Эфир

Гидролиз ацетоуксусного эфира: строение, таутомерия; синтез карбоновых кислот и кетонов.

Содержание

строение, таутомерия; синтез карбоновых кислот и кетонов.

Алкилирование
эфиров β-оксокарбоновых кислот.
Как
уже упоминалось, эфиры β-оксокарбоновых
кислот обладают довольно сильными
кислотными свойствами,
например, рКа
ацетоуксусного эфира составляет 10,65.
Анионы солей ацетоуксусного и других
эфиров β-оксокислот стабилизированы
за счет сопряжения, отрицательный заряд
делокализуется в них при участии атомов
кислорода двух карбонильных групп:

Ацетоуксусный
эфир имеет 2 СН-кислотных центра => в
молекулу могут быть вве­дены 2 алкильных
радикала.

Анионы
солей ацетоуксусного и других эфиров
β-оксокислот
вследствие делокализации отрицательного
заряда в сопряженной системе представляют
собой амбидентные
нуклеофилы
(два нуклеофильных центра: α-атом
углерода и атом кислорода кетонной
группы).

Кислотное
расщепление. Ацетоуксусный
эфир и его алкильные производные при
действии концентрированных спиртовых
растворов щелочи подвергаются так
называемому кислотному расщеплению,
приводящему к образованию сложных
эфиров замещенных уксусных кислот.
Гидролиз сложного эфира обычно
осуществляют в кислой среде:

Декарбоксилирование.

Декарбоксилирование
является этапом так называемого
кетонного
рас­щепления
замещенных ацетоуксусных эфиров с
целью получения метилкетонов. Процедура
включает в себя щелочной гидролиз
сложного эфира β-оксокислоты и
декарбоксилирование образовавшейся
оксокислоты после подкисления реакционной
смеси:

Из
приведенных примеров видно, что
ацетоуксусный эфир является удоб­ным
синтетическим предшественником
алифатических карбоновых кислот и
метилкетонов. При планировании синтеза
какой-либо карбоновой кислоты или
метилкетона исходят из того, что от
молекулы ацетоуксусного эфира в
ре­зультате кетонного расщепления
в структуре соответствующего кетона
оста­нется фрагмент ацетона, а в
результате кислотного расщепления в
молекуле образовавшейся карбоновой
кислоты — остаток уксусной кислоты.

  1. Функциональные
    производные угольной кислоты: фосген,
    эфиры карбаминовой кислоты; карбамид
    (мочевина) – гидролиз, взаимодействие
    с азотистой кислотой и гипобромитами,
    образование биурета, биуретовая
    реакция; основные свойства гуанидина.

Угольная
кислота традиционно не относится к
органическим соедине­ниям, но она
сама и ее функциональные производные
имеют определенное сходство с карбоновыми
кислотами и их производными, поэтому
и рассмат­риваются в настоящей главе.
Двухосновная угольная кислота —
неустойчивое соединение, легко
распадается на диоксид углерода и воду.
В водном растворе углекислого газа
лишь 0,1% его существует в виде угольной
кислоты. Угольная кислота об­разует
два ряда функциональных производных
— полные
(средние) и непол­ные (кислые).
Кислые эфиры, амиды и другие производные
нестабильны и разлагаются с выделением
диоксида углерода:

Хлорангидриды.

Полный
хлорангидрид угольной кислоты — фосген
СОС12
— низкокипящая жидкость с запахом
прелого сена, очень ядовит, вызывает
отек легких, образуется в качестве
вредной примеси при фотохимическом
окислении хлороформа в результате
неправильного хранения последнего.
В
промышленности фосген получают
радикальным хлорированием окси­да
углерода(Н) в реакторе, заполненном
активированным углем:

Фосген,
подобно хлорангидридам карбоновых
кислот, обладает высокой
ацилирующей способностью,
из него получают многие другие
функциональ­ные производные угольной
кислоты.

При
взаимодействии фосгена со спиртами
образуются сложные эфиры двух типов —
полные (карбонаты)
и неполные (хлороугольные
эфиры,
или хлороформиаты), последние одновременно
являются и сложными эфирами, и
хлорангидридами.

С
гликолями и пирокатехином фосген
образует циклические
эфиры,
ис­пользуемые в качестве защитных
групп. Для ацилирования фенолов часто
применяют метод Шоттена—Баумана,
например:

Карбоновые
кислоты под действием фосгена превращаются
в соответствующие хлорангидриды:

Амиды.

Угольная
кислота образует два ряда амидов —
кислые (карбаминовая
кис­лота
и ее производные) и средние (мочевина
и ее производные).

Карбаминовая
кислота
— неполный амид угольной кислоты —
неустойчи­вое соединение, распадается
с образованием аммиака и диоксида
углерода:

Эфиры
карбаминовой кислоты — карбаматы,
или уретаны,
— устойчивые соединения, получаемые
в результате присоединения спиртов к
изоцианатам или ацилированием аммиака
и аминов соответствующим хлороформиатом:

N-Замещенные
карбаматы широко используются в качестве
пестицидов. Некоторые карбаматы нашли
применение в медицине как лекарственные
средства.

Широкое
практическое применение имеют полиуретаны
— высокомоле­кулярные соединения,
образующиеся при взаимодействии
полифункциональных изоцианатов с
многоатомными спиртами. Получаемый
при этом сшитый полимер применяют в
основном в виде разнообразных пенопластов.

Мочевина
(карбамид)
— полный амид угольной кислоты —
важнейший конечный про­дукт белкового
обмена у млекопитающих; взрослый человек
выделяет в сут­ки 25—30 г мочевины.
Мочевина
— крупнотоннажный продукт (мировое
производство более 100 млн т/год),
используется в основном как азотное
удобрение, значительныеьколичества
мочевины идут на получение
мочевиноформальдегидных смол. В
фармацевтической промышленности
мочевину используют для получения
барбитуратов.

Мочевина
обладает слабыми
основными свойствами,
образует соли с сильными кислотами.
Соли азотной и щавелевой кислот
нерастворимы в воде.

Мочевина
протонируется
по атому кислорода,
а не азота. Это, вероятно, связано с
делокализацией неподеленных пар
электронов атомов азота за счет
р,π-сопряжения.

В
кипящей воде мочевина гидролизуется
с образованием аммиака и диок­сида
углерода; кислоты и основания катализируют
эту реакцию:

Первичными
продуктами, образующимися при нагревании
мочевины, яв­ляются аммиак и изоциановая
кислота. Изоциановая кислота может
тримеризоваться в циануровую кислоту
или конденсироваться со второй молекулой
мочевины с образованием биурета.
В зависимости от скорости нагрева
доми­нирует тот или иной путь разложения
мочевины:

С
гидроксидом меди(II) в щелочной среде
биурет образует хелатный комплекс
красно-фиолетового цвета (моделирует
качественная
реакция на
белки).

При
взаимодействии мочевины с
азотистой кислотой
образуются диоксид углерода, азот и
вода. Реакция применяется для удаления
избытка азотистой кислоты при проведении
реакций диазотирования и нитрозирования:

Действие
гипогалогенитов также приводит к
разложению мочевины. В за­висимости
от условий могут образовываться азот
или гидразин; последний именно так
получают в промышленности:

Гуанидин.

Гуанидин,
или иминомочевину (H2N)2C=NH,
в промышленности полу­чают сплавлением
мочевины с нитратом аммония или при
нагревании эфиров ортоугольной кислоты
с аммиаком. Гуанидин — бесцветное
кристаллическое вещество (т. пл. 50 °С),
обладает сильными
основными свойствами.
Высокая основность на уровне гидроксидов
щелочных металлов обусловлена полной
делокализацией поло­жительного
заряда в симметричном катионе гуанидиния:

Остатки
гуанидина и бигуанидина содержатся в
некоторых природных со­единениях и
лекарственных веществах.

  1. Сульфокислоты:
    номенклатура; кислотные свойства,
    образование солей; функциональные
    производные: эфиры, амиды, хлорангидриды.
    Реакции десульфирования и замещения
    сульфогруппы в ароматических
    сульфокислотах.

Сульфоновыми
кислотами
называются сероорганичсские соединении
общей формулы RSО3Н.
Сульфоновые
кислоты (сульфокислоты) имеют сходство
с карбоновыми кислотами, обладают
кислотны­ми свойствами, образуют
производные тех же типов, что и карбоновые
кислоты.

Сульфоновые
кислоты представляют собой крис­таллические
вещества, часто гигроскопические,
хорошо растворимые в воде. В органическом
синтезе, например при получении
красителей, введение сульфогруппы в
структуру соединений используется для
повышения их раствори­мости в воде.

Химические
свойства.
Сульфоновые
кислоты обладают высокой
кислот­ностью,
они сравнимы с серной кислотой и даже
превосходят ее (например,
трифторометансульфоновая кислота
CF3SО3H).

Атом
серы в сульфокислотах и их производных
имеет тетраэдрическую конфигурацию.
В анионах сульфоновых кислот заряд
делокализован при учас­тии трех
атомов кислорода, т. е. более полно, чем
в анионах карбоновых кис­лот. Ниже
приведены геометрические параметры
бензолсульфонат-иона и ре­зонансные
структуры, демонстрирующие делокализацию
заряда:

Как
слабые, так и сильные основания образуют
с сульфокислотами соли, называемые
сульфонатами:

Сульфонаты
бария и свинца в отличие от сульфатов
хорошо растворимы в воде, это их свойство
используется при очистке полученных
в результате сульфирования ароматических
сульфоновых кислот.

Под
действием перегретого водяного пара
сульфоновые кислоты подвергаются
десульфированию:

Возможность
удаления сульфогруппы используется в
препаративной органической химии для
защиты определенных положений бензольного
кольца, что можно проиллюстрировать
на примере синтеза 2,6-динитроанилина:

Сульфогруппа
из ароматического кольца может быть
удалена также при действии нуклеофилов,
при этом степень окисления серы
понижается. Кроме упоминавшегося ранее
способа получения фенолов, с помощью
ре­акций этого типа получают тиофенолы,
амины и др.:

Сульфонилхлориды.

Сульфонилхлориды
синтезируют из сульфоновых кислот или
их со­лей теми же методами, что и
хлорангидриды карбоновых кислот:

Кроме
того, арилсульфонилхлориды могут быть
получены прямым суль­фированием
ароматического кольца хлорсульфоновой
кислотой. В качестве побочных продуктов
в этой реакции образуются диарилсульфоны:

Химические
свойства.
Из сульфонилхлоридов в результате
нуклеофильно­го замещения у атома
серы получают различные функциональные
производ­ные сульфоновых кислот,
наиболее значимы из которых сульфонаты
(сложные эфиры) и сулъфонамиды
(амиды).

Сульфонаты
образуются в реакциях сульфонилхлоридов
со спиртами. При получении сульфонатов
в качестве акцептора хлороводорода и
нуклеофильно­го катализатора
используют пиридин:

Сульфонамиды
образуются при взаимодействии
сульфонилхлоридов с ам­миаком или
аминами:

При
восстановлении сульфонилхлоридов
образуются тиолы или тиофенолы, например:

Эфиры
сульфоновых кислот.

Эфиры
сульфоновых кислот используют в
органическом синтезе в качест­ве
субстратов в реакциях нуклеофильного
замещения. Как уже упоминалось,
сульфоновые кислоты обладают
высокой кислотностью,
поэтому их анионы, будучи стабильными,
являются хорошими уходящими группами
в реакциях нуклеофильного замещения.

Алкильный
радикал эфира должен быть первичным
или вторичным, поскольку сульфонаты
третичных спиртов труднодоступны и
малоустойчивы (подвергаются
элиминированию). Приве­денный ниже
пример показывает, что из алкилсульфонатов
можно получать соединения практически
тех же классов, что и из алкилгалогенидов.
Напри­мер, при взаимодействии
этил-п-толуолсульфоната с феноксидом
натрия об­разуется простой эфир
фенола:

Сульфонамиды.

Существуют
сульфонамиды трех типов: незамещенные,
монозамещенные и дизамещенные,
которые следует рассматривать как
сульфонильные произ­водные
соответственно аммиака, первичных и
вторичных аминов:

Атом
серы в молекулах сульфонамидов, как и
в сульфоновых кислотах и их солях, имеет
тетраэдрическую конфигурацию. Ниже
приведены геометри­ческие параметры
метансульфонамида:

Сульфонамиды
представляют собой кристаллические
вещества с довольно высокими и четкими
температурами плавления, поэтому их
получают в анали­тических целях для
идентификации соответствующих
сульфоновых кислот.

Сульфонамиды
гидролизуются
в жестких условиях
в кислой или щелоч­ной среде с
образованием аммиака или аминов и
сульфоновой кислоты. В от­личие от
сульфонатов, в которых при действии
нуклеофилов расщепляется связь С—О,
в сульфонамидах расщепляется
связь S—N:

Незамещенные
и монозамещенные сульфонамиды обладают
NH-кислот­ными
свойствами
и образуют соли со щелочами:

На
этой реакции основана проба
Хинсберга,
позволяющая разли­чать первичные,
вторичные и третичные амины, а также
разделять их смеси (качественная
реакция).
С этой целью смесь аминов обрабатывают
тозилхлоридом в присутствии щелочи,
при этом первичные и вторичные амины
образуют соответственно моно- и
дизамещенные сульфонамиды, третичные
амины в эту реакцию не вступают.

Сульфонамид,
образовавшийся из вторичного амина,
нерастворим в щелочах и выпадает в
осадок. Сульфонамид, полученный из
первичного амина, остает­ся в щелочном
растворе в виде соли и выпадает в осадок
после подкисления раствора.

Еще
одним практически значимым производным
сульфоновых кислот яв­ляется сахарин,
который представляет собой имид
о-сульфобензойной кисло­ты. Сахарин
в виде натриевой соли применяется в
качестве подсластителя дие­тических
пищевых продуктов; он в 500—600 раз слаще
сахара и в неизменен­ном виде выводится
с мочой из организма.

ФГБОУ ВО ПГФА Минздрава России

Пермская государственная
фармацевтическая академия


Для слабовидящих


youtube.com/embed/GzJP-Y_6rBo»>

Осторожно: грипп!!!

…