Введение
Электрофильное замещение, несомненно, составляет самую важнуюгруппу реакций ароматических соединений. Вряд ли найдется какой-нибудь другойкласс реакций, который так детально, глубоко и всесторонне исследован как сточки зрения механизма, так и с точки зрения применения в органическом синтезе.Именно в области электрофильного ароматического замещения впервые былапоставлена проблема связи между структурой и реакционной способностью, котораяявляется основным предметом изучения в физической органической химии. В общемвиде этот тип реакций ароматических соединений может быть представлен следующимобразом:
ArH + E+/>ArE + H+
/>/>
1. Литературный обзор
1.1 Электрофильное замещение в ароматическом ряду
Эти реакции характерны не только длясамого бензола, но и вообще для бензельного кольца, где бы оно ни находилось, атакже для других ароматических циклов — бензоидных и небензоидных. Реакцииэлектрофильного замещения охватывают широкий круг реакций: нитрование,галогенирование, сульфирование и реакции Фриделя — Крафтса свойственны почтивсем ароматическим соединениям; реакции типа нитрозирования и азосочетанияприсущи лишь системам с повышенной активностью; такие реакции, какдесульфирование, изотопный обмен, и многочисленные реакции циклизации, которыес первого взгляда кажутся совсем различными, но которые также оказываетсяцелесообразным отнести к реакциям того же типа.
1.1.1 Электрофильные агенты
Электрофильные агенты Е+, хотя наличие заряда не обязательно, т.к. электрофил может быть инезаряженной электронодефицитной частицей (например, SO3, Hg(OCOCH3)2и т.п.). Условно их можно разделить на три группы: сильные, средней силы ислабые.
Сильные электрофилы
NO2+(Ионнитрония, нитроил-катион); комплексы Cl2 или Br2 сразличными кислотами Льюиса (FeCl3, AlBr3, AlCl3,SbCl5 и т.д.); H2OCl +, H2OBr +, RSO2+, HSO3+, H2S2O7. Сильные электропилы взаимодействуют с соединениями ряда бензола, содержащимикак электронодонорные, так и практически любые электроноакцепторныезаместители.
Электрофилы среднейсилы
Комплексыалкилгалогенидов или ацилгалогенидов с кислотами Льюиса (RCl. AlCl3,RBr. GaBr3, RCOCl. AlCl3 и др.);комплексы спиртов с сильными кислотами Льюиса и Бренстеда (ROH. BF3,ROH. H3PO4, ROH. HF). Реагируют сбензолом и его производными, содержащими электронодонорные (активирующие)заместители или атомы галогенов (слабые дезактивирующие заместители), но обычноне реагируют с производными бензола, содержащими сильные дезактивирующиеэлектроноакцепторные заместители (NO2, SO3H, COR,CN идр.).
Слабые электрофилы
Катионы диазония ArN+єN, иминия CH2=N+ H2, нитрозония NO+(нитрозоил-катион);оксид углерода (IY) СО2 (один из самых слабых электрофилов). слабыеэлектрофилы взаимодействуют только с производными бензола, содержащими оченьсильные электронодонорные заместители (+М)-типа (OH, OR, NH2, NR2,O- и др.).
1.1.2 Механизм электрофильногоароматического замещения
В настоящее время ароматическое электрофильное замещениерассматривается как двухстадийная реакция присоединения-отщепления с промежуточнымобразованием аренониевого иона, называемого σ-комплексом
/>
I-Аренониевый ион (/>-комплекс), как правило,короткоживущий. Такой механизм получил название SEAr, т.е. SЕ (аренониевый).В этом случае на первой стадии в результате атаки электрофила циклическаяароматическая 6-электронная π-системабензола исчезает и заменяется в интермедиате I на нециклическую 4-электроннуюсопряженную систему циклогексадиенильного катиона. На второй стадии вновьвосстанавливается ароматическая />-система за счет отщепленияпротона.Строение аренониевого иона I изображают различными способами:
/> />
Наиболее часто употребляется первая формула. σ-комплекс будет гораздо лучше стабилизироватьсядонорными заместителями, находящимися в орто- и пара-положениях, чем донорнымизаместителями в мета-положении.
