B E Z W O D N I K I I H A L O G E N K I K W A S O W E

Aleksander Kołodziejczyk 2006.10.

Halogenki kwasowe są pochodnymi kwasów karboksylowych, w których funkcja hydroksylowa

została zastąpiona przez halogen.

O

X : F; Cl; Br; I

C

R

X

Występowanie

Halogenki kwasowe są bardzo reaktywnymi związkami. Nie występują w stanie naturalnym.

Wszystkie są otrzymywane syntetycznie. W praktyce laboratoryjnej i w przemyśle zastosowanie

mają głównie chlorki kwasowe.

Nomenklatura

Nazwę halogenków kwasowych tworzy się przez dodanie do nazwy halogenku (fluorku, chlorku,

bromku lub jodku) nazwę reszty acylowej, np. chlorek acetylu.

O

chlorek

O

bromek

O

chlorek

O

bromek

cykloheksanokarbonylu

acetylu

propionylu

C

C

benzoilu

C

C

Cl

Br

H C

Cl

C H

Br

3

2

5

Otrzymywanie

Halogenki kwasowe otrzymuje się z kwasów karboksylowych. Najczęściej stosowanym

odczynnikiem do przekształcania kwasów w chlorki kwasowe jest chlorek tionylu (SOCl2).

Zaletą, oprócz niskiej ceny odczynnika i dobrej wydajności jest to, że obok chlorku kwasowego

powstają łatwe do usunięcia produkty gazowe (SO2 i HCl). Podobne zalety wykazuje chlorek

oksalilu – ClCOCOCl.

O

OH

O

OH

C

C

SO

+ HCl + SO

H C

CH

2

H C

CH

2

3

3

3

3

CHCl3

CH

CH

90%

3

3

kwas 2,4,6-trimetylobenzoesowy chlorek 2,4,6-trimetylobenzoilu

CH CH COOH

CH CH COCl

2

2

2

2

+ HCl + CO + CO

ClCOCOCl

2

kwas 3-fenylopropanowy chlorek 3-fenylopropanoilu (95%)

Reakcja kwasów karboksylowych z chlorkiem tionylu biegnie zgodnie z mechanizmem SN. W

wyniku addycji SOCl2 do acylowego atomu węgla powstaje chlorosiarczyn acylu, który pod

wpływem anionu chlorkowego traci cząsteczkę SO2 i przekształca się w chlorek kwasowy.

1

..

..

O:

O

O:

Cl ..

..

S O

C

S

C

+

:

R

O

Cl

R

O:

.. -

Cl

+

:

H

: Cl

..

H

chlorosiarczyn

kwas karboksylowy

.. -

..

: O:

O

O:

..

Cl- + SO +

C

S

2

C

R

O

Cl

R

Cl

.. :

Cl

chlorek kwasowy

Chlorki kwasowe można również otrzymywać za pomocą takich pochodnych fosforu, jak PCl3,

POCl3, PCl5. Bromki kwasowe syntezuje się z kwasów i PBr3 lub POBr3, zaś jodki kwasowe

powstają z chlorków kwasowych pod wpływem jodowodoru, a fluorki kwasowe z bezwodników

i bezwodnego fluorowodoru.

2 CH COONa + POBr

2 CH COBr + NaPO + NaBr

3

3

3

3

octan sodu bromek acetylu (65%)

COOH

COCl

PCl5

+ POCl + HCl

3

NO2

NO2

kwas p-nitrobenzoesowy chlorek p-nitrobenzoilu (95%)

Właściwości fizyczne i fizjologiczne

Halogenki kwasowe o niskich ciężarach cząsteczkowych są cieczami; chlorek acetylu wrze w

temperaturze 52oC, chlorek propionylu w 78oC, a chlorek benzoilu w 198oC. Chlorek p-

nitrobenzoilu jest krystaliczny, topnieje w temperaturze 73oC. Halogenki kwasowe są

nierozpuszczalne w wodzie, ale reagują z nią ulegając rozkładowi do kwasów karboksylowych.

Po wlaniu do wody opadają na dno i wolną reagują z wydzielaniem HCl. Niższe halogenki

kwasowe reagują energicznie z wodą i bardzo gwałtownie z alkoholami (rozpuszczają się w

nich). Halogenki kwasowe mają intensywny, gryzący zapach, nawet te niskolotne są duszące;

dymią na powietrzu.

Właściwości chemiczne

Halogenki kwasowe są bardzo reaktywne, ulegają rozkładowi (lizie) pod wpływem wielu

odczynników. Z wodą zachodzi hydroliza do kwasów karboksylowych, z alkoholami w wyniku

alkoholizy powstają estry, z amoniakiem (amonoliza) tworzą się amidy niepodstawione), z

aminami (aminoliza) – amidy podstawione, a z solami kwasów karboksylowych – bezwodniki

kwasowe.

1. Hydroliza

Chlorki kwasowe w reakcji z wodą ulegają hydrolizie do kwasów karboksylowych. Im mniejsza

masa cząsteczkowa chlorku tym szybciej reaguje z wodą.

2

..

- ..

O

: O

:

:

H

+ H

C

C

Cl

:

:

O

O

..

H

Cl

H

chlorek benzoilu

..

..

O:

O:

- HB

+ H

C

-

C

O..

+ Cl

OH

B:

H

kwas benzoesowy

W praktyce hydroliza chlorków kwasowych nie jest wykorzystywana do otrzymywania kwasów

karboksylowych, gdyż to z kwasów otrzymuje się chlorki kwasowe. Należy jednak pamiętać o tym, że chlorki kwasowe są wrażliwe na wilgoć. Powinno się zatem przechowywać je w

szczelnie zamkniętych naczyniach, a reakcje z nimi prowadzić w warunkach bezwodnych.

Wyż sze chlorki kwasowe są mniej reaktywne i można w celu oczyszczenia ich roztwory w

rozpuszczalniku niemieszającym się z wodą przemywać zimną wodą, a następnie suszyć (usuwać

resztki wody).

2. Alkoholiza

Reakcja chlorków kwasowych z alkoholami, zwana reakcją alkoholizy, czyli rozkładu pod wpływem alkoholu jest szeroko stosowana do otrzymywania estrów.

O

O

Py

+ HO(CH ) CH

C

C

2 3

3

- HCl

H C

O(CH ) CH

H C

Cl

3

2 3

3

3

chlorek acetylu butan-1-ol octan butylu (90%)

O

COCl

Py

C O

O

H

+

- HCl

chlorek benzoilu cykoheksanol benzoesan cykloheksylu (97%) Reakcję prowadzi się wobec zasad, np. pirydyny (Py), NaOH lub NEt3, które pochłaniają

wydzielający się chlorowodór.

Alkoholiza chlorków kwasowych biegnie zwykle gwałtowniej niż ich hydroliza, ponieważ są

one rozpuszczalne w alkoholach. Z tego powodu alkoholizę należy prowadzić ostrożnie, w

obniżonej temperaturze, wkraplając chlorek do środowiska reakcji.

Szybkość alkoholizy chlorków kwasowych w dużym stopniu zależy od rzędowości reagującego

alkoholu. Alkohole 1o reagują znacznie szybciej niż 2o, dlatego wykorzystując tę zależność można alkohole niżej rzędowe selektywnie acylować w obecności wyżej rzędowych.

3

O

COCl

Py

C O CH

+ HOCH

2

OH

2

OH - HCl

chlorek

4-hydroksymetylo-

benzolilu

cykloheksanol

4-benzoiloksymetylocykloheksanol (80%)

3. Amonoliza i aminoliza

Halogenki kwasowe w obecności amoniaku ulegają amonolizie, a pod wpływem amin 1o i 2o –

aminolizie. W obu reakcja tworzą się z wysokimi wydajnością amidy, odpowiednio

niepodstawione lub podstawione. Zarówno amonoliza jak i aminoliza niskocząsteczkowych

chlorków kwasowyych biegnie gwałtownie.

(CH ) CHCOCl + 2 :NH

(CH ) CHCONH + NH Cl

3 2

3

3 2

2

4

chlorek 2-metylopropanoilu 2-metylopropanoamid (83%)

O

O

C

H N

NaOH

C

Cl

2

+

NH

chlorek benzoilu anilina benzanilid (75%)

Reakcja aminolizy chlorków i bezwodników kwasowych w wodzie wobec NaOH znana jest pod

nazwą reakcji Schottena-Baumanna.

Carl Schotten (1853-1910), ur. w Marburgu, Niemcy; doktorat u Hofmanna w Berlinie; prof. na Uniwersytecie w

Berlinie.

Reakcja Schottena-Baumanna wykorzystywana jest zarówno laboratoryjne jak i w przemyśle.

Przykładem praktycznego zastosowania amonolizy chlorku kwasowego może być synteza leku

uspokajającego – trimetozyny.

CH O

CH O

3

O

3

O

NaOH/HOH

CH O

C Cl + HN

O

CH O

C

N

O

3

3

CH O chlorek

morfolina

CH O

3

3

3,4,5-trime-

trimetozyna

toksybenzolilu

Syntetyczna trimetozyna jest analogiem (podobna w budowie) do meskaliny, narkotyku

wytwarzanego przez pejot, kaktus rosnący w Meksyku i na południu USA.

CH O

3

CH O

CH -CH NH

meskalina

3

2

2

2

CH O

3

Meskalina jest to silnym środkiem halucynogennym – wywołuje zaburzenie poczucia czasu i

miejsca przebywania oraz barwne wizje. Zażywana wielokrotnie powoduje uzależnienie i zmiany

psychiczne przypominające schizofrenię. Na przełomie XIX i XX w. była popularna wśród

malarzy, którzy pod jej wpływem tworzyli obrazy zawierające niezwykłe kształty i barwy

4

(Witkacy). Natomiast morfolina, pomimo podobieństwa w nazwie do morfiny nie jest

narkotykiem.

4. Redukcja

Przez długi czas chlorki kwasowe stanowiły cenny substrat do otrzymywania aldehydów.

Pierwotnym ich substratem były łatwo dostępne kwasy karboksylowe, których przekształcenie w

chlorki kwasowe nie nastręczało trudności. Problem stanowiła ich redukcja, ponieważ łatwiej

jest zredukować chlorki kwasowe do alkoholi 1o, niż do aldehydów. Przez długi czas jedynym dostępnym sposobem redukcji chlorków kwasowych było ich uwodornienie wodorem w

obecności katalizatora palladowego zatrutego związkami siarki. Reakcję tę znaną pod nazwą

reakcji Rosenmunda prowadziło się we wrzącym ksylenie. Nie cieszyła się popularności ze

względu na stosunkowo niskie wydajności i niezbyt dogodne warunki jej prowadzenia.

Pd/S

R-COCl + H2 → R-CHO + HCl

ksylen, tw

Obecnie chlorki kwasowe najdogodniej przeprowadza się w aldehydy za pomocą tri- tert-

butyloksyhydroglinianem litu.

O

1. LiHAl[OC(CH ) ]

O

3 3 3

C

C

2. H+/HOH

R

Cl

R

H

chlorek kwasowy aldehyd

Ten selektywny reduktor otrzymuje się w reakcji t-butanolu z tetrahydroglinianem litu.

3 (CH ) COH + LiAlH

LiHAl[OC(CH ) ] + 3 H

3 3

4

3 3 3

2

Tri- tert-butyloksyhydroglinian litu selektywnie redukuje chlorki kwasowe ponieważ ma słabsze

zdolności redukujące niż LiAlH4, a jego rozbudowana przestrzennie cząsteczka zawiera tylko

jeden atom wodoru. Można nim redukować chlorki kwasowe w obecności grupy nitrowej.

COCl

COCl

1. LiAlH[OC(CH ) ]

3 3 3

2. H+/HOH

NO2

NO2

chlorek p-nitrobenzoilu p-nitrobenzaldehyd (81%)

Oczywiście nie ma zalet bez wad, tri- tert-butyloksyhydroglinian litu w porównaniu do LiAlH4

jest mniej wydajny (stechiometrycznie redukuje cztery razy mniej chlorku). W takim przypadku

mówimy o niskiej wydajności atomowej reakcji. Z powodów ekonomicznych ten sposób syntezy

aldehydów jest stosowany jedynie w badaniach naukowych i do wytwarzania drogich produktów.

Tetrahydroglinian litu redukuje chlorki kwasowe do alkoholi 1o.

COCl

CH OH

1. LiAlH

2

4

chlorek

alkohol

benzoilu

96%

benzylowy

2. H+/HOH

5

Reduktorem w tej reakcji jest anion wodorkowy :H-. Reakcja biegnie wg mechanizmu SN.

Przejściowo powstaje aldehyd, ale reakcja nie zatrzymuje się na tym etapie i biegnie dalej do

alkoholu.

..

.. -

O:

..

: O

-

:

O:

C

+ :H

R

Cl

C

R

H

C

Cl

R

H

chlorek kwasowy

-

:H

.. -

: O :

H+/HOH

C

alkohol 1o

R-CH OH

R

H

2

H

W praktyce chlorki kwasowe rzadko redukowane są za pomocą LiAlH4, ponieważ te same

produkty można otrzymać z kwasu, niepotrzebny jest więc etap przekształcania kwasów w

chlorki kwasowe.

5. Reakcje ze związkami metaloorganicznymi

Chlorki kwasowe reagują ze zwią zkami Grignarda konsumując ich 2 mole/mol chlorku, ponieważ powstający przejściowo keton ulega w warunkach reakcji kolejnej addycji i po

hydrolizie powstaje alkohol 3o. Reakcja biegnie mechanizmem SN.

..

..

:

O

O

:

:

MgCl

C

C

Cl + CH MgCl

CH

3

3

Cl

chlorek

chlorek benzoilu

metylo-

- MgCl2

magnezowy

..

O:

OH

C

H+/HOH CH MgCl

3

CH

C CH

3

3

acetofenon

CH3

2-fenylopropan-2-ol (92%)

Reakcję można zatrzymać na etapie ketonu pod warunkiem, że użyje się mniej reaktywnych

odczynników, takich jak odczynniki Gilmana czy zwią zki kadmoorganiczne. Odczynniki

Gilmana nie reagują z estrami, ani z bezwodnikami. Dietylomiedzian litu został wykorzystany do

otrzymywania manikonu, feromonu alarmowego mrówek Manica.

O

O

H

C Cl

H

C CH CH

(CH CH ) CuLi

2

3

C

C

3

2 2

C

C

CH CH CH

CH

eter, -78oC

3

2

3

CH

CH CH CH

3

3

2

CH3

CH3

chlorek 2,4-dimetyloheks-2-enoilu manikon (92%)

Zadanie: nazwij systematycznie manikon

6

Zwią zki kadmoorganiczne są też mniej reaktywne od magnezoorganicznych i służą do otrzymywania ketonów z chlorków kwasowych. Zwią zki kadmoorganiczne powstają ze

zwią zków Grignarda w reakcji w chlorkiem kadmu.

2 RMgX + CdCl

R Cd + 2 MgXCl

2

2

R Cd + 2 R'COCl

2 R-CO-R' + CdCl

2

2

Mniejsza reaktywność zwią zków kadmoorganicznych pozwala na selektywne przyłączanie reszt

alkilowych wobec innych reaktywnych grup.

COCl

CO-CH3

2

+ (CH ) Cd

2

3 2

- CdCl2

NO

NO

2

2

chlorek p-nitrobenzoilu dimetylokadm keton metylowo- p-nitrofenylowy

Również e stry nie reagują ze zwią zkami kadmoorganicznymi.

O

O

2 CH OCCH CH CCl + [(CH ) CHCH CH ] Cd

3

2

2

3 2

2

2 2

chlorek 3-metoksykarbo- bis(3-metylobutylo)kadm

nylopropanoilu

- CdCl2

O

O

2 CH OCCH CH -C-CH CH CH(CH )

3

2

2

2

2

3 2

4-oksy-7-metylooktanoilan metylu

Zadanie: nazwij ten związek przyjmując, że keton stanowi główną grupę

6. Acylowanie Firedla - Craftsa

Chlorki kwasowe służą nie tylko do O-acylowania (otrzymywania estrów) i N-acylowania (otrzymywania amidów) ale również do C-acylowania prowadzącego do ketonów. Pośród reakcji C-acylowania najbardziej znaną jest reakcja Friedla - Craftsa polegająca na działaniu

chlorku kwasowego na zwią zek aromatyczny w obecności bezwodnego chlorku glinu. W

procesie tym następuje wymiana protonu związane z aromatycznym pierścieniem na resztę

acylową. Reakcja biegnie wg mechanizmu SE. Chlorek glinu ułatwia wytworzenie kationu

acyliowego z chlorku kwasowego.

O

O + -

CH CH C Cl + AlCl

CH CH C

AlCl

3

2

3

3

2

4

chlorek propanoilu kation propanoliowy

W obecności zwią zków aromatycznych dochodzi do utworzenia ketonu poprzez podstawienie aromatycznego protonu kationem acyliowym.

O

O +

C CH CH

+

CH CH C

2

3

3

2

benzen kation propanoliowy propiofenon

Reakcja Friedla - Craftsa jest szeroko wykorzystywana w syntezie organicznej. Zamiast

chlorków kwasowych stosuje się też bezwodniki kwasowe.

7

B E Z W O D N I K I K W A S O W E

Bezwodniki są pochodnymi kwasów karboksylowych, w których atom wodoru funkcji

hydroksylowej został podstawiony reszta acylową. Ich nazwa wywodzi się z reakcji

powstawania, polegającej na kondensacji dwóch cząsteczek kwasu karboksylowego ( kwasów),

podczas której wydziela się cząsteczka wody. Wzór sumaryczny produktu różni się od dwóch

cząsteczek kwasów brakiem cząsteczki wody, stąd bezwodnik.

O

O

O

O

+

- HOH

C

C

C

C

R

OH

O

H

R'

R

O

R'

kwas karboksylowy kwas karboksylowy bezwodnik

Bezwodniki mogą być symetryczne (R = R’), jeżeli zbudowane są z reszt tego samego kwasu

bądź niesymetryczne – jeżeli powstały z cząsteczek dwóch różnych kwasów (R ≠ R’).

Występowanie

Bezwodniki kwasowe nie występują w naturze, są otrzymywane syntetycznie.

Nomenklatura

Nazwy bezwodników tworzone są od nazw kwasów, z których się wywodzą, przy czym w nazwie

bezwodnika symetrycznego po słowie bezwodnik występuje nazwa kwasu w formie

przymiotnikowej, np. bezwodnik octowy, bezwodnik ftalowy itd. Bezwodniki niesymetryczne

nazywa się podobnie jak ketony, tzn. po słowie bezwodnik podaje się w porządku alfabetycznym

przymiotnikowe nazwy macierzystych kwasów, np. bezwodnik mrówkowo-octowy czy

masłowo-propionowy.

O

O

O

O

C

C

H C

O

CH

3

3

O

bezwodnik octowy

bezwodnik ftalowy

O

O

bezwodnik

C

C

CH CH

O

CH CH CH masłowo-propionowy

3

2

2

2

3

(ClCH CO) O

bezwodnik chlorooctowy

2

2

W nazwach bezwodników stosuje się również systematyczne nazwy kwasów.

O

O

(CH CH CH CH CH CO) O

3

2

2

2

2

2

C

C

O

bezwodnik heksanowy

bezwodnik cykloheksanokarboksylowy

Otrzymywanie

1. Acylowanie soli kwasów

8

Typowy sposób otrzymywania bezwodników, zarówno symetrycznych, jak i niesymetrycznych

polega na reakcji soli kwasu z chlorkiem kwasowym.

O

O

O

O

+

- NaCl

C

C

C

C

H

ONa

Cl

CH3

H

O

CH3

mrówczan sodu chlorek acetylu bezwodnik mrówkowooctowy (64%)

2. Przemysłowa produkcja bezwodnika octowego

Przemysłowa metoda otrzymywania bezwodnika octowego polega na reakcji ketenu z kwasem

octowym. Keten powstaje w wyniku wysokotemperaturowej dehydratacji kwasu octowego.

∆

H C C O + HOOCCH

CH COOOCH

2

3

3

3

keten kwas octowy bezwodnik octowy

3. Za pomocą DCC

Dogodnym laboratoryjnym sposobem otrzymywania bezwodników jest reakcja odwodnienia

kwasów za pomocą dicykloheksylokarbodiimidu (DCC). Odczynnik ten wykorzystuje się często

w chemii peptydów do tworzenia wiązania peptydowego. Z N-chronionych aminokwasów można

otrzymywać symetryczne lub niesymetryczne bezwodniki, które służą do acylowania C-

chronionych aminokwasów.

DCC

2 R-COOH → (RCO)2O

- HOH

kwas bezwodnik

4. Dehydratacja termiczna kwasów dikarboksylowych

Bezwodniki cykliczne powstają w trakcie termicznej dehydratacji kwasów dikarboksylowych.

O

O

C

- HOH

OH

O

OH

C

200oC

O

O

kwas ftalowy bezwodnik ftalowy

O

O

OH

- HOH

OH

O

200oC

O

O

kwas bursztynowy bezwodnik bursztynowy

9

Właściwości chemiczne

Bezwodniki kwasowe swoimi właściwościami przypominają chlorki kwasowe, są jednak trochę

mniej reaktywne. Ulegają one reakcjom hydrolizy, alkoholizy, amonolizy, aminolizy i

redukcji, wchodzą w reakcję ze zwią zkami metaloorganicznymi i służą do C-acylowania.

1. Hydroliza

Bezwodniki hydrolizują w obecności wody do kwasu ( kwasów), z którego się wywodzą. Nie jest to jednak metoda otrzymywania kwasów. Należy jedynie pamiętać o możliwości hydrolizy

bezwodników podczas pracy z nimi.

(RCO)2O + HOH → 2 RCOOH

Hydroliza bezwodników biegnie wg mechanizmu typowego dla pochodnych kwasów, czyli jest

to złożona substytucja nukleofilowa. W pierwszym etapie następuje addycja do acylowego atomu

węgla, po czym dochodzi do eliminacji grupy odchodzącej, w tym wypadku cząsteczki kwasu.

O

O

H

O

O

:

C

C

O:

+

C .. - + H + C

R

O

R

H

R

O:

O

R

..

..

H

O

O

+

C

C

R

OH

HO

R

2. Alkoholiza

W wyniku reakcji alkoholu z bezwodnikiem tworzy się ester i wydziela cząsteczka kwasu.

(RCO)2O + HOR’ → RCOOR’ + RCOOH

Nie jest wydajny sposób otrzymywania estrów ponieważ połowa cząsteczki bezwodnika jest

„marnowana”, jako produkt uboczny wydziela się w postaci kwasu. Niektóre bezwodniki są

jednak powszechnie stosowane, gdyż są tanie i wygodniejsze w użyciu niż chlorki kwasowe.

Należą do nich bezwodnik octowy i benzoesowy. Reakcja alkoholizy bezwodników jest

katalizowana zarówno przez kwasy jak i zasady.

Mechanizm:

O

O

R'

H+

O

O

:

C

C

O:

+

C .. - + R'

+ C

R

O

R

H

R

O:

O

R

..

..

H

O

O

+

C

C

R

OH

R'O

R

10

Zarówno podczas hydrolizy, jak i alkoholizy bezwodników dochodzi do autokatalizy, ponieważ

powstający w reakcji kwas katalizuje ją.

Wykorzystywanie tylko połowy cząsteczki bezwodnika do acylowania jest dogodnym sposobem

otrzymywania monoestrów kwasów dikarboksylowych z bezwodników cyklicznych.

O

O

O

OEt

O

H+

O + :

O

H

O +

H+

O

O

O

OH

OH

H

O

O

O

O

bezwodnik bursztynowy wodorobursztynian etylu bezwodnik ftalowy alkohol sec-butylowy wodoroftalan

sec-butylu

Acylowanie za pomocą bezwodników w środowisku wody z udziałem NaOH, podobnie jak dla

chlorków kwasowych, nazywa się reakcją Schottena-Baumanna.

Bezwodnik octowy jest wykorzystywany w produkcji aspiryny, czyli kwasu acetylosalicylowego.

OH

Ac O

OAc

2

+ AcONa

OH

OH

C

NaOH

C

O

O

kwas salicylowy aspiryna

Zadanie: nazwij systematycznie substrat i produkt

3. Amonoliza (aminoliza)

W reakcji bezwodników z amoniakiem lub aminami 1o lub 2o tworzą się amidy, odpowiednio niepodstawione lub podstawione oraz sól. Wymagane są dwa mole aminy na 1 mol bezwodnika

lub użycie innej zasady do wiązania tworzącego się kwasu. Powstający w reakcji kwas tworzy z

aminą sól, a amina w postaci soli nie ulega acylowaniu.

(RCO)2O + 2 HNR’2 → RCONR’2 + RCOO- +NH2R’2

Mechanizm:

O

O

O

O

..

R'

+ C

C

C

+ HNR'2

C .. - +

N

R

R

O

R

R

O:

..

H

R'

bezwodnik

R': H, alkil lub aryl

..

HN.R

. '2

O

O

+

..

C

+

C

-

R

: O

H NR'

R' N

R

:

2

2

2

..

sól amid

Bezwodnik octowy jest często stosowany do N-acylowania, reakcji prowadzącej do amidów.

Grupa aminowa jest bardziej podatna na acylowanie niż hydroksylowa, dlatego też można

11

stosować selektywne acylowanie amin wobec alkoholi ( fenoli). W ten sposób otrzymuje się p-

acetamidofenol, powszechnie stosowany lek przeciwbólowy, znany pod nazwą paracetamolu. Za

pomocą bardziej reaktywnych chlorków kwasowych trudniej przeprowadzać takie selektywne

acylowanie.

NH2

NHAc

NaOH

+ Ac O

2

+ AcONa

HOH

OH

OH

Podobnie jak w przypadku O-acylowania (alkoholizy bezwodników) podczas amonolizy także wydziela się l mol kwasu; w tym przypadku w postaci soli.

Amonoliza bezwodników cyklicznych jest dogodnym sposobem otrzymywania monoamidów

kwasów dikarboksylowych.

O

- ..

O

+

..

H N : O

O + 2 NH

4

..

NH

3

2

O

O

H+/HOH

bezwodnik

sól

bursztynowy

O

HO

NH2

monoamin kwasu bursztynowego

O

Użycie bezwodnika bursztynowego i amoniaku w stosunku molowym 1 : 1 nie prowadzi do

imidu; w tych warunkach powstaje także monoamid. Imid kwasu bursztynowego (sukcynoimid)

jest powszechnie stosowanym, komercyjnym odczynnikiem. Jego otrzymywanie polega na

termicznym rozkładzie soli amonowej tego kwasu bursztynowego.

O

O

-

+

O

∆

2 NH

+ NH + 2 HOH

O

4

NH

-

3

O

O

bursztynian diamonu sukcynoimid (82%)

Podobne reakcje zachodzą z bezwodnikiem ftalowym.

Użycie do reakcji z cyklicznymi bezwodnikami aminy 1o prowadzi bezpośrednio do imidu ( N-

podstawionego).

O

O

∆

O

+ EtNH

N-Et

+ HOH

2

O

O

bezwodnik ftalowy N-etyloamina N-etyloftalimid (>90%) 4. Redukcja

Redukowanie bezwodników tetrahydroglinianem litu prowadzi do alkoholi. Z jednego mola

bezwodnika symetrycznego otrzymuje się 2 mole alkoholu. Rekcja ta nie ma większego

znaczenia praktycznego, ponieważ bezpośrednio z kwasu można otrzymać ten sam produkt.

12

1. eter

(RCO) O + LiAlH

2

4

2 RCH OH

2

2. H+/HOH

5. Reakcja ze związkami Grignarda

Bezwodniki reagują ze zwią zkami Grignarda podobnie jak inne związki zawierające grupę karbonylową. Reakcja ta nie ma większego znaczenia, ponieważ podobne produkty otrzymuje się

z łatwiej dostępnych estrów.

6. Acylowanie Friedla-Craftsa

Bezwodniki, podobnie jak chlorki kwasowe używane są do C-acylowania arenów. Reakcja biegnie w obecności chlorku glinu, który ułatwia powstawanie kationu acyliowego.

O

O

O

AlCl3

CH

+

+ AcOH

3

C

C

H C

O

CH

3

3

benzen bezwodnik octowy acetofenon (83%)

COCH3

H C

CH

3

3

H C

CH

AlCl

3

3

3

+ (CH CO) O

3

2

+ AcOH

CH3

CH3

mezytylen bezwodnik octowy acetylomezytylen

Acylowanie arenów cyklicznymi bezwodnikami prowadzi do oksokwasów.

O

O

AlCl3

+ O

O

OH

O

benzen bezwodnik ftalowy 2-karboksybenzofenon

O

O

AlCl3

COOH

+

O

O

benzen bezwodnik bursztynowy kwas β-benzoilopropionowy (94%)

13

Właściwości chemiczne bezwodników Schemat

O

R-CH -OH

2

C

[H]

R

Ar

ArH/AlCl

redukcja

O

3

C

reakcja

[H]

O

O

R

H

Fridla-Craftsa

(C-acylowanie)

C

C

R

HOH

O

R

O

hydroliza

C

R

OH

R'OH

HNR'2

alkoholiza

amonoliza

( O-acylowanie)

( N-acylowanie)

O

O

C

C

R

O-R'

R

NR'2

14