Organicheskaya_khimia_Uchebn_v_2-kh_t_T_2_Traven (1125751), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Л '= Л. о и СбНзХ=— ХС1 — (~ )) + НС!. Ы бензолдиазоний- 1з( (з(=(з(СбНб Н 2-(фенилазо)пиррол ! Н пиррол хлорид Относительная активность пятичленных гетероаренов в реакциях 5 Аг снижается в ряду: пиррол > фуран > тиофен. Но даже тиофен значительно превосходит бензол по реакционной способности. Ниже приведены факторы парциальных скоростей для реакции электрофильного Н/Т-обмена в тиофене в присутствии трифторуксусной кислоты (согласно определению, значения этих факторов подсчитаны относительно бензола — подробнее об их подсчете см.
в разд. 9.5). Пятичленные гетероароматические соединения ацидофобны.В присутствии сильных кислот они подвергаются протонированию, вследствие чего нарушается их сопряженная я-электронная система. Протонированная молекула ведет себя как сопряженный диен, претерпевая полимеризацию и осмоление. Полагают, что протонирование идет не по гетероатому, а по а-С-атому. Например, катион, образованный при С-протонировании пиррола, энергетически более выгоден по сравнению с катионом, образованным при ИН-протонировании. С-Протонированный пиррол описывается набором трех резонансных структур, в то время как ХН-протонированный пиррол к резонансной стабилизации не способен вообще. 442 Глава 25.
Гетсроцикличсские соединения Я=О ° н' Н Н Н резонансная стабилизация невозможна ~=~ н ~=~ « ~~~и МО Н О )к) Н н ! Н н н резонансно-стабилизированнееа ион Поскольку протонированию подвергается сопряженная и-система пиррола, основность этого соединения оказывается значительно ниже, чем основность любого из аминов, которые протонируются по Х-атому: значение рКа сопряженной кислоты пиррола составляет -4,4. В связи с повышенной чувствительностью пятичленных гетероароматических соединений к сильным кислотам в ряде их реакций электрофильного замещения применяют модифицированные электрофильные реагенты.
При использовании этих реагентов исключается сильнокислая среда. Ниже даны примеры таких реагентов. рО СН3 С + (СНЗСО)20 0)к)02 ацетилнитрат нитрующие агенты Н) 103 т СНЗСООН вЂ” сульфирующий агент пиридинсульфотриоксид (СНЗСО)20 + кислота Льюиса — нцетилирующий агент (Врз, ЯпС!е, ХпС12) С использованием этих реагентов реакции с пятичленными гетероароматическими соединениями идут в мягких условиях и с хорошим выходом. Обращает на себя внимание высокая региоселсктивность реакций электрофильного замещения пятичленных гетероароматических соединений. Все реакции идут преимущественно в положение 2 (5) цикла, 443 25.2. Пятичленныс гетероцнклические соединения.
Пиррол, фуран, тиофен ,О сн,с,' ОХО Я + сн,с,' о )ь)ог он 2-нитрофуран, уксусная ~... Й фуран-2-сульфокислота пиридии фуранн ьсульфокислота / 2-ацетилфуран, О с= '- --фура сн, / 2-нитропиррол, а-нитропиррол Хн Ог фуран врз СН,СООЫО, / ) пиррол- 2-сульфокислота мн ~~з (( )) сн, „о ь)н с,' н 2-ацетилпиррал, а-ацстилпиррол ! н пиррол 2-формилпиррол, сьформилпиррол / ) тиофен- 2-сульфокислота В ВОзН Нгхоа (кона.) 2,5-дибромтиофен Вг З Вг тиофен 2-нитротиофен / ~ В НОг (снтсо) О, !О с В терминах теории резонанса атака электрофила в положение 2 объясняется большей стабильностью образующегося а-комплекса, Для этого комплекса возможны три резонансные структуры. При атаке в положение 3 для а-комплекса можно написать лишь две резонансные структуры. Гливи 25. Гетеропиклические соединения Атака и положение 2 (( ~ Ео О ~кн ~~ и ~~ н О Е О Е О Е Атака е положение 3 Н Н С( 'е + е [ О -0,37 0,37 -0,60 + Е ' продукт.
о 0,60 алектрофил гетсроарен (акнептор) (донор) Следует отметить особые свойства пиррола в ряду пятичленных гетероаренов. Пиррол является амфотерным соединением. Он проявляет не только основные (хотя и очень слабые!), но и кислотные свойства. При действии сильных оснований пиррол образует пирролят-ион. Пирролят-ион сохраняет ароматический характер пиррола. Его химические свойства подобны свойствам феноксид-иона. Пирролят-ион вступает в реакции электрофильного замещения даже со слабыми электрофильными реагентами. н Х Н нги Н Н ! пиррол, ряе 16,5 О Ко пирролкалий, пирролят калин (ироматичен) неаримитичен Ниже приведены реакции карбонизации, формилирования, азосочетания и алкилирования, протекающие с промежуточным образованием пирролят-иона и с последующим электрофильным замещением в нем, Согласно концепции граничных орбиталеи, предпочтительность электрофильной атаки положений 2 и 5 пятичленного гетероарепа определяется ббльшими значениями собственных коэффициентов ВЗМО именно в этих положениях.
25.3. Конденсированные пятичленные гетеропиклические соединения. Индол 445 / ~ К-соль 2-пирролкарбоновой ХН СООК кислоты О 2-формилпиррол ХН С Н ОК снр р-фснилазопнррол ХН Х=Х Я Х Хн СН, ! СНз 2-метилпиррол Х-метилпиррол 25.3. КОНДЕНСИРОВАННЫЕ ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ИНДОЛ Индол является бициклическим соединением, в котором бензольное кольцо сконденсировано с циклом пиррола. 4 Н индол Производные индола часто встречаются среди природных соединений. Некоторые фармацевтические средства — производные индола. 25.3.1.
