Органическая химия

Органическая химия
Курс лекций
для студентов фармацевтического факультета
Бауков Юрий Иванович
профессор кафедры химии
Белавин Иван Юрьевич
профессор кафедры химии
Российский национальный исследовательский
медицинский университет им. Н.И. Пирогова,
г. Москва
1
Лекция 14
Функциональные производные карбоновых кислот.
Исходный уровень к лекции 14
– сложные эфиры, амиды, ангидриды
(школьный курс)
Исходный уровень к лекции 15
– сульфоновые кислоты, угольная кислота
(школьный курс)
2
Функциональные производные карбоновых кислот
● Общая характеристика
• Соли
• Сложные эфиры
○ Способы получения
○ Химические свойства
• Амиды
○ Имиды
• Нитрилы
• Галогенангидриды и ангидриды
• Общая схема реакций ацилирования
● Приложение: справочный и дополнительный материал
3
Функциональные производные карбоновых кислот −
соединения, содержащие модифицированную карбоксильную группу, при
гидролизе образующие карбоновую кислоту.
Функциональные производные карбоновых кислот
O
R
C
O
OM
R
соли
OR'
R
C
NH2
R
C
R
C
SR'
O
R
NHR'
O
C
C
сложные тиоэфиры
O
OR'
R
C
сложные эфиры
O
R
O
C
O
Hal
R
C
O
NR'2
R
O
O
O
C
R
R
C
N
C
R
H
O
C
NHNH2
O
NH'
R
C
NH
OH
R
C
N
R
O
C
O
C
C
O
R'
4
Сравнение основности карбонильного кислорода
в альдегидах, кетонах, карбоновых кислотах
и их функциональных производных
Основность карбонильной группы количественно можно
определить
OH
R
pKa
C
O
R
X
O
R
C
H
X
H
O
R
X
+
C
H
C
R'
Чем сильнее кислота,
5
Кислотность протонированной формы производных
карбоновых кислот и родственных соединений
O
Соединение
Сопряженная
кислота
CH3
C
NH2
OH
CH3
рКа
C
O
H2O
CH 3OH
H 2O
CH 3OH2
1.7
2.2
рКа
CH3
CH 3CH2OCH2CH 3
CH3
C
OC2H5
C
OC2H5
6.5
3.6
O
CH 3
C
CH 3
OH
Сопряженная
кислота
OH
C
OH
NH2
0.0
CH3
C
OH
O
Соединение
CH3
CH3CH 2OCH 2CH3
O
CH3
C
H
OH
CH 3
C
CH 3
7.2
6
O
CH 3
C
C
Cl
H
8
CH3C
N
OH
CH 3
C
N
Cl
OH
CH3
CH3C
9
10
6
Соли
Соли карбоновых кислот − производные карбоновых кислот, в
которых атом водорода карбоксильной группы замещен атомом металла.
O
R
C
OM
соли карбоновых кислот
Образуются при нейтрализации кислот щелочами, а также карбонатами
и гидрокарбонатами щелочных металлов.
R
2R
COOH
R
COOH
+
+
NaOH
K2CO 3
+
KHCO 3
R
COONa
2R
COOK
R
COOK
+
H 2O
+ H 2O
+
CO2
H 2O
+
CO2
+
В водных растворах соли в значительной степени гидролизованы
(в связи с чем эти растворы имеют щелочную реакцию).
R
o
COOH
COONa
+
H2O
R
COOH
+
NaOH
Использование солей карбоновых кислот в синтетических целях для
получения сложных эфиров будет рассмотрено далее.
7
Сложные эфиры
Сложные эфиры карбоновых кислот − производные карбоновых
кислот общей формулы RC(O)OR’.
O
R
C
OR'
сложные эфиры карбоновых кислот
− их можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в которых
гидроксильная группа −ОН замещена на спиртовый остаток −OR’.
Сложноэфирная группа входит в состав многих лекарственных средств.
Основные способы получения
Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами − реакция
этерификации (см. лекцию 13)
O
R
+
C
R'OH
OH
карбоновая кислота
O
H+
R
+
C
H 2O
OR'
спирт
сложный эфир
8
Взаимодействие хлорангидридов и ангидридов со спиртами
В случае галогенангидридов для связывания выделяющегося HCl
используют третичные амины − диметиламин, пиридин, триэтиламин.
