03 - (2004) (1125802), страница 39
Текст из файла (страница 39)
10 ~; рК,= 4,63; К» СНзХНз + НОН СНзХН2 + НзО ' К, = 2,7. 10 "; рК, = 10,62. Понижение основности анилина по сравнению с метиламином и другими алифатическими аминами на шесть порядков обусловлено совместным действием двух факторов: — У-эффекта фенильной группы и +М-эффекта аминогруппы анилина. Фенилуксусная кислота (рК, = 4,31) является более сильной кислотой, чем уксусная (рК, = 4,74), и более слабые основные свойства анилина частично можно отнести за счет — У-эффекта фенильной группы. Однако этот эффект слишком мал и не играет решающей роли по сравнению с делокализацией неподеленной пары электронов азота по бензольному кольцу. Делокализация уменьшает способность этой электронной пары к связыванию протона или другого акцептора. Обычно делокализацию электронов изображают или с помощью изогнутых стрелок, или формулами с пунктирными («частичными») связями: Как видно, неподеленная электронная пара атома азота в молекуле анилина «смешается» преимущественно в орео- и лара-положения бензольного кольца, что обусловливает орто/пара-ориентацию при электрофильном замещении в анилине.
Наиболее эффективное сопряжение пары электронов азота с бензольным кольцом будет наблюдаться тогда, когда эта пара располагается на р;орбитали, параллельной р-орбиталям ароматической системы. Однако пара электронов азота стремится занять гибридную орбиталь с некоторым вкладом з-характера, что энергетически предпочтительно. Для акилина реализуется компромисс, при котором неподеленная пара электронов азота занимает орбиталь с ббльшей долей р-характера, чем в аммиаке, но имеющей все же некоторый вклад з-орбитали. Вследствие этого валентный угол НХН в анилине (113,9') больше, чем в аммиаке (107,3'). Плоскость НХН наклонена по отношению к бензольному кольцу на 39,4'.
Заместители в бензольном кольце анилина оказывают такое влияние на его основные свойства, которое поддается количественной и качественной оценке на основе обычных электронных эффектов заместителей. Электронодонорные заместители вызывают повышение, а электроноакцепторные заместители понижают основность замешенного анилина (табл. 19.2). Таблица !9.2 Зыввеыие рХ, ааиещеыымх виилыиов в воде ыри 25' Х-Метил и Х,Х-диметиланилин, как и следовало ожидать, являются более сильными основаниями, чем сам анилин. Для С6Н5Х(СНз)1 рК, = 5,07, для СбН5Х(С1Н5)1 6,57. Анилин почти нацело образует соль (хлорид фениламмония) уже в 0,1 н растворе соляной кислоты, 4-нитроанилин нацело протонируется в 50%-й серной кислоте, а 2,4-динитроанилин (рК, = -4,4) растворяется только в концентрированной серной кислоте (см. гл. 3, ч. 1).
Соли аминов, как правило, легко растворимы в воде даже в тех случаях, когда исходный амин в воде нерастворим. Зто широко используется при отделении аминов от примесей неосновного характера. Амин превращают в соль при обработке смеси водным раствором сильной кислоты, отделяют водный слой, из которого после шелочной обработки выделяют чистый свободный амин. 19.5.
ПОЛУЧЕНИЕ АМИНОВ Существует огромное число разнообразных методов получения аминов. В этом разделе будут рассмотрены только наиболее общие и важные из них. Приведенные ниже способы синтеза аминов различаются областью своего применения, доступностью метода и количеством побочных продуктов при реализации требуемого превращения. 19.5.1. ПРЯМОЕ АЛКИЛИРОВАНИЕ АММИАКА И АМИНОВ Амины получаются при взаимодействии первичных и вторичных алкилгалогенидов с аммиаком.
Зта реакция, открытая А. Гофманом в 1849 г., является наиболее простым методом синтеза первичных, вторичных и третичных аминов, а также солей тетраалкиламмония. Реакция алкилгалогенидов с аммиаком или аминами относится к процессам бимолекулярного нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода, в которых аммиак или амин выполняют роль нуклеофильного агента. Переходное состояние такого процесса более полярно, чем исходные реагенты, поэтому скорость реакции резко возрастает в более полярной среде.
