Страница 4 из 6
Вариант 9
1. На ацетилхлорид последовательно действуют: формиатом натрия, анилином, йодистым метилом в присутствии основания, разбавленной кислотой при нагревании. Что образуется? Напишите уравнения реакций.
2. Что образуется при взаимодействии диазометана с: а) уксусной кислотой; б) хлорангидридом уксусной кислоты? Напишите механизмы реакций.
3. Ацетанилид может существовать в виде двух пространственных изомеров вследствие затруднения вращения вокруг связи С-N. Нарисуйте эти стереоизомеры и назовите их по E,Z-номенклатуре.
4. Соединение С5Н11N3О2 при кислотном гидролизе дает глицин, аланин и аммиак. Предложите возможные структуры этого соединения и составьте уравнения реакции его гидролиза.
5. Напишите уравнения реакций, протекающих при нагревании с разбавленной щелочью следующих веществ: а) метилацетата; б) N,N-диметилацетамида. Какое из веществ должно вступать в эту реакцию быстрее и почему?
6. Метилантранилат, имеющий запах цветов апельсина и используемый в составе пищевых эссенций, синтезируют из фталевого ангидрида в три стадии. Две из них – реакции ацилирования, еще одна – расщепление амидов по Гофману. Напишите уравнения соответствующих реакций.
Вариант 10
1. Исходя из фенилуксусной кислоты, с помощью реакции Арндта-Эйстерта получите 3-фенилпропановую кислоту. Рассмотрите все стадии реакции с точки зрения их механизма. Какие из них относятся к ацилированию?
2. При кипячении орто-фенилендиамина с муравьиной кислотой образуется бензимидазол:
Напишите постадийно, как протекает циклизация, имея в виду прорабатываемую тему. Почему уксусная кислота в тех же условиях не дает 2-метилбензимидазол, но, если прибавить к смеси конц. соляную кислоту, то 2-метилбензимидазол образуется?
3. Легкость кислотного гидролиза замещенных бензоилхлоридов изменяется в следующей последовательности:
В то же время легкость щелочного гидролиза изменяется в обратном порядке. Дайте объяснение этому явлению.
4. В 1999 г. был описан первый случай превращения амида кислоты в соответствующий хлорангидрид при действии HCl. Ниже приведено уравнение этой реакции. В чем необычность этой реакции и что может быть ее движущей силой?
5. Объясните различную направленность гидролиза:
6. Ди-трет-бутилдикарбонат (Вос2) широко используется в органическом для защиты аминогрупп, в том числе в синтезе полипептидов. Предложите схему синтеза трипептида с использованием Вос2.
Ответы на задачи со звездочкой (*), цифрами обозначены номер варианта и задачи:
10.4. – С. Cox et al., Angew. Chem., Int. Ed., 1999, 38, 798.
1. Робертс, Дж. Основы органической химии: учеб. для вузов [Текст] / Дж. Робертс, М. Касерио. – М.: Мир, 1978. – Т. 1. – С. 536–599.
2. Кери, Ф. Углубленный курс органической химии: учеб. для вузов [Текст] / Ф. Кери, Р. Сандберг. – М.: Мир, 1981. – Кн. 1. – С. 300–315.
Модуль 2
Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода
Систематизировать и углубить знания о механизмах нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода и элиминирования. Получить представление об использовании реакций нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода и элиминирования в органическом синтезе.
Понятие о реакциях нуклеофильного замещения. Механизмы мономолекулярного и бимолекулярного замещения у насыщенного атома углерода (SN1 и SN2). Факторы, оказывающие влияние на протекание реакций нуклеофильного замещения: строение субстрата, природа реагента, полярность растворителя, катализаторы. Перегруппировки карбокатионов. Реакции элиминирования E2 и Е1.
В реакциях нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода атакующая частица с неподеленной парой электронов (нуклеофил) замещает в молекуле субстрата группу Х, связанную с sp3-гибридизованным атомом углерода. В результате электронная пара, принадлежащая связи С-Х, остается у уходящей группы, а новая связь С-Nu образуется за счет электронной пары нуклеофила:
Легкость реакций нуклеофильного замещения определяется совокупностью структурных и внешних факторов. В частности, реакции благоприятствует повышенная полярность и поляризуемость связи С-Х в субстрате. Полярность этой связи обеспечивает возникновение на атоме углерода значительного положительного заряда, что облегчает его атаку нуклеофилом. Поляризуемость – это дополнительная полярзация связи С-Х, но уже под действием электрического поля приближающегося реагента, т. е. в момент самой реакции.
Влияние поляризуемости лучше всего проявляется в относительной активности алкилйодидов и алкилфторидов. Несмотря на то что связь С-F несравненно сильнее поляризована, чем связь C-I, высоколежащие электроны атома йода более поляризуемы под действием нуклеофила. В результате алкилйодиды несопоставимо активнее алкилфторидов в реакциях алкилирования.
Большую роль играет также стабильность уходящей группы Х: чем она выше, тем легче протекает ее замещение (существует выражение «хорошая уходящая группа»). Например, спирты не реагируют с бромидом калия с образованием бромистых алкилов, поскольку ОН– – плохая уходящая группа. В присутствии же кислот, протонирующих спиртовый гидроксил, реакция протекает легко, поскольку в этом случае уходящей группой является нейтральная и устойчивая молекула воды:
Есть общее правило, которое легко запомнить: сильные основания (ОН–, Н– или СН3–) являются плохими уходящими группами, слабые основания – хорошими. Так, по легкости замещения некоторые из распространенных уходящих групп образуют следующий ряд:
Огромное влияние на легкость реакций нуклеофильного замещения оказывает нуклеофильность реагента. Последняя определяется как его способность отдавать электронную пару другим атомам. Нуклеофильность следует отличать от основности – способности отдавать электронную пару протону. Известно немало случаев, когда более слабое основание (например, CH3S– < CH3O–) является вместе с тем более сильным нуклеофилом (CH3S– > CH3O). Чаще всего такие отклонения характерны для нуклеофилов с большим ковалентным радиусом, т. е. хорошо поляризуемых. Другая причина отсутствия корреляции между ну-клеофильностью и основностью – стерические факторы. Например, диизопропиламид-анион [(CH3)2CH]2N– – более сильное основание, чем амид-ион NH2–. В то же время, в отличие от последнего, он практически полностью лишен нуклеофильных свойств (например, способности замещать галоген в связях С-Х или присоединяться к карбонильной группе) из-за сильного экранирования атома азота двумя изопропильными группами.