Способы получения Универсальным методом синтеза производных индола является реащия Фишера (1883 г,). В зтоле методе фенилгидразон альдегида или кетона подвергается циклизации под действием кислотного катализатора (Вгз, УлС1з, 446 Глине 25. Гетероциклические соединения полифосфорная кислота — ПФК).
.М ' пфк |оо с Н СН3 фенилгидразон ацетофенона 2-фенилиндол 1 Н ! Н 1,2,3,4-тетрагидрокарбазол фенилгидразон циклогексаиона Свободный индол в небольших количествах найден в некоторых эфирных маслах (например, в масле апельсиновых цветов). В промышленном масппабе извлекается из каменноугольной смолы. Индол представляет собой бесцветные кристаллы, т.пл. 52 'С; даже в очищенном виде имеет неприятный запах. Крайне неприятным запахом обладает 3-метилиндол (скатол).
25.3.2. Реакции Индол проявляет свойства как пиррола, так и бензола. При этом реакции электрофильного замещения с индолом идут прежде всего в положение 3 пиррольного цикла. С Н2Х(СНз), снго, (снз)знн )з( ! Н -(Х,М-днметиламинометил)индел Н индол 3-(фенилазо)индол Н 25.3. Конденсированные лятнчленные гстероциклические соединения. Индол 447 ! ! ! Н Н индел — ! ! м СОСОХН2 СН2СН2ХН2 трнлтамнн Н ! Н Предпочтительность положения 3 в молекуле индола для электрофильной атаки объясняется тем, что именно это положение имеет максимальное значение собственного коэффициента в ВЗМО: -0,4! 4 -04 52 +0,534 +0,333 +0,354 -О,ЗЗО -0,352 резонансная стабилизация с участием атоми азоти отсутствует ! Н ! Н ! Н ! Н резонинсния стабилизация с участием итоми изота Р а п-комплекс, образующийся при атаке электрофильного агента в положе- ние 3, имеет лучшие условия для резонансной стабилизации.
Ниже показа- ны только те структуры п-комплексов, в которых положительный заряд делокализован лишь в пиррольном цикле. 448 Глава 25. Гетероциклические соединения 25.4. ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ПИРИДИН 4(у) (й)5 ( ~~ 3(й) (п)61 ~~ 2(а) Х 1 2-метилпиридин (а-пиколин) 3-метилпиридин (8-николин) 4-метилпиридин (т-николин) пиридин ! СН3 Х СН3 2,6-диметилпиридин (2,6-л)тидин) 2,4,6-триметилпиридин (сп.им-коллидин) 4-изопропил- пиридин 25.4.1.
Способы получения В промышленных масштабах пиридин и его гомологи получают при коксохимической переработке каменного угля, Наиболее известный препаративный метод синтеза производных пири- дина был предложен А. Ганчем (1882 г.). По этому методу замещенные пиридины получают циклоконденсацией эфиров р-кетокислот с альдегидами и аммиаком с последующим окислением полученных дигидропиридинов, О 8 СНЗССН2СООСН3 + СНЗСНО + ХН3 метилацетоацетат ацетальдегид Среди шестичленных ароматических гетероциклических соединений наиболее важное значение имеют пиридин и его производные. Названия производных пиридина включают слово «пиридин» в качестве ключевого слова, название заместителя и его положение. Для метилпиридинов в скобках указаны также их общепринятые тривиальные названия. 449 25.4.
Шсстичлснные гетсроцикличсские соединения. Пирндин Н СН, СНЗООС СООСН3 СН Н СН арсматитация 3 3 Н диметил-2,4,6-триметил-1,4-дигидро- 3,5-пиридиндикарбоксилат СН, СНЗООС СООСН3 ь кон Снз М СН3 2,4,6-тримстилпириди~ Известны синтезы пиридина па основе еще более простых реагентов. 2 НС— = СН + НСЫ ацетилен . Х пиридин 2-метилпириднн 25.4.2. Физические свойства и строение Пиридин представляет собой бесцветную жидкость с т.кип. 115,3 'С. Он обладает характерным неприятным запахом, смешивается во всех отношениях с водой, этанолом, диэтиловым эфиром; устойчив при хранении. Пиридин является шестичленным гетероароматическим аналогом бензола. Бго плоская молекула имеет сопряженную систему из шести и-электронов.
Все атомы цикла находятся в состоянии хрг-гибридизации и вносят по одному и-электрону в ароматический секстет. пиридин 0 3 СН3 — С, Н ацетальдегид + ХН3 — „, ~ + Нг + Знго. Х СН, 450 Глава 25. Гетсроциклитеские соединения В большей части этих структур атом азота имеет отрицательный заряд, что соответствует его большей электроотрицательности. Степень разделения зарядов в молекуле пиридина характеризует сравнительно высокий дипольный момент.
В соответствии с этим пиридин рассматривают как электроиодефицитный гетероцикл. 1г = 2,26 О Экспериментальные значения энергий граничных орбиталей пиридина сравниваются на диаграмме (рис. 253) с соответствующими значениями для бензолаи пиррола. Как видно. замена фрагмента — СН= в молекуле бензола на группу -М= заметно повышает и первый потенциал ионизации, и первое значение электронного сродства. Вследствие этого пиридин является весьма инерт- т и -2,38 -1,15 -0,62 9 И 10 1й~ 8,85 9,24 9,70 бензол пиррол Рис. 252Ь Энергетическая диаграмма граничных моленуляраых нрбнталей беизола, ииррела н пиридина НЭП атома азота находится вне я-сопряженной системы и занимает эрз-орбиталь, ориентированную в плоскости цикла и имеющую о-симметрию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
