Курсовая работа: Электрофильное ароматическое замещение

Алкилирование

Алкилирование проходит достаточно легко, однако редко используется в препаративной химии. Одним из примеров может служить эффективное 2,5-бис-трет-бутилирование тиофена.

Конденсация с альдегидами и кетонами

Кислотно-катализируемые реакции тиофена с альдегидами и кетонами неприменимы для получения гидроксиалкилтиофенов, так как они нестабильны в условиях реакции. Однако можно осуществить хлоралкилирование, а при использовании хлорида цинка даже тиофены, имеющие электроноакцепторные заместители, вступают в эту реакцию. Необходимо тщательно подбирать условия, так как возможно образование как ди-2-тиенилметанов, так и 2,5-бис(хлорметил)тиофена.

1.2.3  Электрофильное замещение фурана

Среди трех пятичленных систем с одним гетероатомом, фуран представляет собой «наименее ароматическое» соединение и, как таковой, проявляет наибольшую склонность к реакциям присоединения.

Это верно в отношении как взаимодействия с обычными электрофильными реагентами, используемыми в реакциях замещения, так и процессов типа реакции Дильса-Альдера.

Нитрование

Чувствительность фуранов не позволяет использовать концентрированную кислотную нитрующую смесь. При взаимодействии фурана или замещенных фуранов с ацетилнитратом первоначально образуются неароматические аддукты, в которых образованию продуктов замещения препятствует процесс нуклеофильного присоединения ацетата к катионному интермедиату, обычно по положению 5. Ароматизация с потерей уксусной кислоты, приводящая к образованию нитропроизводного, происходит под действием растворителя; наилучшие результаты достигаются при использовании слабого основания, такого, как пиридин.

Дальнейшее нитрование 2-нитрофурана дает 2,5-ди-нитрофуран в качестве основного продукта реакции.

Сульфирование

Фуран и алкилфураны разлагаются под действием обычных сильных кислот, однако можно использовать комплекс пиридинсульфотриоксид, под действием которого происходит дизамещение фурана даже при комнатной температуре.

Галогенирование

Фуран энергично реагирует с хлором и бромом при комнатной температуре с образованием полигалогенированных соединений, но не реагирует с иодом. В более контролируемых условиях можно получить 2-бромфуран. реакция, по-видимому, протекает через образование 1,4-дибром-1,4-дигидроаддукта, поскольку такие частицы были действительно обнаружены при низкой температуре с использованием спектроскопии ПМР. В реакции с бромом в диметилформамиде при комнатной температуре гладко образуются 2-бром - и 2,5-дибромфураны.

Ацилирование

Для ацилирования фуранов по Фриделю - Крафтсу ангидридами или галогенангидридами карбоновых кислот обычно необходимо присутствие кислоты Льюиса (часто трифторида бора), хотя реакция с ангидридом трифторуксусной кислоты не требует катализатора. Было показано, что при ацилировании фуранов в условиях катализа хлоридом алюминия α-положение проявляет реакционную способность, в 7 • 104 раз большую, чем реакционная способность β-положения. 3-Алкилфураны замещаются главным образом по положению 2; 2,5-диалкил фураны могут быть проацилированы по β-положению, хотя обычно большим трудом.

Формилирование фуранов по Вильсмейеру обеспечивает удобный подход к формилфуранам, хотя не меньшую роль играют легкая доступность фурфурола в качестве исходного материала, а также важны методы, включающие литиирование фуранов. Формилирование замещенных фуранов происходит согласно правилу предпочтительного образования α-замещенных производных, несмотря на все другие факторы; так, и 2-метилфуран, и метиловый эфир фуран-3-карбоновой кислоты дают 5-альдегид, а 3-метилфуран превращается главным образом в 2-альдегид.

2. Практическая часть

2.1 Пиримидин

Как известно, гетероароматические системы весьма отчетливо подразделяются на π-избыточные и π-дефицитные. Первым свойственны реакции электрофильного замещения, окисления, тогда как вторые реагируют главным образом с нуклеофилами, трудно окисляются, но сравнительно легко восстанавливаются. гетероароматическая система, обладающая одновременно свойствами π-избыточных и π-дефицитных соединений является перимидин, химическая амфотерность которого делает его интереснейшим объектом исследования.

2.1.1 Реакции электрофильного замещения

Перимидин является одним из наиболее активных по отношению к электрофильным агентам гетероциклов, что объясняется его высокой π-донорной способностью и большим отрицательным π-зарядом в орто-и пара-положениях нафталинового кольца. Именно по ним и протекают все реакции электрофильного замещения; до сих пор не известно случаев атаки электрофилами положений 5 и 8. Реакции электрофильного замещения в перимидинах очень чувствительны к стерическим помехам со стороны N-заместителя. Лишь небольшие по размерам частицы (D+, с большим трудом Сl+) могут вступать в положения 4 и 9 при наличии соседних N-метильных групп.

Ацилирование

Перимидин - единственная гетероароматическая система с пиридиновым атомом азота, подвергающаяся сравнительно легкому ацилированию по Фриделю — Крафтсу. Ацилирование лучше всего проводить с помощью карбоновых кислот в среде полифосфорной кислоты (ПФК). Для соединений с незамещенной группой NH реакция имеет ярко выраженный кинетический и термодинамический контроль. При 70—85° образуется главным образом 6(7)-ацилпроизводное (55—85%) наряду с небольшим количеством 9-изомера. При 120—150° единственным продуктом реакции становятся 4(9)-ацилперимидины. Одной из причин повышенной устойчивости последних является наличие в них прочной внутримолекулярной водородной связи.

Нитрование

В зависимости от количества и концентрации азотной кислоты перимидины нитруются (лучше всего в среде уксусной кислоты) до моно-, ди-, три- и тетранитропроизводиых, а ацеперимидины — до моно-и динитропроизводиых. Первое нитрование перимидинов со свободной группой NH сопровождается осмолением, что снижает выход. Так, перимидин нитруется действием 1 моля HNO3, образуя 4(9)- и 6(7)-нитропроизводные в соотношении 2,5 : 1 при общем выходе 30%.

Галогенирование

Хлорирование перимидинов, сульфурилхлоридом в уксусной кислоте и N-хлорбензотриазолом (ХБТ) в апротонной среде. Хлорирование перимидина действием моля SO2Сl2, приводит к образованию 6(7)- и 4(9)-хлорзамещенных в соотношении 8:1. При действии 2 молей SO2Сl2 образуется сложная смесь моно-, ди-и трихлорперимидинов, а 3 молей SO2Сl2 - 4,6,7-трихлорперимидии с высоким выходом. Получить с помощью SO2Сl2 тетрахлорперимидин не удалось, но 2-метилперимидин хлорируется избытком SO2Сl2 до тетра-хлорпроизводного.

2.2 Синтез 7(6)ацетил перимидина исходя из 1, 8-Диаминонафталина

1, 8-Диаминонафталин (7,9 г, 0,05 моль) кипятят 1 ч с 15 мл муравьиной кислоты. Смесь разбавляют вдвое водой, кипятят 2—3 раза с активированным углем, фильтрат охлаждают и нейтрализуют 25%-ным раствором аммиака. Выпавший осадок отфильтровывают, хорошо промывают холодной водой и высушивают на воздухе, размазывая его тонким слоем на поверхности стеклянной пластинки. Ввиду мелкокристалличности перимидина даже хорошо отжатый на фильтре продукт содержит значительное количество воды. При высушивании в сушильном шкафу сырой продукт окисляется. Выход близок к количественному. Перимидин представляет собой желто-зеленые кристаллы с Тпл 224-225’С

В коническую колбу емкостью 150мл, снабженную магнитной мешалкой и хлоркальциевой трубкой помещают 7,9г безводного хлористого алюминия, 0,52мл хлористого ацетила в 20мл дихлорэтана и в течение 1часа при перемешивании добавляют 1г перимидина, поддерживая при этом температуру 18-20’С. После добавления последней порции перимидина перемешивание продолжают еще 2часа (контроль ТСХ, проявляют хроматограмму парами иода). Затем реакционную массу тонкой струей выливают в воду (осторожно вспенивание и разогревание). Чтобы избавится от избытка дихлорэтана смесь нагревают. Выпавший кристаллический осадок фильтруют и промывают водой.

Экспериментальные данные приведены в таблицах

Названия веществ и формула	Характеристика исходных веществ							Количества исходных веществ
	М масса	Физиол. действие	Константы			Кислоты и щелочи		По методике			По Уравн. реакции	Избыток В молях
			Тпл	Ткип	D420 N204	% конц	D20	Грамм Данной конц	100%	В молях
1, 8-Диаминонафталин	158	Канцероген	117	-	-			7,9	7,9	0,05	0,05	1
Муравьиная кислота	46	Обладает отвлекающим и раздражительным действ.	8,4	100,7	1,220 1,3714			18,3	18,3	0,4	0,05	8
перимидин	168	канцероген	224	-	-			1	1	0,006	0,006	1
Ацетил хлористый	78	Токсическое	-	182	1,1175 1,4627			0,5148	0,5148	0,0066	0,006	1,1
	98	Токсическое	-35,36	83,47	1,2351 1,4448			-	-	-	-	-
AlCl3 Алюминий хлористый безводный	133,5	Токсическое	172	179	-			7,9	7,9	0,054	-	9

Название вещества и формула	Константы			Выход
	Тпл	Ткип	n20D	Масса, г	% от теор	% от указанного в методике	Теорет- ический
перимидин	224	Разлагается	-	8,316	99%	99%	99%
	176	Разлагается	-	0,756	60%	92%	65%

В процессе выполнения работы выполнялись следующие задачи:

1.  Изучение и систематизация сведений об ароматическом электрофильном замещении

2.  Изучение особенностей электрофильного замещения π-избыточных гетероциклов на примере фурана тиофена и пиррола

3.  Изучение физических и химических свойств перимидина Синтез 7(6)ацетил перимидина исходя из 1, 8-Диаминонафталина

Заключение

Известно, что пиримидин относится к так называемым π-амфотерным системам, т.е. обладает одновременно свойствами ярко π-избыточных и π-дефицитных соединений. Поэтому, пиримидин и его производные способны вступать как в реакции нуклеофильного, так и в реакции электрофильного замещения. C другой стороны, имеются данные о биологической активности различных производных перимидина. Некоторые производные являются депрессантами и эффективными стимуляторами центральной нервной системы. 2-Аминоперимидины обладают противомикробной активностью, а 2-ациламиноперимидины – фунгицидным действием. Таким образом, продолжение изучения реакционной способности пиримидина и синтез новых функциональных производных этого гетероцикла является весьма перспективным и полезным направлением. Практическая часть курсовой работы состояла в получении 7(6)ацетил пиримидина, являющемся ценным реагентом для органического синтеза. На первой стадии синтеза для получения чистого пиримидина важную роль играет предварительная перегонка 1-8нафталиндиамина, так как перимидин плохо поддается перекристаллизации. Был получен пиримидин, пригодный для дальнейшего использования. Выход составил 99% от теоретического. Вторая стадия - ацилирование по Фриделю-Крафтсу важно не допустить попадания в реакционную смесь даже следов воды, для этого применялась хлоркальциевая трубка. Выход ацетил пиримидина составил 60% или 0,756 г . потери связанны с частичной растворимостью соединения в воде.

Список литературы

1.  Пожарский А. Ф., Анисимова В. А., Цупак Е. Б. Практические работы по химии гетероциклов // Изд-во РГУ. - 1988. - 158 с.

2.  Дальниковская В. В., Комиссаров И. В., Пожарский А. Ф., Филиппов И. Т. Перимидины // Хим.-фарм. журнал, 1978, № 7, С. 85.

3.  Успехи химии 1981 выпуск 9 с.1559-1594

4.  Л. Пакетт Основы современной химии гетероциклических соединений Изд-во мир – 1968 с.97-134.

5.  А.Е.Агрономов Ю.С. Шабаров Лабораторные работы в органическом практикуме М. Химия 1974.

6.  В.И. Ивановский Химия гетероциклических соединений М Высшая школа 1978.

7.  А.А. Потехина Свойства органических соединений Л. Химия 1984.

8.  Дж. Джоуль К. Милс Химия гетероциклических соединений М Мир 2004.

9.  И.И. Грандберг Органическая химия Дрофа 2002 А.Н.Несмеянов Н.А. Несмеянов Начала органической химии М 1969.