КЛАЙЗЕНА КОНДЕНСАЦИЯ

Сложноэфирные конденсации/Практикум по органической химии/Прянишников Н. Д

КЛАЙЗЕНА КОНДЕНСАЦИЯ

При нагревании с концентрированным раствором щелочи происходит кислотное разложение и получаются уксусная и масляная кислоты:

Механизм реакции образования ацетоуксусного эфира был разобран выше. При проведении синтеза необходимо обратить внимание на тщательное высушивание как уксусноэтилового эфира, так и прибора, в котором проводится реакция.

Выход ацетоуксусного эфира зависит от качества взятого уксусноэтилового. Он должен быть свободен от влаги и содержать не более 2% спирта.

Обычно уксусноэтиловый эфир содержит большие количества спирта, что вызывает слишком бурную реакцию и снижает выход. Продажный эфир следует промыть насыщенным раствором хлористого кальция и высушить над сплавленным углекислым калием.

Синтез ацетоуксусного эфира следует заканчивать в течение одного дня, так как перерыв в работе отрицательно влияет на выход.

Ацетоуксусный эфир представляет собой смесь двух таутомерных форм – кетонной и энольной:

энольной формы в обычных условиях составляет 7%. Присутствие энольной формы может быть обнаружено характерной цветной реакцией с хлорным железом.

Реактивы:
Уксусноэтиловый эфир……………….56 мл или 50 г (0,57 моля)
Натрий металлический……………….5 г (0,22 грамматома)
Уксусная кислота; хлористый натрий

Круглодонную колбу емкостью 250 мл соединяют при помощи двурогой насадки с обратным холодильником и капельной воронкой (см. рис. 41). Верхний конец холодильника закрывают хлоркальциевой трубкой.

В сухую колбу вносят металлический натрий, очищенный от корки и нарезанный на возможно тонкие ломтики*1. Через воронку приливают хорошо высушенный уксусноэтиловый эфир.

Постепенно начинается слабое выделение водорода и спустя некоторое время жидкость закипает. Через 15 мин. колбу ставят на предварительно нагретую водяную баню и поддерживают слабое кипение смеси в течение 2-3 час.

, пока почти весь натрий не растворится. Небольшие остатки натрия не мешают дальнейшей работе.

К теплой жидкости при помешивании постепенно приливают около 50 мл 50%-ной уксусной кислоты до кислой реакции (по лакмусу) и затем прибавляют равный объем насыщенного на холоду раствора хлористого натрия.

Если при этом выпадает осадок, его следует растворить, прибавляя небольшое количество воды и перемешивая раствор.

Верхний слой отделяют в делительной воронке и, если нужно, фильтруют через небольшой складчатый фильтр.

Фильтрат переливают в перегонную колбу и отгоняют взятый в избытке уксусноэтиловый эфир, нагревая колбу горелкой через асбестовую сетку. Когда термометр покажет 95°, перегонку прекращают и остаток перегоняют в вакууме. Сначала перегоняется смесь спирта, уксусной кислоты и воды, затем температура повышается и в пределах нескольких градусов перегоняется ацетоуксусный эфир.

Темп. кип. 74° при 14 мм давления и 79° при 18 мм давления; уд. вес 1,0247; показатель преломления 1,4197.

83. Щавелевоуксусный эфир

Механизм реакции образования щавелевоуксусного эфира аналогичен механизму образования ацетоуксусного эфира.

При действии металлического натрия уксусноэтиловый эфир образует энолят:

Энолят взаимодействует с молекулой щавелевоэтилового эфира, давая продукт конденсации:

Последний, отщепляя алкоголят натрия, образует щавелевоуксусный эфир:

Реактивы:
Диэтиловый эфир щавелевой кислоты…………..15 г (0,1 моля)
Натрий металлический………………………24 г (0,1 грамматома)
Уксусноэтиловый эфир………………………12 мл или 10,8 г (0,12 моля)
Абсолютный эфир*2; серная кислота; углекислый натрий; хлористый кальций

Реакцию проводят в приборе, изображенном на рис. 41. В круглодонную колбу емкостью 250 мл помещают 80 мл абсолютного эфира и вносят тонко нарезанный металлический натрий*1. Прибавляют щавелевоэтиловый эфир и затем через капельную воронку медленно, по каплям, приливают хорошо высушенный уксусноэтиловый эфир; реакция начинается сама собой. После того как весь уксусноэтиловый эфир прибавлен, реакционную смесь нагревают на водяной бане при 30° до тех пор, пока весь натрий не растворится (на что требуется около 1,5 часа), и оставляют стоять в течение ночи.