O
CH3 C
O
+
Cl
C6H5N(CH3)2
(CH3)3COH
эфир
O
C6H5 C
Cl
CH3CH2CH2OH
+
C5H5N
CHCl3, 20 oC
CH3
C
OC(CH3)3
+
+
[C6H5NH(CH3)2] Cl
O
C6H5 C
OCH2CH2CH3 +
+
[C5H5NH] Cl
O
CH2
C
O
CH2
+
CH 3OH
C
O
9
Алкилированием солей карбоновых кислот алкилгалогенидами
O
CH3COOK
+
CH3(CH2)3Br
ДМФА, 100
оС
бутилбромид
CH3
C
O(CH2)3CH3
+
KBr
бутилацетат, 98%
O
Br
CH2Br +
C
CH3COONa
NaBr
4-бромофенацилбромид
фенациловые эфиры используются для идентификации карбоновых кислот
Присоединение карбоновых кислот к алкенам и алкинам
O
HOOC CH2
COOH + 2
CH3
CH3
малоновая кислота
C
CH 2
H2SO4
(CH3)3C O C
O
CH2
C O
C(CH 3)3
трет-бутилмалонат, 60%
170−220 oC
CH 3COOH
+
HC
CH
реакции электрофильного присоединения карбоновых кислот
10
Алкоксикарбонилирование алкилгалогенидов, винилгалогенидов и
арилгалогенидов
Использование гомогенного металлокомплексного катализа −
современный подход к решению задач органического синтеза.
Alk
+
I
(CH3)3COH
Ni(CO)4; (CH3)3COK
50 oC
C6H5
Br
C
+
C
H
H
CH3OH
Alk
трет-бутиловый эфир
карбоновой кислоты
Ni(CO)4; CH3ONa
25
oC
CH2
CH
Br
+
C6H5
H
C
C
COOCH3
H
метиловый эфир (Z)-3-фенилпропеновой кислоты, 78%
(Z)-2-бромо-1-фенилэтен
CO
COOC(CH3)3
+
ROH
Pd[P(C6H5)3]2Cl2; R' 3N
100 oC
11
Химические свойства сложных эфиров
Гидролиз
а. В кислой среде
− кипячение с конц. HCl
H+
RCOOR'
+
H 2O
RCOOH
+
R'
OH
Реакция, обратная этерификации; процесс обратим.
В случае производных малонового эфира реакция гидролиза
сопровождается декарбоксилированием.
(CH3)2CHCH(COOC2H5)2
2-изопропилмалоновый
эфир
конц. HCl
115 oC
(CH3)2CHCH2 COOH
+
C2H5OH
изовалериановая кислота,
75%
o Подробную схему механизма этой реакции см. лекцию 13 (как механизм
обратной реакции образования сложных эфиров).
12
б. Гидролиз сложных эфиров в щелочной среде
−
водные или водно-спиртовые растворы NaOH или KOH
RCOOR'
+
NaOH
RCOONa
+
R'
OH
реакция необратима
CH3
спирт-вода (9:1)
CH3(CH2)8CHCOOCH3
+
KOH
80
CH3(CH2)8CHCOOK
oC
метиловый эфир 2-метилундекановой кислоты
2-метилундеканоат калия,
70-80%
O
O
NaOH
O2N
C
[(CH3)2CH]3CCOOCH3
эфир пространственнозатрудненной кислоты
CH3
OC 2H5
+
H2O, 100 oC
KOH
O2N
ДМСО-Н2О. 100 оС
C
ONa
[(CH3)2CH]3CCOOK
73%
Щелочной гидролиз предпочтительнее кислотно-катализируемого
с препаративной точки зрения (скорость гидролиза примерно в 1000 раз выше).
