166688 (625083), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Сульфирование и реакции с использованием других серосодержащих электрофильных реагентов
Для сульфирования пирролов используются мягкие сульфирующие агенты, не обладающие свойствами кислоты; так, комплекс пиридин — триоксид серы мягко превращает пиррол в пиррол-2-сульфонат .
Реакции с использованием других серосодержащих электрофильных реагентов, например сульфинилирование пиррола, тиоцианирование пиррола и 1-фенилсульфоиилпиррола, позволяют получать серосодержащие производные пиррола с атомом серы в более низкой степени окисления.
Катализируемая кислотой перегруппировка производных пиррола, содержащих серосодержащий заместитель в α-положении (продукт кинетически контролируемого электрофильного замещения), позволяет получать соответствующие β-изомеры.
Галогенирование
Галогенирование пиррола протекает настолько легко, что, если специальным образом не контролировать течение реакции, образуются исключительно стабильные тетрагалогенопроизводные. Попытки провести моногалогенирование простых алкилпирролов оказались безуспешными, поскольку при этом образуются чрезвычайно реакционноспособные пиррилалкилгалогениды - продукты галогенирования боковой цепи.
2-Бром - и 2-хлорпирролы — нестабильные соединения, которые можно получить прямым галогенированием пиррола. Использование 1,3-дибром-5,5-диметилгидантоина в качестве бромирующего агента приводит к образованию 2-бром - и 2,5-дибромпирролов; продукты бромирования стабилизируют немедленным превращением в N-трет-бутилоксикарбонильные производные. Бромирование N-трет-бутилоксикарбонилпиррола с использованием N-бромсукцинимида приводит к 2,5-дибромпроизводному
При монобромировании и моноиодировании N-триизопропилсилилпиррола образуются практически исключительно 3-галогенозамещенные пирролы, а использование двух эквивалентов N-бромсукцинимида позволяет получить 3,4-дибромпроизводное
Ацилирование
Прямое ацетилирование пиррола уксусным ангидридом при 200 °С приводит к образованию 2-ацетилпиррола с примесью небольшого количества 3-ацетилпирола; N-ацетилпиррол в этих условиях вовсе не образуется N-Ацетилпиррол можно получить с высоким выходом при нагревании пиррола с N-ацетилимидазолом.
Алкильные заместители облегчают процесс ацилирования по атому углерода: так, 2,3,4-триметилпиррол превращается в 5-ацетилпроизводное даже при кипячении в уксусной кислоте. Более реакционноспособные трифторуксусный ангидрид и трихлорацетилхлорид реагируют с пирролом даже при комнатной температуре с образованием продуктов 2-ацилирования, которые в результате гидролиза или алкоголиза обеспечивают удобный синтетический подход к пиррол-2-карбоновым кислотам или их эфирам.
Сильные электроноакцепторные заместители (мета-ориентирующие группы) в α -положении пиррольного кольца склонны изменять присущую пирролу региоселективность в реакциях электрофильного замещения — последующее замещение протекает по положению 4, а не по свободному α-положению.
Алкилирование
Моноалкилпроизводные пиррола (по атому углерода) не удается получить прямой реакцией пиррола с алкилгалогенидами как в результате катализируемого кислотой Льюиса алкилирования, так и в отсутствие катализатора. Пиррол не вступает в реакцию с метилиодидом при температурах ниже 100˚С, однако при температурах выше 150˚С в результате серии превращений образуется сложная смесь, состоящая главным образом из продуктов полимеризации и некоторого количества полиметилированных производных пиррола. Более реакционноспособный аллилбромид реагирует с пирролом при комнатной температуре, однако в результате этого взаимодействия образуется смесь различных аллилпирролов (от моно - до тетразамещенных) одновременно с продуктами олигомеризации и полимеризации. Наиболее гладко пиррол моноалкилируется сопряженными енонами, содержащими уходящую группу в β-положении.
-
Электрофильное замещение тиофена
Как и следовало ожидать, для тиофена характерны реакции, свойственные ароматическим соединениям типа бензола. Тиофен галогенируется, нитруется, сульфируется и ацилируется аналогично фурану и пирролу, но в более жестких условиях.
