Материал: Ацилирование и алкилирование аминов
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Самым распространенным катализатором этой реакции является предварительно сублимированный хлористый алюминий.
Например, механизм реакции бензилирования хлористым бензилом в нитробензоле в присутствии безводного AlCl3 в качестве катализатора следующей схемой (Рис. 32):
Рис. 32. Механизм реакции бензилирования, где В: =AlCl4-; H2O или др. основание. Скорость реакции лимитируется второй стадией
Точное строение интермедиата неизвестно. В принципе, можно представить целый ряд структур от молекулярного комплекса до диссоциированных карбокатионов (Рис. 33):
Рис. 33. Строение интермедиата
Участие свободных карбокатионов как алкилирующих агентов маловероятно.
Если бы алкилирующими агентами были свободные карбокатионы, то медленной стадией была бы стадия их образования (k1), а реакция с аренами была бы быстрой и третьего порядка не должно было наблюдаться. Крайне маловероятно, что алкилирующим агентом является молекулярный комплекс. При низких температурах иногда удается выделить комплексы алкилгалогенидов с кислотами Льюиса. Для них характерен медленный обмен галогенов по схеме (Рис. 34):
Рис. 34. Получение комплексов алкилгалогенидов с кислотами Льюиса
Скорость обмена возрастает в ряду перв.R< втор.R<трет.R, что можно объяснить и ион-парным строением, и структурой координационного аддукта.
Многие исследователи, работающие в данной области, полагают, что строение комплексов RX. MXn постепенно изменяется от структуры координационного аддукта в случае R=СН3 до структуры ионной пары в случае R=t-Bu, однако экспериментально это пока не подтверждено.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Способность атома галогена в RX к комплексообразованию с AlCl3 или другой жесткой кислотой Льюиса резко уменьшается от фтора к иоду, вследствие этого активность алкилгалогенидов в качестве алкилирующих агентов в реакции Фриделя-Крафтса также уменьшается в ряду RF>RCl>RBr>RI. По этой причине алкилиодиды не применяют в качестве алкилирующего агента.
Различие в активности алкилфторидов и алкилбромидов настолько велико, что позволяет селективно замещать фтор в присутствии брома в одной и той же молекуле (Рис. 35) [3]:
Рис. 35. Различие в активности алкилфторидов и алкилбромидов
Взаимодействие аминов с азотистой кислотой Первичные, вторичные и третичные амины по-разному
взаимодействуют с азотистой кислотой, что используется для установления типа амина. Неустойчивую азотистую кислоту генерируют действием сильной кислоты на нитриты.
Третичные алифатические амины при обычной температуре с азотистой кислотой не взаимодействуют.
Вторичные амины образуют с азотистой кислотой устойчивые нитрозамины - жидкие или твердые продукты желтого цвета:
NH + NaNO2 + HCl → R2N-N=O + NaCl + H2O (12)
Нитрозамины являются сильными канцерогенами. Показана возможность синтеза нитрозаминов в желудке человека из содержащихся в пище и лекарственных препаратах вторичных аминов и нитритов Канцерогенное действие нитрозаминов основано на их способности алкилировать нуклеофильные центры ДНК, что приводит к онкогенным мутациям.
Первичные алифатические амины реагируют с азотистой кислотой с выделением газообразного азота. Реакция идет через образование неустойчивого первичного нитрозамина, который изомеризуется в диазогидроксид, превращающийся далее в соль диазония:
(13)
Дальнейший ход реакции зависит от природы углеводородного радикала.
Если R - алифатический радикал, то соль диазония очень неустойчива и немедленно разлагается с образованием молекулы азота и карбокатиона,
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
который затем взаимодействует с находящимися в реакционной среде нуклеофилами (например, с растворителем) или отщепляет протон и дает продукт элиминирования. Например, превращения катиона н- пропилдиазония могут быть представлены следующей схемой (Рис. 36):
Рис. 36. Превращение катиона н-пропилдиазония
Реакция не имеет препаративного значения. Процесс используется в аналитических целях для количественного определения первичных алифатических аминов, в том числе природных α-аминокислот, по объему выделяющегося азота.
Соли арилдиазония более устойчивы и могут быть выделены из реакционной смеси. Они являются высокореакционноспособными соединениями и широко используются в органическом синтезе.
Процесс получения ароматических диазосоединений называется диазотированием и выражается следующим суммарным уравнением. + NaNO2 + 2HCl → ArN2+Cl- + NaCl + 2H2O (14)
Реакции солей арилдиазония можно разделить на два типа: реакции с выделением азота и реакции без выделения азота.
Реакции, протекающие с выделением азота. Этот тип реакций представляет собой замещение в ароматическом кольце, уходящей группой в котором является молекула азота N2 (Рис. 37):
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Рис. 37. Реакции солей арилдиазония
Реакции используются для введения различных заместителей в ароматическое кольцо.
Реакции, протекающие без выделения азота. Наиболее важной реакцией этого типа является азосочетание. Катион диазония обладает слабыми электрофильными свойствами и вступает в реакции электрофильного замещения с аренами, содержащими сильные электронодонорные заместители. При этом образуются азосоединения (Рис.
38):
Рис. 38. Реакции азосочетания
Азосоединения содержат длинную систему сопряженных связей и поэтому окрашены. Они используются как красители. Образование окрашенных соединений при взаимодействии солей арилдиазония с ароматическими аминокислотами (тирозин, гистидин) используется для их качественного и количественного определения.
Аминогруппа является сильным активирующим заместителем и ориентантом II рода.
Анилин легко бромируется бромной водой с образованием триброманилина (Рис. 39):
Рис. 39. Реакция бромирования анилина
В большинстве реакций электрофильного реакционноспособная аминогруппа предварительно защищается путем ацилирования. После проведения реакции ацильную защиту снимают кислотным или щелочным гидролизом (Рис. 40) [1]:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Рис. 40. Реакция ацилирования
Методы получения аминов
Алкилирование аммиака и аминов
Аммиак взаимодействуют с алкилгалогенидами RX с образованием на первой стадии соли алкиламмония, которая с избытком аммиака дает алкиламин. Алкиламин, будучи более сильным нуклеофилом, чем аммиак, далее вступает в реакцию алкилгалогенидом с образованием продукта диалкилирования. Таким образом образуется смесь моно-, ди-, триалкиламинов и четвертичной аммониевой соли (Рис. 41):