Traven__39__39_Organicheskaya_khimia_39_ _39__Tom_2 (1125752), страница 61
Текст из файла (страница 61)
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). кс. 104 Я„„ Я Пятичленные гетероароматическне соединения ацидофобны.В присутствии сильных кислот они подвергаются протонированию, вследствие чего нарушается их сопряженная п-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 ХН-протонировании. С-Протонированный пиррол описывается набором трех резонансных структур, в то время как ХН-протонированный пиррол к резонансной стабилизации не способен вообще. 442 Глапа 25. Гстсроциклиисскис сослинсння Я Я," Х, Х Н Н Н реснгнангнпн спгабгглггаацггл ггепоамолгиа ~~и ~~и Дн Н Н Н Н ! н Н Н реаоггаггсгго-ггггггбилгггггропаиггпгй ион Поскольку протонированию подвергается сопряженная и-система пиррола, основность этого соединения оказывается значительно ниже, чем основность любого из аминов, которые протонируются по )к(-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. О СНз — С + (СНзСО)зО О)к)О ацстилнитрат нитрующис агенты Низ + СНзСООН вЂ” суллфирующий агент иириаинсульфотриоксил (СНзСО)тО + кислота Льюиса — ацстилирующий агент (Вгз, ЯпС!4, ХпС!з) С использованием этих реагентов реакции с пятичленными гетероароматическими соединениями идут в мягких условиях и с хорошим выходом. Обращает иа себя внимание высокая региоселективность реакций электрофильного замещения пятичленных гетероароматических соединений.
Все реакции идут преимущественно в положение 2 (5) цикла. 443 25.2. Пятичлснные гетсроциклические соединения. Пиррол, фуран, тнофсн ао сн,с,' ОНО с 3 сн,с,' О ~О2 ' 'ОН 2-нитрофуран, уксусная Й фуран-а-сульфокислота / 2-ацстилфуран, а-' гстилфуран снз Л... / 2-нитрониррол, а-нитроп ХН Я '0 фуран сн соо о / ~ циррол- 2-сульфокислота нн ю,н снз ,,о нн с,' н 2-ацетилниррол, а-ацстилннррол 1 н ниррол 2-формилннррол, и-формилциррол З 2 ь / ~ тиофсн- 2-сульфокислота н,воц (ксн1ы 2,5-диаромтиофсн Вг ц Вг тиофен 2-нитротиофсц / ~ Я ХО2 ~си сомо, 1о'с В терминах теории резонанса атака электрофила в положение 2 объясняется большей стабильностью образующегося о-комплекса, Для этого комплекса возможны три резонансные структуры.
При атаке в положение 3 лля а-комплекса можно написать лишь две резонансные структуры. Глава 25. Гстсроликлинескис соединения Атака в положение 2 / ~ +Во О ~Дн ~~и ~~и О Е О Е О Е Атака в положение 3: Н Н / ~ „Ео О -0,37 0,37 -0.60 + Е ' продукт. о 0,00 элсктрофил гетеронрсн ~акцептор) <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 Н н' =- о Х 1 Н пиррол, рК» 16,5 Н оКн пирролкалий, пирролят калия ~ароманпгнен3 неаромагпинен Ниже приведены реакции карбонизации, формилирования, азосочетания и алкилирования, протекающие с промежуточным образованием пнрролят-иона и с последующим электрофильным замещением в нем.
Согласно концепции граничных орбиталей, предпочтительность электрофильной атаки положений 2 и 5 пятичленного гетероарсна определяется большими значениями собственных коэффициентов ВЗМО именно в этих положениях. 25.3, Конденсированные питичлснныс гстсропиклипсскис соединении. Инлол 445 / ~ К-соль 2-пирролкарбоноаол нн соок кислоты ооа / ~ О 2-формилпиррол о нн с, н ек~ 2-фснилазопиррол нн сн ~ Π— О. 1к1 мн снз сн, 1Ч-мстилпиррол 2-мстилпиррол 25.3. КОНДЕНСИРОВАННЫЕ ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ИНДОЛ Индол является бициклическим соединением, в котором бензольное кольцо сконденсировано с циклом пиррола. н никол 25.3.1. Способы получения Универсальным методом синтеза производных ипдола является реакяил Фишера 11883 г.).
В атом методе фенилгидразон альдсгида или кетона подвергается циклизации под действием кислотного катализатора (Вгз, ХпС1,, Производные индола часто встречаются среди природных соединений. Некоторые фармацевтические средства — производные индола. Глава 25. Гстерониклннсские соединении полифосфорная кислота — ПФК). а ! ! А пфк, в.с Х С Н СН3 фенилгидразон анстофснона 2-фснилиндол ( !) ! Н Н 1,2,3,4-тстрагидрокарбазол фснилгидразон цнклогсксанона Свободный индол в небольших количествах найден в некоторых эфирных маслах (например, в масле апельсиновых цветов).
В промышленном масштабе извлекается из каменноугольной смолы. Индол представляет собой бесцветные кристаллы, т.пл. 52 'С; дажс в очищенном виде имеет неприятный запах, Крайне неприятным запахом обладает 3-метилипдол (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. СНгХ(СН3)г сн о, (сп )з)чн з о ! Н -()з',)з-димстиламинометил)индов и идол ! 3-(фенилазо)индол Н 447 25,3. Конденсированные пятичлснные гетероникличсскнс соединении.
Индия 1 ! — ""'" ! ! Н Н иидол — ! ы СОСОХН2 СН2СН2ХН2 триптвмин Х н ! Н Предпочтительность положения 3 в молекуле индола для элсктрофильной атаки объясняется тем, что именно это положение имеет максимальное значение собственного коэффициента в ВЗМО: — 0.414 -04 52 -г0,534 +0,333 (),354 -0.330 -0,382 Ссд резоиансггггя тнабилнзиння с учатнием сит на азота о~исункяаутчгг Н Н Н Н резгзиаггсиня стабгглггзггг<ггл г учгггтггием атома азии|а а о-комплекс, образующийся при атаке электрофильного агента в положе- ние 3, имеет лучшие условия для резонансной стабилизации.
Ниже показа- ны только те структуры о-комплексов, в которых положительный заряд делокализован лишь в пиррольном цикле. 448 Гпппп 25. Гетероциклическис соединении 25.4. ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. ПИРИДИН 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. (8) 5 ( ~~ 3(Р) (а) б (. ~~ 2(а) )к( 3-метилпирилин (р-николин) 4-метилпирилин (у-николин) 2-метилпирилин (а-николин) пирилин ! СН3 Х СН3 2,6-лиметилпирилин (2,6-путилин) 2,4,6-тримстилпирилин (сими-коллипин) 4-изопропил- пирилин 25.4.1. Способы получения О СН)ССН2СООСН3 + СНЗСНО + )к(Н3— мстилацетоацетат ацстальлсгил 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 атому методу замещенные пиридины получают циклоконденсацией эфиров р-кетокислот с альдегидами и аммиаком с последующим окислением полученных дигидропиридинов. 449 25.4. Шестичлснныс гстсроцикличсские сосаинснил, Пирнхин Н СН3 н Лимстил-2,4,6-триметилл,4-Лигиаро- 3,5-лирилинликарбоксилат СН3 СН3 СНЗООС СООСН3 ! 2,оао,ю' СН3 Н СН, СН3 14 СН3 2,4,6-триметилнирили~ Известны синтезы пиридина на основе еще более простых рсагснтов. З НС=— СН + НСН ацетилен цирихин 2-метилнирнлин 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.
Пиридии является шестичленным гетероароматическим аналогом бензола, Его плоская молекула имеет сопряженную систему из шести и-электронов, Все атомы цикла находятся в состоянии гр2-гибридизации и вносят по одному п-электрону в ароматический секстет. оирилин 29П 76! О 3СН3 — С, + Н ацстальцегия ~~3 „, ~ + Н2 + 3Н20.
. СН, 450 Глоос 25. Гетсроппклачсскас сосдисеаия о о о 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 электроиодефицитиый гетероцикл. и =2,26Р Экспериментальные значения энергий граничных орбиталей пиридина сравниваются на диаграмме (рис. 25.3) с соответствующими значениями для бензола и пиррола.
Как видно. замена фрагмента — СН= в молекуле бензола на группу †)ч= заметно повышает и первый потенциал ионизации, и первое значение электронного сродства. Вследствие этого пиридин является весьма инерт- ео В "- а> р„-1 о — 2,38 -1,15 — 0,62 9 1О и и о и и й о и 8,85 9,24 9,70 бензол пиридин пиррол Ркг, 25.3. Эиергетическая диаграмма граиичиых молекулярных орбиталей беизола, ииррола и ииридииа НЭП атома азота находится вне и-сопряженной системы и занимает .срз-орбиталь, ориентированную в плоскости цикла и имеющую и-симметриях Ароматическая делокализация и-электронов в молекуле пиридина иллюстрируется следующим набором резонансных структур: 451 25.4, Шестичленные гетерониклические соединения.
Пиридин ным в реакциях с электрофильными агентами, но обладает повышенной склонностью к реакциям с нуклеофилами. 25.4.3. Реакции Основные и нуклеофильные свойства Поскольку НЭП азота в молекуле пиридина не входит в ароматический секстет, пиридин обнаруживает и оснбвные, и нуклеофильные свойства. Как и в случае аминов, осповпость гетероциклических оснований, в том числе пиридина и пиррола, принято оценивать значениями рК, их сопряженных кислот — рК„ а + Н20 = ) + НзО -о 1 Н лиридин рвиг,„,но, зать Обратите внимание! Основность пиридина почти на 6 единиц рК, выше основности пиррола рК„ ,„,, равной -0,4. Пиридин легко алкилируется с образованием Х-алкилпиридиниевых солей.
В этой реакции пиридин выступает в качестве нуклеофила. + СН21— иодметнн 1о о СНз М-метилнириднния- иодид ниридин Нуклсофильные свойства пиридина подтверждаются и легкостью образования Х-ацилпиридиниевых солей. Такие соли образуются в качестве интермедиатов в реакциях О-ацилирования карбоновых кислот хлорангидридами в присутствии пиридина (см. в разд. 20.2). Электрофнльное ароматическое замещение Вследствие пониженной и-электронной плотности в цикле пиридин подвергается реакциям электрофильпого замещения лишь в жестких условиях. 452 Глава 25.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
