Курсовая работа: Электрофильное ароматическое замещение
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.
1.2.3
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
Перимидин является одним из
наиболее активных по отношению к электрофильным агентам гетероциклов, что
объясняется его высокой π-донорной способностью и большим отрицательным
π-зарядом в орто-и пара-положениях нафталинового
кольца. Именно по ним и протекают все реакции электрофильного замещения; до сих
пор не известно случаев атаки электрофилами положений 5 и 8. Реакции
электрофильного замещения в перимидинах очень чувствительны к стерическим
помехам со стороны N-заместителя. Лишь небольшие по размерам частицы (D+, с большим трудом Сl+) могут вступать в положения 4 и
9 при наличии соседних N-метильных групп.
Ацилирование
Перимидин - единственная
гетероароматическая система с пиридиновым атомом азота, подвергающаяся
сравнительно легкому ацилированию по Фриделю — Крафтсу. Ацилирование лучше
всего проводить с помощью карбоновых кислот в среде полифосфорной кислоты
(ПФК). Для соединений с незамещенной группой NH реакция имеет ярко выраженный
кинетический и термодинамический контроль. При 70—85° образуется главным
образом 6(7)-ацилпроизводное (55—85%) наряду с небольшим количеством 9-изомера.
При 120—150° единственным продуктом реакции становятся 4(9)-ацилперимидины.
Одной из причин повышенной устойчивости последних является наличие в них
прочной внутримолекулярной водородной связи.
Нитрование
В зависимости
от количества и концентрации азотной кислоты перимидины нитруются (лучше всего
в среде уксусной кислоты) до моно-, ди-, три- и тетранитропроизводиых, а
ацеперимидины — до моно-и динитропроизводиых. Первое нитрование перимидинов со
свободной группой NH
сопровождается осмолением, что снижает выход. Так, перимидин нитруется
действием 1 моля HNO3, образуя
4(9)- и 6(7)-нитропроизводные в соотношении 2,5 : 1 при общем выходе 30%.
Галогенирование
Хлорирование перимидинов,
сульфурилхлоридом в уксусной кислоте и N-хлорбензотриазолом (ХБТ) в апротонной среде. Хлорирование
перимидина действием моля SO2Сl2, приводит к образованию 6(7)- и 4(9)-хлорзамещенных в
соотношении 8:1. При действии 2 молей SO2Сl2 образуется сложная смесь моно-, ди-и трихлорперимидинов, а
3 молей SO2Сl2 - 4,6,7-трихлорперимидии с высоким выходом. Получить с
помощью SO2Сl2 тетрахлорперимидин не удалось, но 2-метилперимидин
хлорируется избытком SO2Сl2 до тетра-хлорпроизводного.
2.2 Синтез 7(6)ацетил перимидина исходя из 1,
8-Диаминонафталина
1, 8-Диаминонафталин (7,9 г, 0,05
моль) кипятят 1 ч с 15 мл муравьиной кислоты. Смесь разбавляют вдвое водой,
кипятят 2—3 раза с активированным углем, фильтрат охлаждают и нейтрализуют
25%-ным раствором аммиака. Выпавший осадок отфильтровывают, хорошо промывают
холодной водой и высушивают на воздухе, размазывая его тонким слоем на
поверхности стеклянной пластинки. Ввиду мелкокристалличности
перимидина даже хорошо отжатый на фильтре продукт содержит значительное
количество воды. При высушивании в сушильном шкафу сырой продукт окисляется. Выход близок к количественному.
Перимидин представляет собой желто-зеленые кристаллы с Тпл 224-225’С
В коническую колбу емкостью 150мл,
снабженную магнитной мешалкой и хлоркальциевой трубкой помещают 7,9г безводного
хлористого алюминия, 0,52мл хлористого ацетила в 20мл дихлорэтана и в течение
1часа при перемешивании добавляют 1г перимидина, поддерживая при этом
температуру 18-20’С. После добавления последней порции перимидина перемешивание
продолжают еще 2часа (контроль ТСХ, проявляют хроматограмму парами иода). Затем
реакционную массу тонкой струей выливают в воду (осторожно вспенивание и
разогревание). Чтобы избавится от избытка дихлорэтана смесь нагревают. Выпавший
кристаллический осадок фильтруют и промывают водой.
Экспериментальные данные приведены в
таблицах
Названия веществ и формула |
Характеристика исходных
веществ |
Количества исходных веществ |
М масса |
Физиол.
действие
|
Константы |
Кислоты и щелочи |
По методике |
По
Уравн.