π-Комплексы
Как известно, арены являются π-основаниями и могутобразовывать донорно-акцепторные комплексы со многими электрофильнымиреагентами.Так, при пропускании сухих газообразных HCl или DCl в растворбензола, толуола, ксилолов или других полиалкилбензолов в н-гептане при -78оСудалось обнаружить образование молекулярных комплексов состава 1:1 (Г.Браун,1952 г.).
Эти комплексы не окрашены, их растворы в ароматическихуглеводородах неэлектропроводны. При растворении газообразного DCl в бензоле,толуоле, ксилолах, мезитилене, пентаметилбензоле не происходит обмен H на D.Поскольку растворы комплексов не проводят электрический ток, они не являютсяионными частицами, т.е. это не аренониевые ионы.
Такие донорно-акцепторные комплексы получили название π-комплексов.Например, кристаллы комплексов бензола с бромом или хлором состава 1:1 согласнорентгеноструктурным данным состоят из цепочек чередующихся молекул π-донорасостава (C6H6) и акцептора (Cl2,Br2),в которых молекула галогена расположена перпендикулярно плоскости кольца вдольоси, проходящей через его центр симметрии.
σ-комплексы (аренониевые ионы)
При введении в раствор HCl и DCl в алкилбензолах AlCl3или AlBr3 раствор начинает проводить электрический ток. Такиерастворы окрашены и их окраска изменяется от желтой до оранжево-красной припереходе от пара-ксилола к пентаметилбензолу. В системах ArH-DCl-AlCl3 илиArH-DF-BF3 атомы водорода ароматического кольца уже обмениваются надейтерий. Электропроводность растворов определенно указывает на образованиеионов в тройной системе арен-галогенводород-галогенид алюминия. Строение такихионов было установлено с помощью ЯМР-спектроскопии на ядрах 1Н и 13Св системе ArH-HF(жидк)-BF3 или ArH-HF-SbF5 вSO2ClF при низкой температуре.
1.1.3 Классификациязаместителей
Монозамещенные бензолы С6Н5Х могут бытьболее или менее реакционноспособны, чем сам бензол. Если в реакцию ввестиэквивалентную смесь С6Н5Х и С6Н6,то замещение будет происходить селективно: в первом случае в реакцию будетвступать преимущественно С6Н5Х, а во втором случае — преимущественно бензол.
В настоящее время заместители делят на три группы с учетом ихактивирующего или дезактивирующего влияния, а также ориентации замещения вбензольном кольце.
1. Активирующиеорто-пара-ориентирующие группы. К ним относятся: NH2, NHR, NR2,NHAc, OH, OR, OAc, Alk и др.
2. Дезактивирующиеорто-пара-ориентирующие группы. Это галогены F, Cl, Br и I.
3. Дезактивирующиемета-ориентирующие группы. Эту группу составляют NO2, NO, SO3H,SO2R, SOR, C(O)R, COOH, COOR, CN, NR3+ ,CCl3 идр. Это ориентанты II-го рода.
Естественно, что существуют и группировки атомовпромежуточного характера, обусловливающие смешанную ориентацию. К ним, например, относятся: CH2NO, CH2COCH3,CH2F, CHCl2, CH2NO2, CH2CH2NO2,CH2CH2NR3+, CH2PR3+,CH2SR2+ и др.
1.2 Электрофильноезамещение в π-избыточных гетероциклах
Фуран, пиррол и тиофен обладают значительнойреакционной способностью по отношению к обычным электрофильным реагентам. Вэтом смысле они напоминают наиболее реакционно-способные производные бензола,такие, как фенолы и анилины. Повышенная чувствительность к электрофильномузамещению вызвана несимметричным распределением заряда в этих гетероциклах, врезультате чего на углеродных атомах цикла имеется больший отрицательный заряд,чем в бензоле. Фуран обладает несколько большей реакционной способностью, чемпиррол, а наименее реакционноспособен тиофен.
1.2.1 Электрофильноезамещение пиррола
В то времякак пиррол и его производные не склонны к реакциям нуклеофильного присоединенияи замещения, они очень чувствительны к электрофильным реагентам, и реакциипирролов с такими реагентами протекают практически исключительно как реакциизамещения. Незамещенный пиррол, N- иС-моноалкилпирролы и в наименьшей степени С, С-диалкилпроизводные полимеризуютсяв сильнокислых средах, поэтому большинство электрофильных реагентов,использующихся в случае производных бензола, не применимы для пиррола и егоалкилпроизводных.
Однако приналичии в пиррольном цикле электроноакцепторных групп, препятствующихполимеризации, например, таких, как сложноэфирная, становится возможнымиспользование сильнокислых сред, нитрующих и сульфирующих агентов.
Протонирование
В растворенаблюдается обратимое присоединение протона по всем положениям пиррольногоцикла. Наиболее быстро протонируется атом азота, присоединение протона поположению 2 проходит в два раза быстрее, чем по положению 3. В газовой фазе прииспользовании кислот умеренной силы, таких, как C4H9+ и NH4+, пирролпротонируется исключительно по атомам углерода, причем склонность к присоединениюпротона по положению 2 выше, чем по положению 3. Наиболее термодинамическистабильный катион — 2Н-пирролиевый ион — образуется при присоединении протонапо положению 2 и определяемое значение рКа для пирроласвязано именно с этим катионом. Слабая N-основностьпиррола обусловлена отсутствием возможности для мезомерной делокализацииположительного заряда в 1H-пирролиевомкатионе.
/>
Значение рКаопределено для большого числа производных пиррола, а сам незамещенныйпиррол — чрезвычайно слабое основание со значением рКа-3,8. Основность пиррольного цикла весьма быстро увеличивается привведении алкильных заместителей, и для 2,3,4,5-тетраметилпиррола рКаравен +3,7, что соответствует полному протонированию всех молекул пирролав вышеприведенных условиях (для сравнения рКа анилина+4,6). Таким образом, алкильные группы оказывают необычайное стабилизирующеевлияние на катионы — пирролы, содержащие трет-бутильные группы, припротонировании образуют стабильные кристаллические соли.
/> />
Реакции протонированных пирролов
2Н- иЗН-Пирролиевые катионы в сущности представляют собой иминиевые ионы и,следовательно, обладают свойствами электрофилов. Эти катионы играют ключевуюроль в процессах полимеризации и восстановления пирролов в присутствии кислот.При взаимодействии пирролов с гидрохлоридом гидроксиламина, сопровождающимсяраскрытием цикла и образованием 1,4-диоксимов, вероятно, образуется болеереакционноспособный ЗН-пирролиевый катион. Для защиты аминогруппы первичныхаминов могут быть превращены в 1-К-2,5-диметилпирролы, затем защитная группаможет быть удалена с помощью описанной выше реакции с гидроксиламином.
/>
Нитрование
Нитрующуюсмесь, применяемую для нитрования производных бензола, нельзя использовать вслучае пиррола, поскольку это приводит к его полному разложению. Однаконитрование пиррола возможно при использовании ацетилнитрата при низкихтемпературах, причем преимущественно образуется 2-нитро-пиррол. Ацетилнитратполучают при смешивании дымящей азотной кислоты с уксусным ангидридом, и врезультате образуется уксусная кислота и достигается удаление сильнойминеральной кислоты. При нитровании пиррола с использованием ацетилнитратаактивность положения 2 в 1,3 • 105, а положения 3 в 3 • 104 разавыше активности бензола.
/>
Введениезаместителя к атому азота увеличивает долю продукта нитрования по положению 3 всмеси продуктов реакции: так, введение метального заместителя обусловливает получениесмеси продуктов β- и α-нитрования в соотношении 1:3. Более объемнаятрет-бутильная группа приводит даже к обращению относительной реакционнойспособности — продукты β- и α-нитрования образуются в соотношении4:1. Полного подавления реакции нитрования по α-положению пиррола можнодостигнуть при введение к атому азота триизопропилсилильной (TIPS) группы;использование последней чрезвычайно важно при синтезе 3-производных, так как впоследствии она может быть легко удалена.
/>
Сульфирование и реакции с использованием другихсеросодержащих электрофильных реагентов
Длясульфирования пирролов используются мягкие сульфирующие агенты, не обладающиесвойствами кислоты; так, комплекс пиридин — триоксид серы мягко превращаетпиррол в пиррол-2-сульфонат .
/>
Реакции с использованием другихсеросодержащих электрофильных реагентов, например сульфинилирование пиррола,тиоцианирование пиррола и 1-фенилсульфоиилпиррола, позволяютполучать серосодержащие производные пиррола с атомом серы в более низкойстепени окисления.
/>
Катализируемая кислотойперегруппировка производных пиррола, содержащих серосодержащий заместитель вα-положении (продукт кинетически контролируемого электрофильногозамещения), позволяет получать соответствующие β-изомеры.
Галогенирование
Галогенирование пиррола протекаетнастолько легко, что, если специальным образом не контролировать течениереакции, образуются исключительно стабильные тетрагалогенопроизводные. Попыткипровести 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 галогенированиемпиррола. Использование 1,3-дибром-5,5-диметилгидантоина в качестве бромирующегоагента приводит к образованию 2-бром — и 2,5-дибромпирролов; продуктыбромирования стабилизируют немедленным превращением в N-трет-бутилоксикарбонильныепроизводные. Бромирование N-трет-бутилоксикарбонилпирролас использованием N-бромсукцинимидаприводит к 2,5-дибромпроизводному
/>
Примонобромировании и моноиодировании N-триизопропилсилилпирролаобразуются практически исключительно 3-галогенозамещенные пирролы, аиспользование двух эквивалентов N-бромсукцинимидапозволяет получить 3,4-дибромпроизводное
/>
Ацилирование
Прямоеацетилирование пиррола уксусным ангидридом при 200 °С приводит к образованию2-ацетилпиррола с примесью небольшого количества 3-ацетилпирола; N-ацетилпирролв этих условиях вовсе не образуется N-Ацетилпирролможно получить с высоким выходом при нагревании пиррола с N-ацетилимидазолом.
Алкильныезаместители облегчают процесс ацилирования по атому углерода: так,2,3,4-триметилпиррол превращается в 5-ацетилпроизводное даже при кипячении вуксусной кислоте. Более реакционноспособные трифторуксусный ангидрид итрихлорацетилхлорид реагируют с пирролом даже при комнатной температуре собразованием продуктов 2-ацилирования, которые в результате гидролиза илиалкоголиза обеспечивают удобный синтетический подход к пиррол-2-карбоновымкислотам или их эфирам.
Сильныеэлектроноакцепторные заместители (мета-ориентирующие группы) в α-положении пиррольного кольца склонны изменять присущую пирролурегиоселективность в реакциях электрофильного замещения — последующее замещениепротекает по положению 4, а не по свободному α-положению.
/>
Алкилирование
Моноалкилпроизводныепиррола (по атому углерода) не удается получить прямой реакцией пиррола салкилгалогенидами как в результате катализируемого кислотой Льюисаалкилирования, так и в отсутствие катализатора. Пиррол не вступает в реакцию сметилиодидом при температурах ниже 100˚С, однако при температурах выше 150˚Св результате серии превращений образуется сложная смесь, состоящая главнымобразом из продуктов полимеризации и некоторого количества полиметилированныхпроизводных пиррола. Более реакционноспособный аллилбромид реагирует с пирроломпри комнатной температуре, однако в результате этого взаимодействия образуетсясмесь различных аллилпирролов (от моно — до тетразамещенных) одновременно спродуктами олигомеризации и полимеризации. Наиболее гладко пирролмоноалкилируется сопряженными енонами, содержащими уходящую группу вβ-положении.
/>
1.2.2 Электрофильноезамещение тиофена
Как иследовало ожидать, для тиофена характерны реакции, свойственные ароматическимсоединениям типа бензола. Тиофен галогенируется, нитруется, сульфируется и ацилируетсяаналогично фурану и пирролу, но в более жестких условиях.
Протонирование.Реакции протонированных тиофенов
Вследствие высокой стабильноститиофенов в их реакциях электрофильного замещения могут быть успешноиспользованы комбинации ряда реагентов с сильными кислотами, обычно приводящиек 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 2примерно в 1000 раз выше, чем по положению 3. Так, для 2,5-ди-трет-бутилтиофенарКа при образовании соли за счет протонирования по положению 2составляет —10,2.При обработке тиофена горячей фосфорной кислотой получаетсятример, строение которого предполагает, что на первой стадии образование связи С—С вдет через α-протонированный катион.
/>
Нитрование
Нитрование тиофена следуетпроводить 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 свыходом -10%. Дальнейшее нитрование как 2-, так и 3-нитротио-фенов такжеприводит к образованию смесей: из 2-нитротиофена образуются эквивалентныеколичества 2,4- и 2,5-динитротиофенов, а из 3-изомера — в основном2,4-динитротиофен. Аналогично, предсказуемая смесь изомеров образуется принитровании замещенных тиофенов: например, 2-метилтиофен дает смесь2-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
Получениетиофен-2-сульфокислоты при сульфировании серной кислотой уже давно известно,однако использование комплекса пиридинсульфотриоксид, возможно, более удобныйметод. 2-Хлорсульфонилирование и 2- тиоцианирование также достаточноэффективны.
/>
Галогенирование
Галогенированиетиофена происходит очень быстро и как при комнатной температуре, так и при -30°С в темноте легко проходит тетразамещение. Скорость галогенирования тиофенапри 25 °С примерно в 108 раз больше, чем бензола. Образование как2,5-дибром — и 2,5-дихлортиофенов, так и 2-бром- и 2-иодтиофенов гладкопроисходит в различных контролируемых условиях. Контролируемое бромирование3-бромтиофена дает 2,3-ди-бромтиофен.
/>
Трибромированиетиофена гладко протекает в 48%-ном растворе НВг. Давно известно, что приобработке полигалогенотиофенов цинком и кислотой удается селективно удалятьα-галоген, что делает доступным получение 3-бромтиофена, а 3,4-дибромтиофенаналогично образуется при восстановлении тетрабромида. При использовании боргидрида натрия из 2,3,5-трибромтиофена получают2,3-дибромтиофен (в присутствии катализатора Pd(0))или2,4-дибромтиофен (без катализатора).
/>
Моноиодирование α-замещеиных тиофенов, независимо оттого,оказывают ли эти заместители активирующее или дезактивирующее влияние, идет повторому α-положению при действии иода и иодбензолдиацетата. 3-Алкилтио-феныможно монобромировать или моноиодировать по положению 2 при использовании N-бромсукцинимидаили иода в присутствии оксида ртути(II) соответственно.
Ацилирование
Ацилирование по Фриделю-Крафтсу наиболее часто используется длятиофенов и обычно дает хорошие выходы в контролируемых условиях. Несмотря нато, что при взаимодействии тиофена с AlCl3 получаются смолы,их образования можно избежать, если добавлять катализатор к тиофену иацилирующему агенту. Наиболее часто в качестве катализатора используют хлоридолова. Эффективный метод — ацилирование ангидридами, катализируемое фосфорнойкислотой. В реакциях с ацетил-п-толуолсульфонатами в отсутствие катализаторов свысоким выходом образуется 2-ацетилтиофен. При формилировании тиофена поВильсмейеру получают 2-формилтиофен. 2-Формилпроизводное образуется также из3-фенилтиофена в условиях реакции Вильсмейера.
/>
Алкилирование
Алкилирование проходит достаточнолегко, однако редко используется в препаративной химии. Одним из примеров можетслужить эффективное 2,5-бис-трет-бутилирование тиофена.
Конденсация с альдегидами и кетонами
Кислотно-катализируемые реакциитиофена с альдегидами и кетонами неприменимы для получениягидроксиалкилтиофенов, так как они нестабильны в условиях реакции. Однако можноосуществить хлоралкилирование, а при использовании хлорида цинка даже тиофены,имеющие электроноакцепторные заместители, вступают в эту реакцию. Необходимотщательно подбирать условия, так как возможно образование какди-2-тиенилметанов, так и 2,5-бис(хлорметил)тиофена.
/>
1.2.3 Электрофильное замещениефурана
Среди трехпятичленных систем с одним гетероатомом, фуран представляет собой «наименееароматическое» соединение и, как таковой, проявляет наибольшую склонность креакциям присоединения.
Это верно вотношении как взаимодействия с обычными электрофильными реагентами,используемыми в реакциях замещения, так и процессов типа реакцииДильса-Альдера.
Нитрование
Чувствительность фуранов непозволяет использовать концентрированную кислотную нитрующую смесь. Привзаимодействии фурана или замещенных фуранов с ацетилнитратом первоначальнообразуются неароматические аддукты, в которых образованию продуктов замещенияпрепятствует процесс нуклеофильного присоединения ацетата к катионномуинтермедиату, обычно по положению 5. Ароматизация с потерей уксусной кислоты,приводящая к образованию нитропроизводного, происходит под действиемрастворителя; наилучшие результаты достигаются при использовании слабогооснования, такого, как пиридин.