На другой день выделившийся в виде желтой массы натрийщавелевоуксусный эфир отсасывают на воронке Бюхнера и промывают небольшим количеством сухого эфира.

Затем смешивают натрийщавелевоуксусный эфир с небольшим количеством воды, прибавляют несколько кусочков льда и подкисляют 10%-ным раствором серной кислоты. Раствор переливают в делительную воронку и 4 раза извлекают эфиром, беря в первый раз 25 мл эфира и затем 3 раза по 15 мл.

Соединенные эфирные вытяжки промывают 5 мл 10%-ного раствора углекислого натрия, затем два раза водой (10 и 5 мл) и сушат хлористым кальцием.

Высушенный раствор фильтруют через небольшой складчатый фильтр, переливают в колбу Кляйзена и отгоняют эфир на водяной бане. Оставшийся в колбе щавелевоуксусный эфир перегоняют в вакууме.

Выход около 15 г.

Темп. кип. 131-132° при 24 мм давления; уд. вес. 1,1715; показатель преломления 1,4561.

Наличие энольной формы может быть обнаружено так же, как и в ацетоуксусном эфире. ее в щавелевоуксусном эфире составляет 80%.

84. Бензоилацетон

Синтез бензоилацетона является примером получения b-дикетонов в результате конденсации энолята кетона с уксусноэтиловым эфиром.

В качестве исходного вещества берут ацетофенон, который при действии металлического натрия образует энолят:

Энолят конденсируется с уксусноэтиловым эфиром:

При отщеплении от полученного продукта алкоголята натрия образуется бензоилацетон:

Реактивы:
Уксусноэтиловый эфир……………………18 г (0,2 моля)
Ацетофенон…………………………….10 г (0,08 моля)
Натрий металлический……………………2 г (0,09 моля)
Абсолютный эфир*2; уксусная кислота

Круглодонную колбу емкостью 250 мл соединяют с обратным холодильником и верхний конец последнего закрывают хлоркальциевой трубкой.

В колбу приливают раствор ацетофенона и уксусноэтилового эфира в 60 мл абсолютного эфира и прибавляют нарезанный тонкими ломтиками натрий. Через короткое время начинается реакция и эфир закипает.

После того как эфир перестанет кипеть, колбу нагревают еще в течение 45 мин. на водяной бане.

Реакционной смеси дают охладиться, выделившийся натрийбензоилацетон отсасывают на воронке Бюхнера, промывают сухим эфиром и отжимают между листьями фильтровальной бумаги. Продукт растворяют в 100 мл воды, фильтруют и из фильтрата осаждают бензоилацетон, подкисляя раствор уксусной кислотой (при охлаждении льдом). Выделившиеся кристаллы отсасывают, промывают водой и высушивают в эксикаторе.

Выход около 8 г.

Темп. пл. 60°.

Наличие энольной формы может быть показано реакцией с хлорным железом, как описано выше.

  *1Во избежание окисления натрия его очищают от корки и режут в толстостенной стеклянной чашке (кристаллизаторе) под слоем абсолютного эфира.   *2Приготовление его – см. выше. | ПРЕДЫДУЩАЯ | СОДЕРЖАНИЕ | СЛЕДУЮЩАЯ |

Источник: http://c-books.narod.ru/pryanishnikov1_2_21.html

Галогенопроизводные со связью С(sp3)-галоген. Карбонильные соединения, страница 12

КЛАЙЗЕНА КОНДЕНСАЦИЯ

Посколькупростейший из альдегидов, способных вступать в альдольную конденсацию споследующей дегидратацией, образует в результате кротоновый альдегид – всяпоследовательность реакций получила название кротоновой конденсации. Последнююстадию (дегидратацию) часто называют кротонизацией.

В условиякислого катализа остановить реакцию на стадии альдоля не удается. В присутствиикислоты может быть проведена только реакция кротоновой конденсации.

