03 - (2004) (1125802), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Применение метки "О подтверждает, что в реакции расщепляется связь ацил-кислород. Значение энтропии активации (Ао~= +17 кал. К ' хмоль ') согласуется с диссоциативным механизмом. 18.8.3. КАТАЛИЗ ГИДРОЛИЗА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ 18.8.3.а. ОБ1ЦИЙ ОСНОВНОЙ И НУКЛЕОФИЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ Как уже отмечалось выше, реакцию омыления В„с2 в строгом смысле слова нельзя считать каталнтической, так как гидроксильный ион ведет себя как нуклеофил, а не как основание. Истинный катализ основаниями наблюдается при проведении пщролиза в условиях, когда среда близка к нейтральной. Гидролиз сложных эфиров в нейтральной среде — довольно общая реакция и катализируется самыми разными основаниями.
В таких условиях возможна реализация двух типов катализа: общеосновного и нуклеофильного (гл. 3, ч. 1). При общем основном катализе основание способствует атаке молекулы воды на сложный эфир: В ~Н Н й С=о = ВНв+ НΠ— С-~Ъо— ! йо 1 — КСООН + Ой!о При нуклеофильном катализе вначале происходит атака нуклеофила на молекулу сложного эфира, что приводит к реакционноспособному интермедиату ВСОХи„который затем быстро гидролизуется водой: )ЧР+ й-СО-ОФ К-СО-1Чи + К'08. быстро + НзО КСООН + 1ЧиН В щелочной среде ни один из этих каталитических путей не способен конкурировать с реакцией гидроксильного иона.
Общий 329 Н2 О ~Н ~С=О КО К 1 = НОэ+ НΠ— С вЂ” Оо. з 1 Ок' С другой стороны, при нуклеофильном катализе бренстедовской зависимости между скоростью и РК, не наблюдается. Так, если в реакции гидролиза этилдихлорацетата анион фосфата (рК,(Н»РО4 ) = 7,2) и имидазол (рК ВН ) = 7,0) почти одинаково эффективные катализаторы, то при гидролизе и-нитрофенилацетата имидазол в 5000 раз эффективнее НРО~~: ОО Н СНС1з — СНС1~ — С-ОС~Н~ -О ! Г»1 Ос Н5 ОН ЯН Н !Г р Н »Ч Н СНС1~СООН + ОС~Н~о. 230 основной и нуклеофильный катализ может наблюдаться лишь в почти нейтральной среде, где обычные эфиры реагируют очень медленно, поэтому для исследования выбирают более реакционноспособные субстраты, в частности эфиры фенолов или галогенуксусных кислот. Обычно нуклеофильный катализ наблюдался только для эфиров фенолов. Хотя общий основной и нуклеофильный катализ имеют одинаковые кинетические характеристики (обе первого порядка по эфиру и по катализатору), их можно легко различить.
Для общего основного катализа применимо каталитическое уравнение Бренстеда (гл. 3, ч. 1). Например, для гидролиза этилдихлорацетата наблюдается хорошая линейная корреляция (Д= 0,47) логарифма константы скорости с рК, оснований различных типов, включая анилин, пиридины, карбоксилат-ион, аннан НРО4~ . Очень важно заметить, что в реакции, катализируемой анилином, не образуется дихлорацетанилид, который должен получаться при нуклеофильном катализе, так как он не гидролизуется в данных мягких условиях. Скорость реакции в чистой воде укладывается в бренстедовскую корреляцию на ту же самую прямую линию (рК, (Н»0 ) = — 1,75); это означает, что одна молекула воды действует как основание — катализатор, облегчая реакцию второй молекулы: О о-©-1ЧО,+ ~ д — — Н,с-С=е=1Ч вЂ” ' н (в) Ф-©-МО," — СН,СООН+ ВНО При нуклеофильном катализе проявляется и-эффект (гл.9, ч. 2).
