Технологія нуклеофільного заміщення функціональних груп в органічних сполуках

Зміст

Ведення

1. Нуклеофільне заміщення галогену в молекулі органічної сполуки

1.1 Основні відомості про механізм реакції

1.2 Основні фактори, що впливають на хід процесу нуклеофільногозаміщення

1.3 Заміна атома галогену на - ОН, - ОR, - OН, - SН і-SR групи

1.4 Заміна атома галогену на групи-NН 2 ,-NНR,-NR 2

1.5 Заміна атома галогену на-СN і-SO 3 Na

2. Нуклеїнове заміщення сульфогрупи

2.1 Загальні відомості про процес

2.2 Приклади здійснення нуклеофільної заміни сульфогрупи впромисловості

3. Особливості техніки безпеки при проведенні процесівнуклеофільної заміни галогену і сульфогрупи

Висновок

Список використаних джерел

Введення

Атомгалогену в молекулі органічної сполуки з успіхом може бути заміщений наінші групи атомів, що створює широкі можливості для синтезу біологічноактивних сполук, виходячи з галогенпохідних. Так, на основігалогензамещенних можуть бути отримані аміни, спирти, феноли, ефіри, тіоли,сульфіди, алкілнітріти і нітроалкани, нітрили і ізонітріли, лкени, алкени та інз'єднання.

Реакції нуклеофільногозаміщення у насиченого атома вуглецю є однією з найбільш вивчених ворганічної хімії з точки зору механізму. Основний внесок у встановлення ввстановлення механізму внесений англійської школою хіміків на чолі з К.Інгольд. Вже в 30-х роках ХХ сторіччя на основі фундаментальних дослідженькінетики і стереохімії було представлено два граничних механізму нуклеофільногозаміщення - бімолекулярний нуклеофільне заміщення S N 2 і мономолекулярних заміщення S N 1.

Реакції нуклеофільногозаміщення галогену і сульфогрупи є дуже важливими і поширеними ворганічному синтезі та синтезі лікарських речовин, а так само вітамінів. [1]

1.Нуклеофільне заміщення галогену в молекулі органічної сполуки

1.1 Основні відомості промеханізмі реакції

Нуклеофільнезаміщення в ряду галогеналканів може здійснюватися як по S N 1,так і по S N 2механізмам. У першому випадку лімітуючої швидкість процесу стадією єдисоціація галогеналкана по зв'язку С - Hal з утворенням карбкатиона:

(1)

Такимчином, швидкість процесу в цьому випадку не повинна залежати від концентраціїнуклеофіл. При достатньо великому часі існування іона карбенів дляоптично активних галогеналканів повинна спостерігатися рацемізації. Присумірних величинах констант швидкостей послідовних стадій процесі однасторона катіона буде екранована сольватовані галогенід-аніоном і атакануклеофіл буде більш ймовірна з іншого боку, що призведе допереважного зверненням конфігурації. Однак основною причиною відсутностіповної рацемізації є те, що у багатьох випадках продукти реакціїутворюються не з вільних карбкатион, а з іонних пар.

(2)

Молекулавихідної сполуки може дисоціювати з утворенням контактної іонної пари(А), сольватного - розділеної іонної пари (b)і дисоційованому сольватірорванних іонів (с). У контактної іонної паріасиметрія в значній мірі зберігається, а тому нуклеофільного атакапризводить до звернення конфігурації. При атаці сольватного - розділеної іонноїпари селективність знижується, що призводить до загальної рецемізаціі. Якщо утворюєтьсявільний радикал, то рецемізація повинна бути повною. Зазвичай зверненняконфігурації при механізмі S N 1становить від 5 до 20%.

Ввипадку молекулярного заміщення може протікати ряд побічних процесів,протікають через стадію утворення іона карбенів, зокрема Елімінування(Е1):

(3)

бімолекулярногозаміщення S N 2зазвичай відбувається як синхронний процес:

(4)

Прицьому механізмі нуклеофіл Yнаближається до субстрату з боку, протилежного проходить групі. Реакціяявляє собою одностадійний процес, в якому проміжне з'єднання неутворюється. Зв'язок С-Y утворюєтьсяодночасно з розривом зв'язку С-Х. У перехідному стані вихідна sp 3 -гібридизаціюз приблизно перпендикулярній р-орбиталью. Одна частка цієї р-орбіталіперекривається з нуклеофілом, а друга з минаючої групою. Тому механізм S N 2,В якому відбувалася б фронтальна атака, іноді не спостерігається.