Конденсация кетонов

Кетоны вступаютв реакцию конденсации с большим трудом, только в жестких условиях.Удовлетворительные результаты могут быть получены только при проведении реакции в кислой среде, т.е. только в условиях кротоновой конденсации. Следуетпомнить, что, поскольку у кетонов есть два a-углеродных атома, реакция может протекать по обоимреакционноспособным положениям.

Перекрестная альдольная и кротоновая конденсации

Перекрестныяконденсации – реакции, в которых участвуют различные карбонильные соединения.Не имеет препаративного смысла проводить перекрестные реакции с двумяальдегидами, содержащими a-водороды.В этом случае образуются четыре продукта реакции.

Обычно,перекрестную альдольную или кротоновую конденсации проводят с участием одногоальдегида, имеющего водороды в a-положении,и другого, у которого они отсутствуют. Причем первый берут в недостатке, авторой в избытке.

Альдегид,содержащий a-водороды,служит источником енолят-аниона.

Известно многоконденсаций по своему механизму близких к альдольной (Прекина, Кляйзена и др.).Все эти реакции включают стадию атаки карбаниона по углероду карбонильнойгруппы.

Карбанион образуется в результате отрыва основанием протона от a-углеродного по отношению ккарбонильной группе атома альдегида, кетона, сложного эфира, ангидридакарбоновой кислоты и др.

Хотя в этих конденсациях участвуют соединения разныхклассов, химия процессов в общем одинакова. Глубоко понимая механизм альдольнойконденсации, легко разобраться и в остальных реакциях.

Конденсация Перкина

Реакцияароматических альдегидов с ангидридами карбоновых кислот, содержащих a-водород, приводит к непредельнымкарбоновым кислотам.

Карбонильные соединения

· Непредельные карбонильные соединения. Классификация, изомерия,номенклатура. Физические свойства и молекулярная структура кумулированных исопряженных енонов (строение, сопряжение, распределение электронной плотности),спектральные свойства.

· a,b-Непредельные альдегиды и кетоны. Методы получения: окислениеолефинов по аллильному положению и спиртов с гидроксильной группой в аллильномположении, кротоновая конденсация, дегидратация глицерина как метод полученияакролеина.

· Химические свойства: каталитическое гидрирование, восстановлениекомплексными гидридами металлов, восстановление металлами в присутствииисточников протонов, методы селективного восстановления С=С и С=О связей.

Понятие о защитных группах и принципы их синтетического использования.Присоединение воды, спиртов, галогеноводородов, бисульфита натрия, аммиака иаминов, НСN, реактивов Гриньяра.

Реакции конденсации с СН-активнымисоединениями (реакция Михаэля).

· Хиноны: методы получения, реакции восстановления и присоединения.

a,b-Непредельные альдегиды и кетоны

К этой группеотносят соединения, в которых двойные связи углерод-кислород и углерод-углеродразделены одной простой С-С связью, т.е. содержат систему сопряженных двойныхсвязей.

Ранее описаныдва общих метода получения a,b-непредельныхкарбонильных соединений:

· кротоновая конденсация;

· получение a-галогенопроизводныхс последующем дегидрогалогенированием.

Химическиесвойства непредельных и карбонильных соединений уже были рассмотрены (см.разделы «Алкены» и «Альдегиды и кетоны»). Следует помнить, что во многих случаядля селективного проведения реакции по одной из функциональных групп, вторуюнеобходимо защитить (см. выше).

В этом разделерассматриваются реакции, характерные именно для a,b-непредельных карбонильных соединений.

Электронноестроение сопряженного фрагмента:

Четыре p-электрона делокализованы начетырех атомах углерода. Ацепторные свойства карбонильной группы приводят кпоявлению избытка электронной плотности на атоме кислорода и недостатка на b-углеродном атоме. Можнопредсказать, что такое распределение электронной плотности приведет кдезактивации двойной связи в реакциях AE и активации в реакциях AN.

Электрофильное присоединение

Хотя реакцииэлектрофильного присоединения идут формально против «правила Марковникова»,ничего необычного в этих превращения нет. Они протекают через наиболеестабильный интермедиат (карбокатион).

Нуклеофильное присоединение

К двойной связи a,b-непредельных карбонильныхсоединений легко присоединяются HCN, NH3и другие нуклеофилы. Реакция идет через наиболее устойчивый промежуточныйпродукт – енолят-анион. Следует помнить, что присоединение нуклеофила к С-Сдвойной связи может осложняться реакцией по карбонильной группе.

