С и схемы их образования.

41. Получите 2- и 4-бромпиридины, исходя из пиридина.

42. Исходя из пиридина и других необходимых реагентов, получите соединения пиридинового ряда A и В.

43. Получите 3-пиридинкарбоновую (никотиновую) кислоту (А) двумя способами: из а) хинолина и из б) пиридина.

44. Взаимодействие бут-2-еналя с анилином в условиях реакции Дебнера-Миллера приводит к 2-метилхинолину (реакция 1). Напишите структуры продуктов 2 и 3, получающихся в результате реакций (2) и (3). На примере реакции (1) приведите схему механизма реакции Дебнера-Миллера.

45. Укажите реагенты и условия синтеза замещенного хинолина А реакцией Дебнера-Миллера.

46. Расшифруйте схему приведенной ниже реакции.

47. Напишите структуру соединения А в приведенной ниже схеме.

48. Синтезируйте 6-бромхинолин (А) из анилина и глицерина.

49. Из 2-броманилина, гептандиаля и других необходимых реагентов получите замещенный хинолин А.

50. Исходя из анилина, ацетофенона и 4-хлорбензальдегида, синтезируйте замещенный хинолин А.

51. Взаимодействие орто-ацетиланилина с метилэтилкетоном (реакция Фридлендера) в зависимости от условий может давать изомерные хинолины А или В. Приведите структуры этих хинолинов.

52. Сопоставьте свойства бензольного и пиридинового колец в хинолине. Напишите соответствующие уравнения реакций.

53. Укажите реагенты и условия реакций, необходимые для осуществления приведенного ниже превращения.

54. Получите 4-гидрокси-2-метилиндол (А) реакцией Фишера, исходя из 3-гидразинофенола и ацетона. Приведите схему механизма реакции.

55. Получите индол (А) по Фишеру, исходя из 4-броманилина, бензил(н-пропил)кетона и других необходимых реагентов. Обьясните направление циклизации, рассмотрев схему механизма реакции.

56. Имея в своем распоряжении 3-ацетилпиридин и пара-анизидин (пара-метоксианилин), получите соединение А.

57. Какие исходные соединения необходимы для синтеза реакцией Фишера индола А?