В качестве растворителя обычно используют этанол или метанол, но более эффективны диполярные апротонные растворители ДМФА, ДМАА. Алкилирование аммиака с целью получения аминов нашло широкое применение в промышленности, но все реже и реже используется в лабораторных условиях, поскольку в этой реакции всегда образуется смесь первичного, вторичного и третичного амина, а при наличии избытка алкилгалогенида — соли тетраалкиламмония: 187 КВг+ ХНз — КХНз + Вг КХНз+Вг + ХНз КХНз+ ХН|'Вг (2); КХНз+ КВг КзХНз~Вг (3); КзХНз+Вг + ХНз КзХН + ХН4+Вг (4); КзХН+ КВг — КзХН Вг (5); КзХН Вг + ХНз КзХ + ХН4 Вг (б); К,Х+ КВг — КзХ Вг (7). Катион алкиламмония, как было отмечено выше, обладает свойствами слабой кислоты.
В результате переноса протона к молекуле аммиака образуются первичный амин и катион аммония. Первичный амин проявляет свойства более сильного нуклеофильного агента, чем аммиак, и при взаимодействии с алкилгалогенидами дает катион диалкиламмония, из которого далее получается вторичный амин. Этот процесс может продолжаться далее, приводя к третичному амину и даже к соли тетраалкиламмония. Вся последовательность происходяших превращений описывается приведенными выше уравнениями (1) — (7). Соотношение продуктов реакции зависит от соотношения исходных реагентов. Увеличение количества алкилгалогенида способствует росту доли третичного амина и четвертичной аммониевой соли, в то время как в присутствии избытка аммиака преимушественно образуется смесь первичного и вторичного амина. Однако даже при большом избытке аммиака реакцию невозможно остановить на стадии образования только первичного амина.
В типичном примере взаимодействия одного моля 1-бромоктана и трех молей аммиака при 20'С получается смесь, состоящая из 45% октиламина, 43% диоктиламина и следов триоктиламина. При большем количестве аммиака доля первичного амина возрастает, но вторичный амин всегда присутствует в продуктах реакции: СзНзОН Снз(СН,)~СНзВг + ХНз . Снз(СНз)6СНзХН, + + [Снз(СН,)6СНз)зХН + (СНз(СНз),СНз],Х (43%) (1%) 188 Таким образом, прямое анкилирование оказывается мало- удовлетворительным методом для получения чистых первичных, вторичных и третичных аминов. 19эк2.
НЕПРЯМОЕ АЛКИЛИРОВАНИЕ. СИНТЕЗ ПЕРВИЧНЫХ АМИНОВ ПО ГАБРИЭЛЮ В 1887 г. Габриэль предложил простой и очень удобный общий метод получения первичных аминов. Фталимид калия алкилируется под действием алкилгалогенидов с образованием 1Ч-алкилфталимида с очень высоким выходом: ,О ,О С С, С, О О Далее 1Ч-алкилфталимид превращается в первичный амин при взаимодействии с гидразингидратом в спиртовом растворе: ,О ©С!." -" С.ИН О О С Д 1ЧК + ХН 1ЧН2 Нзо— Г С Н Он С, О Гидразин является наилучшим реагентом для снятия фталоильной защиты с атома азота. Ранее для этой цели использовали щелочной или кислотный гидролиз. Фталимид получается в промышленных условиях при взаимодействии фталевой кислоты или ее ангидрида с газообразным аммиаком при 300 — 350 С.
Фталимид представляет собой средней силы Х вЂ” Н-кислоту с рК,-8„3. При взаимодействии фталимида с гндроксидом калия в водно- спиртовой среде получается К-соль фталимида. Синтез Габриэля можно рассматривать как один из лучших способов получения первичных аминов из первичных и вторичных, но не третичных алкилгалогенидов.
Этот метод широко используется также и для получения эфиров а-аминокислот: О 230 289 ,О ,О Н+ — ' — СНННСН2СНСОО (64%) Н,О Н ХН5 фснилаланин С~ О С СН2=СНСООС2Н5 У~~ 'нсн)снос,н,), (Г)) нс)снос,н,), С,Н,ОК, Н,ОН лоос)сн )снсоо Р)н) но Е ) глугаминовал кислота 2 ХН, В качестве примера применения реакции Габриэля для получения первичных аминов приведем синтез дофамина — важного синтетического регулятора деятельности центральной нервной системы: СН2СН2Вг О О с нГ ' ДМФА ~С ОН 0 НО 0 ОН ОН лофамин 290 о С дмФА ХК )- В)СН(СООС2Н5)2 ЮС С, О О о С 1) Стн)ОХН, сон)ОН нсн)снос,н,), „ С, 0 С О )чсн(соос2н5)2,' С о О ,О С О ХС(СООС2Н5Ь ! С, СН,С,Н, 0 19.5.3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ НИТРИЛОВ Нитрилы могут быть восстановлены до первичных аминов либо каталитическим гидрированием, либо с помощью алюмогидрида лития или диборана в эфире (гл.
