1 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения галогенопроизводных углеводородов 1. Бромирование предельных углеводородов. 2. Из непредельных соединений. а) Присоединение галогеноводорода б) Аллильное замещение 3. Из ароматических соединений. а) Замещение в бензольное кольцо б) Замещение в боковую цепь 4. Замещение одного галогена на другой (реакция Финкельштейна). 5. Получение из спиртов замещением гидроксильной группы на галоген. 6. Особый способ получения бензилхлоридов. 2 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения спиртов Промышленные способы. 1. Синтез-газ. 2. Из алкенов. Данным способом получают преимущественно третичные спирты, т.е. для этого используются более разветвлённые алкены. Для получения первичных спиртов требуются жёсткие условия, поэтому применяют такие лабораторные способы, как окисмеркурирование-демеркурирование и гидроборирование-окисление. Реакция начинается с присоединения молекулы серной кислоты с последующим гидролизом эфира серной кислоты. Лабораторные способы. 1. Из алкенов по реакциям окисмеркурирование-демеркурирование и гидроборирование-окисление. 2.Гидролиз галогеналканов. 3. По реакции Гриньяра. Данный способ является наиболее предпочтительным из всех лабораторных. Принципиально важным является правильное планирование синтеза, т.е. подбор реактива Гриньяра и карбонильного соединения или эпоксисоединения. Однако данный метод имеет ограничения, связанные с тем, что: 1) Реактив Гриньяра может работать не только как нуклеофил, но и как основание. 2) Реактив Гриньяра нельзя вводить в реакцию с соединением, имеющим подвижный атом водорода. Например, по реакции Гриньяра пентан-2-ол можно получить тремя способами: 3 Пропаргиловый спирт также можно получить при помощи реактива Гриньяра: 3. Реакции восстановления. Спирты образуются в результате восстановления альдегидов, кетонов и сложных эфиров. ! При восстановлении альдегидов образуются первичные спирты. ! При восстановлении кетонов образуются вторичные спирты. ! При восстановлении сложных эфиров образуется смесь двух спиртов. 4 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения карбонильных соединений 1. Из углеводородов по реакции окисления. Окисление метана при высокой температуре в присутствии оксида азота (II) является промышленным способом получения. Окисление толуола идёт значительно легче, чем алканов. При этом, используя мягкие окислители можно получить альдегид: 2. Из алкенов. 1) По реакции озонолиза 2) По реакции оксосинтеза (гидроформилирование) В качестве катализатора в реакции гидроформилирования выступает комплекс переходного металла – кобальта [HCo(CO)4]. Если в качестве катализатора использовать катализатор Уилкинсона – RhCl· 3PPh3, то реакция проходит региоселективно, т.е. образуется только один структурный изомер. 3) По реакции окисления алкенов 3. Из алкинов. 1) Реакция Кучерова 5 2) Реакция гидроборирования-окисления алкинов 4. Из геминальных дигалогенопроизводных. 5. Из спиртов. 1) Реакция дегидрирования 2) Реакция окисления Т.к. альдегиды очень легко окисляются до карбоновых кислот, но при этом более летучи, чем исходные спирты, для остановки на стадии образования альдегида, его отгоняют. Однако, при этом выход продукта низкий, поэтому в препаративных целях целесообразно использовать такие мягкие окислители, как PCC, DMP. В то же время, кетоны более устойчивы к действию окислителей и их можно получать, не опасаясь дальнейших превращений. 6. Из карбоновых кислот и их производных. 1) Пиролиз солей карбоновых кислот В промышленности получают кетоны с участием таких катализаторов, как MnO 2, Al2O3. Пиролиз солей (кальциевых или бариевых) приводит к альдегидам или кетонам. 6 2) Восстановление хлорангидридов кислот по Розенмунду (образование альдегидов) 3) По реакции Гриньяра Из нитрилов карбоновых кислот образуются кетоны. 7. Особые методы получения ароматических альдегидов и кетонов. 1) Реакция Гаттермана-Коха – прямое формилирование бензола или толуола с образованием ароматического альдегида или кетона Данная реакция протекает, как электрофильное замещение. Источником электрофила является продукт реакции между CO и HCl – неустойчивый хлористый формил, из которого по классическому пути образуется формил-катион 2) Реакция ацилирования по Фриделю-Крафтсу . 3) Реакция Вильсмайера-Хаака Это реакция формилирования и ацилирования ароматических фенолов или аминов (активированных к электрофильному замещению субстратов), т.е. содержащих ЭДзаместители диалкиламидами (например, ДМФА). Реакция также протекает мо механизму электрофильного замещения. Электрофильная частица образуется из ДМФА по следующей схеме: 7 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения α,β-ненасыщенных карбонильных соединений 1. Кротоновая конденсация. 2. Перекрёстная конденсация Кляйзена-Шмидта. 3. Мягкое окисление ненасыщенных спиртов. 4. Промышленные способы получения акролеина. а) Из глицерина в присутствии гидросульфата калия или конц. серной кислоты б) Из пропена 8 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения предельных монокарбоновых (одноосновных) кислот 1. Окисление углеводородов. а) Окисление алканов (промышленный способ). б) Окислительное расщепление алкенов и алкинов (жёсткое окисление и озонолиз). в) Окисление гомологов бензола и различных производных, содержащих заместители в боковой цепи. 2. Окисление спиртов и карбонильных соединений (альдегидов и кетонов). 3. Галоформная реакция. 4. Реакция Канниццаро. 5. Реакция Гриньяра. Является универсальным способом синтеза различных карбоновых кислот. 