Курсовая работа: Технология нуклеофильного замещения функциональных групп в органических соединениях

(32)

Реакция получения простых эфиров по Вильямсону является одним из примеров успешного применения метода межфазного катализа для синтеза органических соединений. В условиях МФК она дает более высокие выходы продуктов, протекает с большей скоростью и является более простой в техническом исполнении. В большинстве случаев при проведении процессов традиционным методом необходимо предварительно получить алкоголят, что требует использования таких сильных оснований, как металлический натрий, амид натрия, а также предварительного обезвоживания реагентов и растворителей.[5]

В двухфазном синтезе простых эфиров в качестве основания используется концентрированный водный раствор едкого натра (обычно 50%). Спирт в растворе депротонируется по действием гидроксил-аниона вводной фазе или на границе раздела фаз. Растворение аниона алкоголята в органической фазе происходит за счет образования ионной пары с липофильным катионом межфазного катализатора (чаще всего четвертичной соли аммония). Тот факт, что в органическую фазу переходит алкоголят тетраалкиламмония, а не его гидроксид, объясняется тем, что ОН^- более эффективно сольватируется водой, чем алкоголят-анион и предпочтительно остается в водной фазе.

Наблюдаемое повышение скорости образования простого эфира объясняется несколькими факторами. Главная компонента энергетического барьера в реакциях S_N 2 — удаление молекул растворителя от нуклеофила. В традиционном способе (в гомогенных условиях) десольватация аниона нуклеофила затруднена, особенно в протонньихрастворителях. В условиях МФК анион в виде ионной пары с большим липофильным катионом аммонийной соли катализатора в неполярной органической фазе сольватирован мало. Вторым важным преимуществом МФК является то, что реакционная способность алкоголят-аниона, связанного с большим по размерам катионом МФ-катализатора, оказывается выше, чем у аналогичного иона в алкоголяте калия или натрия.[7]

Приведем несколько примеров успешных опытов получения простых эфиров в условиях МФК:

(33)

Известно несколько примеров аналогичных подходов в синтезах диариловых эфиров. Так, введение в качестве катализатора хлорида гексадецилтриметиламмония (ГДТМАХ) в реакцию п-нитрохлорбензола с п-метоксифенолом в присутствии 25% раствора КОН повышает выход эфира с 67% до 98%:

Если вместо гидроксил- или алкоголят-аниона взять гидросульфид-меркаптяд-ионы, то образуются соответствующие арилтиолы и тиоэфиры.

(36)

Активированные арилгалогениды обычно дают хорошие выходы, но в ряде случаев побочные реакции являются конкурентными. Под действием SАг^- можно получить диарилсульфиды. В реакцию с SАг^- вступают даже неактивированные арил- и алкилгалогениды, если проводить ее в полярных апротонных растворителях (диметилформамид, диметилсульфоксид) Диарилсульфиды получаются с высокими выходами при обработке неактивированных арилиодидов SАг^- в жидком аммиаке. Реакции с галогеналкилами обычно проводятся в среде этанола:

(37)

Симметричные и смешанные сульфиды могут быть получены и в условиях МФК. Так, например, с высокими выходами образуются несимметричные тиоэфиры из первичных и вторичных алкилбромидов при их взаимодействии с меркаптанами и тиофенолами в присутствии водных растворов щелочи. В качестве катализаторов межфазного переноса использовались ониевые соли, краун-эфиры и криптаты. детально изученный механизм реакции тиофенола с н-бромоктаном в щелочной двухфазной системе подтверждает S_N 2 характер замещения:

(38)

1.4 Замена атома галогена на группы -NН₂ , -NНR, -NR₂

Алкил- и арилгалогениды могут взаимодействовать с аммиаком и аминами. Эти реакции можно рассматривать также и как частный случай N-алкилирования.

Если нагревать алкилгалогенид со спиртовым (реже водным или водноспиртовым) раствором аммиака, первичного или вторичного амина под давлением и при высокой температуре (в автоклаве), то образуется смесь солеи соответствуюших аминов (первичных, вторичных, третичных), а так же четвертичных солей аммония (реакция Гофмана):

(39)

Вместо аммиака можно использовать первичные, вторичные или третичньие амины (реакция Меншучкина) и получать смешанные аминосоединения:

(40)

Третичные алкилгалогениды в этих реакциях обычно не применяют, так как в условиях реакции идет элиминирование с образованием алкенов.

Выход первичного амина можно повысить, применяя большой избыток аммиака и добавляя карбонат или хлорид аммония. Однако даже в этом случае образуется смесь соединений, которые приходится разделять.

Поскольку для синтеза биологически активных веществ особенно важно иметь индивидуальные и чистые вещества строго определённой структуры, особое значение приобретают те методы и приёмы, которые позволяют достичь такого результата.

Один из возможных путей синтеза вторичных аминов без примеси третичных ясен из схемы:

(41)

Другим способом получения вторичных аминов является синтез через азометины:

(42)

Первичные амины можно получить гидролизом и гидразинолизом алкилфталимида (синтез Габриэля):