Протонирование. Реакции протонированных тиофенов
Вследствие высокой стабильности тиофенов в их реакциях электрофильного замещения могут быть успешно использованы комбинации ряда реагентов с сильными кислотами, обычно приводящие к кислотно-катализируемому разложению и полимеризации фуранов и пирролов. Изучение катализируемого кислотами обмена на атом водорода других групп, например кремния или ртути , показало, что скорость атаки по положению 2 примерно в 1000 раз выше, чем по положению 3. Так, для 2,5-ди-трет-бутилтиофена рКа при образовании соли за счет протонирования по положению 2 составляет —10,2.При обработке тиофена горячей фосфорной кислотой получается тример, строение которого предполагает, что на первой стадии образование связи С—С вдет через α-протонированный катион.
Нитрование
Нитрование тиофена следует проводить в отсутствие азотистой кислоты, которая может привести к взрыву; наиболее удобно использование ацетилнитрата или тетрафторбората нитрония. Наряду с преимущественным образованием 2-нитросоединения получают и 3-изомер с выходом -10%. Дальнейшее нитрование как 2-, так и 3-нитротио-фенов также приводит к образованию смесей: из 2-нитротиофена образуются эквивалентные количества 2,4- и 2,5-динитротиофенов, а из 3-изомера — в основном 2,4-динитротиофен. Аналогично, предсказуемая смесь изомеров образуется при нитровании замещенных тиофенов: например, 2-метилтиофен дает смесь 2-метил-5- и 2-метил-З-нитротиофенов, а 3-метилтиофен -4-метил-2- нитро- и 3-метил-2-нитротиофены в соотношении 4:1 в каждом случае.
Сульфирование
Получение тиофен-2-сульфокислоты при сульфировании серной кислотой уже давно известно, однако использование комплекса пиридинсульфотриоксид, возможно, более удобный метод. 2-Хлорсульфонилирование и 2- тиоцианирование также достаточно эффективны.
Галогенирование
Галогенирование тиофена происходит очень быстро и как при комнатной температуре, так и при -30 °С в темноте легко проходит тетразамещение . Скорость галогенирования тиофена при 25 °С примерно в 108 раз больше, чем бензола. Образование как 2,5-дибром - и 2,5-дихлортиофенов, так и 2-бром- и 2-иодтиофенов гладко происходит в различных контролируемых условиях. Контролируемое бромирование 3-бромтиофена дает 2,3-ди-бромтиофен.
Трибромирование тиофена гладко протекает в 48%-ном растворе НВг. Давно известно, что при обработке полигалогенотиофенов цинком и кислотой удается селективно удалять α-галоген, что делает доступным получение 3-бромтиофена, а 3,4-дибромтиофен аналогично образуется при восстановлении тетрабромида. При использовании боргидрида натрия из 2,3,5-трибромтиофена получают 2,3-дибромтиофен (в присутствии катализатора Pd(0))или 2,4-дибромтиофен (без катализатора).
Моноиодирование α-замещеиных тиофенов, независимо оттого, оказывают ли эти заместители активирующее или дезактивирующее влияние, идет по второму α-положению при действии иода и иодбензолдиацетата. 3-Алкилтио-фены можно монобромировать или моноиодировать по положению 2 при использовании N-бромсукцинимида или иода в присутствии оксида ртути(II) соответственно.
Ацилирование
Ацилирование по Фриделю-Крафтсу наиболее часто используется для тиофенов и обычно дает хорошие выходы в контролируемых условиях. Несмотря на то, что при взаимодействии тиофена с AlCl3 получаются смолы, их образования можно избежать, если добавлять катализатор к тиофену и ацилирующему агенту. Наиболее часто в качестве катализатора используют хлорид олова. Эффективный метод — ацилирование ангидридами, катализируемое фосфорной кислотой. В реакциях с ацетил-п-толуолсульфонатами в отсутствие катализаторов с высоким выходом образуется 2-ацетилтиофен. При формилировании тиофена по Вильсмейеру получают 2-формилтиофен. 2-Формилпроизводное образуется также из 3-фенилтиофена в условиях реакции Вильсмейера.
Алкилирование
Алкилирование проходит достаточно легко, однако редко используется в препаративной химии. Одним из примеров может служить эффективное 2,5-бис-трет-бутилирование тиофена.
Конденсация с альдегидами и кетонами
Кислотно-катализируемые реакции тиофена с альдегидами и кетонами неприменимы для получения гидроксиалкилтиофенов, так как они нестабильны в условиях реакции. Однако можно осуществить хлоралкилирование, а при использовании хлорида цинка даже тиофены, имеющие электроноакцепторные заместители, вступают в эту реакцию. Необходимо тщательно подбирать условия, так как возможно образование как ди-2-тиенилметанов, так и 2,5-бис(хлорметил)тиофена.
-
Электрофильное замещение фурана
Среди трех пятичленных систем с одним гетероатомом, фуран представляет собой «наименее ароматическое» соединение и, как таковой, проявляет наибольшую склонность к реакциям присоединения.
Это верно в отношении как взаимодействия с обычными электрофильными реагентами, используемыми в реакциях замещения, так и процессов типа реакции Дильса-Альдера.
Нитрование
Чувствительность фуранов не позволяет использовать концентрированную кислотную нитрующую смесь. При взаимодействии фурана или замещенных фуранов с ацетилнитратом первоначально образуются неароматические аддукты, в которых образованию продуктов замещения препятствует процесс нуклеофильного присоединения ацетата к катионному интермедиату, обычно по положению 5. Ароматизация с потерей уксусной кислоты, приводящая к образованию нитропроизводного, происходит под действием растворителя; наилучшие результаты достигаются при использовании слабого основания, такого, как пиридин.
Дальнейшее нитрование 2-нитрофурана дает 2,5-ди-нитрофуран в качестве основного продукта реакции.
Сульфирование
Фуран и алкилфураны разлагаются под действием обычных сильных кислот, однако можно использовать комплекс пиридинсульфотриоксид, под действием которого происходит дизамещение фурана даже при комнатной температуре.
Галогенирование
Фуран энергично реагирует с хлором и бромом при комнатной температуре с образованием полигалогенированных соединений, но не реагирует с иодом. В более контролируемых условиях можно получить 2-бромфуран. реакция, по-видимому, протекает через образование 1,4-дибром-1,4-дигидроаддукта, поскольку такие частицы были действительно обнаружены при низкой температуре с использованием спектроскопии ПМР. В реакции с бромом в диметилформамиде при комнатной температуре гладко образуются 2-бром - и 2,5-дибромфураны.
Ацилирование
Для ацилирования фуранов по Фриделю - Крафтсу ангидридами или галогенангидридами карбоновых кислот обычно необходимо присутствие кислоты Льюиса (часто трифторида бора), хотя реакция с ангидридом трифторуксусной кислоты не требует катализатора. Было показано, что при ацилировании фуранов в условиях катализа хлоридом алюминия α-положение проявляет реакционную способность, в 7 • 104 раз большую, чем реакционная способность β-положения. 3-Алкилфураны замещаются главным образом по положению 2; 2,5-диалкил фураны могут быть проацилированы по β-положению, хотя обычно большим трудом.
Формилирование фуранов по Вильсмейеру обеспечивает удобный подход к формилфуранам, хотя не меньшую роль играют легкая доступность фурфурола в качестве исходного материала, а также важны методы, включающие литиирование фуранов. Формилирование замещенных фуранов происходит согласно правилу предпочтительного образования α-замещенных производных, несмотря на все другие факторы; так, и 2-метилфуран, и метиловый эфир фуран-3-карбоновой кислоты дают 5-альдегид, а 3-метилфуран превращается главным образом в 2-альдегид.
2. Практическая часть
2.1 Пиримидин
Как известно, гетероароматические системы весьма отчетливо подразделяются на π-избыточные и π-дефицитные. Первым свойственны реакции электрофильного замещения, окисления, тогда как вторые реагируют главным образом с нуклеофилами, трудно окисляются, но сравнительно легко восстанавливаются. гетероароматическая система, обладающая одновременно свойствами π-избыточных и π-дефицитных соединений является перимидин, химическая амфотерность которого делает его интереснейшим объектом исследования.
2.1.1 Реакции электрофильного замещения
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