Притакому механізмі швидкість процесу істотно залежить як від природи, так і відконцентрації нуклеофіл. Реакція завжди супроводжується зверненням конфігурації.Побічної може бути реакція Е2. [2]

Необхіднопам'ятати про те, що терміни S N 1і S N 2 указвают лише намолекулярний, але не на порядок реакції. Тому швидкість реакції, що протікаєза механізмом S N 2,буде відповідати рівнянню другого порядку лише у разі, коли обидва компонентизнаходяться в малих контрольованих концентраціях. При великому надлишкунуклеофільного агента реакція може протікати по першому або дробовому. Аналогічнеположення може створитися, коли обидва компоненти не є кінетичнонезалежними (наприклад, при утворенні іонних пар при неполярнихрозчинниках). Інгольд відзначає, що і для реакції S N 1не завжди характерний перший порядок.

Очевидно,що вплив полярності середовища на швидкість і механізм процесу буде достатньосильним.

Типмеханізму (S N 1або S N 2) залежить від структуриреагуючих сполук. Природа галогену зазвичай мало впливає на механізмреакції, але значно змінює її швидкість. Зі збільшенням розгалуженості Rпочинає переважати механізм S N 1,так як при цьому створюються стерические перешкоди для проходження реакції помеханізму S N 2і збільшується стабільність проміжного карбкатиона. Чим вище нуклеофільністьреагенту, тим імовірніше механізм S N 2.[1]

Аллілгалогенідилегко вступають в реакції нуклеофільного заміщення. В умовах, сприятливихдля протікання мономолекулярних реакцій, утворюється суміш двох з'єднань, такяк проміжний мезомерний аллілкатіон може в залежності від умовприводити до двох різних продуктів:

(5)

Примеханізмі S N 2перегрупування не відбувається:

(6)

Якщопідхід сильного нуклеофіл до атому вуглецю при галогенні стерически утруднений,то в неполярних розчинниках реакція може йти з аллильной перегрупуваннямпри збереженні механізму S N 2:

(7)

Вароматичному ряду (галоген у ядрі) заміщення йде значно важче.

Замономолекулярних механізму реакція протікає лише у виняткових випадках.Прикладом може служити одержання гідроксісоедіненій з солей діазонію:

(8)

Зазвичайнуклеофільних заміна галогену в ароматичному ядрі протікає побіомолекулярних механізмів S N Ar.На відміну від описаного для алкилгалогенидов реакція йде не по синхронномумеханізму, так як атакуючий нуклеофіл здатний утворювати нову зв'язокраніше, ніж порветься стара, і перша стадія зазвичай визначає швидкість всієїреакції:

(9)

Існуваннятаких негативно заряджених Пѓ-комплексів було доведено експериментально:

(10)

Подібніінтермедіати являють собою стійкі солі, звані солямиМейзенгеймера, з часу виявлення їх в 1902 р було виділено велике числотаких солей, будову декількох інтермедіантов такого типу було підтвердженоданими ЯМР та pентгеноструктурного аналізу. Однак описаний механізм не єєдино можливим. За допомогою міченого атома вуглецю було показано що варілгалогенідах, не містять активуючих груп, що заміщає група стаєне тільки до того атома вуглецю, де був галоген, але в рівній мірі і досусіднього атому:

(11)

Ідентичністьсусідніх положень за відсутності інших заступників в ядрі пояснюється тим,що реакція йде по механізму відщеплення-приєднання (кінезамещенія) черезстадію утворення 1,2-дегідродензола:

(12)

Проміжнеосвіту дегідробензола було доведено як фізико-хімічними, так і чистохімічними методами. Так, при дії амальгами літію на l-фтор-2-бромбензолу присутності діенофілов проміжно... утворюється 1 ,2-дегідробензол вступаєз ними в реакцію Дільса-Альдера:

1.2Основні фактори, які впливають на хід процесу нуклеофільного заміщення

Умовипроведення та хід реакцій нуклеофільної заміни галогену залежить від багатьохфакторів. При виборі оптимальних умов проведення процесу необхідновраховувати особливості хімічної будови субстрату і нуклеофільного реагенту,полярність середовища, природу минає галогену.

Щодозв'язку будови субстрату і його реакційної здатності потрібно відзначитинаступне. Швидкості S N 1реакцій алкільних похідних зростають в ряду: первинний алкіл, вторинний,третинний. Так, константи швидкостей реакцій гідролізу алкілбромідов при 50 Вє Сдля R-С 2 Н 5 ; (СН 3 ) 2 СН-;(СН 3 ) 3 С-відносяться відповідно як 1: 11,6: 1,2 В· 10 6 .Просторові перешкоди в цьому випадку не мають великого значення. Більшетого, збільшення обсягу заступників дестабілізує початковий стан вбільшою мірою, ніж перехідне, що повинно приводити до збільшення швидкостідисоціації. Особливості будови молекули субстрату, що призводять до стабілізаціїутворюється карбкатіонa, повинні приводити до прискорення реакції S N 1заміщення. Це досягається, зокрема, за наявності в О±-положенні дореакційного центру фенільних або аллильной заступників, а також атомів,мають неподілену пару електронів.