13
Схема механизма щелочного гидролиза сложных эфиров
+
CH3COOC2H5
NaOH
CH3COONa
этилацетат
+
C2H5OH
ацетат натрия
Тетраэдрический механизм
O–
две стадии
–OH
O
R
C
sp3
O
R
C
OH
OR'
sp2
R
– HOR'
C
O–
sp2
OR'
Образование стабильного (бедного энергией) ацилат-иона
(карбоксилат-иона) − движущая сила щелочного гидролиза
Ацилат-ион
O
R
C
–
O
R
O
– 1/2
O
– 1/2
C
O
R
O
–
C
O
R
–
O
C
R C
–
O
O
мезомерный ион
14
Реакции переэтерификации
− взаимопревращение сложных эфиров одной и той же кислоты
RCOOR'
+
R"OH
RCOOR"
+ R' OH
− реакции катализируются кислотами и щелочами
O
H2N
O
C OC2H5 + HOCH2CH2N
этил-п-аминобензоат
(анестезин)
RCOOCH3
метиловый эфир
карбоновой кислоты
+
C2H5
C2H5
2-(диэтиламино)этанол
C2H5OH
H2N
C OCH2CH2N(C2H5)2
2-(диэтиламино)этил-п-аминобензоат
(новокаин-основание)
(CH3)3COK
(CH3)3COH
бензо л
трет-бутиловый
спирт
15
Взаимодействие с органическими соединениями магния и лития
− реакция, как правило, приводит к третичным спиртам
OH
H3O
эфир
O
+
R C
2 R'M
OC2H5
M = Li, MgBr
R'
эфир
карбоновой кислоты
CH3 C
третичный
спирт
эфир
O
OC2H5
CH3
H3O
2 C2H5MgBr
+
R'
R C
CH3CH2
C
CH2CH3
OH
этилацетат
этилмагнийбромид
эфир
O
C6H5 C
+
OC2H5
этилбензоат
3-метилпентанол-3, 67%
2 C6H5MgBr
H3O
фенилмагнийбромид
(C6H5)3C
OH
трифенилметанол, 96%
В случае пространственно затрудненных реагентов литийорганические
соединения дают кетоны.
O
(CH3)3C
C
OC2H5
этил-2,2-диметилпропаноат
+ 2 (CH3)3C
эфир, 25 оС
Li
C2H5OLi
трет-бутиллитий
16
Восстановление
Реагенты − LiAlH4 (алюмогидрид лития), LiBH4 (в ТГФ), Na (в спирте).
O
C6H5 C
эфир
OC2H5
+
H3O
LiAlH4
C2H5OH
O
эфир
C2H5OC
+
бензиловый спирт, 90%
этилбензоат
O
C6H5CH2OH
(CH2)4
COC2H5 +
H3O
LiAlH4
этилгександиоат
этилпальмитат
C2H5OH
гександиол-1,6, 90%
O
CH3(CH2)14 C
HOCH2(CH2)4CH2OH +
OC2H5
+
LiBH4
ТГФ
25
oC
CH3(CH2)14CH2OH
+
C2H5OH
гексадеканол-1, 95%
Сам боргидрид натрия NaBH4 не восстанавливает сложные эфиры.
17
Сложноэфирная конденсация
Реакция конденсация − реакция, приводящая к усложнению
углеродного скелета и возникновению новой углеродной связи;
при этом из двух или более относительно простых молекул образуется
новая, более сложная молекула.
O
C2H5ONa
O
2 CH3 C
OC2H5
C2H5OH
этилацетат
CH 2 C
CH3
C
CH2 C
OC2H5
ацетоуксусный эфир
(этил-3-оксобутират), 73%
O
2R
O
OC 2H 5
эфир карбоновой кислоты
C2H5ONa
C2H5OH
эфир 2-замещенной
3-оксокарбоновой кислот
Реакция конденсации часто сопровождается отщеплением малекулы
относительно простого вещества (Н2О, С2Н5ОН и т. п.).
18
Схема механизма сложноэфирной конденсации
δ+
H
CH2
δ+
C
pK a 25
CH3
δ+
C
δ–
O
O
O
CH2 C
+ C2H5O
OC2H5
OC2H5
+ C2H5OH
CH2 C
OC2H5
мезомерный анион этилацетата
O
O
O
CH 3
CH2 C
+
C
OC2H5
OC2H5
O
CH3
C
CH 3 C CH
O
C
CH 2
C
OC2H 5
C2H5O
H
O
CH
C2H5O
C
O
CH 3 C
OC2H 5
O
OC 2H5
OC2H5
O
pKa 16
C2H5OH
O
O
H3O
CH C
OC2H5
O
CH 3 C CH 2 C
OC2H 5
ацетоуксусный эфир
19
Амиды
Амиды − производные карбоновых кислот общей формулы
RC(O)−NH2−nR’n (n = 0−2).