Реакция a,b-непредельных карбонильныхсоединений с карбанионами играет важную роль в синтезе полифункциональныхвеществ и называется реакцией Михаэля. Превращение протекает в присутствииоснования и начинается с образования карбаниона (нуклеофила), после чегопроходит обычная реакция нуклеофильного присоединения (см. предыдущую схему).

Хиноны

Циклическиедикетоны с двумя двойными углерод-углеродными связями и двумя карбонильнымигруппами называются хинонами. Их получают окислением незамещеных илидизамещенных ароматических производных.

Наличие вхинонах сопряженной системы определяет наличие окраски. Так, п-бензохинонокращен в желтый цвет. Соединения этой группы играют заметную роль в процессахжизнедеятельности.

Химические свойства

Хиноны – сильныеокислители. Сами хиноны легко восстанавливаются в гидрохиноны.

Типичные реакции– 1,4-присоединение, сопровождаемое ароматизацией.

Хиноны –прекрасные диенофилы в реакциях Дильса-Альдера. Эти реакций часто являютсяпервым шагом в синтезе сложных конденсированных полициклических веществ.

Источник: https://vunivere.ru/work5064/page12

Бородина, Кляйзена, Кновенагеля и др

КЛАЙЗЕНА КОНДЕНСАЦИЯ

Эти реакции являются разновидностью реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе альдегидов и кетонов. При этом образуется связь С-С.

Карбонильные соединения, имеющие -водородный атом, являются амфотерными соединениями (основания – за счет электронных пар кислорода С=О группы; С-Н кислоты – за счет диссоциации -С – Н связи).

Они образуют соли как с кислотами, так и основаниями. Это позволяет им даже в нейтральной среде за счет межмолекулярного взаимодействия образовывать ЕН-ОЛы:

В присутствии кислот и оснований равновесие смещается в сторону енола:

Енолы выступают как в роли нуклеофила (за счет повышенной электронной плотности у -углеродного атома), так и в роли электрофила (за счет дефицита электронов у карбонильного атома углерода).

Альдольная конденсация идет в слабо щелочной среде. Если реакцию вести при нагревании, альдоль отщепляет воду (кротоновая конденсация):

Кротоновая конденсация может идти и в кислой среде:

Кротоновую конденсацию между ароматическими альдегидами и кетонами и алифатическими альдегидами, кетонами, сложными эфирами и ангидридами алифатических карбоновых кислот называют конденсациями Кляйзена, Перкина и др.

3. Общая схема взаимодействия нуклеофила с ацильными соединениями. Кислотный и основной катализ.

Ацильные соединения (карбоновые кислоты и их производные за исключением нитрилов) представляют собой карбонильную группу, соединенную с уходящей группой – Hlg, RCOO, OH, OR, NH2, NHR, NR2 и др.

, поэтому первый этап взаимодействия их с нуклеофилами такой же, как с альдегидами и кетонами:

После присоединения нуклеофила по С=О группе, оказывается энергетически более выгодно отщепить уходящую группу, чем завершать присоединение по двойной связи.

Реакционная способность ацильных соединений зависит от величины положительного заряда и пространственных факторов (как и у альдегидов и кетонов, т.к. реакция одна и та же), а также от способности уходящей группы «уходить», т.к. весь процесс состоит из двух стадий: присоединение и отщепление.

Сложноэфирная конденсация Кляйзена идет между эфирами карбоновых кислот, имеющими -водородные атомы в среде спирта в присутствии алкоголятов:

Реакция идет аналогично альдольной конденсации, но после присоединения нуклеофила к атому углерода С=О группы ацильная группа отщепляет уходящую группу.

3. Синтез гетероциклических соединений по «схеме А»

В синтезе гетероциклических соединений по схеме «А» могут использоваться самые различные субстраты от алканов до карбоновых кислот, но чаще всего применяют дикарбонильные соединения.

1.

Циклизация 1,4-дикарбонильных соединений (Синтезы Пааля-Кнорра) является общим методом синтеза фурана, пиррола (в присутствии аммиака) и тиофена (в присутствии соединений серы):

Выходы целевых продуктов высокие (80-90%), за исключением тиофена. Считают, что P2S5 и P2S3 восстанавливают карбонильные соединения, поэтому выход составляет 40-50%.