Прицьому за силою активації один О±-фенільного радикал відповідає приблизнодвом алкільних заступникам. [3]

ЩоЩодо впливу будови субстрата на швидкість S N 2заміщення то порядок зміни реакційної здатності при переході первинногодо третичному радикалу прямо протилежний спостережуваному при S N 1заміщенні. Первинні галогенопохідні реагують дуже гладко, вторинні -значно гірше, а третинні часто не реагують вооще. Просторовіефекти грають в S N 2заміщенні важливу роль, і низька швидкість для теоретичних галогенідів пояснюється,зокрема просторовими перешкодами для атаки нуклеофілом.

Такимчином, при переході від первинного алкилгалогенидов до трітічному механізмреакції може змінитися від бімолекулярного до мономолекулярного. Перехід відодного механізму до іншого не є різким і залежить від ряду конкретних умов.Принципово можливе протікання реакції по двом механізмам одночасно.

Вароматичних галогенидах, як уже зазначалося, заміщення практично завждивідбувається по бімолекулярного механізму. Винятком є ​​розкладання солейдіазонію. Вплив інших замісників в ароматичному кільці на легкістьзаміщення галогену вивчалося дуже широко. Наявність електроноакцепторнихзаступників в орто-, пара-положеннях істотно полегшує реакцію S N 2 заміщення, електродонорних - ускладнює її.

Сильнеприскорення процесу заміщення галогену під впливом орто-і пара-розташованих нітрогрупидобре відомо. Так, 2,4,6-трінітрогалогенбензоли дуже легко реагують зводою, спиртами, аміаком, первинними та вторинними амінами, утворюючи пикриновуюкислоту, з ефіри або аміди. Дінітрогалогенбензоли реагують з подібними реагентамиповільніше, а мононітро - значно повільніше. Так, пікрілхлорід гідролізуєтьсятак само легко, як хлорангидрид кислоти, заміна галогену в про-іп-хлорнітробензоле проходить в лужному розчині при 130-150 Вє С, ахлорбензол гідролізується до фенолу лише при температурі: 350-400 Вє С ітиску вище 30 МПа під дією 5% розчину лугу.

Ворто-і пара-заміщених хлорбензол легкість заміщення хлору на гідроксилвизначається рядом: N0 2 >> SO 3 H> СООН. Прицьому активація за рахунок NО 2 -групи на кілька порядків вищеактивації за рахунок SO 3 H і СООН-груп. [10]

Привзаємодії заміщених галогенбензолов з метилат натрію активуючадія груп при однаковому їх розміщенні відносно галогену змінюється вВідповідно до рядами:

(14)

Відзначено значнезбільшення рухливості галогену в ароматичному ядрі при наявності в орто-іпара-положенні до нього NH 3 -групи (тобто аміногрупи в кисломусередовищі).

Заступники першого родузначно знижують рухливість галогену і в ряді випадків переводять механізм S N Аг в кінезамещеніе через дегідробензол. При переході допіридину і хіноліну нуклеофільного рухливість галогену підвищується. У цьомусенсі піридин і хінолін можна розглядати як аналоги нітробензолу.4-Галогенпірідіни активніше 2-заміщених; 3-галогензамещенние ще менш активніі в цьому сенсі схожі на фенілгалогеніди.

При переході до діазінамнуклеофільних рухливість атома галоген збільшується. Високою реакційноюздатністю виділяються 2 - і 4-галогенпірімядіни. 2-Хлорпірімідін реагує зн-бутіламіном вже при кімнатній температурі, а 4-хлорпірімідін не можна виділитив індивідуальному стані через легені відщеплення хлору. 2-Хлорпіразін і3-хлорпірідазін також значно активніше 2-хлорпірідіна в реакціяхнуклеофільного заміщення.

У ряді п'ятичленнихгетероциклів реакції нуклеофільного заміщення вивчені ще недостатньо.Галогензамещенние фурани і тіофену щодо інертні в реакціяхнуклеофільного заміщення, хоча їх реакційна здатність вища, ніж увідповідних галогенарілов. Введення сильних електроноакцепторних заступниківзбільшує рухливість галогену.

Просторові факторипри нуклеофільного заміщення в ароматичному ряду не є визначальними, такяк атака спрямована збоку до площини ароматичного ядра.