Дальнейшее нитрование2-нитрофурана дает 2,5-ди-нитрофуран в качестве основного продукта реакции.
/>
Сульфирование
Фуран и алкилфураны разлагаютсяпод действием обычных сильных кислот, однако можно использовать комплекспиридинсульфотриоксид, под действием которого происходит дизамещение фуранадаже при комнатной температуре.
/>
Галогенирование
Фуран энергично реагирует схлором и бромом при комнатной температуре с образованием полигалогенированныхсоединений, но не реагирует с иодом. В более контролируемых условиях можнополучить 2-бромфуран. реакция, по-видимому, протекает через образование1,4-дибром-1,4-дигидроаддукта, поскольку такие частицы были действительнообнаружены при низкой температуре с использованием спектроскопии ПМР. В реакциис бромом в диметилформамиде при комнатной температуре гладко образуются 2-бром- и 2,5-дибромфураны.
/>
Ацилирование
Для ацилирования фуранов поФриделю — Крафтсу ангидридами или галогенангидридами карбоновых кислот обычнонеобходимо присутствие кислоты Льюиса (часто трифторида бора), хотя реакция сангидридом трифторуксусной кислотыне требует катализатора. Было показано, что при ацилировании фуранов в условияхкатализа 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 фуранымогут быть проацилированы по β-положению, хотя обычно большим трудом.
/>
Формилирование фуранов по Вильсмейеру обеспечиваетудобный подход к формилфуранам, хотя не меньшую роль играют легкая доступностьфурфурола в качестве исходного материала, а также важны методы, включающиелитиирование фуранов. Формилирование замещенных фуранов происходит согласноправилу предпочтительного образования α-замещенных производных, несмотряна все другие факторы; так, и 2-метилфуран, и метиловый эфир фуран-3-карбоновойкислоты дают 5-альдегид, а 3-метилфуран превращается главным образом в2-альдегид.
2. Практическая часть
2.1 Пиримидин
Как известно,гетероароматические системы весьма отчетливо подразделяются наπ-избыточные и π-дефицитные. Первым свойственны реакцииэлектрофильного замещения, окисления, тогда как вторые реагируют главнымобразом с нуклеофилами, трудно окисляются, но сравнительно легковосстанавливаются. гетероароматическая система, обладающая одновременносвойствами π-избыточных и π-дефицитных соединений является перимидин,химическая амфотерность которого делает его интереснейшим объектомисследования.
2.1.1 Реакцииэлектрофильного замещения
Перимидин является одним изнаиболее активных по отношению к электрофильным агентам гетероциклов, чтообъясняется его высокой π-донорной способностью и большим отрицательнымπ-зарядом в орто-и пара-положениях нафталиновогокольца. Именно по ним и протекают все реакции электрофильного замещения; до сихпор не известно случаев атаки электрофилами положений 5 и 8. Реакцииэлектрофильного замещения в перимидинах очень чувствительны к стерическимпомехам со стороны N-заместителя. Лишь небольшие по размерам частицы (D+, с большим трудом Сl+) могут вступать в положения 4 и9 при наличии соседних N-метильных групп.
Ацилирование
Перимидин — единственнаягетероароматическая система с пиридиновым атомом азота, подвергающаясясравнительно легкому ацилированию по Фриделю — Крафтсу. Ацилирование лучшевсего проводить с помощью карбоновых кислот в среде полифосфорной кислоты(ПФК). Для соединений с незамещенной группой NH реакция имеет ярко выраженныйкинетический и термодинамический контроль. При 70—85° образуется главнымобразом 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 нихпрочной внутримолекулярной водородной связи.
Нитрование
В зависимостиот количества и концентрации азотной кислоты перимидины нитруются (лучше всегов среде уксусной кислоты) до моно-, ди-, три- и тетранитропроизводиых, аацеперимидины — до моно-и динитропроизводиых. Первое нитрование перимидинов сосвободной группой NHсопровождается осмолением, что снижает выход. Так, перимидин нитруетсядействием 1 моля HNO3, образуя4(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. Хлорированиеперимидина действием моля SO2Сl2, приводит к образованию 6(7)- и 4(9)-хлорзамещенных всоотношении 8:1. При действии 2 молей SO2Сl2 образуется сложная смесь моно-, ди-и трихлорперимидинов, а3 молей SO2Сl2 — 4,6,7-трихлорперимидии с высоким выходом. Получить спомощью SO2Сl2 тетрахлорперимидин не удалось, но 2-метилперимидинхлорируется избытком SO2Сl2 дотетра-хлорпроизводного.
