Методы органического синтеза

Федеральное государственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

«Чусовское медицинское училище» (техникум).

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему: « Методы органического синтеза».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка группы 1МС1:

Пронина Виктория.

 

 

г. Чусовой 2015 г.

Содержание.

1. Введение
2. Алкилирование и ацилирование
3. Реакции конденсации
4. Диазотирование
5. Нитрование
6. Галогенирование (галоидирование)
7. Сульфирование (сульфонирование).
8. Амины

 

 

Введение.

Органический синтез - раздел органической химии, в котором рассматриваются пути и методы искусственного создания органических соединений в лаборатории и промышленности. Широко применим в лабораторных условиях (главным образом для исследовательских целей) и в промышленности.

Успешное развитие органического синтеза началось после разработки теории химического строения и накопления сведений о химических свойствах органических соединений (2-я пол. 19 в.). С этого времени органический синтез как основной источник новых органических соединений играет фундаментальную роль в становлении органической химии как науки и в ее дальнейшем развитии, обеспечивая постоянно расширяющийся круг изучаемых объектов. Развитие органического синтеза в 20 в., особенно в последние десятилетия, характеризуется все возрастающим вниманием к синтезу природных соединений и их аналогов, значительным укреплением методической базы (созданием надежных синтетических методов), началом создания самостоятельной теории органического синтеза. Осуществление синтеза сложнейших природных соединений (например хлорофилла, витамина В12, биополимеров), создание материалов с необычными свойствами (например так называемые органические металлы) показывает, что для современного органического синтеза практически не существует неразрешимых задач.

В реферате рассмотрены вопросы, касающиеся планирования органического синтеза, т.е. выбора оптимального пути получения соединения с заранее заданной структурой. Конкретные методы синтеза – образование новой связи С–С, введение функциональных групп и другое.

Обычно синтез целевого соединения осуществляют из относительно простых и доступных (т.е. выпускаемых промышленностью) исходных веществ. Как правило, при синтезе сложных веществ путь от исходных соединений к целевому разбивается на ряд этапов (стадий), на каждом из которых происходит образование одной – двух связей (фрагментов) будущей молекулы или подготовка к образованию таких связей.

Осуществление органического синтеза сопряжено с решением двух основных вопросов: 1) разработка общего плана синтеза, т.е. выбор оптимальных исходных соединений и последовательности стадий, ведущих кратчайшим путем к целевому продукту (стратегия синтеза); 2) выбор (или разработка новых) синтетических методов, обеспечивающих возможность построения необходимой связи в определенном месте собираемой молекулы (тактика синтеза).

Основу тактики органического синтеза составляют различные синтетические методы, каждый из которых представляет собой стандартную совокупность одной или нескольких реакций и приемов выделения продуктов, которые обеспечивают возможность построения или разрыва определенного типа связи (или связей), необходимой для синтеза целевого соединения. Важные характеристики эффективного синтетического метода – общность (слабая зависимость результата от конкретных особенностей структуры исходных соединений), селективность (участие в основных реакциях метода лишь определенных функциональных групп) и высокие выходы продуктов. Типичным примером эффективного синтетического метода может служить синтез олефинов по Виттигу (реакции 1–3) из алкилгалогенидов и карбонильных соединений:

Основные методы органического синтеза можно разбить на три группы: 1) конструктивные, ведущие к образованию новых связей С–С, назначение которых – построение скелета будущей молекулы (например, реакция Гриньяра, реакция Фриделя-Крафтса, цикло – присоединение); 2) деструктивные, ведущие к разрыву определенных связей С–С с целью удаления той или иной группировки из молекулы после того, как ее роль в синтезе сыграна (например, декарбоксилирование, периодатное окисление диолов); 3) методы трансформации функциональных групп. Последнее важно для введения в молекулы исходных или промежуточных соединений функциональных групп и их защиты, требующихся для осуществления очередной конструктивной реакции, а на заключительных стадиях синтеза-для введения необходимых функциональных групп в целевое соединение.

 

 

 

Алкилирование и ацилирование.

 

Реакция Шоттена-Баумана, ацилирование спиртов или аминов хлорангидридами карбоновых к-т в присут. водного р-ра щелочи или соды (акцепторов образующегося НС1):

RCOC1 + HOR' + NaOH RCOOR' + NaCl + Н2О RCOC1 + H2NR' + Na2CO3 RCONHR' + NaCl + CO2 + H2O

В качестве акцепторов НС1 применяют также NaHCO3, CaO, MgO, CH3COONa. Ацилирующими агентами обычно являются трудногидролизуемые хлорангидриды ароматических к-т (например, бензоилхлорид), а также хлорангидриды высших алифатических к-т (С10-С18). При ацилировании спиртов выход сложных эфиров повышается с понижением температуры реакции за счет снижения гидролиза хлорангидрида и отчасти эфира. Чтобы избежать местных перегревов, хлорангидрид прибавляют небольшими порциями к р-ру спирта в водной щелочи при эффективном перемешивании. Поскольку реакционная среда должна оставаться слабощелочной до конца р-ции, хлорангидрид и щелочь берут с 20–25%-ным избытком. Эти же правила применимы и для ацилирования аминов. Выходы 60–95%.  
Ацилирование легкогидролизующимися хлорангидридами (СОС12, AlkCOCl) проводят в инертных растворителях (диэтиловый эфир, хлороформ, бензол) в присутствии мелкоизмельченного порошка щелочи или соды.

