А. Ф. Пожарский, Ольга Валерьевна Дябло - Учебное пособие по органической химии. Часть 1. Алифатические соединения

Большинство современных университетских курсов по органической химии состоит из двух больших разделов (алифатические соединения и ароматические соединения), изучаемых в двух-трех последовательных семестрах. Изучение органической химии традиционно включает лекционный курс, семинарские занятия и лабораторный практикум. Подготовка студентов на химическом факультете Южного федерального университета по направлениям 04.05.01 – «Фундаментальная и прикладная химия» и 04.03.01 – «Химия» следует этой подтвердившей свою эффективность традиции.

Предлагаемое учебное пособие предназначено для теоретической подготовки к лабораторному практикуму по органической химии студентов и является первой частью цикла:

1. Дябло О. В., Гулевская А. В., Пожарский А. Ф., Филатова Е. А. Учебное пособие по органической химии. В 2 ч. Ч. 1. Алифатические соединения.

2. Филатова Е. А., Гулевская А. В., Дябло О. В., Пожарский А. Ф. Учебное пособие по органической химии. В 2 ч. Ч. 2. Ароматические соединения.

Лабораторный практикум по органической химии рассчитан на два семестра. Каждое занятие в лабораторном практикуме по органической химии начинается с обсуждения теории применяемого синтетического метода. Цель этой теоретической подготовки – углубить знания студентов и научить активно применять теоретические знания при решении синтетических задач, развить навыки анализа строения органических соединений и оценки влияния структурных факторов на реакционную способность соединений. Подготовка к выполнению синтеза органического соединения включает изучение механизма соответствующей реакции и факторов, влияющих на ее протекание, осмысление каждой операции синтеза, выполняемого по заданной методике, а также решение теоретических задач по обсуждаемой теме и, в результате, овладение основами стратегии и тактики органического синтеза. Постоянный тренинг в решении задач различной сложности на семинарах и при самостоятельной подготовке к лабораторным и контрольным работам помогает студентам активно усваивать текущий материал и успешно сдавать экзамен по дисциплине.

Пособия охватывают вопросы строения, реакционной способности и взаимных превращений органических соединений и призваны углубить и дополнить лекционный курс примерами практического использования важнейших свойств соединений различных классов в органическом синтезе.

Углубить и систематизировать знания о строении и реакционной способности карбонильной группы. Обобщить знания о механизмах превращений с участием карбонильной группы, акцентируя внимание на механизме ацилирования. Получить представление о применении реакций ацилирования в органическом синтезе.

Ацилирование. Номенклатура типичных ацилов – остатков жирных и ароматических карбоновых кислот, а также сульфокислот. Типы ацилирующих агентов и сравнение их эффективности: галогенангидриды, ангидриды, сложные эфиры, амиды кислот и сами кислоты. Ацилирование аминов, спиртов, фенолов, карбоновых кислот, меркаптосоединений (тиоспиртов, тиофенолов). Механизм реакции ацилирования. Ацил в качестве защитной группы. Методы элиминирования ацильной защиты: кислотный и щелочной гидролиз. Действие гидразина. Механизм этих реакций. Этерификация карбоновых кислот спиртами. Механизм реакции, катализаторы этерификации. Способы нарушения равновесной системы. Влияние полярных и пространственных факторов на этерификацию. Кислотный и щелочной гидролиз сложных эфиров. Аммонолиз сложных эфиров.

Ацилированием называется введение в органические соединения (обычно вместо атома водорода) остатков органических кислот – ацилов. Вот некоторые из простейших ацилов и их названия:

В более широком смысле ацилированием называют также введение остатков и других кислородсодержащих кислот, например, сульфокислот, получаемых путем отнятия группы ОН от кислоты:

Ацилирующими агентами чаще всего служат галогенангидриды (обычно хлорангидриды) или ангидриды кислот, например:

Возможно применение смешанных ангидридов. Так, для формилирования иногда используют смешанный ангидрид муравьиной и уксусной кислот, поскольку галогенангидриды и ангидрид муравьиной кислоты неустойчивы. В качестве ацилирующих агентов используются и сами карбоновые кислоты, а также их эфиры и амиды. В целом, по ацилирующей способности указанные агенты можно расположить в ряд:

Чаще всего ацилированию подвергают соединения с подвижным водородом – амины, спирты, фенолы, тиоспирты и тиофенолы, например:

Если в реакции ацилирования выделяется сильная кислота (например, НСl), то ее целесообразно связать, прибавляя в реакционную смесь такие основания, как сода, поташ, триэтиламин или пиридин.

Механизм реакции представляет собой присоединение нуклеофила (амин, спирт, тиол и т. п.) к карбонильной группе ацилирующего агента с последующим элиминированием из продукта присоединения протона и так называемой уходящей группы, находящейся в исходном ацилирующем средстве:

При одинаковых внешних условиях легкость ацилирования определяется, главным образом, тремя факторами: величиной положительного заряда на карбонильном атоме углерода, легкостью отщепления уходящей группы и нуклеофильностью соединения, которое ацилируют. Сочетание двух первых факторов дает тот ряд активности ацилирующих средств, который приведен выше. Так, аминогруппа менее электроотрицательна, чем хлор или оксигруппа, поэтому она не создает на карбонильном атоме углерода в амидах кислот достаточно большого положительного заряда; напротив, она этот заряд даже уменьшает за счет более сильного по сравнению с хлором и гидроксигруппой смещения неподеленной пары электронов азота к карбонильному углероду (+М-эффекта):

С другой стороны, в промежуточном продукте присоединения типа 1 отщепление аминогруппы протекает значительно труднее, чем аниона Сl^>– или OH^>-, так как анион NH_>2^>– более нуклеофилен. Таким образом, эти обстоятельства не способствуют проявлению амидами кислот высокой ацилирующей способности, но благоприятствуют ей в случае хлорангидридов и ангидридов кислот.

В качестве ацилирующих средств нередко используют внутренние ангидриды таких дикарбоновых кислот, как янтарная или фталевая:

Ацилирование широко применяется в органической химии для защиты легко окисляющихся или просто активных функциональных групп. Так, анилин удобно нитровать в виде ацетанилида, поскольку сам анилин при действии азотной кислоты легко окисляется; кроме того, протонирование анилина увеличивает процент мета-замещения.