Так, гидропероксид-ион НОО как катализатор гидролиза арилацетатов в 400 раз более эффективен, чем ОН, несмотря на то, что р1Г, (Н10) = 15,7, а рК, (Н101) — только 11,б. Иногда при нуклеофильном катализе можно обнаружить интермедиат йсо — В. Подобный интермедиат найден при катализе имидазолом гидролиза и-нитрофенилацетата. При гидролизе 2,4- динитрофенилбензоата, катализируемом меченным изотопом мо ацетат-ионом, вначале образуется смешанный ангидрид бензойной и уксусной кислот и, поскольку при его гидролизе ацетильная группа более склонна реагировать с водой, чем бензоильная, определенная часть метки "0 обнаруживается в бензойной кислоте: СН С О + С«Н -С СНЗ вЂ” С вЂ” '80 — С вЂ” С«Н1 + Атоз "О-~ф-1ЧО, Снзсйоон + С Нзсоион Промежуточное образование ангидрида можно обнаружить также с помощью «ловушки», например анипина: Асоо+ АсОАг ~ Ас1О + Агое ~ С,Н,1ЧН, С«Н1ХНАс + АсОН 18.8.3Л.
ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫй КАТАЛИЗ Гидролиз аспирина (ацетилсалициловой кислоты) в области рн от 3 до 8 идет значительно быстрее, чем гидролиз изомерного и-гидроксифенилацетата. Поскольку в аспирине рК, кар- 231 18.8.4. ПЕРЕЗТЕРИФИЕАЦИЯ Раствор алкоголята натрия или калия в спирте можно использовать для переэтерификацин, приводящей к образованию нового сложного эфира (см. предыдущий раздел этой главы): о к~ОХа; К ОН О но~ ° н'он — но~ ° н'он ОК ~ОК2 Механизм этой реакции абсолютно аналогичен основному В„с2 гидролизу сложных эфиров, единственное различие заключается в том, что переэтерификация представляет практическую ценносп* только в том случае (18.8.1.6.), когда К'ОН и К ОН сильно различаются по значению рК„например, для превращения ариловых в алкиловые эфиры: о ' О Я-МО, ' СНРОН ~ОСН, 18.8.5.
АМИИОЛИЗ Аммиак, первичные и вторичные амины при взаимодействии со сложными эфирами образуют незамещенные или замещенные при азоте амиды. Эта реакция протекает в мягких условиях и приводит к высокому выходу амидов. Она особенно полезна тогда, когда ацилгалогениды или ангидриды труднодоступны, например при синтезе амидов оксикислот и аминокислот: сн,сн-соосн,сн, ° нн, ~ ~ сн,сн-с ° сн,сн,он о~н ' ' 25'С он Йн (85%) О вола; в Х С СН2СООСН2СН1 + Хнэ Х С СН2С + СнзСНйон .
25'С 2 (86 — 88%) Механизм этой реакции подобен другим процессам присоедине- ния — отщепления у ацильного атома углерода: О, МЪ К' О К-С + ХН' К вЂ” С вЂ” ОК'= К вЂ” С О К-С + КОН. ОК' !Чн6 НН, ХНз Третичные амины — пиридин и имидазол — катализируют эту реакцию, а одной из лучших уходящих групп является и-нитрофеноксильная в эфирах л-нитрофенола.
18.8.б. ВОССТАНОВЛЕНИЕ Сложные эфиры при взаимодействии с алюмогидридом лития легко восстанавливаются до первичных спиртов (гл. 11, ч. 3): Ц Ыан„; фир НзСзООС (СНз)4 СООСзНз е НО(СНз)зОН + СНзСНзОН 2) Н,О (90%) Сложные эфиры менее реакционноспособны по отношению к алюмогидриду по сравнению с альдегидами. Поэтому с этим мощным восстановителем реакцию невозможно остановить на стадии образования альдегида и продуктом восстановления оказывается первичный спирт. К тому же результату приводит восстановление сложных эфиров боргидридом лития: ТГФ; СНз(СНз)мСООСНзСНз + )-зВН4 СНз(СНз)ИСНзОН + СНзСНзОН . б5'С (95%) Боргидрид лития получают реакцией обмена боргидрида натрия и хлорида лития в совершенно безводном этанале: )ЧаВН4 + !.!С! 1зВНа + ХаС! 4.
Оба метода очень широко используются в органическом синтезе. Напомним (гл. 11, ч. 2), что боргидрид натрия не восстанавливает сложные эфиры. Восстановление сложных эфиров алифатическнх и ароматических кислот комплексными пздридами практически полностью вытеснило старый метод восстановления сложных эфиров алифатических кислот по Буво-Блану действием натрия в спирте: 134 С))Ндсн~он + СН,СН2ОН . (74%) Циклические сложные эфиры — лактоны — прн восстановлении алюмогидридом лития образуют диолы: Г Г,',....'"' НОСН,СН,СН,СН,ОН .
(83%) Сложные эфиры могут быть восстановлены до альдегидов, если в качестве восстановителя использовать реагент, обладающий высокой селективностью. Таким реагентом для пространственно незатрудненных сложных эфиров является диизобутнлалюминийгидрид (ДИБАЛ-Н). Это важный в синтетической практике метод превращения карбоновых кислот через стадию этерификации в альдегиды. Для того, чтобы предотвратить дальнейшее восстановление альдегида до первичного спирта, реакцию проводят при низкой температуре ( — 60...— 78'С) в растворе толуола в инертной атмосфере, поскольку ДИБАЛ-Н воспламеняется на воздухе: 1) толуол; -60'С СН)СН ), СООСН ) С,НОНН ' СН )СН) СНО: 2) СН ОН (88%) 1) иА(Н,(ОСН,СН,ОСН,), (снз),с-соосн, 2) С2Н,ОН (СН ) С-СНО (81%) 235 Превосходными агентами для восстановления сложных эфиров до альдегидов являются продукты взаимодействия некоторых спиртов с алюмогидридом лития.
Эти реагенты обладают пониженной по сравнению с ним восстановительной способностью н поэтому более селективны. При взаимодействии двух молей монометилового эфира этиленгликоля (метилцеллозольва) с одним молем алюмогидрида лития образуется бис-(2-метоксиэтокси)алюмогидрид лития. Этим реагентом можно селективно восстанавливать сложные эфиры до альдегидов в индифферентной среде: 18.8.7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МАГНИЙОРГАНИЧЕСКИМИ И ЛИТИЙОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Сложные эфиры и лактоны реагируют с двумя эквивалентами реактива Гриньяра или литийорганического соединения с образованием третичных спиртов (гл. 19): СНзСНзСООСНзСНз + 2СНзСНзСНзМЕВг— эфир — - СН,СН,С(СН,СН,СН,),, ! ОН (70%) О !! эфир С~НзС вЂ” ОСНзСНз + 2СеНзМЗВг — (СбНз)зС-ОМЕВг— НО 2 (СбНз)зСОН (96%); НО о -'! — ='о~ — ' (сн,>,с-сн,сн,сн,сн,он .
С~О зз з 2 2 2 (72%) Так как сложные эфиры менее реакционноспособны по отношению к реактивам Гриньяра или литийорганическим соединениям, чем кетоны, реакцию обычно не удается остановить на стадии образования кетона. Это можно сделать только в том случае, когда и сложный эфир, и металлоорганическое соединение содержат третичные алкильные группы, затрудняющие последующее взаимодействие стерически затрудненного кетона с треталкиллитием или трет-алкилмагнийгалогенидом и уменьшающее скорость этой вторичной реакции: О (СНз)за ОСНзСНз + (СНз)зС1 ! О !! (СНз)зСС-С(СНз)! + СНзСНзОЬ . (80%) Диалкилкупраты в отличие от МЕ- и 1.1-органических соедине- ний не взаимодействуют со сложными эфирами.
236 18.9. АМИДЫ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Амиды представляют собой класс наименее реакционноспособных производных карбоновых кислот. В основе построения белков и полипептидов лежит амидный тип связи различных аминокислот в единую гигантскую молекулу. Многие амиды являются биологически активными веществами — упомянем лишь о некоторых транквилизаторах — мепробамате и диазепаме, барбитуратах, тетрациклиновых антибиотиках, галлюциногенном наркотике диэтиламиде лизергиновой кислоты.
Наконец, некоторые важнейшие синтетические высокомолекулярные вешества— найлон и капрон — представляют собой полиамиды. 18З.1. ПОЛУЧЕНИЕ АМИДОВ Амины и аммиак относятся к более сильным нуклеофилам, чем вода и спирты. Это позволяет в некоторых случаях осузцествить синтез амидов непосредственным замещением пщроксильной группы в карбоновых кислотах на аминогруппу при взаимодействии карбоновых кислот с аммиаком, первичными или вторичными аминами в жестких условиях, например: СН,СООН + ХН,— СН,СОХН, + Н,О 170'С (87%) 150-180'С ф СН,СН,СН,СООН+ (СН,),ХН вЂ” СН,СН,СН,С-Х(СН,),+ Н,О. (84%) Механизм этого превращения включает нуклеофильную атаку аммиака или амина по карбонильному углероду с последующим переносом протона от азота к кислороду и отзцеплением воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