реакции
|
Избыток
В
молях
|
Тпл |
Ткип |
D420
N204
|
% конц |
D20
|
Грамм
Данной
конц
|
100% |
В молях |
1, 8-Диаминонафталин
|
158 |
Канцероген |
117 |
- |
- |
|
|
7,9 |
7,9 |
0,05 |
0,05 |
1 |
Муравьиная кислота
|
46 |
Обладает отвлекающим и
раздражительным действ. |
8,4 |
100,7 |
1,220
1,3714
|
|
|
18,3 |
18,3 |
0,4 |
0,05 |
8 |
перимидин
|
168 |
канцероген |
224 |
- |
- |
|
|
1 |
1 |
0,006 |
0,006 |
1 |
Ацетил хлористый
|
78 |
Токсическое |
- |
182 |
1,1175
1,4627
|
|
|
0,5148 |
0,5148 |
0,0066 |
0,006 |
1,1 |
|
98 |
Токсическое |
-35,36 |
83,47 |
1,2351
1,4448
|
|
|
- |
- |
- |
- |
- |
AlCl3
Алюминий хлористый
безводный
|
133,5 |
Токсическое |
172 |
179 |
- |
|
|
7,9 |
7,9 |
0,054 |
- |
9 |
Название вещества и формула |
Константы |
Выход |
Тпл |
Ткип |
n20D
|
Масса, г |
% от теор |
% от указанного в методике |
Теорет-
ический
|
перимидин
|
224 |
Разлагается |
- |
8,316 |
99% |
99% |
99% |
|
176 |
Разлагается |
- |
0,756 |
60% |
92% |
65% |
В процессе выполнения работы
выполнялись следующие задачи:
1.
Изучение
и систематизация сведений об ароматическом электрофильном замещении
2.
Изучение
особенностей электрофильного замещения π-избыточных гетероциклов на
примере фурана тиофена и пиррола
3.
Изучение
физических и химических свойств перимидина Синтез 7(6)ацетил перимидина исходя
из 1, 8-Диаминонафталина
Заключение
Известно, что пиримидин относится к так
называемым π-амфотерным системам, т.е. обладает одновременно свойствами
ярко π-избыточных и π-дефицитных соединений. Поэтому, пиримидин и его
производные способны вступать как в реакции нуклеофильного, так и в реакции
электрофильного замещения. C
другой стороны, имеются данные о биологической активности различных производных
перимидина. Некоторые производные являются депрессантами и эффективными стимуляторами
центральной нервной системы. 2-Аминоперимидины обладают противомикробной активностью,
а 2-ациламиноперимидины – фунгицидным действием. Таким образом, продолжение
изучения реакционной способности пиримидина и синтез новых функциональных
производных этого гетероцикла является весьма перспективным и полезным
направлением. Практическая часть курсовой работы
состояла в получении 7(6)ацетил пиримидина, являющемся ценным реагентом для
органического синтеза. На первой стадии синтеза для получения чистого пиримидина
важную роль играет предварительная перегонка 1-8нафталиндиамина, так как
перимидин плохо поддается перекристаллизации. Был получен пиримидин, пригодный
для дальнейшего использования. Выход составил 99% от теоретического. Вторая
стадия - ацилирование по Фриделю-Крафтсу важно не допустить попадания в
реакционную смесь даже следов воды, для этого применялась хлоркальциевая
трубка. Выход ацетил пиримидина составил 60% или 0,756 г . потери связанны с частичной
растворимостью соединения в воде.
Список литературы
1.
Пожарский А. Ф., Анисимова В. А.,
Цупак Е. Б. Практические работы по химии гетероциклов // Изд-во РГУ. - 1988. -
158 с.
2.
Дальниковская В. В., Комиссаров И.
В., Пожарский А. Ф., Филиппов И. Т. Перимидины // Хим.-фарм. журнал, 1978, № 7, С. 85.
3. Успехи химии 1981 выпуск 9
с.1559-1594
4. Л. Пакетт Основы современной
химии гетероциклических соединений Изд-во мир – 1968 с.97-134.
5. А.Е.Агрономов Ю.С. Шабаров
Лабораторные работы в органическом практикуме М. Химия 1974.
6. В.И. Ивановский Химия
гетероциклических соединений М Высшая школа 1978.
7. А.А. Потехина Свойства
органических соединений Л. Химия 1984.
8. Дж. Джоуль К. Милс Химия
гетероциклических соединений М Мир 2004.
9. И.И. Грандберг Органическая химия
Дрофа 2002 А.Н.Несмеянов Н.А. Несмеянов Начала органической химии М 1969.
|