2.2 Синтез 7(6)ацетил перимидина исходя из 1,8-Диаминонафталина
/>
1, 8-Диаминонафталин (7,9 г, 0,05моль) кипятят 1 ч с 15 мл муравьиной кислоты. Смесь разбавляют вдвое водой,кипятят 2—3 раза с активированным углем, фильтрат охлаждают и нейтрализуют25%-ным раствором аммиака. Выпавший осадок отфильтровывают, хорошо промываютхолодной водой и высушивают на воздухе, размазывая его тонким слоем наповерхности стеклянной пластинки. Ввиду мелкокристалличностиперимидина даже хорошо отжатый на фильтре продукт содержит значительноеколичество 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 безводногохлористого алюминия, 0,52мл хлористого ацетила в 20мл дихлорэтана и в течение1часа при перемешивании добавляют 1г перимидина, поддерживая при этомтемпературу 18-20’С. После добавления последней порции перимидина перемешиваниепродолжают еще 2часа (контроль ТСХ, проявляют хроматограмму парами иода). Затемреакционную массу тонкой струей выливают в воду (осторожно вспенивание иразогревание). Чтобы избавится от избытка дихлорэтана смесь нагревают. Выпавшийкристаллический осадок фильтруют и промывают водой.
Экспериментальные данные приведены втаблицахНазвания 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 работывыполнялись следующие задачи:
1. Изучениеи систематизация сведений об ароматическом электрофильном замещении
2. Изучениеособенностей электрофильного замещения π-избыточных гетероциклов напримере фурана тиофена и пиррола
3. Изучениефизических и химических свойств перимидина Синтез 7(6)ацетил перимидина исходяиз 1, 8-Диаминонафталина
Заключение
Известно, что пиримидин относится к такназываемым π-амфотерным системам, т.е. обладает одновременно свойствамиярко π-избыточных и π-дефицитных соединений. Поэтому, пиримидин и егопроизводные способны вступать как в реакции нуклеофильного, так и в реакцииэлектрофильного замещения. Cдругой стороны, имеются данные о биологической активности различных производныхперимидина. Некоторые производные являются депрессантами и эффективными стимуляторамицентральной нервной системы. 2-Аминоперимидины обладают противомикробнойактивностью,а 2-ациламиноперимидины – фунгицидным действием. Таким образом, продолжениеизучения реакционной способности пиримидина и синтез новых функциональныхпроизводных этого гетероцикла является весьма перспективным и полезнымнаправлением. Практическая часть курсовой работысостояла в получении 7(6)ацетил пиримидина, являющемся ценным реагентом дляорганического синтеза. На первой стадии синтеза для получения чистого пиримидинаважную роль играет предварительная перегонка 1-8нафталиндиамина, так какперимидин плохо поддается перекристаллизации. Был получен пиримидин, пригодныйдля дальнейшего использования. Выход составил 99% от теоретического. Втораястадия — ацилирование по Фриделю-Крафтсу важно не допустить попадания вреакционную смесь даже следов воды, для этого применялась хлоркальциеваятрубка. Выход ацетил пиримидина составил 60% или 0,756 г. потери связанны с частичнойрастворимостью 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 9с.1559-1594
4. Л. Пакетт Основы современнойхимии гетероциклических соединений Изд-во мир – 1968 с.97-134.
5. А.Е.Агрономов Ю.С. ШабаровЛабораторные работы в органическом практикуме М. Химия 1974.
6. В.И. Ивановский Химиягетероциклических соединений М Высшая школа 1978.
7. А.А. Потехина Свойстваорганических соединений Л. Химия 1984.
8. Дж. Джоуль К. Милс Химиягетероциклических соединений М Мир 2004.
9. И.И. Грандберг Органическая химияДрофа 2002 А.Н.Несмеянов Н.А. Несмеянов Начала органической химии М 1969.