Процеси ацилирования в хімічній технології бав
Ацилированием називають процес введення ацильної групи в молекулу органічної сполуки замість атома водню або металу. РазлічаютС-, N- і О-ацилювання.
Ацилуючий агентами є ацильні сполуки загальної формулиR-CO-Y, гдеR = алкіл, арил, гетероциклічний радикал; Y- йде група = Hlg, R-COO-, OH, OR, NH2, NHR, NR2. а такжеN3. Крім цього в якості ацілірующіх агентів використовуються кетен, дікетен і ін.
Ацильного група вводитися в молекулу органічної речовини як з цельювременной захисту лабільною групи (найчастіше -NH2), так ис метою зміни вуглецевого скелета молекули і додання речовині нових властивостей.
Ацилирование є одним з найбільш поширених процесів в синтезі лікарських речовин і вітамінів, а також в синтезі проліків. Багато пролекарства містять ацильні групи. В організмі в міру деацілірованія утворюються речовини з більшою біологічною активністю, які не можуть бути введені в організм відразу у великій дозі через токсичність або з інших причин.
Ацилирование по атому вуглецю (з-ацилирование)
1. З-Ацилирование аренов по Фриделю-Крафтс -синтез ароматичних кетонов- за механізмом і способам осуществленіяродственно алкілування по Фриделю-Крафтс.
Механізм реакції - електрофільне заміщення, але на відміну від реакції алкілування - необоротне.
Каталізатори ацилирования - ті ж речовини, що і при алкилировании: протонні і апротонних кислоти, оксид алюмінію, силикогель і ін..
Механізм утворення електрофільних частинок:
В результаті взаємодії каталізатора з ацилуючий агентами утворюються електрофільні частки:
- По-перше, біполярний комплекс, який є більш слабким, але більш імовірним реагентом, ніж вільний ацил-катіон.
- По-друге, катіониацілія [RC = ORCO ], які значно стабільніше, ніж алкілкатіони (за рахунок більш рівномірного розподілу електронної хмари по частки). Солі ацил виділені і охарактерізовани.Прімером може служітьборфторід ацетіліяCH3 CO BF4 -. Їх генерують як кислоти Льюїса, так і мінеральні кислоти. Органічні кислоти в середовищі мінеральних кислот перетворюються в іони ацил практично без остачі.
Кислоти Льюїса: по-перше, утворюють активні частинки; а по-друге, взаємодіють з утворився кетоном, і таким чином виводяться зі сфери реакції разом з продуктом:
тому колічествокіслоти Льюїса має бути не менше 1 моль на моль субстрату.
Якщо з яких-небудь причин кетон залишається в сфері реакції, він утворює з каталізатором або ацил катионом вторинну електрофільне частку. здатну взаємодіяти з субстратом, що призводить до утворення побічних продуктів реакції:
На відміну від алкилирования ацилирование ареновне сопровождаетсяполіацілірованіем. тому утворюється кетон менш активний, ніж субстрат, іперегруппіровкамі. тому ацил катіон стабільніший, ніж алкіл катіон, а реакція необоротна. Однак, при розгалуженому радикал може отщепляться СО і утворюється при цьому карбокатіон аціліруует, а Алкілуючі арен:
А) З-ацилирование аренов хлорангидридами кислот широко застосовується в синтезі лікарських речовин. Хлорангидріди кислот - найактивніші ацилують агенти, але і найдорожчі і токсичні.
Умови реакції (температура, час, каталізатор) залежать від активності субстрату і хлорангидрида.
- При активному субстраті і хлорангидридами ацилирование аренов можна вести і без каталізатора:
- Однак найчастіше синтез кетонів здійснюють в присутності сильного каталізатора - хлориду алюмінію - при низьких температурах:
- При використанні хлориду цинку. реакція йде в більш жорстких умовах. Так, у виробництві вітчизняного транквілізаторафеназепама п-броманілін спочатку ацилуючий по аминогруппе при 100-160 ° С, а потім в реакційну масу загружаютхлорід цинку і піднімають температуру до 190-198 ° С. Продукт виділяють і гидролизуют розбавленою сірчаною кислотою:
Б) З-ацилирование аренов ангідридами кислот зустрічається значно рідше, тому що з субстратом реагує тільки половина молекули ацилирующего агента, що є существеннимнедостатком методу. У зв'язку з цим для ацилирования використовують, в основному, оцтовий і фталевий ангідриди, як найбільш дешеві й доступні.
- Оцтовим ангідридом аціліруютацідофобние п'ятичленних гетероцикли з одним гетероатомом, які під дією сильних мінеральних кислот разрушаются.Каталізаторамі служать протонні кислоти (наприклад, фосфорна) і кислоти Льюїса (хлорид оловаIV):
Фталевий ангідрид в прісутствііхлоріда цинку аціліруютактівние арени. наприклад, фенол всінтезе фенолфталеина (індикатор, проносний засіб):
Реакцію проводять при 100-105 ° С. При цьому після реакції ацилювання утворився кетон гідроксіалкілірует другу молекулу фенолу.
При ацилированием менш активних аренов (бензолу і його гомологів) іспользуютболее активний каталізатор. Наприклад, в сінтезебензоілбензойних кислот, які служать вихідним сирьемдля синтезу антрахинона і його похідних, іспользуютфталевий ангідрид в прісутствііхлоріда алюмінію:
Хлористий алюміній для проведення цієї реакції береться в надлишку (2-2,5 моль на моль фталевого ангідриду). Реакція має велике промислове значення. Також як бензол, на фталевий ангідрид можуть взаємодіяти хлорбензол, толуол, нафталін і т.д.
В) С-ацилювання карбоновими кислотами через їхню малу активності застосовується також рідко, як і ангідридами. Прикладом застосування цього методу може служити замикання антрахінонового кільця вкіслой середовищі в наведеному вище прикладі.
Крім кислот каталізатором може битьхлорід цинку (синтез гептілрезорціна):
2. Ацилирование по Гаттерману-Коху - синтез ароматичних альдегідів (різновид С-ацилювання по Фриделю-Крафтс). Формілхлорід є нестабільним з'єднанням. Однак відповідний емуацілій іон утворюється при пропущенні безводнихоксіда вуглецю (II) і хлористого водню в суміш арена, хлоридів алюмінію і міді (I):
У реакцію вступають арени. активність яких в реакціяхSE НЕ ніжегалогенбензолов (конденсовані поліциклічні вуглеводні, поліалкілбензоли і ін.). Феноли не реагують. У ароматичне ядро вступає лішьоднаформільная група. майже виключно впарити-положення до наявного заступнику.
Вихід альдегідів при 25-60 ° С зазвичай складають близько 50-60%, але зі збільшенням тиску (до 3-9 МПа) він підвищуються до 90%.
Субстратами є ароматичні та гетероароматичні з'єднання (в тому числі 5-членні ацідофобних гетероцикли), а також олефіни з актівірованним-водневим атомом:
4. Реакція Раймер-Тімана- синтез ароматичних о-гідроксіальдегідов з фенолів і хлороформу в лужному розчині (формілювання через алкілування). Електрофілом являетсядіхлоркарбен. який утворюється при взаємодії хлороформу з лугом.
Субстратом можуть бути заміщені феноли з заступниками першого роду, нафтоли і заміщені нафтоли, гідрокси похідні хіноліну, тиазола і т.п. а також пірол, індол і подібні гетероцикли:
5. Реакція Кольбе-Шмідта - синтез ароматичних гідроксикислот з фенолята і двоокису вуглецю (С-ацилювання ангідридом вугільної кислоти) .У даний час вважають, що реакція проходить через стадію образованія-комплексу:
Процес проводять в автоклаві. забезпеченому потужної лопатевою мішалкою і спеціальної сорочкою для обігріву парою високого тиску. Безводний фенолят натрію нагрівають до 180 ° С і під тиском вводять в автоклав двоокис вуглецю. При цьому утворюється саліцилат натрію.
Крім фенолів в цю реакцію вступають також і амінофеноли. Таким чином вим -амінофенола получаютп -аміносаліціловую кислоту (ПАСК):
6. Ацилирование циклоалкеніл і алкенів. Електрофільні частинки, що утворюються в умовах реакції ацилювання аренов по Фриделю-Крафтс, можуть взаємодіяти з алкенами і ціклоалкенаміпо механізму електрофільного приєднання. Утворені при етом-заміщені карбонільні сполуки малостійкі, і при певних умовах отщепляют галогеноводородами, воду і т.д. Тому при взаємодії алкенів з ацильними сполуками поряд з продуктами приєднання, утворюються і продукти ацилирования:
У багатьох випадках продукт приєднання може бути основним: