Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ФАРМАЦИЯ

.pdf
Скачиваний:
148
Добавлен:
05.02.2019
Размер:
4.4 Mб
Скачать

присутствия двух акцепторных групп. Образующиеся после действия оснований (третичных аминов – для кислоты; Na, C2H5ONa – для эфира) карбанионы, стабилизированы за счет делокализации электронной плотности.

H

 

O

O

NR3

HO-C CH C-OH

HOOCCCOOH

 

-HNR3

 

 

H

 

 

O

HOOC-CH=C-OH

O

O

Na

O

O

 

C2H5O-CCHC-OC2H5

H O-CCHC-OC H

 

C

5

 

2

5

2

 

-H2

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

O

O

 

 

 

C2H5O-C=CHC-OC2H5

 

O O

C2H5O-CCH=C-OC2H5

O

HO-C=CH-COOH

HO

CH

OH

 

 

 

C

 

C

O

 

O

CH

 

OC2

C2H5O

 

H5

C

C

 

O

O

 

Na

 

 

натрмалоновый эфир

Синтезы на основе малоновой кислоты, её диэфира и динитрила

I. Реакции конденсации

Малоновая кислота и её производные играют роль метиленовых компонент в синтезе производных непредельных кислот (реакции конденсации по типу кротоновой).

Примеры реакций

1.

158

CH3 +δ

+δ

-δ

COOH

N(C2H5)3

 

 

 

OH

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

O-δ +

HCH

 

 

 

CH3

 

C

 

 

C

 

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

COOH

 

 

 

CH3

 

 

 

 

 

 

 

 

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3

 

 

COOH

t0C

CH3

C

 

 

 

CH-COOH

 

 

 

 

C

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COOH

-CO2

CH3

 

 

 

 

CH

 

 

3-метил-2-бутеновая кислота

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механизм реакции аналогичен механизму альдольной (кротоновой) конденсации (см. тему “Альдегиды, кетоны”).

Нуклеофилом в этих превращениях является малонил анион, который образуется в результате депротонирования СН2-группы основанием.

COOH

N(C2H5)3

HOOC

HCH

CH HN(C2H5)3

 

COOH

 

HOOC

Nu

2.

O

CN

N(C2H5)3

 

CN

C H

CH=C

+ CH2

 

 

CN

-H2O

 

CN

 

 

бензальдегид

динитрил малоновой

бензилиденмалононитрил

 

кислоты, малононитрил

 

 

II. Получение карбоновых кислот из натрмалонового эфира

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

O

C2H5ONa

O

O

 

 

R-Br

 

1. C2H5O-C CH2C-OC2H5

 

 

C2H5O-C CH C-OC2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-NaBr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-C2H5OH

 

(Nu)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

O

 

H3O

 

O

O

 

 

 

 

 

 

O

 

 

C2H5O-C CH C-OC2H5

HO-C-CH-C-OH

 

 

 

 

R-CH2-C

 

 

t0C

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

-CO2

 

 

 

-2C2H5OH

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R - первичный алкил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

159

 

 

O

 

 

O

 

 

 

 

 

Na

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na

 

 

O

 

 

R/

-Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. C H O-C CH C-OC H

 

 

 

C2H5O-C C C-OC2H5

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 5

 

 

2 5

-1/2 H2

 

 

 

-NaBr

 

 

 

 

R

 

 

 

R

(Nu)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

/

 

 

 

 

 

O

R/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

O

 

 

 

H3O

O

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

HO-C-CC-OH

 

 

 

 

 

R-CH-C

 

 

C2H5O-C C C-OC2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-CO2

 

 

 

 

t0C

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

R/

 

 

 

R

 

 

-2C2H5OH

 

 

 

 

 

 

 

 

R' – первичный алкил

С помощью этих синтезов можно получать различные карбоновые кислоты, в том числе с разветвленной цепью.

 

 

O

O

 

 

 

 

 

O

O

-δ +δ

+δ -δ

 

 

 

2 Na

 

BrCH2-CH2-CH2Br

3. C2H5O-C CH2C-OC2H5

 

C2H5O-C C C-OC2H5

 

- H2

 

 

-2 NaBr

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Na

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

O

 

 

H3O

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5O-C C C-OC2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2C

CH2

-2C2H5OH

циклобутанкарбоновая кислота

 

 

 

CH2

 

 

 

 

-CO2

COOH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично можно получить циклоалканкарбоновые кислоты.

Использование адипиновой кислоты

Адипиновую кислоту и гексаметилендиамин используют в синтезе полиамидного волокна (найлона – 6,6). Реакция относится к реакциям

поликонденсации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0C

 

n HOOC-(CH2)4-COOH + n NH2 (CH2 )4 NH2

 

 

O-C-(CH2)4-C-O

 

 

-n H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

NH3 (CH2 )4 NH3

 

 

O

O

 

 

 

 

 

 

 

 

соль АГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C-(CH2)4-C-NH (CH2)6-NH

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

найлон - 6,6 (полиамидное волокно)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

160

При конденсации адипиновой кислоты с этиленгликолем образуются полиэфиры, из которых получают полиэфирные волокна (полиэстер).

НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ ДВУХОСНОВНЫЕ КИСЛОТЫ

(на примере малеиновой и фумаровой кислот)

HOOC-CH=CH-COOH (Z,E) бутендиовая кислота

H

COOH

 

H

 

 

 

COOH

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

C

H

COOH

HOOC

 

 

 

H

Z - бутендиовая кислота

E - бутендиовая кислота

ма

леинова

я

 

фумаровая

т.пл. 1300С

 

 

 

 

 

 

т.пл. 2870С

рКа 2,4

 

 

 

 

 

рКа 3,1

растворимость 1:2

 

 

 

 

 

1:150

в воде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нет в природе

встречается в природе

ядовита

 

(содержится в растениях, грибах)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неядовита

На примере малеиновой и фумаровой кислот можно увидеть, как физические и биологические свойства соединений зависят от конфигурации молекулы.

Методы получения

 

H

COOH

 

 

 

 

H

 

COOH

1.

 

C

 

t0C

HOOC-CH2-CH-COOH

t0C

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

медленная

быстрая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

перегонка

 

 

перегонка

 

C

 

 

 

OH

 

 

HOOC

H

-H2O

-H2O

H

 

COOH

 

2-оксибутандиовая,

 

 

 

 

 

 

 

 

фумаровая кислота

оксиянтарная кислота,

 

 

малеиновая кислота

 

 

 

 

 

 

яблочная

 

 

 

 

 

161

H

 

 

 

 

 

 

O

 

H

 

COOH

 

 

 

H

C

 

 

 

 

O2 / V2O5

H2O

 

C

 

 

C

 

 

 

2.

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4500C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

-CO2

C

 

 

 

 

H

 

C

 

H

 

COOH

бензол

H

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

малеиновый ангидрид

 

малеиновая кислота

Промышленный синтез.

Реакционная способность

Для двухосновных непредельных кислот характерны реакции по карбоксильным группам и двойной связи, аналогичные описанным ранее. Фумаровая кислота, в отличие от малеиновой, вследствие своего пространственного строения не дает ангидрида. Кислоты способны к взаимным превращениям под действием света через бирадикал, в котором вращение относительно σ - связи не затруднено.

 

H C COOH

 

 

 

 

 

H C COOH

 

 

 

C COOH

 

 

 

 

 

O

ангидрид

 

 

hν

 

 

H

t0C

H C

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не образует

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

HOOC C H

(I2, HNO2)

HOOC

C

 

 

H

C

COOH

- H2O

C

 

H

 

 

 

 

 

 

H

O

фумаровая кислота

 

 

A

малеиновая кислота

малеиновый

ангидрид

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ

Номенклатура

 

 

HO-C

-OH

 

 

 

 

Cl-C-OH

 

 

 

 

NH2-C

-OH

 

 

RO-C

-OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

O

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хлоругольная кислота

карбаминовая кислота

алкилкарбонат

 

 

 

 

 

 

(хлорангидрид угольной кислоты)

(амид угольной кислоты)

(сложный эфир)

 

 

Cl-C-Cl

 

 

 

 

 

 

NH2-C-NH2

 

 

 

 

 

Cl-C-OR

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

дихлорангидрид угольной

 

карбамид,

 

 

 

 

 

алкиловый эфир

кислоты, фосген

 

 

 

 

 

 

мочевина

 

 

 

 

 

хлоругольной кислоты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(сложный эфир)

RO-C-OR

O

диалкилкарбонат (сложный эфир)

NH2-C-OR

O

алкилкарбамат уретаны(общее название сложных эфиров карбаминовой кислоты)

NC-NH2

цианамид

(соединения, приведенные в квадратных скобках - нестабильны)

162

Синтез некоторых производных угольной кислоты и их свойства

Производные угольной кислоты, содержащие гидроксильную группу неустойчивы и разлагаются с выделением углекислого газа.

HO-C-OH

 

 

 

 

 

 

CO2

+

H2O

NH -C-OH

 

 

 

CO

+

NH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

3

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

Cl-C-OH

 

 

 

 

 

 

CO2

+

HCl

C2H5O-C-OH

 

 

 

CO2

+

C2H5OH

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

Фосген (дихлорангидрид угольной кислоты)

 

 

 

 

 

 

CO + Cl2

 

 

 

УФ

 

Cl-C-Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

акт. С / 2000C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фосген – газ, относящийся к удушливым отравляющим веществам. Вступает в обычные реакции хлорангидридов.

 

 

 

 

изб. NH

 

 

 

 

 

H2O

 

 

 

NH Cl

+

NH -C-NH

2

 

 

3

Cl-C-Cl

 

 

 

Cl-C-OH

 

CO2

+ HCl

 

 

 

 

 

4

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

карбамид

 

 

C2H5OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5O-C-Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5O-C-OC2H5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH3

 

 

O

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

диэтилкарбонат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H5O-C-NH2

O

этилкарбамат

Уретаны - хорошо кристаллизующиеся устойчивые соединения, применяются в качестве успокаивающих, снотворных и жаропонижающих средств (здесь и далее названия лекарственных препаратов будут подчеркиваться)

 

 

 

 

 

CH3

 

 

 

NH2-C-OC2H5

NH2-C O C-CH2CH3

C6H5NH-C-OC2H5

 

 

 

O

O

CH3

O

уретан, этилкарбамат

апонал,

 

эйфорин ,

 

 

 

 

трет-пентилкарбамат

 

 

успокаивающее

N-фенилэтилкарбамат

 

и снотворное действие

успокаивающее

 

жаропонижающее действие

 

 

 

 

и снотворное действие

 

 

 

 

 

Мочевина (диамид угольной кислоты, карбамид)

163

1500C

CO2 + 2 NH3 NH2-C-NH2 + H2O 450атм. O

карбамид

Мочевина – белое кристаллическое вещество (т.пл. 1330С), растворима в воде. Мочевина – это диамид, обладающий слабыми основными и нуклеофильными свойствами.

1. Осно́вныесвойства

Мочевина обладает слабыми осно́внымисвойствами, в отличие от амидов карбоновых кислот. Причиной является наличие двух аминогрупп и образование при действии кислот карбкатиона, стабилизированного делокализацией электронной плотности. Ниже приведено описание строения мочевины и ее соли методом резонанса.

 

NH -C-NH

2

 

NH2=C NH2

 

NH2 C=NH2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

O

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

NH2 C NH2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

NH -C-NH

H NO3

NH

-C NH

 

 

NH2=C NH2

NH2-C NH2

 

 

2

 

 

2

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

OH

 

 

 

OH

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH2-C=NH2

 

NH2 C NH2

NO3

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Свойства мочевины как диамида угольной кислоты

 

а) Гидролиз

 

H2O

 

 

 

 

 

H2O

 

 

NH

3

+ Na CO

3

NH

 

-C-NH

2

 

NH4Cl + CO2

 

 

 

 

 

 

 

2

NaOH

2

O

 

HCl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Реакции с HNO2

и

 

Br2/NaOH (перегруппировка Гофмана, см. тему

“Амиды карбоновых кислот”)

164

N2 + Na2CO3

+ NaBr

Br

2

 

NH2-C-NH2

HNO2

HO-C-OH

 

H2O + CO2

 

 

 

 

 

 

NaOH

-N2

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) Конденсация с NH3 ( из (NH4)2CO3 ), образование гуанидина

 

NH2-C-NH2

 

(NH4)2CO3

NH2-C-NH2 + H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

NH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гуанидин

 

 

 

 

 

 

 

Гуанидин – однокислотное основание, сравнимое по силе с NaOH (KOH).

NH2-C

-NH2

H

 

 

 

 

 

 

NH2-C-NH2

 

NH2=C-NH2

 

и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH

 

NH2

 

NH2

 

 

Нитраты и перхлораты гуанидина являются взрывчатыми веществами и входят в состав ракетного топлива.

3. Нуклеофильные свойства

а) Ацилирование, образование уреидов

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

O

NH2-C-NH2

 

 

 

 

 

 

 

CH3-C-NH-C-NH2 + HCl

+

CH3-C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cl

 

 

 

 

 

 

O

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ацетилкарбамид, ацетилмочевина (уреид)

 

 

Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH3-CH-CH-C-NH-C-NH2

бромурал, успокаювающее и снотворное средство,

CH3

O

O

 

 

входит

 

в

состав валокардина

 

 

 

 

 

 

 

б) Ацилирование малоновым эфиром

 

NH-H

O

 

 

 

H

O

 

C2H5O-C

 

 

 

N

O=C

+

 

 

 

 

C

CH2

 

 

 

O C

 

 

-2 C2H5OH

 

 

NH-H

C2H5O-C

N

C

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

H

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

малонилмочевина барбитуровая кислота

Барбитуровая кислота является СН-кислотой, рКа 10, титруется как одноосновная кислота.

Для барбитуровой кислоты характерна кето-енольная и лактим-лактамная таутомерия.

165

H O

лактам N C кетон

O C CH2 N C

H O

166

 

 

 

OH

лактим

N

C

енол

HO

C

 

CH

 

N

C

 

 

 

 

OH

Барбитураты – производные барбитуровой кислоты, являются снотворными препаратами.

 

NH2

C2H5O-C

O

 

 

 

 

 

H

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

N

C

 

R

 

t0

 

 

 

R

O=C

+

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

O

 

 

C

C

 

 

 

-2 C2H5OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NH2

C2H5O-C

R/

 

 

 

N

C

R/

 

 

O

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Получение диалкилпроизводных малонового

эфира

 

изложено

в теме

“Малоновая кислота”.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) Снотворные длительного действия:

R=R= -C2H5 барбитал (веронал)

R= -C2H5 , R= -C6H5 фенобарбитал (люминал)

б) Снотворные средней продолжительности действия:

R= -C2H5

R/= -CH2-CH2-

CH-CH3

барбамил

 

 

 

CH3

 

R= -C2H5

R/= -

CH-CH2-CH2-CH3

этанаминал

 

 

 

 

 

 

CH3

 

в) Снотворные кратковременного действия:

R= -CH3 R/= гексенал

При передозировке барбитуратов наступает угнетение дыхания с летальным исходом.

4. Поведение при нагревании

t0C

NH2-C-NH2 + NH2-C-NH2 NH2-C-NH-C-NH2

O

O

-NH3

O O

биурет

Биурет дает фиолетовое окрашивание с Cu(OH)2 , это реакция является качественной на содержание в соединении амидной группировки –NH-C(O).

166