Първичните и вторичните амини реагират с киселинни халогениди, анхидриди и естери на карбоксилна киселина, за да образуват амиди. Всички тези реакции трябва да бъдат класифицирани като нуклеофилно заместване при карбонила sp 2 -хибридният въглероден атом, техният механизъм и приложение при синтеза на амиди са разгледани в глава 18.

21.6.3 Реакция на първични и вторични амини с карбонилни съединения. Получаване на имини и енамини,

Алдехидите и кетоните реагират с първични и вторични амини, образувайки съответно имини и енамини (виж глава 16).

Тези реакции трябва да се разглеждат като нуклеофилно прибавяне към карбонилната група.

21.6.4 Взаимодействие на амини със сулфонил халогениди. Тест на Хинсберг

Първичните и вторичните амини реагират със сулфонил халогениди, образувайки сулфонамиди.

Механизмът за образуване на сулфамиди е подобен на производството на амиди от ацил халогениди и амини. Производството на сулфонамиди е в основата на универсалния тест за първични, вторични и третични амини. Този прост и много достъпен метод за разпознаване на амини е предложен през 1890 г. от Хинсберг и се нарича тест на Хинсберг. Смес от изпитвания амин и бензенсулфохлорид С 6 Н 5 SO 2 Сl или NSа-толуенсулфохлорид се разклаща с излишък от студен воден разтвор на натриев хидроксид. След 10-15 минути сместа се подкислява до изразена кисела реакция. Първичните, вторичните и третичните амини се държат различно в този двуетапен процес. Първичните амини реагират с бензенсулфонилхлорид, при което се получават N-заместени сулфонамиди, които съдържат достатъчно "кисел" водороден атом при азотния атом, и се разтварят във водна алкал, образувайки хомогенен разтвор на натриевата сол на сулфамид. При подкисляване неразтворимият във вода N-заместен сулфамид се утаява от този разтвор.

Вторичните амини реагират с бензенсулфохлорид във водна алкална киселина, за да образуват N, N-дизаместен сулфамид. Той е неразтворим във водни алкали; не съдържа кисел водороден атом с азот. Подкисляването на реакционната смес в този случай не причинява никакви външни промени - N, N -дизаместен сулфамид остава под формата на утайка.

Третичен амин, неразтворим във вода, не претърпява промени, когато се третира с воден разтвор на алкал, образуваният първоначално йон N-бензенсулфонил-N, N-триалкиламониев хлорид се разделя под действието на хидроксиден йон до натриев бензенсулфонат и третичен амин:

При подкисляване на реакционната смес третичният амин се разтваря поради образуването на водоразтворима сол

Сулфонамидите намериха приложение в химиотерапията, след като през 1935 г. беше открито, че амидът на сулфаниловата киселина NS-NH 2 C 6 H 4 SO 2 NH 2 има силно антистрептококово действие. Това откритие, изключително важно за съвременната медицина и химиотерапия, е направено съвсем случайно. Историята му накратко е следната. Дъщерята на един от служителите на голяма компания, която произвежда азобагрила, в резултат на убождане, въведе стрептококова инфекция. Тя беше почти обречена, когато баща й на случаен риск рискуваше да й даде доза пронтозил - едно от багрилата, произвеждани от неговата компания. Преди това Prontosil беше успешно тестван при мишки, където потискаше растежа на стрептококи. След кратко време момичето се възстанови напълно от болестта си, което накара Е. Фурно от Института Пастьор в Париж да се справи с този чудотворен проблем. Fourno откри, че в човешкото тяло, prontosil, наречен червен стрептоцид, се разцепва от ензими до NS-аминобензенсулфамид, който е истински активен принцип срещу различни стрептококи, пневмококи и гонококи. Амидът на сулфаниловата киселина получи името на лекарството бял стрептоцид.

Това откритие предизвика лавинообразен поток от изследвания върху дейността на различни чифт-аминобензенсулфонамиди, различаващи се само по естеството на заместителя X в NS-NH 2 C 6 H 4 SO 2 NHX. От приблизително десет хиляди такива синтетични производни, по -малко от тридесет са влезли в медицинската практика. Сред тях са добре известните лекарства с търговските им наименования сулфидин, норсулфазол, сулфадимезин, етазол, сулфадиметоксин, фталазол и др. Някои от тях са получени преди Втората световна война и са спасили живота на стотици хиляди хора, претърпели възпалителни процеси причинени от пневмококи и стрептококи след раняване ... По -долу са някои от съвременните сулфатични лекарства.

Сулфонамидните препарати се приготвят по следната типична схема:

Всички тези лекарства са като "чудотворен куршум" (терминът е въведен от основателя на химиотерапията П. Ерлих) точно заразяват бактериите и не увреждат живите клетки.

Въпреки че механизмът на действие на лекарствата в повечето случаи не е известен подробно, сулфаниламидът е рядко изключение. Сулфаниламидът убива бактериите, като участва в биосинтеза на фолиева киселина. Синтезът на фолиева киселина е изключително важен за жизнената активност на бактериите. Самите животински клетки не са в състояние да синтезират фолиева киселина, но тя е необходим компонент в тяхната „диета“. Ето защо сулфонамидът е токсичен за бактериите, но не и за хората.

Фолиевата киселина може да бъде представена като състояща се от три фрагмента - производно на птеридин, молекула чифтα-аминобензоена киселина и глутаминова киселина (много често срещана аминокиселина). Сулфаниламидът пречи на биосинтеза на фолиева киселина, конкурирайки се с чифт-аминобензоена киселина за включване на фолиева киселина в молекулата. По своята структура и размер, сулфонамидът и NSα-аминобензоената киселина са много близки (Фигура 21.1), което позволява на молекулата на сулфаниламид да "подведе" ензимите, отговорни за свързването на трите части на молекулата на фолиевата киселина. По този начин се получава сулфаниламид чифтα-аминобензоена киселина в "фалшивата" молекула на фолиева киселина, която не е в състояние да изпълнява жизнените функции на истинската фолиева киселина вътре в бактерията. Това е тайната на антибактериалната активност на сулфаниламид и неговите структурни аналози.

Ориз. 21.1. Структурно сходство чифта-аминобензоена киселина и сулфонамид

Откриването на механизма на действие на сулфонамид доведе до откриването на много други нови антиметаболити. Един от тях е метотрексат, който има изразена антитуморна активност. Лесно е да се види тясната му структурна аналогия с фолиевата киселина.

Първичните и вторичните алкил халогениди реагират с амоняк, образувайки първични амини. Най-често реакцията протича по механизма Първичен амин (1) може да реагира с друга молекула халоген-алкен, давайки вторичен амин.Подобно, вторичните амини могат да се превърнат в третични амини (III). И накрая, третичните амини дават йонни съединения с халоалкани, които се наричат ​​четвъртични амониеви соли (IV). Тази последователност от реакции е показана по -долу:

По този начин е възможно да се получат първични, вторични и третични амини, както и четвъртични соли, като се използва подходящото количество халоалкан. При синтеза на амини първоначално се образуват соли, които трябва да бъдат неутрализирани, за да се получи свободният амин. Общата схема на такъв синтез е следната:

Освен това в уравненията на реакциите няма да изобразяваме образуването на сол, а веднага ще напишем формулата на крайния амин. Следните примери илюстрират факта, че голямо разнообразие от амини може да бъде получено чрез промяна на броя на бенките и естеството на халоалканите:

Възстановяване на амтсда и нитрили

Силните редуциращи агенти, като литиев алуминиев хидрид, редуцират амидите до амини, превръщайки карбонилната група в група. По този начин можете да получите първични, вторични и третични амини, включително ароматни:

Първичните амини могат да бъдат синтезирани чрез каталитично хидрогениране на нитрили, които, както си спомняте, се получават от халоалкани и цианиди:

Например:

Ароматните амини (заместени анилини) могат удобно да бъдат получени от съответните нитро съединения чрез тяхното редуциране с желязо или калай в присъствието на солна киселина. Методите за получаване на ароматни нитро съединения и тяхното редуциране вече са обсъдени в гл. девет.

Получените по този начин ароматни амини могат да бъдат алкилирани в азотния атом по същия начин като другите амини:

Амините се получават чрез алкилиране на амоняк с халоалкани, като се използват различни съотношения на реагентите. Използва се и редукция на амиди и нитрили. Ароматните амини се получават чрез редукция на съответните нитро съединения.

1. Синтез от алкохоли. Преминавайки изпарения от алкохол и амоняк при 400 ° С над катализатора, се получава смес от първични, вторични и третични алкохоли:

2. Реакцията на Хофман. Действието на амоняка върху халогенирани производни дава възможност да се получи смес от соли на различни амини:

3. Реакция на Зинин. Нитро съединенията се редуцират с водород в присъствието на катализатор:

4. Възстановяване на нитрили:

5. Синтез от киселинни амиди:

6. Взаимодействие на хлоробензен с амоняк:

Киселинно-алкални свойства на амините.Амините имат изразени основни свойства. Това са типични бази според теорията на Бронстед, според които структури, които са склонни да прикрепят протон, принадлежат към основите. В поредицата от алифатни амини основните свойства на третичния амин са по -изразени, което се обяснява с донорния индукционен ефект на алкилови групи (R), който увеличава електронната плътност върху азота и способността на азота да прикрепи протон е по -изразено.

Сред ароматните амини анилинът има по -изразени основни свойства и се наблюдава следната последователност:

Химични свойства.Химически амините са много подобни на амоняка и влизат в различни реакции като нуклеофилни реактиви. Типичните аминови реакции са реакции на аминогрупи.

1. Свързване на хлороводород:

2. Водна връзка:

3. Алкилиране:

4. Реакция на ацелация:

5. Реакция на диазотизация:

Охладени разтвори на диазо соли се използват за получаване на азо багрила. Феноли или ароматни амини се използват като азо компонент в реакции на азосвързване.

Реакция на азо свързване:

Реакцията на азо свързване може да се разглежда като реакция на електрофилно заместване в ароматния бензенов пръстен. Диазокацията действа като електрофилна частица и заместването протича предимно в пара-позиция.

Полученият продукт е багрило. Боите са органични съединения, които са оцветени и способни да оцветяват различни тъкани. Багрилата задължително трябва да съдържат в състава си хромоформагрупи:

и има висока степенконюгация в молекула.

За да може боята да се свърже с тъканта, тя трябва да съдържа ауксохромнигрупи: OH, NH2, CH3.

Амини- това са органични съединения, в които водороден атом (може би повече от един) е заменен с въглеводороден радикал. Всички амини са разделени на:

• първични амини;
• вторични амини;
• третични амини.

Има и аналози на амониеви соли - четвъртични соли от типа [ R 4 н] + Кл - .

В зависимост от вида на радикала аминиможе би:

• алифатни амини;
• ароматни (смесени) амини.

Алифатни гранични амини.

Обща формула C n H 2 н +3 н.

Структурата на амините.

Азотният атом е в sp 3 -хибридизация. В четвъртата нехибридна орбитала има самотна двойка електрони, която определя основните свойства на амините:

Електронно-донорните заместители увеличават електронната плътност на азотния атом и подобряват основните свойства на амините; поради тази причина вторичните амини са по-силни основи от първичните, тъй като 2 радикала при азотния атом създават по -висока електронна плътност от 1.

В третичните атоми играе важна роляпространствен фактор: защото 3 радикала затъмняват самотната двойка азот, която е трудно да се "подходи" за други реагенти, основността на такива амини е по -ниска от тази на първичните или вторичните.

Изомеризъм на амини.

За амините е характерна изомерията на въглеродния скелет, изомерията на положението на аминогрупата:

Какви са амините?

Името обикновено изброява въглеводородни радикали (по азбучен ред) и добавя окончанието -амин:

Физични свойства на амините.

Първите 3 амина са газове, средните членове на алифатната серия са течности, а по -високите са твърди тела... Точката на кипене на амините е по -висока от тази на съответните въглеводороди, тъй като в течната фаза се образуват водородни връзки в молекулата.

Амините са лесно разтворими във вода; с нарастването на въглеводородния радикал разтворимостта намалява.

Получаване на амини.

1. Алкилиране на амоняк (основен метод), което се случва, когато алкил халогенид се нагрява с амоняк:

Ако алкил халогенидът е в излишък, тогава първичният амин може да претърпи реакция на алкилиране, превръщайки се във вторичен или третичен амин:

2. Възстановяване на нитро съединения:

Използвайте амониев сулфид ( Реакция на цинин), цинк или желязо в кисела среда, алуминий в алкална среда или водород в газовата фаза.

3. Възстановяване на нитрили. Използвайте LiAlH 4:

4. Ензимно декарбоксилиране на аминокиселини:

Химични свойства на амините.

Всичко амини- силни основи, освен това алифатните са по -силни от амоняка.

Водните разтвори са алкални.

абстрактно

Синтез на амини от алкохоли

Въведение 3

1. Характеристики на процесите на алкилиране 4

2. Химия и теоретични основи на процеса 10

3. Технология на процеса 13

Литература 16

Въведение

Алкилирането се отнася до процесите на въвеждане на алкилови групи в молекулите на органични и някои неорганични вещества. Тези реакции са много практическо значениеза синтез на ароматични съединения, алкилирани в ядрото, изопарафини, много меркаптани и сулфиди, амини, вещества с етерна връзка, елементарни и органометални съединения, продукти от преработката на -оксиди и ацетилен. Процесите на алкилиране често са междинни стъпки в производството на мономери, детергенти и др.

Много от алкилиращите продукти се произвеждат в много голям мащаб. Например, в САЩ годишно се синтезират около 4 милиона тона етилбензол, 1,6 милиона тона изопропилбензен, 0,4 милиона тона висши алкилбензоли, над 4 милиона тона гликоли и други продукти от преработката на алкиленоксид, около 30 милиона тона изопарафинов алкилат , около 1 милион тона трет.-бутилметилов етер и др.

1. Характеристики на процесите на алкилиране

1. Класификация на реакциите на алкилиране

Най -рационалната класификация на алкилиращите процеси се основава на вида на новообразуваната връзка.

Алкилирането при въглероден атом (С-алкилиране) се състои в заместване на алкилова група с водороден атом, разположен върху въглероден атом. Парафините са способни на това заместване, но алкилирането е най-характерно за ароматните съединения (реакция на Фридел-Крафтс):

https://pandia.ru/text/78/129/images/image003_92.gif "width =" 221 "height =" 23 src = ">

Алкилирането при кислородни и серни атоми (О - и S -алкилиране) е реакция, при която алкилова група е свързана с кислороден или серен атом:

ArOH + RCI ArOH + NaCI + H2O

NaSH + RCI → RSH + NaCI

И в този случай общо определениеАлкилирането включва също такива процеси като хидролиза на хлорни производни или хидратация на олефини и това показва, че алкилирането трябва да се нарича само онези реакции на въвеждане на алкилова група, които нямат други, по -съществени и определящи класификационни характеристики.

Алкилирането при азотния атом (N-алкилиране) се състои в заместване на водородни атоми в амоняк или амини с алкилови групи. Това е най -важният от методите за синтез на амини:

ROH + NH3 → RNH2 + H2O

Както в случая на реакции на хидролиза и хидратация, N-алкилирането често се класифицира като амонолиза (или аминолиза) на органични съединения).

Алкилирането при атомите на други елементи (Si-, Pb-, AI-алкилиране) е най-важният начин за получаване на елементни и органометални съединения, когато алкиловата група е пряко свързана с хетероатома:

2RCI + Si R2SiCI2

4C2H5CI + 4PbNa → Pb (C2H5) 4 + 4NaCI + 3Pb

3C3H6 + AI + 1.5H2 → Al (C3H7) 3

Друга класификация на реакциите на алкилиране се основава на различията в структурата на алкиловата група, въведена в органично или неорганично съединение. Той може да бъде наситен алифатен (етил и изопропил) или цикличен. В последния случай реакцията понякога се нарича циклоалкилиране:

https://pandia.ru/text/78/129/images/image007_43.gif "width =" 61 "height =" 26 "> ROCH = CH2

CH3-COOH + CH≡CH CH3-COO-CH = CH2

И накрая, алкиловите групи могат да съдържат различни заместители, например хлорни атоми, групи хидрокси, карбокси, сулфонова киселина:

C6H5ONa + CICH2-COONa → C6H5O-CH2-COONa + NaCI

ROH + HOCH2-CH2SO2ONa → ROCH2-CH2SO2ONa + H2O

Най -важната от реакциите за въвеждане на заместени алкилови групи е процесът https://pandia.ru/text/78/129/images/image010_34.gif "width =" 563 "height =" 53 src = ">

2. Алкилиращи агенти и катализатори

Всички алкилиращи агенти по вида на връзката, която се разпада в тях по време на алкилирането, е препоръчително да се разделят на следните групи:

1..gif "width =" 260 "height =" 38 src = ">

Това означава, че удължаването и разклоняването на веригата от въглеродни атоми в олефина значително увеличава способността му да алкилира:

CH2 = CH2< CH3-CH=CH2 < CH3-CH2-CH=CH2 < (CH3)2C=CH2

В някои случаи алкилирането с олефини протича под въздействието на инициатори на радикално-верижни реакции, осветяване или висока температура. Тук междинните активни частици са свободни радикали. Реактивността на различните олефини в такива реакции е много по -близка.

Производните на хлор са най -широката гама от алкилиращи агенти. Подходящи са за С-, О-, S-и N-алкилиране и за синтез на повечето елементарни и органометални съединения. Използването на хлорни производни е рационално за тези процеси, при които те не могат да бъдат заменени с олефини или когато хлорните производни са по -евтини и по -достъпни от олефините.

Алкилиращият ефект на хлорните производни се проявява в три различни видовевзаимодействия: в електрофилни реакции, в нуклеофилно заместване и в процеси на свободни радикали. Механизмът на електрофилно заместване е характерен за алкилирането на въглеродния атом, но за разлика от олефините, реакциите се катализират само от апротонни киселини (алуминиеви и железни хлориди). В ограничаващия случай процесът протича с междинното образуване на карбокатион:

https://pandia.ru/text/78/129/images/image014_29.gif "width =" 318 "height =" 26 src = ">

При друг тип реакция, характерна за алкилирането на кислородните, серните и азотните атоми, процесът се състои в нуклеофилно заместване на хлорния атом. Механизмът е подобен на хидролизата на хлорни производни и реакцията протича при липса на катализатори:

https://pandia.ru/text/78/129/images/image016_28.gif "height =" 25 "> → 4NaCI + Pb (C2H5) 4 + 3Pb

Алкохолите и етерите са способни за реакции на С-, О-, N- и S-алкилиране. Етерите включват също олефинови оксиди, които са вътрешни етери на гликоли, а от всички етери само олефиновите оксиди се използват практически като алкилиращи агенти. Алкохолите се използват за О - и N -алкилиране в случаите, когато са по -евтини и по -достъпни от хлорните производни. За да се разруши тяхната алкил-кислородна връзка, са необходими киселинни катализатори:

R-OH + H + ↔ R-OH2 ↔ R + + H2O

3. Енергийни характеристики на основните реакции на алкилиране

В зависимост от алкилиращия агент и вида на скъсващата връзка в алкилираното вещество, алкилиращите процеси имат много различни енергийни характеристики. Стойностите на топлинните ефекти за газообразното състояние на всички вещества в някои важни процеси на алкилиране при С-, О-и N-връзки са показани в таблица 1. Тъй като те значително зависят от структурата на алкилиращите вещества, таблицата изброява най -често срещаните диапазони на вариации в топлинните ефекти.

маса 1

Топлинен ефект на критични реакции на алкилиране

От сравнение на представените данни може да се види, че когато се използва един и същ алкилиращ агент, топлината на реакцията по време на алкилиране при различни атоми намалява в следния ред Cap> Salif> N> O, а за различните алкилиращи агенти се променя както следва:

https://pandia.ru/text/78/129/images/image020_18.gif "width =" 161 "height =" 28 src = ">, давайки висока стойностравновесни константи при всички допустими температури. Обратно, взаимодействието на фенолите с амоняка и амините е обратимо:

ArOH + NH3 ↔ ArNH2 + H2O

В по -голямата част от случаите алкохолите реагират с амоняк и амини само в присъствието на катализатори. За получаване на метиланилини от анилин и метанол се използва сярна киселина:

Амоний "href =" / text / category / ammonij / "rel =" bookmark "> амоний. Действието на хетерогенните катализатори е да активират С - О връзката в алкохола поради хемосорбция в техните киселинни места:

https://pandia.ru/text/78/129/images/image024_17.gif "width =" 206 "height =" 30 src = ">

https://pandia.ru/text/78/129/images/image026_14.gif "width =" 390 "height =" 53 src = ">

В този случай съотношението на скоростите на последователните етапи на реакцията е неблагоприятно за производството на първичен амин, тъй като амонякът е повече слаба основаи нуклеофилен реагент. Същите киселинни катализатори причиняват междумолекулна миграция на алкилови групи, подобна на предишната реакция на трансалкилиране на ароматни съединения под въздействието на AICI3. По този начин възникват обратими реакции на алкално трансалкилиране:

2RNH2, R2NH + NH3

2R2NH, RNH2 + R3N

силно влияе върху състава на продуктите на алкилиране. В същото време равновесните съотношения са много повече от кинетични, благоприятни за производството на първичен амин.

Въпреки че в практически условияравновесието не е постигнато напълно, все още е възможно да се използва относително малък излишък на амоняк, което намалява разходите за неговата регенерация. Ако целевият продукт на процеса е вторичен амин, тогава чрез връщане на първичните и третичните амини в реакцията е възможно напълно да се изключи тяхното образуване чрез насочване на процеса само в желаната посока. В този случай в реакционната маса се установяват стационарни концентрации на странични продукти, съответстващи на условията за равенство на скоростите на тяхното образуване и потребление.

За осъществяване на реакцията между амоняк и алкохоли могат да се използват и дехидрогениращи катализатори (мед, никел, кобалт, нанесени върху алуминиев оксид). В този случай реакционният механизъм е напълно различен - първо алкохолът се дехидрогенира до алдехид, а след това алдехидът се кондензира с амоняк и полученият имин се хидрогенира:

Смесители "href =" / text / category / smesiteli / "rel =" bookmark "> смесител 1 и се подават към топлообменника 2, където се изпаряват и загряват с горещи реакционни газове. В реактор 3 описаните по -горе реакции протичат и амините се образуват при почти пълно преобразуване Горещите газове отдават топлината си на първоначалната смес в топлообменника 2 и се изпращат за по -нататъшна обработка.

Получените продукти се разделят чрез многоетапно коригиране; на всеки етап се създава налягане за получаване на обратен хладник чрез охлаждане с вода. На първо място, в колона 4 се дестилира най -летливият амоняк, който се рециклира. Долната течност влиза в екстрактивната дестилационна колона 5 с вода (в присъствието на вода относителната летливост на триметиламин става най -висока в сравнение с други) метиламини. Дестилираният по време на този процес триметиламин (ТМА) може да бъде частично взет под формата на търговски продукт, но основното му количество се изпраща за рециклиране. За другите два амина точките на кипене се различават повече (6.8 и 7.40 ° С) и те могат да бъдат разделени чрез конвенционално коригиране в колони 6 (монометиламин, MMA) и 7 (диметиламин, DMA). Всеки от тях от върха на колоната може да бъде взет като търговски продукт или частично (или напълно) изпратен за рециклиране.

Накрая, в колона 8, неконвертираният метанол се дестилира от отпадъчната вода и се връща в реакцията. Общият добив на амини, като се вземат предвид всички загуби, достига 95%.

При синтеза на етиламини етапът на приготвяне на изходната смес и реакционната единица се извършват подобно на тези, показани на фиг. 1. Отделянето на амини се улеснява от по -голяма разлика в точките на кипене (16,5, 55,9 и 89,50) и се постига чрез конвенционално ректифициране с последователна дестилация на амоняк, моно-, ди - и триетиламини. В този случай страничният продукт е етилен, който се отстранява от системата по време на кондензацията на сместа за отстраняване на амоняка.

Петрохимикали "href =" / text / category / neftehimiya / "rel =" bookmark "> нефтохимикали
синтез. М., химия. 1988. - 592 с .;

4., Вишнякова на нефтохимичния синтез. М., 1973. - 448 с .;

5. Основен органичен синтез на Юкелсон. М., „Химия“, 1968.