Лекция 5. Карбоновые кислоты и их производные -3.

Лекция 5
Карбоновые кислоты и их производные - 3
Труд освобождает нас от трех великих зол:
скуки, порока и нужды.
Вольтер
Сложные эфиры. Методы получения: этерификация
карбоновых кислот (механизм), ацилирование спиртов и
их алкоголятов ацилгалогенидами и ангидридами,
алкилирование карбоксилат-ионов, реакции кислот с
диазометаном. Методы синтеза циклических сложных
эфиров - лактонов.
Реакции сложных эфиров: гидролиз (механизм кислотного
и основного катализа), аммонолиз, переэтерификация;
взаимодействие с магний- и литийорганическими
соединениями, восстановление до спиртов комплексными
гидридами металлов.
Свойства сложных эфиров
Сложные эфиры гидролизуются и в кислой и в основной среде (омыление)
O
OEt
OEt
O
HCl
115 OC
OH
75%
O
O
O
OMe
OH
KOH
0
ДМСО- H2O; 100 C
75%
Получение мыла из жиров
R=
O
C13H27
O
O
NaO
O
O
O
HO
R
жирная кислота
R
O
R
89-95%
R
NaOH, H2O
R
O
HCl
OH
100OC
несколько часов
OH
OH
глицерин
CO2H
14
tetradecanoic acid = myristic acid
CO2H
16
hexadecanoic acid = palmitic acid
CO2H
18 octadecanoic acid = stearic acid
Гидролиз сложных эфиров может происходит по различным механизмам
O
R1
R2
H2O
O
R1
O
H
+
R2OH
H
+
R2OH
O
разрыв связи О-ацил
O
R1
R2
H2O
O
разрыв связи О-алкил
O
R1
O
O
R
O
CF3COOt-Bu
Ph
Ph
Ph
МЕДЛ.
pH7
RCOO + Ph3C
(CH3)3C + CF3COO
H2O
БЫСТРО
(CH3)3COH
C(CH3)3
O
C(CH3)3
O
(CH3)3C
(CH3)3C
O CH3
C(CH3)3
OH
OC(CH3)3
+ CH3 OH
Реакция переэтерификации
R
O
O
R1
2
2
+ R OH
R ONa
R
R2OH
O
R2 +
R1OH
O
NO2
O
NO2
Bu
CH3ONa
CH3OH
Bu
O
Me +
O
O
ONa
CO2Et
i-PrONa
i-PrOH
CO2i-Pr
Аммонолиз сложных эфиров
с другими аминами реакция идет в очень жестких условиях
O
R
O
+ NH3
OEt
+ EtOH
OEt
R
NH3
NH3
OEt
OH
OEt
O
R
NH2
O
O
N
O
вода-спирт 25
NH2
O
OH
NH2
O
N
EtOH
85%
NH3
вода-спирт 25
+
O
88%
+
EtOH
Восстановление сложных эфиров до спиртов
O
EtO
O
OEt 1) LiAlH4; ЭФИР
2) H3O
NaBH4 + LiCl
ЭТАНОЛ
CH3(CH2)14COOCH2CH3 + LiBH4
ТГФ
65%
HO(CH2)6OH + CH3CH2OH
90%
LiBH4 + NaCl
CH3(CH2)14CH2OH + CH3CH2OH
95%
O
O
1) LiAlH4; ЭФИР
2) H3O
HOCH2CH2CH2CH2OH
83%
Восстановление сложных эфиров до альдегидов
O
CH3(CH2)10COOCH3 + (i-C4H9)2AlH
O
O
O
2) H3O; CH3OH
CH3(CH2)10CHO
88%
1) ТОЛУОЛ; -78
H
2) H3O; CH3OH
O
O
+ DIBALH
O
1) ТОЛУОЛ; -60
LiAlH2(OCH2CH2OCH3)2
ТОЛУОЛ ;
O
0O- (-20 )
79%
H
81%
O
Получение третичных спиртов
OEt
+
2n-PrMgBr
O
PhCOOEt
+
ЭФИР
2PhMgBr
ЭФИР
OH
70%
Ph3COH
96%
OH
O
O
1)2CH3MgBr
2) H3O
HO
72%
Конденсация Кляйзена
3
O
R1
2
R
O
+
O
+
O
R2
R3
R1
O
2) H2O-H2SO4
O
O
2) H3O+; 0 °C
O
(38-45 %)
O
1) EtONa
+
OEt
2) H3O
+
1) EtONa
OEt
F3C
OEt 1) EtONa
R
O
O
F3C
O
(52 %)
O
NaOEt
O
O
O
OEt
OEt
OEt
O
OEt
H
O
H
стабильный енолят
O
O
R
OEt
H
O
OEt
OEt
pKa=25
R
необратимое
депротонирование
OEt
OEt
O
R
O
O
O
R
OEt
EtO
O
R
OEt
OEt
R
R
все стадии равновесия сдвинуты влево,только за счет
депротонирования кетоэфира реакция происходит
O
EtO
O
OEt
O
диэтил
оксалат
H
OEt
EtO
OEt
Ph
OEt
этил
бензоат
диэтил
карбонат
этил
формиат
O
O
O
O
основание
стабильный
енолят
OEt
OEt
(EtO)2CO
O
O
O
H, H2O
NaH
O
O
NaH
O
(EtO)2CO
O
не может
дать енол
OEt
OEt
O
O
O
R
R
OEt
OEt
R
нет протонов, чтобы
депротонироваться
R
R R
равновесие смещено влево
O
O
O
OEt
Ph3C
OEt
O
OEt
OEt
для протекания реакции необходимо сильное основание
O
(74 %)
O
EtO
OEt
+
O
ONa
NaH
OEt
толуол; 110 °С
O
O
CH3COOH-H2O
OEt
0°C
(94 %)
O
O
O
(EtO)2CO
CO2Et
NaH
O
Ph
O
+
Ph
(85 %)
O
NaOEt
OEt
EtOH
Ph
O
(65%)
Ph
Me
Me
CO2Et
O
O
NaH
H
H
Me
(82 %)
CO2Et
O
H
могут образоваться
два енолят аниона
O
Синтез амидов
Пиролиз солей аммония
O
NH3, 20 C
O
O
O
NH3, 20 C
OH
NH2
O
O
NH4
O
NH4
O
140-210 C
O
+ H2O
NH2
O
плохой метод
87-90%
Реакция аминов с галогенангидридами и ангидридами
Cl
2NH3
NH2 88 %
0 - 20 °C
O
O
(C6H5CO)2O + 2 NH3
C6H5CONH2
0 - 20 °C
83 %
O
O
1
+ R NH2
R
CHCl3
Cl
NH2R
R
1
R1NH2
O
+ R1NH3Cl
NHR1
R
Cl
O
Cl
O
N
N
H
NaOH
H2O, CH2Cl2
80%
Активация карбоновых кислот ДЦК
N
R
OH
DCC (ДЦК)
C
N
N
C
N
O
H
R
NR2
O
R2NH
N
RCOO
N
H
N
COCl2 + 2 HN
N
N
N
N
CDI
O
N,N- карбонилдиимидазол
O
R
+ N
N
N
O
N
R
OH
O
O
N
O
O
R
-CO2
O
NHR1
R1NH2 + R
- HN
N
N
N
N
Реакция Риттера
R'
R'
+
H
R''
R''
R'''
+
N
CH3
R'
R''
N
R'''
H3C
R'''
R'''
R'
R''
R'''
HN
O
CH3
N
R'
H
O+
H
H2O R'
R''
R''
CH3
H2SO4
MeCN
H
N
O
N
CH3
Перегруппировка Бекмана
R
R
NH2OH
R
R
N
O
PCl5
H
N
R
O
OH
H
N
R
OH
N
H
R
R
O
H
R
N
R
R
H2O
R
O
NH
R
R
HO
N
-H
R
R
H2O
N
R
R
мигрирующая группа
в транс положении к ОН
O
NH2OH
OH
N
HO
NH
O
Al2O3
Me
Me
N
HN
Me
Me
O
75:25 соотношение изомеров 73:27
N
OH
HN
Me
O
NH2OH
Al2O3
HO
O
Me
HN
N
Me
Me
O
84:16 соотношение изомеров 88:12
Реакция Шмидта
R'
R
H
R
R'
OH
O
H
+ HN3
N
N
N
N
R` -H2O
R
R
OH
R
O
NH
R'
таутомеризация
R
HO
R
N
H2O
R'
+ N
N
+
-N2
N
R'
R'
R
R'
+ HN3
H
NH
R
1
R
O
O
O
+ HN3
NH
H
O
КАПРОЛАКТАМ
RCOOH + HN3
H
R-N=C=O
изоцианат
H2 O
R
H
N
OH
O
RNH2
Перегруппировка Курциуса
R
H
N
R
O
NaN3
Cl
O
NH2
R N C
O
HNO2
R
N
N
N
нагр.
-N2
R
N
[1,2]
O
ацилазиды
активные ацилирующие реагенты
азидная группа - хорошо замещается на нуклеофилы
R
NMe2
O
C N R
O
ацилнитрен перегруппировывается
в изоцианат
O
Me2NH
RCON3
ацилазид
Δ
еще один метод получения амидов
Перегруппировка Гоффмана
RCONH2 + NaOBr
R-N=C=O
гидролиз
R
H
N
OH
-CO2
RNH2
O
Замещённая карбаминовая кислота
R
NH2
+ Br2
O
NaOH
R
Br
O
O
NH2
N
H
N
OH
R
N
Br
R-N=C=O
O
NH2
+ NaOBr
O
N
COOH
NH + NaOBr
O
NH2
антраниловая кислота
Реакция Вильгельродта
H
N
O
O
O
N
/S
H+
S
O
O
S
N
Ph
S
Ph
N
O
N
N
SH
SH
Ph
N
O
O
Ph
Ph
OH
KOH
50-80%
S
Ph
O
N
S
H
O
O
Ph
Электрофильность карбонильного атома
углерода в амидах снижена
O
O
N
N
протонирование кислорода повышает электрофильность
H
O
N
OH
N
OH
N
ПМР спектр диметилформамида
1.60
1.50
H3C
1.40
N
1.30
1.20
CH3
H
1.10
O
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
Амиды гидролизуются в кислых или основных условиях
Основной гидролиз
10% NaOH; H2O
100 °C, 1-3 ч
O
R
NH2
O
R
(дольше для амидов
первичных и вторичных аминов)
O
OH
O
R
HO
O OH
NH2
R
NH2
O
O
R
O
H
R
O
движущая сила: необратимое образование карбоксилата
H
O
Ph
O
NHPh
Ph
H
HO NHPh
Ph
NHPh
H
H2O
H
O
Ph
O
OH
Ph
OH
+
PhNH2
O H
H
HO NHPh
Ph
OH
HO NH2Ph
Ph
OH
PhNH3
протонирование амина предотвращает обратную реакцию
гидролиз в 70% H2SO4 при 100 °С в течение 3 ч. даёт 70 % выход кислоты
Гидролиз амидов с t-BuOK
H2O (2 экв.)
t-BuOK (6 экв.)
O
O
Ph
NMe2
O
O
Ph
NMe2
HO
Ph
DMSO,20 C
t-BuO
NMe2
O
+ Me2NH
Ph
OH
90%
O O H
Ph
NMe2
85%
O O
Ph
O
NMe2 Ph
Me2N- уходящая групппа
O
Первичные амиды можно гидролизовать диазотированием
R
NH2
R
HNO2
-N2
O
O
NO+
H
N
R
O
N
OH
H2O
O
H
+
-H2O
R
N
O
N
Реакция с литийорганическими соединениями
H
Me2N
PhLi
O
H
Br
Me2N OH
Ph
Ph
H
Li
BuLi
N
S
Me2N OLi +
H
H -H-
S
CHO
DMF
N
N
BuLi
PhCHO
Li
DMF
S
CHO
Амиды можно восстанавливать до аминов или альдегидов
R
H
LiAlH4 R
O
NR2 LiAlH4
R
NR2
O
LiAlH4
N
O
N
-
O
NMe2
69%
+
Li
H3Al
O
LiAlH4
H
0oC
O
NMe2
H+
тетраэдрический интермедиат
стабилен при низкой температуре
H
80%
нагрев
H H
H
LiAlH4
NMe2
NMe2
R
NR2
O
BH3
R
NR2
O
NH
BH3
NH
O
RCONMe2
1.1.5 экв. i-Bu2AlH
2. H2O
RCHO
Производные угольной кислоты
H
N
R'
H
N
изоцианат
CO + Cl2
Cl
Cl
С
N
RNH2
Cl
Cl
N
N C O
R
O
мочевина
карбодиимид
R
R'NH2
H
N
Cl
O
фосген
H
N
O
дициклогексил мочевина
MeOH
Cl
Cl Cl2 MeO
O
O
O
дифосген
MeOH
хлоркарбонат
Et2NH
NEt2
MeO
метил диэтилкарбамат
O
MeO
OMe Cl2
O
карбонат
Cl
Cl
O
O
Cl
O
Cl
трифосген
Cl
Cl