O
R
C
O
O
NH 2
амиды
R
C
R
NHR'
монозамещенные амиды
C
NR'2
дизамещенные амиды
− их можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в которых
гидроксильная группа −ОН замещена на аминогруппу.
Амиды − кристаллические вещества с относительно высокими т. пл.
Амиды наиболее устойчивы к гидролизу среди производных карбоновых кислот;
поэтому они широко распространены в природе.
Многие амиды используются в качестве лекарственных средств.
O
CH3
C
O
NH
парацетамол
OH
CH3
C
NH
OC2H5
фенацетин
анальгетическое (обезболивающее) и жаропонижающее действие
20
Основные способы получения амидов
Непосредственное замещение группы − ОН в карбоновых
кислотах на аминогруппу
CH 3COOH
+
NH 3
170 oC
CH 3C(O)NH2
+
H 2O
ацетамид, 87%
CH3(CH2)2COOH
+
(CH3)2NH
150-180 oC
H 2O
масляная кислота
CH3(CH2)2C(O)N(CH3)2
N,N-диметилбутанамид, 84%
o Двустадийную схему этих реакций см. лекцию 13.
Взаимодействие аммиака и аминов с галогенангидридами и
ангидридами карбоновых кислот
(CH3)2CHC(O)Cl
+
2 NH 3
CHCl3
0-20 oC
O
H2N
OC2H5
п-аминофенилэтиловый эфир
+ (CH3CO)2O
NaOH
H2O
CH3
C
NH
OC2H5
фенацетин, 90%
21
Аммонолиз (аминолиз) сложных эфиров
− реакция с аммиаком, первичными и вторичными аминами
C2H5OOC
C
C
H
H2N(O)C
H
+
COOC2H5
2 NH3
C
2 C2H5OH
H
C
H
C(O)NH2
амид фумаровой кислоты, 83%
этилфумарат
Реакция особенно полезна в случае трудной доступности ацилгалогенидов
и ангидридов (например, при синтезе амидов гидрокси- и аминокислот).
OH
OH
O
CH3
CH
C
OC 2H5
этил-2-гидроксипропионат
+
NH 3
вода-спирт
O
CH3
CH
C
NH2
+
C2H5OH
2-гидроксипропанамид, 85%
Механизм аминолиза сложных эфиров подобен другим процессам
присоединения−отщепления у ацильного атома углерода
22
Строение амидов
Амидная группа − р,π-сопряженная система, в которой неподеленная
пара электронов азота сопряжена с электронами π-связи С=О.
O–
O
R
C
R
C
NH2
NH2
Следствие − заторможенное вращение вокруг связи C─N и существование
π-связи диастереомеров.
O
CH3
O
C
CH 3
N
C
H
C 2H 5
(E)-N-этилацетамид
N
H
C2H5
(Z)-N-этилацетамид
Барьер вращения для амидов − ∼90 кДж/моль (алкенов − ∼165 кДж/моль;
поэтому стереоизомеры, как правило, не могут быть выделены
в индивидуальном виде.
23
Кислотно-основные свойства амидов
Амиды − слабые n-основания и слабые NH-кислоты.
O
R
H+
O
R
C
H
O
C
NH2
R
H
C
NH2
pKBH+
NH2
−0.3 ÷ −3.5
сильными кислотами амиды протонируются по кислороду
Cлабые NH-кислотные свойства амидов сравнимы с кислотностью спиртов
(pKa 15.1−19.0).
R
O
NaNH 2
NH2
– NH 3
C
O
R
C
NHNa
Амиды образуют межмолекулярные ассоциаты.
CH3
.. . H
C
N
CH3
..
O
CH3
.H
C
N
O
..
.
CH3
линейный ассоциат молекул N-метилацетамида
24
Химические свойства амидов
Гидролиз
Кислотный гидролиз амидов необратим.
O
R
O
H 2O, HCl
C
CH3
+
C
NH2
NH4Cl
OH
образующийся ион аммония не обладает нуклеофильными свойствами
C6H5CH2C(O)NH 2
50%-я H2SO4
+ H2O
100
амид фенилуксусной
кислоты
oC,
3ч
C 6H 5CH2COOH
+
(NH 4)2SO4
фенилуксусная кислота,
88%
Щелочной гидролиз амидов необратим.
O
R
+
C
NaOH
NH 2
O
H2O
– NH3
R
C
ONa
причина − образование стабильного ацилат-иона
CH3(CH2)2C(O)NHCH3 +
KOH
H2O
100 oC, 6 ч
Механизм гидролиза амидов подобен другим процессам
25
Восстановление
Реагенты − LiAlH4 (алюмогидрид лития), B2H6 (диборан).
O
LiAlH4
R C
R
CH2
NH2
NH2
Амиды восстанавливаются труднее альдегидов, кетонов и сложных эфиров.
эфир
CH3(CH2)10C(O)NHCH3
+
LiAlH4
H3O
36 oC
N-метилдодеканамин-1, 95%
N-метилдодеканам ид
O
(CH3)2CHCH2CH2
C
N(C2H5)2
эфир
+
LiAlH4
CH3(CH2)10CH2NHCH3
H3O
36 oC
N,N-диэтил-4-метилпентанамид
(CH3)2CH(CH2)3N(C2H5)2
5-метил-N,N-диэтилгексанамин-1, 85%
Восстанавление диалкиламидов в конторлируемых условиях до альдегидов.
эфир
LiAlH4 + 3 CH3CH2OH
LiAlH(OCH2CH2)3
+ 3 H2
триэтоксиалюмогидрид
лития
O
(CH3)3C
C
N(CH3)2
эфир
+ LiAlH(OCH2CH2)3
H3O
N,N-диметил-2,2-диметилпропанамид
26
Взаимодействие амидов с азотистой кислотой
− в случае незамещенных амидов
O
O
HNO2
R C
NH2
N2,
R C
OH
H2O
90%
− в случае монозамещенных амидов
HNO2
O
R C
O
R C
NHR'
N
N
O
R'
N-нитрозоамид
Дегидратация
− в случае незамещенных амидов
Реагенты − P2O5, POCl3, SOCl2.
O
P2O5
NH2
H3PO4
R C
27
Ацилирование
− в реакциях с галогенангидридами или ангидридами
O
O
+
R C
R'
O
быстро
Cl
HCl
C
NH2
R'
O
C
O
R
R
медленно
NH
C
R'
NH
амбидентный
нуклеофил
C
C
O
О-ацильное производное
Имиды − диацильные производные аммиака.
N-ацильное производное
(имид)
− в случае дикарбоновых кислот образуются циклические имиды
CH2
O
COOH
+
CH2
NH3
to
CH2
C
NH
COOH
CH2
янтарная кислота
O
сукцинимид
O
C
C
H 2O
C
O
O
+
+
NH3
to
C
NH
+
H2O
C
O
фталевый ангидрид
O
фталимид, 95%
28
Алкилирование
Как и в случае алкилирования может быть осуществлено по О и по N.
R'
O
R C
HCl
NH2
R
to
C
O
R
C
NH
NHR'
продукт О-алкилирования
продукт О-алкилирования
(термодинамически менее стабильный); (термодинамически более стабильный);
иминоэфир (имидат)
замещенный амид
амбидентный
нуклеофил
OR'
X
Синтез первичных аминов с использованием реакции N-алкилирования.
синтез Габриэля
− основывается на весьма высокой кислотность имидов как NH-кислот (рКа 9−10)
O
O
C
O
C
K2CO3
NH
C
N K
C
C6H5CH2Cl
NCH2C6H5
C
O
C
O
фталимид
(NH-кислота)
O
N-бензилфталимид
фталимид калия
(нуклеофил)
H2O, KOH
COOK
CH 2NH2
+
COOK
бензиламин
фталат калия
29
Галогенирование амидов и имидов
− в случае первичных и вторичных амидов и имидов
Реагенты − галогены, гипогалогениты.