Аналогично спиртам в р-цию вступают тиолы:RCOC1 + HSR' + NaOH RCOSR' + NaCl + Н2О.

Ш.-Б. р. используют для лабораторного и промышленного получения разложение сложных эфиров и амидов, например бензанилида C6H5NHCOC6H5. Реакцию применяют в аналитической практике для идентификации хлорангидридов в виде их анилидов и аминов в виде бензоильных производных.  
Метод впервые применен К. Шоттеном в 1884 для ацилирования аминов и Э. Бауманом в 1886 для ацилирования спиртов.  
Модификация Ш.-Б. р. – метод Айнхорна, в к-ром вместо щелочи используют пиридин, служащий одновременно растворителем и акцептором НС1:

Метод находит широкое применение благодаря мягким условиям синтеза и высокой ацилирующей способности пиридиниевой соли. В ряде случаев вместо пиридина используют третичные амины, например (C2H5)3N или (CH3)2NC6H5.

Алкилирование, введение алкильной группы в молекулу органического соединения, а также получение алкильных производных химических элементов.Наиб. часто в качестве алкилирующих агентов используют алкилгалогениды, алкены, эпоксисоединения, спирты, реже – альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды, диазоалканы. Алкилирование изопарафиновых и ароматических углеводородов проводят: в жидкой фазе в инертном растворителе при температурах до 100 °С и давлении, необходимом для поддержания жидкофазного состояния; в паровой фазе с применением гетерогенных катализаторов при 200–350 °С и давлением 0,3–3,5 МПа. Например, алкилирование триметилметана бутеном осуществляют в жидкой фазе при 0–10 °С (кат. – Н25О4) или – 10 °С (HF), алкилирование бензола этиленом- в жидкой фазе при 90–100 °С (А1С13) или паровой фазе при 250 °С и давлением 3,5 МПа (BF3), алкилирование бензола пропиленом- в жидкой фазе при 50 °С и давлением 0,7 МПа (HF) или паровой фазе при 300 °С и давлением 0,3–1,0 МПа (H3P04/Si02).О – алкилирование проводят при температурах не выше 100 С в воде или органических растворителях, например:

N – алкилирование аминов спиртами  осуществляют в газовой фазе  в присутствии кислотных катализаторов  при 200–300 °С, напр.:

Получение алкильных производных металлов проводят в присутствии меди, например:

Алкилирование углеводородов сопровождается полиалкилированием, изомеризацией и полимеризацией. Так, при этилировании бензола по р-ции Фриделя – Крафтса, кроме этилбензола, образуются ди- и полиэтилбензолы. Полиалкилирование объясняется лучшей растворимостью в образующемся каталитическом комплексе алкилатов по сравнению с исходным в-вом. При использовании в качестве растворителя нитрометана идет преимущественное образование моноалкилпроизводных. Для увеличения выхода моноалкилпроизводных уменьшают мольное соотношение олефин: бензол, а также проводят рециркуляцию полиалкилпроизводных, в результате которой идет их деалкилирование.

Механизм алкилирования наиболее подробно изучен на примере С-и О – алкилирования реакции с участием алкилгалогенидов, спиртов, сложных эфиров протекают следующим образом:

Поскольку третичные алкилгалогениды ионизируются легче всего, вторичные – труднее, а первичные практически не ионизируются, вероятность образования соответствующих карбкатионов уменьшается в том же ряду. Такое же влияние строения алкилирующего агента отмечено при О – алкилировании, которое в целом протекает как нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода:

Помимо приведенных выше реакций, алкилирование применяют в лабораторной практике для получения алкильных производных карбонильных соединений, дикарбонильных соединения, при хлорметилировании ароматических углеводородо Алкилирование широко применяется в промышленности, в частности для получения алкилата, этилбензола, изопропилбензола, высших алкилбензолов.

Реакции конденсации

Исторически закрепившееся в органической химии название большой группы реакций различного характера. В более узком значении – внутри- и межмолекулярные процессы образования новой связи С–С в результате взаимодействия двух или более молекул органических соединений. Реакции конденсации можно разбить на след. группы: 1. Замещение атома или группы атомов с отщеплением простой неорганической или органической молекулы:

В качестве конденсирующих агентов используют в-ва, которые связывают отщепляющиеся соединения, образуют реакционноспособные промежуточные продукты или действуют как катализаторы. Реакции конденсации с отщеплением воды могут проходить по одной из след. схем:

Схеме (1) соответствуют алкилирование ароматических и непредельных соединений спиртами, автоконденсация жирных спиртов, например: По схеме (2) протекают кротоновая конденсация и многочисленные родственные процессы, например Перкина реакция, Кнёвенагеля реакция и др.; по схеме (З) – многие синтезы ряда трифенилметана, например:

Отщепление воды катализируется обычно кислотами и основаниями, такими, как H2SO4, HCl, АlСl3, ZnCl2, NaOH, NaOR, NaNH2, NaH, RNH2. Некоторые реакции, сопровождающиеся образованием связи углерод–гетероатом или гетероатом–гетероатом, также относят к реакциям конденсации, например:

Под действием металлов реакции конденсации происходят с отщеплением атомов галогена от двух молекул орг. галогенида (Вюрца реакция, Ульмана реакция). Реакции конденсации с отщеплением водорода могут осуществляться пиролитически либо под действием окислителей, например: Ряд процессов реакции конденсации сопровождается отщеплением молекул орг. соединения, например спиртов. К этому типу принадлежат сложноэфирная конденсация, Клайзена конденсация, Дикмана реакция. Конденсирующие агенты – щелочные металлы, орг. и неорг. основания. Обычно к К. р. не относят этерификацию, переэтерификацию, алкилирование и ацилирование по гетероатомам, однако происходящие по этим схемам процессы образования полимеров называют поликонденсацией. 2. Присоединение молекулы органического соединения по кратной связи другой молекулы:

Сюда относят, например, многочисленные случаи альдольной конденсации, зачастую представляющей собой предварительную стадию кротоновой конденсации, Михаэля реакцию, бензоиновую и ацилоиновую конденсации, диеновый синтез, а также реакции гидро- и карбометаллирования олефинов и ацетиленов.

 

 

 

 

Диазотирование.

Способ получения ароматических диазосоединений, заключающийся обычно в действии NaNO2 на первичные ароматические амины в присутствии минеральной к-ты НХ: Диазотирование проводят в воде, концентрированных кислотах, реже – в неводных средах. Поскольку реакция экзотермична, а диазосоединения при нагревании легко разлагаются, реакционная смесь обычно охлаждают, поддерживая температуру в интервале 0–10 °С. При недостатке кислоты могут образовываться диазоамино- и аминоазосоединения. Производные о-аминонафтолов при диазотировании окисляются; для предотвращения этого в реакционную смесь добавляют соли Сu или Zn. Механизм диазотирования включает нитрозирование свободного амина с последующим отщеплением Н2О от катиона N-нитрозаммония (I) или ОН – от N-нитрозамина (II):          

Нитрозирующий агент NOX образуется по р-ции: NO2- + + 2Н+ + Х- D NOX + Н2O, где X = ОН, ОС(О) CН3, OSO3H, NO2, Hal и др. (X расположены в порядке возрастания активности NOX). Наиболее активный агент – свободный нитрозоний – катион NO+; он образуется только в концентрированной серной или хлорной к-те. Если NOX образуется быстрее, чем катион N – нитрозаммония, скорость диазотирования зависит от концентрации амина. Чем ниже кислотность среды, тем выше концентрация NO2- и ОН-, а следовательно, и концентрация малоактивных частиц N2O3 и HNO2, в результате чего скорость диазотирования должна снижаться. Однако одновременно увеличивается концентрация свободного амина, что приводит к увеличению скорости диазотирования. С увеличением кислотности среды, как правило, увеличивается концентрация наиболее активных NOX, однако уменьшается концентрация свободного амина, что приводит к снижению скорости диазотирования. Поэтому в слабокислой среде диазотируют более основные амины, в сильнокислой – менее основные, в концентрированной H2SO4 с помощью нитрозилсерной к-ты – амины крайне низкой основности (например, полинитроанилины). Чтобы увеличить скорость последней р-ции, среду разбавляют ледяной СН3СООН, сдвигая равновесие в сторону образования свободного амина. При диазотировании обычно к р-ру или мелкодисперсной суспензии соли амина в к-те прибавляют NaNO2, взятый с небольшим избытком. При использовании плохо растворимых аминосульфокислот к слабощелочному р-ру амина, содержащему NaNO2, прибавляют соляную к-ту. Для выделения галогенидов диазония процесс ведут в абсолютном спирте или ледяной СН3СООН, используя http://www.xumuk.ru/encyklopedia/909.html водородные соли амина и в качестве диазотирующего агента – алкилнитриты. Для контроля р-ции в промышленности используют анализаторы с электро – химической индикацией избыточной HNO2. Анализатор связан с автоматическим дозиметром, регулирующим прибавление к-ты, NaNO2 и амина таким образом, чтобы не возникал избыток нитрозирующего агента. диазотирования – первая стадия синтеза азокрасителей, а также р-ций Зандмейера, Гомберга, Шимана, Гаттермана, Несмеянова, Барта, Меервейна. Диазотирование открыто П. Гриссом в 1858.