9 6. Гидролиз. а) Тригалогенопроизводных б) Производных карбоновых кислот Хлорангидридов и ангидридов кислот. Сложных эфиров и амидов кислот. Однако практическое значение имеет гидролиз соединений, которые не образуются из карбоновых кислот. К таким превращениям относится гидролиз нитрилов. 7. Особые методы. а) Карбоксилирование алкенов и спиртов 10 б) Из малонового эфира (далее) в) Реакция Кольбе-Шмитта (ранее) КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения функциональных производных карбоновых кислот 1. Получение галогенангидридов карбоновых кислот. 2. Получение ангидридов карбоновых кислот. а) Из хлорангидридов и карбоновых кислот или их натриевых солей. Метод используется для получения смешанных и простых (симметричных) ангидридов б) Симметричные ангидриды получают нагреванием карбоновых кислот с оксидом фосфора (V) или с уксусным ангидридом, который выполняет роль дегидратирующего агента (т.е. уксусный ангидрид позволяет получить другой ангидрид), при этом образующаяся уксусная кислота отгоняется из реакционной смеси в) Уксусный ангидрид можно получить из кетена г) Циклические ангидриды могут быть получены нагреванием дикарбоновых кислот, при этом образующийся ангидрид должен содержать не менее 5-ти атомов 11 3. Получение сложных эфиров. а) По реакции этерификации б) Алкилированием карбоновых кислот в) Ацилирование спиртов и фенолов ацилхлоридами (в присутствии катализатора – пиридина, который связывает хлороводород) г) Ацилирование спиртов и фенолов ангидридами кислот (O-ацилирование) д) Переэтерификация Равновесие реакции смещают вправо удалением из сферы реакции более низкокипящего спирта. 4. Получение амидов карбоновых кислот. а) Из кислот и различных производных карбоновых кислот Из карбоновых кислот действием аммиака или аминов. 12 Из галогенангидридов, ангидридов кислот и сложных эфиров действием аммиака или аминов. Циклические ангидриды реагируют с аммиаком с образованием фталимида (имида фталевой кислоты). б) Перегруппировкой Бекмана, исходя из кетонов 5. Получение нитрилов карбоновых кислот. а) Из галогенопроизводных карбоновых кислот реакцией SN2 б) Реакцией присоединения к карбонильной группе HCN в) Дегидратацией амидов и оксимов г) Нитрилы ароматических кислот получают из сульфокислот и солей диазония 13 14 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения предельных дикарбоновых (двухосновных) кислот 1. Получение щавелевой кислоты (особый способ). 2. Из галогенопроизводных через нитрилы (моногалогенопроизводные кислот и дигалогенопроизводные). 3. В результате реакций окисления. 4. Ароматические дикарбоновые кислоты получают также реакциями окисления. 15 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения α,β-ненасыщенных карбоновых кислот 1. Конденсация Кнёвенагеля. 2. Реакция Виитига альдегидов или кетонов со стабилизированными илидами. 3. Карбоксилирование ацетилена. 4. Мягкое окисление непредельных альдегидов. 5. Гидролиз непредельных нитрилов. 6. Из гидроксинитрилов. 7. Из β-галогензамещённых кислот и β-гидроксикилот. 8. Реакция Перкина. 16 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения альдегидо- и кетокислот 1. Получение глиоксиловой кислоты. а) Из элиленгликоля б) Из хлораля в) Из дихлоруксусной кислоты 2. Получение пировиноградной кислоты. а) Из молочной (2-гидроксипропановой) кислоты б) Пиролиз винной (2,3-дигидроксиянтарной) кислоты в) Из ацетилхлорида 17 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения замещённых карбоновых кислот 1. Получение α-замещённых карбоновых кислот. 1) Общий путь синтеза даёт α-галогенирование Зелинскому. кислот Механизм: По ходу реакции кислота находится в равновесии бромангидридом. 2) Особый способ получения α-гидроксикислот – через циандрины 3) Особые способы получения α-аминокислот а) Фталимидный метод (метод Габриэля) б) Амидо-малонатный способ в) Реакция Штреккера-Зелинского Зелинский упростил: по Геллю-Фольгарду- 18 2. Получение β-замещённых карбоновых кислот. 1) Общий путь синтеза дают реакции присоединения к α,β-ненасыщенным кислотам, идущим против правила Марковникова (формально) 2) Особые способы получения β-гидроксикислот а) Альдольная конденсация с последующим мягким окислением б) Реакция Реформатского Схема механизма: 3) Особые способы получения β-аминокислот а) Реакция Родионова б) Реакция восстановительного аминирования 19 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ НА ТЕМУ: Способы получения аминов 1. Реакция прямого алкилирования алкилгалогенидами (аммонолиз). а) Получение алкиламинов аммиака или других аминов Однако существенный недостаток данного метода заключается в том, что реакцию трудно остановить на стадии образования первичного амина, и она идёт дальше, т.е. протекает полиалкилирование: б) Получение ариламинов I 2 NH3, Cu2O 200°C, 65 атм -NH4I NH2 H C6H5I, Cu C6H5I, Cu N Ph N + HI Ph Ph K2CO3, 200°C 3 p, t K2CO3 SN ариновый KI + CO2 + H2O Реакция Ульмана в) Получение арилалкиламинов 2. Восстановление азотсодержащих соединений. а) Восстановление нитросоединений Селективное восстановление одной нитрогруппы, как правило, в ароматических нитросоединениях, проводится соединениями серы (II) (Na2S, (NH4)2S) в водной или водноспиртовой среде. б) Восстановительное аминирование альдегидов и кетонов в) Восстановление оксимов 20 г) Восстановление нитрилов д) Восстановление амидов 3. Расщепление амидов по Гофману (перегруппировка Гофмана). 4. Получение первичных алкиламинов фталимидным способом – синтез Габриэля. ! Позволяет избежать полиалкилирования аминов в отличие от аминирования.