Залежно від природигалогену порядок реакційної здатності алкилгалогенидов в реакціяхнуклеофільного заміщення виявляється наступним: RI> RВr> RСI> RF.Інше становище спостерігається для є не перехідним станом, апроміжним з'єднанням. Величина позитивного заряду у реакційного центрузалежить не тільки від кількості, розташування і природи інших заступників уядрі, але і від природи замещаемого галогену. Тому в активованихароматичних системах атоми галогену можуть бути заміщені із зростаючою легкістюв ряду I <Вr <СI

Реакційна здатністьреагенту по відношенню до галогенпохідних в реакціях може бути визначена якйого нуклеофільність. Нуклеофільність агентів залежить від їх основності,поляризуемости і сольватації. При переході від протонних до апротонних розчинників,а також до реакцій в газовій фазі відносна реакційна здатність нуклеофілівістотно змінюється.

Вплив розчинника вреакціях нуклеофільного заміщення дуже велике. Перехідний стан S N 1 процесу значно більш полярно, ніж вихідніречовини. Тому збільшення полярності повинне призводити до зростання швидкостідисоціації, а отже, і до збільшення швидкості процесу в цілому. Порядз неспецифічною сольватацией велику роль грає специфічна сольватація, ів першу чергу стабілізація минає галогенід - аніона за рахунок освітиводневих зв'язків з розчинником.

Що стосується виборурозчинника для S N 2 реакції, то в цьому випадку необхіднорозглянути розподіл зарядів у вихідному і перехідному. У відповідності зтеорією Хьюза і Інгольд, реакції біомолекулярного заміщення можна розбити начотири типи за способом розподілу зарядів і передбачити ефект збільшенняполярності середовища:

(15)

Найбільшпоширеними є перші два типи реакції. Викладений підхід, однак,не враховує важливості специфічної сольватації реагентів, тоді як зменшенняспецифічної сольватації нуклеофіл є однією з основних причинприскорення реакцій бімолекулярного заміщення типу аніон - молекула в апротоннихрозчинниках. Вплив природи розчинника в реакціях нуклеофільного заміщеннянастільки велике, що в ряді випадків визначає протікання реакції по S N 1 або по S N 2 механізму.

До числа полярнихрозчинників, що сприяють протіканню реакцій з S N 1 механізму, відносяться протонні розчинники: вода,спирти, карбонові кислоти, аміак. В реакціях нуклеофільного заміщення вонисольватовані як катіони, так і аніони. Тенденція до утворення водневихзв'язків зростає із збільшенням кислотності розчинника.

Багато реакції,протікають в ...слабо сольватірующіх розчинниках по бімолекулярного механізму,можуть при використанні в якості розчинника мурашиної або тріфторуксуснойкислоти йти по S N 1 типу.

До числа нуклеофільнихрозчинників, які сольватіруют головним чином катіон, можна віднести такіапротонних сполуки, як ацетон, ацетонітрил, нітрометан, диметилформамід,диметилсульфоксид, діглім та ін Вони не сольватіруют уходящих галогенід-іонів, атому не сприяють протіканню S N 1реакції S N 2 реакції, навпаки, легко протікаютьв цих розчинниках, так як в лімітуючої швидкість стадії аніонів неутворюється.

Здатністю стабілізаціїаніонів (за рахунок комплексоутворення) володіють кислоти Льюїса (галогенідибору, алюмінію, цинку, сурми, ртуті, срібла, а також іон срібла). Цісполуки застосовуються зазвичай як каталізатори для S N 1 реакцій. Стабілізація катіона при цьому здійснюєтьсяшляхом взаємодії з реагентом або розчинником.

Крім уже перерахованихфакторів при виборі розчинників необхідно враховувати їх растворяющуюздатність по відношенню до реагенту і субстрату. У багатьох випадках приздійсненні реакцій нуклеофільного заміщення в якості реагентіввикористовуються неорганічні і органічні солі, добре розчинні у воді іпогано розчинні в органічних розчинниках. для проведення таких реакцій вгомогенних умовах традиційно застосовують розчинники, які проявляють одночасноліпофільні та гідрофільні властивості, наприклад метанол, ацетон, етанол, ацетон,діоксан.Суть методуфаза.

(16)

(17)

(18)

(19)

Практичне застосування

(20)

(24)

(25)

(26)

(27)

При отриманніСлід

(28)

Значно частіше вПри

(29)

(30)

(31)

(32)

Розчиненняамонію).Головна

(33)

Відомо кілька

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

амонію.ение набувають ті методи і прийоми,які дозволяють досягти такого результату.

Один з можливих шляхів синтезувторинних амінів без домішки теоретичних ясний зі схеми:

(41)

Іншим способом отриманнявторинних амінів є синтез через азометинів:

(42)

Первинні аміни можнаотримати гідролізом і гідразінолізом алкілфталіміда (синтез Габріеля):

Перевагагідразіноліза перед гідролізом полягає в тому, що гідроліз доводиться проводитипри високих температурах під тиском, в той час як взаємодія згідразином йде при нормальному тиску.

Допустимі виходипервинних амінів дають лише О±-галогенкарбоновие кислоти при діївеликого надлишку аміаку. Таким чином отримують:

(45)

Реакцію ведуть, нагріваючипри 40-50 В° С соответствуюшей галогензамещенную кислоту з концентрованимводним розчином аміаку та карбонату амонію. Виходи О±-амінокислот -60-70%.

В неактивованихгалогенпохідних ароматичного ряду галоген може бути заміщений нааміногруцпу дією розчину аміаку при високій температурі і тиску вприсутності каталізатора (Сu 2 O, СuSO 4 , і т.д.). Інший спосіб полягає у дії амід-іонав рідкому аміаку. Реакція в цьому випадку йде через освіту дегідробензола. [2]

Умови проведенняреакції в активованих з'єднаннях залежать від ступеня активації галогену:

(46)

3-хлор-6-(п-амінбензолсульфаніламідо)-пірідазінотримують з 3,6-діхлорпірідазіна. Реакцію ведуть у середовищі циклогексанолу здобавкою піридину і значної кількості поташу (2 благаючи на 1 моль) притемпературі 135 - 160 Вє С: T5r

(47)

Отриманняввиробництві тріхомонаціда ведуть в більш жорстких умовах, в цьому випадкувимагається подвійний надлишок діетиламін-4-амінопентана і температура 185 - 190 Вє С:

(48)

При отриманніантідепрісанта азафена амінірованіе ведуть дигідрохлориду N-метілпіперазіна:

(49)

Отримання амідів зхлорангедрідов кислот йде в м'яких умовах. Так, отримання диакарба проводятьпри температурі 3-4 Вє С дією охолодженого розчину аміаку навідповідний сульфохлоридів:

(50)

Аналогічні реакції маютьмісце при отриманні метілуретана:

(51)

1.5 Заміна атома галогенуна - СN і - SO 3 Na

Заміна галогену на СN-групу є відносно простимспособом подовження вуглецевого ланцюга. Цей спосіб, проте, непридатний для просторовоутруднених субстратів. Первинні галогеніди, а також бензил-й аллілгалогенідидають хороші виходи нітрилів. У разі вторинних алкилгалогенидов виходи середні.З третинними галогенидами реакція не йде, тому що в цих умовах проходитьреакція не заміщення, а елімінування, Для проведення синтезу придатні багаторозчинники, але найкращі результати досягаються в диметилсульфоксиді (ДМСО). [6]

Реакційна здатністьалкилгалогенидов збільшується в ряду CI <Вr

(52)

Оскільки ціанід-іонє амбідентнsм іоном, реакціяможе йти за двома напрямками - з утворенням нітрилів і ізонітрілов:

(53)

У разі первиннихаліфатичних галогенідів та бензілгалогенідов в спиртах і водно-спиртовихсумішах небажана домішка ізонітрілов не утворюється або утворюється в дужемалих кількостях (легко виявляється по вкрай неприємного запаху).

У разі ароматичнихгалогензамещенних реакцію слід вести в апротонних розчинниках.Галогенбезоли можуть також перетворюватися на відповідні фенілціаніди принагріванні до 200 В° С з ціанідом міді (1) в розчині піридину:

(54)

реакційноздатнимиалкилгалогенидов переводять в нітрили кип'ятінням галогенида і ціаніду натрію всухому ацетоні з додаванням невеликої кількості (0,05 моля на 1 мольсубстрату) іодіда натрію. Для інетних галогенідів в якості розчинникавикористовують 70-90% спирт або триетиленгліколь. Правильний вибір розчинника підчому визначає успіх реакції. Так, наприклад, аліфатичні нітрили можнаотримувати з високим виходом в ДМСО або ДМФА. Найбільші домішки ізонітріла можнагідролізувати в кислому середовищі і таким чином відокремити від основного продукту,так як нітрили гідролізуються в значно більш жорстких умовах. [17]

нітрилів є важливимипроміжними продуктами в синтезі багатьох хіміко-фармацевтичних препаратів,так як легко перетворюються в аміди карбонових кислот, карбонові кислоти,аміни:

(55)

Як сам бензілціанід, такі отримувані з нього фенилуксусная кислота і-фенілетиламін широковикористовуються в синтезі біологічно активних сполук.

З монохлоруксуснойкислоти можна отримати ціануксусную кислоту (для синтезу теоброміну, теофіліну,кофеїну та ін) і використовувану в багатьох синтезах малонового кислоту:

(56)

Заміщені бензілціанідитакож широко використовуються для синтезу лікарських речовин:

(57)

При синтезі папаверинуЗ ,4-діметоксіфенілацетонітріл отримують так званим ціанметілірованіемвератрола. Реакція, ймовірно, йде як мінімум у дві стадії: на першій стадіїутворюється 3,4-діметоксібензілхлорід, який під дією ціаніду натрію перетворюєтьсяв нітрил:

(58)

У ряді п'ятичленнихгетероароматических сполук реакція йде в досить жорстких умовах:

(59)

Галоген в піридиновихядрі досить рухливий, що може бути використано, зокрема, при синтезінікотинової кислоти:

(60)

Заміщення галогену націанід-іон - це одна з перших реакцій, в яких знайшов застосування міжфазнийкаталіз.

Встановлено, що реакціянуклеофільного заміщення відбувається в органічній фазі і ця бімолекулярногостадія визначає швидкість всього процесу. Реакція йде швидше з первинними, ніжз вторинними алкилгалогенидами. У разі вторинних алкилгалогенидов з реакцієюзаміщення конкурує процес елімінування. [18]

Реакція з ціанід-іоном уумовах МФК йде часто навіть краще, ніж в диполярного апротонних розчинниках.Наприклад, з втор-хлороктана в умовах МФК утворюється 85-90% продуктівзаміщення і 10-15% продуктів елімінування, в той час як в гомогенної середовищів диметилсульфоксиді утворюється тільки 70% втор...-ціанооктана. Крімчетвертинних онієвих солей при ціанування в якості каталізаторів успішнозастосовані краун-ефіри і кріптати.

Переваги проведенняреакції ціанування в умовах МФК добре ілюструються на прикладівиробництва ціаністий бензил, важливого напівпродукту в синтезі цілого рядулікарських препаратів.

(61)

За традиційноютехнології зазначену реакцію проводили в 75% водному етанолі при 76-78 В° С. Вихідціаністий бензил становив 77 - 79% (у розрахунку на хлористий бензил). Крімосновного продукту в реакпіі утворювалися домішки бензиламінів, бензиловогоспирту, бензилового ефіру, фенілоцтової кислоти та інших речовин, щоускладнювало відділення і очищення цільового продукту. [17]

Проведення процесуціанування хлористий бензил в двофазної системі С 6 Н 5 СН 2 СI- Водний розчин NаСN дозволило збільшити вихід продукту реакції до 95-96%. ВЯк каталізаторів процесу в даний час використовують бензілтріетіламмонійхлорид або бензилдиметилформвламмоний хлорид, які утворюютьсябезпосередньо в реакційній масі, при додаванні триетиламіну абодиметилформамід (близько 0,5% мольна.):

(62)

У двофазної системі вм'яких умовах проведено ціанування ряду арілгалогенідов. Однак для цихз'єднань поряд з міжфазної каталізаторами (четвертинні амонієві солямиі краун-ефірами) потрібно вводити сокаталізатори. В якості останніхвикористовуються комплекси нікелю і солей паладію з арил-або алкілфосфінамі.

Важливою реакцією,використовується при синтезі лікарських речовин, є реакція між сульфитомлужного металу і органічним галогенідів (реакція Штреккер):

(63)

Виходи сульфокислотскладають 70-90% при використанні первинних алкилгалогенидов 20-25% длявторинних. Третинні алкилгалогенидов перетворюються в олефіни. У реакцію вступаютьтакож галогензамещенние кислоти, спирти, кетони і ароматичні з'єднання зрухомим галогеном:

(64)

2. Нуклеїнове заміщеннясульфогрупи

2.1 Загальні відомості пропроцесі

нуклеїнових витісненнясульфогрупи є найважливішим способом синтезу гідрокси-і аминосоединений вароматичному ряду. Особливо часто ця реакція використовується для промисловогоотримання гідрокси з'єднань. Оскільки процес зазвичай поводять при взаємодіїз лугом при високій температурі, то він відомий так само відомий підназвою лужного плавлення.

Реакція йде ввідповідності зі схемою:

(65)

В залежності відспіввідношення констант швидкостей першої та другої стадії процесу реакція йде подругого (перший по гідроксилу) або третій (другий за гідроксилу) порядком.Енергія активації велика і складає 145-200 ж/моль при 300-340 Вє С. [20]

Зазвичай для лужногоплавлення застосовують розчини сульфокислот або їх пасти, що виходять привиділення солей сульфокислот. В якості лугу зазвичай використовують їдкий натр.Їдке калі як більш дорогу сировину використовують лише в тих випадках, коли їдкийнатр виявляється недостатньо реакционноспособним. У деяких випадкахвикористовують суміш їдкого натру і їдкого калі. Така суміш має більш низькутемпературу плавлення, ніж кожна з узятих лугів. Взаємодія протікаєпо рівнянню:

(66)

Наявність у технічнійлуги значних домішок мінеральних солей призводить до утворення в плавугрудок, що утруднюють перемішування і значно погіршують якість продуктувнаслідок місцевих перегрівів реакційної маси. Зміст в лугумінеральних солей тому не повинно перевищувати 10%. Домішка хлорату натрію влуги неприпустима, оскільки вона може викликати загорання плава. [4]

Лужне плавлення впромисловості здійснюється трьома способами:

1 Відкрите лужнуплавлення, тобто сплавлення пасти натрієвої або калієвої солі сульфокислоти зілугом або її концентрованим розчином при атмосферному тиску;

2 автоклавного лужне плавленняпроводиться під тиском в автоклавах. У цьому випадку використовують водні розчинисолей сульфокислот. Метод застосовується в тих випадках, коли потрібно заміститигідроксилом лише одну з декількох сульфогрупп, наявних у молекулі вихідногоз'єднань. Цей метод використовують також при лужному плавленніаміносульфокіслот, так як при проведенні цього процесу відкритим способомаминогруппа також заміщається гідроксигруп. Практично на кожен мольсульфосолі завантажують не 2, а від 2,1 до 3,5 молей лугу;

3 автоклавного лужнуплавлення з вапном. Цей спосіб використовується головним чином при лужномуплавленні сульфокислот антрахінону і в інших аналогічних випадках, колизвичайні методи призводять до введення в ароматичне ядро ​​двох орто-розташованихгідроксигруп. [4]

Реакцію проводять вприсутності КNО 3 (так званийокислювальний плав) та 200 В° С.

(67)

Найважливішими параметрами,визначальними результат лужного плавлення, є температура веденняреакції і концентрація лугу.

Їдкий натр - не тількиреагент, але і середовище, в якому протікає перетворення. Тому в багатьох випадкахвикористовується значний надлишок лугу. Їдкий натр плавиться при температурі327,5 Вє С. Щоб забезпечити рухливість плава при більш низьких температурах,використовують концентраційні розчини лугу (40-42% розчин або 70-73% розчин,упаренний до 80-85%) або ж додають в луг невелику кількість води. Так,їдкий натр, що містить 10% води, плавиться при температурі 270-290 В° С. Впроцесі плавки вода випаровується і температура реакційної маси піднімається. [13]

сульфокислоти бензольногоряду обмінюють сульфогрупп на гідроксил в жорстких умовах, при температурі300-340 В° С. Таким чином отримують фенол і резорцин. При синтезі прозеринулужне плавлення натрієвої солі м-диме проводять при 275-290 В° С.

(68)

Активованасульфогруппа обмінюється на гідроксигруп в більш м'яких умовах. Принаявності в молекулі декількох сульфогрупп можна підібрати температуру процесуі концентрацію лугу таким чином, що заміщатися буде тільки найбільшактивована сульфогруппа. Електронодонорні заступники в про-і п-положенняхдо сульфогрупп будуть ускладнювати реакцію лужного плавлення, а електроноакцепторні- Полегшувати. [10]

Нітросульфокіслоти іхлорсульфокіслоти ароматичного ряду в реакціях лужного плавлення невикористовують внаслідок утворення значної кількості побічних продуктів.

Обробка готовоголужного плану включає нейтралізацію надлишкової лугу, відділення сульфіту,виділення та очистку гідроксісоедіненій.

Готовий лужної плаврозбавляють водою. Цю операцію називають гасінням лужного плава. Длявиділення сульфіту натрію у твердому зі стоянні отриману масу нагрівають до80-90 В° С, а потім фільтрують і промивають на фільтрі випав сульфіт.Гідроксісоедіненіе виділяють при підкисленні лужних маточників. Таким методомкористуються, наприклад, при отриманні фенолу і 2-нафтолу.

У тих випадках, коли сульфітвідокремлюють у вигляді розчину, плав розбавляють великою кількістю води, достатнімдля його повного розчинення. Надлишок лугу нейтралізують кислотою.Нейтралізацію ведуть до повного виділення гідроксісоедіненія, яке відділяютьвід розчину сульфіту відстоюванням або фільтрацією. [11]

У деяких випадках більшвигідним виявляється проводити розкладання сульфіту кислотою:

Для повного видаленнясірчистого газу з реакційної маси процес проводять при 80-100 В° С і хорошомуперемішуванні. Виділяється сірчистий газ поглинають розчином лугу такимчином, щоб отримати сульфіт натрію, який використовується в якості сировиниу багатьох виробництвах. [12]

Апаратура в процесахлужного плавлення працює в дуже важких умовах. Встановлено, що розплавленілуги в прісугствіі органічних речовин агресивно діють на чорніметали. Метал стає крихким. За механічними властивостями і корозійноюстійкості в середовищі концентрованих лугів при високій температурі кращимметалом є нікель. Однак з чистого нікелю апаратуру роблять рідко, такяк вона виходить дуже дорогий. Зазвичай котли для лужного плавленнявиготовляють з легованого чавуну або легованої сталі, що міститьнікель, хром і молібде...н в якості легуючих присадок. Однак навіть привикористанні легованих чавунів термін служби плавильних котлів не перевищує2-З років. Внаслідок необхідності підтримання високої температури обігрівплавильних котлів зазвичай ведеться топковими газами. У районах з дешевоюелектроенергією можна використовувати також електрообігрів. Для запобіганняпригорання лужного плава при рухомих плаву використовують пропелернімішалки, а при вузьких - якірні. Для лужної плавки під тиском застосовуютьсязвичайні автоклави.

Гасіння плану проводять всталевих котлах з рамними або лопатевими мішалками. Апарати для підкисленнярозбавленого плану обов'язково повинні бути захищені від кислотної корозії -футеровані чи освинцьованих. [13]

Заміщення сульфогрупиаминогруппой протікає при сплаву натрієвої солі сульфокислоти з амідомнатрію:

(70)

Великого практичногозастосування ця реакція не отримала.

Заміна активованоїсульфогрупи може бути проведена при обробці водним розчином аміаку підтиском:

(71)

Прикладом може служитипромислове отримання аміноантрахінонов з відповідних сульфокислот:

(72)

У тих випадках, колисульфогруппа має особливо високою нуклеофільної рухливістю, наприклад:

(73)

Взаємодія з аміакомпроходить при кімнатній температурі і атмосферному тиску.

При взаємодії з гідразидомнатрію сульфогруппа в м'яких умовах може бути заміщена на гідразо-групу:

(74)

Так само як і атомгалогену, сульфогруппа може бути заміщена не тільки гідроксильної абоаминогруппой, але й іншими нуклеофілами. При нагріванні до 200-300 В° С лужнісолі аренсульфокіслот можуть бути перетворені в аміни, феноли, тіоли, карбоновікислоти або нітрили:

(75)

2.2 Приклади здійсненнянуклеофільної заміни сульфогрупи в промисловості

Виробництво фенолу.Одним з промислових методів виробництва фенолу є лужне плавленнянатрієвої солі бензолсульфокислота:

(76)

При витримці 30 хв і 15%надлишку лугу оптимальна температура цього процесу З2О-ЗЗО В° С. У випадкузастосування їдкого калі температура лужного плавлення 280-285 В° С, а привикористанні суміші 80% NаОН і20% КОН - 300 В° С. Вихід фенолу становить близько 96%.

У реактор завантажують70-75% розчин лугу і упарюють його до концентрації лугу 80-85% в плавильнихкотлах. Із сталевих мірників в котел поступово вводять розчинбензолсульфоната. Реакційна вода, що утворюється в процесі плавлення,випаровується з деякою кількістю фенолу (1-1,5% загальної кількості). Пари води,містять фенол, конденсуються в скрубберах, зрошуваних водою, і утворюєтьсяконденсат передають на виділення фенолу. По закінченні операції лужної плавзливають в наповнений водою сталевий гаситель, забезпечений мішалкою. Пари води,виділяються з гасителя, містять частина фенолу. Їх конденсують і конденсатприєднують до фенольним водам.

Вихід фенолу на стадіїплавлення - 96% від теоретичного. При уловлюванні фенолу з парів, що виділяютьсяв плавильному казані, вихід на стадії плавлення можна підвищити до 97-98%.

Вихід на стадії гасіння99% від теоретичного. При уловлюванні фенолу з парів, що виділяються згасителя, вихід може досягати 99,5-99,8%. [14]

Виробництво резорцину. Лужнеплавлення сухих м-дісульфоната бензолу і їдкого натру проводять в сталевому литомукотлі ємністю близько 1 м 3 . Котел забезпечений потужною (64 кВт) лопатевоїВивантаженняОбігрівЦікілька стадій.води:

3.

У багатьох випадкахПри цьому необхідношафах.речовиною.

У всіх випадкахНеобхідно

Висновок

цільового продукту.цукрів. [20]

Список використанихджерел

Органічна хімія. - М.: Дрофа, 2002. - 640 с.: Іл.

хімії.- М.:- М.:

1973.хімія. -

4-е изд. - 592 с.

вуглеводнів. - 272 с.

-- 368 с.

перераб. і доп. Т 1. 608 з.

- 272 с.

- 376с.

Т.А. -кошти. - 272 с.