O
+
R C
NH2
Br2
+
H 2O
NaOH
0-5
O
R C
oC
+ NaBr + H2O
NHBr
N-бромоамид
O
CH3 C
Br2
+
NH2
KOH. 0 oC
O
CH3 C
NH
Br
+ KBr
+ H2O
N-бромоацетамид 50%
O
CH2
C
NH
CH2
C
+
Br2
NaOH. 0 oC
CH2
сукцинимид
C
N
CH2
O
O
Br + NaBr + H2O
C
O
N-бромосукцинимид, 80%
Галогенированные амиды − полезные реагенты для органического синтеза
как галогенирующие агенты и окислители.
30
Примеры реакций галогенирования галогенамидами
OH
OH
O
CH2
CH2
C
+
N
CH2
C
+
Br
NH
CH2
C
O
фенол
O
C
O
Br
п-бромофенол
N-бромосукцинимид
сукцинимид
O
CH 2
O
C6H5
CH 2
C
+
C
Cl
Br
C
O
фенилацетилхлорид
CH2
O
N
CH 2
O
N-бромосукцинимид
C 6H 5
CH
Br
C
C
NH
+
Cl
бромо(фенил)ацетилхлорид
CH2
C
O
сукцинимид
31
Перегруппировка Гофмана
− галогенирование амидов и имидов в избытке щелочи
O
CH 3O
C
+ Cl2 + NaOH
NH2
70 oC
Na2CO3,
CH3O
NaCl
CH3O
CH 3O
3,4-диметоксибензамид
NH2
3,4-диметоксианилин, 82%
Синтез первичных аминов, содержащих на один атом улерода меньше,
чем в исходном амиде.
O
C
Cl2, NaOH
COOH
NH
C
NH2
O
фталимид
2-аминобензойная
(антраниловая) кислота)
промышленный способ получения антраниловой кислоты
32
Нитрилы
Нитрилы (цианиды) ─
− их также можно рассматривать
Нитрилы содержат sp-гибридизованные атомы С и N; они проявляют
чрезвычайно низкую основность (рКВН+ ∼ − 10).
Синтез нитрилов
Реакцией цианидов щелочных металлов с алкил- и арилгалогенидами.
ДМСО
CH3CH2CH 2Cl
+
NaCN
– 2 NaCl
CH3CH2CH 2CN
+ NaCl
SN
Дегидратацией незамещенных амидов.
Реагенты −
O
P2O5
NH2
H3PO4
R C
R
C
N
нитрил
33
Реакции нитрилов
Гидролиз
− труднее других производных карбоновых кислот (даже амидов);
− в кислой или щелочной среде.
δ+
R C
δ–
N
O H
H2O
R
R
C
N
нитрил
C
N
100120
C
NH2
H
40% KOH
н-C12H25
O
H3O
oC
н-C12H25COOH
Восстановление
− каталитическое гидрирование, Na в спирте, LiAlH4.
LiAlH4
R
C
N
R
CH 2NH 2
нитрил
34
Галогенангидриды
Галогенангидриды ─
−
их также можно рассматривать
Галогенангидриды сильно раздражают кожу и слизистые оболочки;
наиболее важны хлорангидриды и бромангидриды.
Получение галогенангидридов
Из карбоновых кислот.
Реагенты −
O
R
O
+
C
R
PCl5
OH
CH3CH2COOH
+
C
POCl3
+
HCl
Cl
+ PCl3
50 oC
CH3CH2C(O)Cl
+
H3PO3
80%
35
Реакции ацилирования
Галогенангидриды −
H2O
O
R
C
OH
R'OH
O
R
C
OR'
R'COOH
O
R
C
OC(O)R'
O
R
C
Cl
NH3
O
R
C
NH2
R'NH2
O
R
C
NHR'
O
R'SH
R
C
SR'
Ацилирование ─
36
Ангидриды
Ангидриды ─
−
их можно рассматривать как
Основные типы ангидридов
Симметричный
ангидрид
O
CH3
C
CH3
C
CH2
C
O
H
O
O
O
O
CH3
Циклический
ангидрид
Смешанные ангидриды
C
O
C6H5 C
O
C
O
Cl
CH2
C
O
37
Реакции ацилирования
H2O
O
CH3 C
ROH
O
CH3
O
CH3 C
C
O
CH3
NH3
C
O
уксусный
ангидрид
RNH2
CH3
NH2
C
+
C
OR
O
CH3 C
NH2
O
CH3 C
O
NHR
O
O
CH3
OH
– CH3COOH
NH C CH3
O
уксусный
ангидрид
38
В реакциях ацилирования с участием смешанных ангидридов
анион сильной кислоты является лучшей уходящей группой
CH3
C
C
H
Cl
CH3
R
O
O
R
O
C
O
N
C
O
C
CH3
O
O
C
O
CF3
O
+
Cl
P
HO
C
O
CH3
O
HO
O
H
C
O
O
O
H2O
CH3
C
+
HCl
OH
39
Общая схема механизма реакций ацилирования
Тетраэдрический механизм
O–
O
R
C
+
Y–
R
δ–
C Y
O
R
C
X–
+
Y
X
X
O
R
H+
OH
R
C
X
C
OH
HY
R
C
– X –, – H+
YH
X
R
X
нестабильный продукт присоединения
(тетраэдрический)
C
OH – H+
O
R
C
Y
Y
Уходящие группы в субстрате:
Реагенты:
Нуклеофильное замещение в субстрате (ацилирующем агенте):
40
Сравнительная способность ацилирующих агентов
в реакциях ацилирования
Увеличение δ+ на карбонильном атоме углерода
O
R
C
O
O–
<
R
ацилат-ионы
+I
O–
, +M –
O
C
O
NH2
амиды
–I
NH2
, +M
<
R
C
O
<
OR'
сложные эфиры
C
O
C
R'
ангидриды
–I OC(O)R , +M
–I OR' , +M OR'
NH2
R
O
O
<
R
C
Cl
хлорангидриды
–ICl , +M Cl
OC(O)R
Увеличение способности к гидролизу и ацилирующему действию
Увеличение стабильности уходящей группы (аниона)
NH2
<
R'O
<
O
R
C
O–
<
Cl
41
Приложение
(справочный и дополнительный материал)
Примеры реакций галогенирования галогенамидами
OH
OH
O
CH2
CH2
C
+
N
CH2
C
+
Br
NH
CH2
C
O
фенол
O
C
O
Br
п-бромофенол
N-бромосукцинимид
сукцинимид
O
CH2
O
C6H5
CH2
C
+
C
Cl
Br
C
O
фенилацетилхлорид
CH2
O
N
CH2
O
N-бромосукцинимид
C6H5
CH
Br
C
C
NH
+
Cl
бромо(фенил)ацетилхлорид
CH2
C
O
сукцинимид
42
Более детальная схема механизма кислотнокатализируемой реакций ацилирования
H+
O
R
C
+
O
R
HY
+
C
X
HX
Y
продукт
нуклеофильного
замещения
реагент
(нуклеофил)
субстрат
(ацилирующий агент)
реагент
(нуклеофил)
O
R
H+
OH
R
C
C
R
HY
C
X
X
OH
OH
R
X
субстрат
C
YH
X
тетраэдрический интермедиат
OH
R
C
HX
HX
Y
OH
R
C
OH
R
Y
C
– H+
O
R
Y
C
Y
продукт
43
Схема взаимопревращений функциональных производных
карбоновых кислот
O
NH3
R
R
C
O–NH4+
ам мониевая соль
карбоновой кислоты
C
OH
HCl ( – NaCl)
HCl (– NH4Cl)
O
NaOH (– H2O)
карбоновая кислота
PCl3
(– HCl,
– POCl3)
H2O
O
R
H2O/H+
( – R'OH)
R'OH/H+
(– H2O)
H2O
P2O5
O–Na+
C
натриевая соль
карбоновой кислоты
(– HCl)
NaOH
RC(O)Cl
(– NaCl)
O
O
R
C
O
R'OH
Cl
– HCl
хлорангидрид
R'OH
R
C
H2O
t° ( – H2O)
O
сложный эфир
O
R
C
амид
NH2
R
C
O
ангидрид
NH3
( – R'OH)
– NH 4Cl
C
OR'
– RCOOH
2 NH3
R
NH3
– RCOOH
44