18): нг КС=Х вЂ” — Я- КснгХН, Ы1Ренея ЬА)Н„ СНгСНгсНгснгсМ СнгсНгснгснгснгХНг (91%) эфир С)я' СнгХнг © ~Я( е8%) СН, СН Напомним, что при обратном порядке смешивания реагентов, т.е. при добавлении к нитрилу одного эквивалента алюмогидрида лития в ТГФ при — 50' — (-78'С) образуются не амины, а альдимины (см. гл. 18). При каталитическом гидрировании нитрилов помимо первичного амина обычно образуется значительное количество вторичного амина: е,н,ен,ен н, е,н,ен ен,мн, М Ренея (70%) + СянгснгснгХНСНгснгсянг (20%) . Для объяснения образования первичного и вторичного амина был предложен следующий механизм: КСН + Н вЂ” КСН=НН КСН=ХН + Нг г Кснгннг (2); КСН ХН + Кснгннг КСН Мснгк + е(Н3 (3); КСН=ХСНгК + Нг КСНгХСНгК (4); 1 Н Побочную реакцию, приводящую к образованию вторичного амина, можно практически полностью подавить, если гидриро- 291 вание проводить в присутствии большого избытка аммиака, сме- щаюшего равновесие в уравнении (3) влево.
ХС(СНз),СХ+ Н, ХЬ ХНь СзНз " НзХ(СНз)„ХНз (80%). Х1, ХНн С,Н,ОН 100 атм., 125'С Существует и другой, более эффективный способ избежать образования вторичного амина. Каталитическое гидрирование проводят в уксусном ангидриде, выполняюшем роль растворителя и реагента. Первичный амин немедленно ацилируется, что предотвращает образование вторичного амина: Х' ФО С6Н5СН2СХ + Н2 — "-~~ Сензсн2СН2ХН-С (Сиз СОЖ (9254) СНз ' Восстановление нитрилов до первичных аминов нашло применение для превращения циклических кетонов в циклоалкилкарбиниламины с помощью следующей последовательности превращений: ОН ОН О+ НСХ СХ СН ХНз — 1-.-4 ~ СН2ХН2 СН2ХН2 19.5.4.
ВОССТАНОВЛЕННВ АМИДОВ Как было уже отмечено ранее (см. гл. 18), амиды восстанавливаются до аминов под действием алюмогидрида лития в эфире или ТГФ: а ЕьЧН4 с — м(сн Ь СН,Х(СН,), эфир, 36'С (88%) СН О СН О О сн,о С) сн,сан, — сн, ( з сн,сн,мн, 8, ЬиМН| эфир, 36 С СН,О СнзО (40%) мескалин 292 Ф Снэ(СНв)мС Снэ(СНэ)1вСнэХНСНэ ХНСН, 'ф"Р (95%) Вместо алюмогидрида лития в качестве восстановителя для неза- мещенных амидов лучше использовать диборан: (сн,ьссмн, — (сн,вссн,мн, (7вн) В,нб ТГФ, 65'С снмснвэсм<сн,ь — сннснв,щснв, рвн~ ВН 8 ТГФ, 65'С О 19.5.$.
ВОССГАНОВЛКНИК АЗИДОВ Удобным современным методом синтеза первичных аминов является восстановление азидов с помощью алюмопщрида лития или каталитически над Рд/ВаБО4. Исходные азиды образуются при замещении галогена в первичных или вторичных алкилгалогенидах под действием азид-иона (см. гл. 20): СНОН Е с,н,сн,сн,в. ° м м, Сн,сн,сн,-м=м -м (86%) С6Н5СНзСНз-Х=Х =Х + влА)Н4 Ф вЂ” Рв СннзСНзСНэХНз (89%) С);"--„' "-: О"=-' О"' (54%) СнзснзснзВГ ~(сна)зХ3 ЩХ3 ыщ~ сэнэон эфир 193 Выходы в этом двухстадийном процессе обычно очень хорошие и его ограничение заключается только во взрывчатости азидов низкой молярной массы. 49.5.6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИМИНОВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
