Методы органического синтеза (стр. 3 из 5)

Возможно также образование s‑комплекса, в котором группа NO₂ связана с атомом углерода кольца, несущим заместитель. Соединения с электронодопорными заместителями более реакционноспособны и нитруются в орто- и пара-положения, а с электроноакцепторными – в мета-положение. В промышленности для нитрования ароматических соединений применяют в основном смесь HNO₃ и H₂SO₄ (выход нитропродуктов ~ 90–95%). Основная побочная р-ция – окисление, приводящее, как правило, к деструкции ароматического кольца. В зависимости от реакционной способности субстрата условия нитрования варьируют в широких пределах – от водной HNO₃ при 0 °С (обязательно присутствие оксидов азота) до дымящей HNO₃ в олеуме при повышенных температурах. При низких температурах с высокой скоростью протекает нитрование ароматических соединений солями нитрония; при этом часто лимитирующая стадия-скорость растворения соли нитрония. Используют также заместительное нитрование – замещение сульфо-, диазо- и др. функциональных групп. Этим приемом пользуются, в частности, в случаях, когда невозможно прямое нитрование. Нитрование олефинов апротонными нитрующими агентами в зависимости от условий и строения реагентов может идти по разным направлениям, включая отщепление Н⁺, присоединение элементов р-рителя и противоиона, полимеризацию и др., например:

При нитровании олефинов тетранитрометаном в зависимости от строения олефина образуются либо алифатическое полинитро – соединение, либо производные изоксазолидина, например:

Некоторые СН – кислоты при нитровании образуют анионы соответствующих нитросоединений; например, при действии на флуорен этил – нитрата в присутствии С, Н₅ОК образуется К – соль 9‑нитро-флуорена, примером нитрования карбанионов может служить также превращение солей моно- и динитросоединений соответственно в геминальные ди- и тринитропроизводные при действии FNO₂. Соединения с активированной метиленовой группой можно нитровать и в кислых условиях; например, при обработке диэтилмалоната HNO₃ образуется нитродиэтилмалонат, нитрование в аналогичных условиях 1,3 – индандиона с последующим щелочным гидролизом образующегося a – нитрокетона – удобный метод синтеза первичных нитроалканов:

Электрофильное нитрование аминов в отличие от нитрования по атому С – обратимый процесс и протекает по схеме:

В промышленности нитрование аминов проводят кислыми нитрующими агентами (конц. HNO₃ или ее смесями с H₂SO₄, уксусной к-той или ангидридом). Слабоосновные амины и амиды нитруются с высокими выходами. Высокоосновные амины (первичные и вторичные), протонирующая форма которых не реагирует с NO₂⁺, превращают либо в амиды, которые нитруют и затем снимают защитную ацильную группу щелочным гидролизом, либо в N‑хлорамины; в последнем случае нитрование проводят в присутствии катализаторов (НСl, ZnCl₂).

Нитрование третичных аминов конц. HNO₃ или ее смесью с уксусным ангидридом сопровождается разрывом связи С– N (такой тип нитрирования называется нитролизом). Эту реакцию широко используют в промышленности, например для получения гексагена и октогена из уротропина. Жирно – ароматические амины типа ArNHR часто нитруются в ядро, что происходит в результате непосредственного нитрования по атому С или перегруппировки N‑нитропроизводного; при этом группа NO₂ вступает в ортo – положение к аминной функции. В ряде случаев нитрования по атому N проводят через стадию образования соли. Для этого амин обрабатывают разб. HNO₃ и на образовавшийся нитрат действуют конц. HNO₃ или уксусным ангидридом:

В лабораторных условиях заместительное нитрование ацетамидов, сульфамидов, уретанов, имидов или их солей проводят в апротонной среде апротонными нитрующими агентами, например солями нитрония:

Из первичных аминов можно синтезировать N, N‑дини-троамины, которые, в свою очередь, являются нитрующими агентами.

Спирты нитруют любыми нитрующими агентами, содержащими NO⁺₂ (в кислых средах р-ция обратима), например: RCH₂OH + NO₂⁺X^-

RCH₂ONO₂ + НХ.

Нуклеофильное нитрование осуществляют солями HNO₂:

В реакцию вступают алкилгалогениды, в основном бромиды и иодиды, a‑галогенкарбоновые к-ты и их эфиры, алкилсульфаты. В качестве нитрующих агентов используют нитриты щелочных металлов в апротонных диполярных р-рителях или проводят нитрование в присутствии краун – эфиров. Побочные продукты реакции – органические нитриты, что связано с двойственной реакционной способностью NO^-₂. Реакцию используют для получения алифатических нитросоединений.

Радикальное нитрование. Характерно в основном для парафинов и олефинов. Источником NO^.₂ служат HNO^.₃ и оксиды азота. Нитрование парафинов проводят разб. HNO₃ под давлением при повышенной температуре (Коновалова реакция). Р-ция нитрования протекает по схеме:

Наряду с нитрованием идет также процесс окисления, связанный с взаимодействием NO^.₂ с орг. радикалом по атому кислорода. Наиболее легко протекает нитрование по третичным атомам углерода, трудно – по первичным. В промышленности нитропарафины получают жидкофазным и парофазным нитрованием смеси парафинов. Жидко-фазное нитрование проводят HNO₃ при нормальном или повышенном давлении и температуре выше 180 °С, или оксидами азота при давлении 2–4,5 МПа, 150–220 °С, время контакта ~15 с. В этих условиях линейные углеводороды нитруются быстрее, чем их разветвленные изомеры. Парофазное нитрование (метод Хэсса) осуществляют HNO₃ при давлении 0,7–1,0 МПа, 400–500 °С, время контакта ~ 1 с. Побочные процессы – деструкция углеводородной цепи и окисление. Эти методы используют также для нитрования алифатических боковых цепей жирно – ароматических соединений (р-цию проводят в присутствии катализаторов – О₂, О₃, галогенов и др.),

Нитрование непредельных соединений HNO₃ приводит к формальному замещению атома водорода у sp²-гибридизованного атома углерода на группу NO₂. Условия нитрования зависят от строения непредельных соединений. Обычно применяют 70–80%-ную HNO₃ или разб. HNO₃ в присутствии оксидов азота.

Галогенирование (галоидирование)

Введение галогена в молекулу орг. соединения. Осуществляют путем р-ций замещения (заместительное галогенирования) или присоединения (присоединительное галогенирование).

Заместительное галогенирование. При действии галогенов на насыщ. углеводороды (металепсия) процесс протекает при инициировании светом по свободнорадикальному цепному механизму, например:

По свободнорадикальному механизму идет также галогенирование углеводородных цепей жирноароматических соединений. В присутствии к-т Льюиса р-ция протекает по электрофильному механизму, напр.:

Галогенирование алифатических карбоновых к-т в

-положение проводят с помощью С1₂ или Вг₂ в присутствии красного Р (Гелля-Фолъгарда-Зелинского реакция). Замещение водородных атомов в алифатических и жирноароматических карбонильных соединений идет через присоединение галогена к фенольной форме, например:

Действием N – галогенамидов, главным образом N – бромсукцинимида, в присутствии пероксидов осуществляют свободнорадикальное галогенирование олефинов, жирноароматических и гетероароматических соединений по метальной или метиленовой группе, соседней с двойной связью или циклом (Воля – Циглера реакция).

Замещение атомов Н на F с образованием полифторзамешенных соединений проводят путем электрохимеского фторирования в безводном HF (р-ция Саймонса), действием CoF₃ и др.

Заместительное галогенирование в ядро ароматических и гетероароматических соединений протекает по механизму электрофильного замещения; обычно его осуществляют с использованием катализаторов (гл. обр. апротонных или протонных к-т), например:

Если в ядре этих соединений присутствуют пассивирующие заместители, процесс можно проводить действием катиона галогена, образующегося из молекулярного галогена и соли Ag в среде сильной протонной к-ты (р-ция Биркенбаха-Губо-Уотерса), например:

Замещение на галоген атомов, отличных от водорода, или группы атомов осуществляется чаще всего по нуклеофильному механизму. В алифатических соединениях для замены атомов галогенов на иод используют Nal (Финкелъштапна реакция), а на фтор-SbF₃ (р-ция Свартса). Группы ОН замещают на хлор или бром действием соответствующих галогеноводородов, тригалогенидов или оксигалогенидов фосфора, а также тионилгалогенидов, а на фтор – действием диэтил – 1,1,2 – трифтор‑2‑хлорэтиламина или SF₄. Карбоксильную группу замещают на С1, Вг или I действием на серебряные соли карбоновых к-т соответствующего галогена (Бородина – Хунсдиккера реакция). Заменой карбонильного кислорода в альдегидах или кетонах на галоген (например, с помощью РС1₅, PBr₅, SF₄, MoF₆) получают геминальные галогензамещенные.