– 1.1. Синтезы производныхфурана из слизевой кислоты, пентоз и пентозанов являются разновидностью циклизации 1,4-дикарбонильных соединений, которые образуются по ходу реакции.

Фурфурол используется в промышленности как растворитель и как сырье для синтеза различных веществ, в том числе и лекарственных, например, фурацилин. Пентозаны (полисахариды, состоящие из пентоз) составляют существенную часть соломы.

Фурацилин (семикарбазон 5-нитро-2-фуранкарбальдегида или -нитрофурфурола) – представитель группы бактерицидных препаратов, производных -нитрофурана.

– 1.2. Синтезы пиррола и его производных из 1,4-бутиндиола и бутандиовых кислот так же разновидность циклизации 1,4-дикарбонильных соединений, которые образуются по ходу реакции:

– 1.3.

В синтезах производных тиофенавместо 1,4-дикарбонильных соединений, которые восстанавливаются сульфидами, лучше использовать алканы, алкены, производные 1,3-бутадиина.

Нуклеофильное присоединение по активированным -связям приводит к образованию 1,4-тиокарбонильного соединения:

2. Взаимное превращение пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом (реакция Юрьева) также можно отнести к схеме А, т.к. при этом образуются две новые связи С – Х:

3. Пирролидиновый цикл, который широко применяется в синтезах лекарств (например, пиромекаина, гигрония и др.), можно получить алкилированиемпервичного амина соответствующим дигалогенидом:

4. Синтез индола внутримолекулярной конденсацией о-аминофенилуксусного альдегида включает образование С-Х связи.

5. Циклизация -ациламинокарбонильных соединений – разновидность общего способа получения пятичленных циклов из 1,4-дикарбонильных соединений – применяется для синтеза производных оксазола, тиазола и имидазола. Таким образом синтезируют оксазол в производстве витамина В6:

6. Синтез производных пиридина из 1,5-дикарбонильных соединений:

Образующийся дигидропиридин легко дегидрируется (окисляется) до пиридина. Если взять непредельное 1,5-дикарбонильное соединение, то сразу образуется пиридин. 1,5-Дикарбонильных соединений доступны (легко синтезируются), поэтому данный метод получения производных пиридина широко используется. Чтобы аммиак не инициировал альдольную конденсацию, его лучше заменить гидроксиламином. При этом отпадает необходимость в окислении продуктов реакции.

7. Синтез пиридина из пентаметилендиамина (кадаверина) можно отнести к схеме А:

Реакция использовалась для доказательства структуры пиридина.

8. Синтез производных фентиазина, которые относятся к нейролептикам и используются для лечения различных психических заболеваний, осуществляют циклизацией 3-замещенных дифениламинов сплавлением их с серой. В результате образуются две С – Х связи:

Циклизацию ведут при 170-180оС в присутствии каталитических количеств иода до прекращения выделения сероводорода. Считают, что механизм реакции SE, что при температурах выше 160оС циклическая молекула (ромбической или моноклинной) серы S8 раскрывается и образует двухвалентные радикалы общего строения .S(х). (х = 1…8), которые с иодом – кислотой Льюиса – образуют устойчивые комплексы с высокой электрофильностью:

Целевой продукт извлекают экстракцией кипящим хлорбензолом с последующей очисткой углем и кристаллизацией. Выделяющийся сероводород улавливают в специальных ловушках растворами едкого натра или окислителей (гипохлориты кальция, натрия). Выход с оборотом маточников достигает 80%.

4. Синтез гетероциклических соединений по «схеме б»

Схема применяется для синтеза гетероциклов с двумя гетероатомами. Исходными соединениями чаще всего являются 1,3- и 1,4-дикарбонильные соединения.

  1. Синтезы пиразола и его производных:

а) Из 1,3-дикарбонильных соединений и гидразина:

б)Из ацетоуксусного эфира и фенилгидразина.

Синтез антипирина по Кнорру можно вести в воде, сначала при 60оС и рН

Источник: http://shkolakz.ru/nepi/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D1%8B+%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0+%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85+%D1%81%D0%BE%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9b/part-3.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть