13. 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 sierpień 2007
H A L O G E N K I K W A S O W E
Halogenki kwasowe są pochodnymi kwasów karboksylowych, w których funkcja hydroksylowa
została zastąpiona przez halogen.
O
R
X
C
X
: F; Cl; Br; I
Występowanie
Halogenki kwasowe nie występują w stanie naturalnym, ponieważ są bardzo reaktywnymi
związkami. Wszystkie zostały otrzymywane syntetycznie. W praktyce laboratoryjnej i w
przemyśle zastosowanie znalazły 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
C
H
3
Cl
O
C
2
H
5
Br
O
Cl
O
Br
C
C
C
C
chlorek
acetylu
bromek
propionylu
chlorek
cykloheksanokarbonylu
bromek
benzoilu
Otrzymywanie
Halogenki kwasowe otrzymuje się z kwasów karboksylowych. Najczęściej stosowanym
odczynnikiem do przekształcania kwasów w chlorki kwasowe jest chlorek tionylu (SOCl
2
).
Zaletą, oprócz niskiej ceny odczynnika i dobrej wydajności jest to, że obok chlorku kwasowego
powstają łatwe do usunięcia produkty gazowe (SO
2
i HCl). Podobne zalety wykazuje
chlorek
oksalilu
– ClCOCOCl.
CH
3
C
H
3
CH
3
O
OH
CH
3
C
H
3
CH
3
O
OH
C
SO
2
CHCl
3
C
+ HCl + SO
2
90%
kwas 2,4,6-trimetylobenzoesowy chlorek 2,4,6-trimetylobenzoilu
CH
2
CH
2
COOH
CH
2
CH
2
COCl
ClCOCOCl
+ HCl + CO + CO
2
kwas 3-fenylopropanowy chlorek 3-fenylopropanoilu
(95%)
Reakcja kwasów karboksylowych z chlorkiem tionylu biegnie zgodnie z mechanizmem S
N
. W
wyniku addycji SOCl
2
do acylowego atomu węgla powstaje chlorosiarczyn acylu, który pod
wpływem anionu chlorkowego traci cząsteczkę SO
2
i przekształca się w chlorek kwasowy.
1
O
R
O
Cl
S O
Cl
O
R
O
S
Cl
O
H
O
R
O
S
Cl
O
Cl
O
R
Cl
C
+
:
..
..
:
C
.. :
Cl
-
..
..
..
:
:
:
H
+
C
-
:
:
:
..
..
..
C
..
:
+ Cl
-
+ SO
2
kwas karboksylowy
chlorosiarczyn
chlorek kwasowy
Chlorki kwasowe można również otrzymywać za pomocą pochodnych fosforu takich, jak PCl
3
,
POCl
3
, PCl
5
. Bromki kwasowe syntezuje się z kwasów i PBr
3
lub POBr
3
, zaś jodki kwasowe
powstają z chlorków kwasowych pod wpływem jodowodoru, a fluorki kwasowe z bezwodników
i bezwodnego fluorowodoru.
2 CH
3
COONa + POBr
3
2 CH
3
COBr + NaPO
3
+ NaBr
octan sodu bromek acetylu
(65%)
COOH
NO
2
NO
2
COCl
+ POCl
3
+ HCl
PCl
5
kwas p-nitro-
benzoesowy
chlorek p-nitrobenzolilu
(95%)
Właściwości fizyczne i fizjologiczne
Halogenki kwasowe o niskich ciężarach cząsteczkowych są cieczami;
chlorek acetylu
wrze w
temperaturze 52
o
C,
chlorek propionylu
w 78
o
C, a
chlorek benzoilu
w 198
o
C.
Chlorek p-
nitrobenzoilu
jest krystaliczny, topnieje w temperaturze 73
o
C. Halogenki kwasowe są
nierozpuszczalne w wodzie, ale reagują z nią ulegając rozkładowi do kwasów karboksylowych.
Po wlaniu do wody opadają na dno i w niskiej temperaturze wolno
hydrolizują
z wydzielaniem
HCl. Niższe halogenki kwasowe reagują z wodą energiczniej, a 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 on z wodą.
..
O
Cl
H
H
O
O
Cl
H
H
..
O
O
H
H
..
O
OH
C
..
:
O
: :
C
:
:
+
-
C
..
:
+
B:
C
..
:
- HB
chlorek benzoilu
- Cl
-
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
2
szczelnie zamkniętych naczyniach, a reakcje z nimi prowadzić w warunkach bezwodnych.
Wyższe chlorki kwasowe są mniej reaktywne i można ich roztwory w rozpuszczalniku
niemieszającym się z wodą przemywać zimną wodą w celu oczyszczenia, 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
C
H
3
O(CH
2
)
3
CH
3
O
C
H
3
Cl
C
Py
- HCl
C
+ HO(CH
2
)
3
CH
3
chlorek acetylu butan-1-ol octan butylu
(90%)
COCl
O
O
O
H
+
Py
C
- HCl
chlorek benzoilu cykoheksanol benzoesan cykloheksylu
(97%)
Reakcję prowadzi się wobec zasad, np.
pirydyny
(Py), NaOH lub NEt
3
, 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 1
o
reagują znacznie szybciej niż 2
o
, dlatego wykorzystując tę zależność
można alkohole niżej rzędowe selektywnie
acylować
w obecności wyżej rzędowych.
COCl
O
O
CH
2
OH
HOCH
2
OH
+
Py
C
- HCl
chlorek benzolilu 4-hydroksymetylocykloheksanol
4-benzoiloksymetylocykloheksanol
(80%)
3. Amonoliza i aminoliza
Halogenki kwasowe w obecności amoniaku ulegają
amonolizie
, a pod wpływem amin 1
o
i 2
o
–
aminolizie
. W obu reakcja tworzą się amidy, z wysokimi wydajnością, odpowiednio
niepodstawione lub podstawione. Zarówno
amonoliza
jak i
aminoliza
niskocząsteczkowych
chlorków kwasowyych biegnie gwałtownie.
(CH
3
)
2
CHCOCl + 2 :NH
3
(CH
3
)
2
CHCONH
2
+ NH
4
Cl
chlorek 2-metylopropanoilu 2-metylopropanoamid
(83%)
O
Cl
N
H
2
O
NH
C
+
NaOH
C
chlorek benzoilu anilina benzanilid
(75%)
Reakcja
aminolizy
chlorków i bezwodników kwasowych w wodzie wobec NaOH znana jest pod
nazwą
reakcji Schottena-Baumanna
.
3
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
3
O
CH
3
O
CH
3
O
O
Cl
O
N
H
CH
3
O
CH
3
O
CH
3
O
O
O
N
C
+
NaOH/HOH
C
chlorek 3,4,5-tri-
metoksybenzolilu
morfolina
trimetozyna
Syntetyczna
trimetozyna
jest analogiem (podobna w budowie) do
meskaliny
, narkotyku
wytwarzanego przez pejot, kaktus rosnący w Meksyku i na południu USA.
CH
3
O
CH
3
O
CH
3
O
CH
2
-CH
2
NH
2
meskalina
Meskalina
, silny, halucynogenny narkotyk 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 pośród
malarzy, którzy pod jej wpływem tworzyli obrazy zawierające niezwykłe kształty i barwy
(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 1
o
, 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 powodzeniem ze
względu na stosunkowo niskie wydajności i niezbyt dogodne warunki jej prowadzenia.
Pd/S
R-COCl + H
2
→ R-CHO + HCl
ksylen, tw
Obecnie chlorki kwasowe najdogodniej przeprowadza się w aldehydy za pomocą
tri-tert-
butyloksyhydroglinianu litu
.
O
R
Cl
O
R
H
C
1.
LiHAl[OC(CH
3
)
3
]
3
2.
H
+
/HOH
C
chlorek kwasowy aldehyd
Ten selektywny reduktor otrzymuje się w reakcji
t-butanolu
z tetrahydroglinianem litu.
3 (CH
3
)
3
COH + LiAlH
4
LiHAl[OC(CH
3
)
3
]
3
+ 3 H
2
Tri-tert-butyloksyhydroglinian litu
selektywnie
redukuje
chlorki kwasowe, ponieważ ma słabsze
zdolności redukujące niż LiAlH
4
, a jego rozbudowana przestrzennie cząsteczka zawiera tylko
jeden atom H. Odczynnik ten pozwala
redukować
chlorki kwasowe w obecności grupy nitrowej.
4
COCl
NO
2
COCl
NO
2
1.
LiAlH[OC(CH
3
)
3
]
3
2.
H+/HOH
chlorek p-nitrobenzoilu
p-nitrobenzaldehyd
(81%)
Oczywiście nie ma zalet bez wad,
tri-tert-butyloksyhydroglinian litu
w porównaniu do LiAlH
4
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 1
o
.
COCl
CH
2
OH
1.
LiAlH
4
2.
H
+
/HOH
chlorek
benzoilu
alkohol
benzylowy
96%
Reduktorem w tej reakcji jest anion wodorkowy: H
-
. Reakcja biegnie wg mechanizmu S
N
.
Przejściowo powstaje aldehyd, ale reakcja nie zatrzymuje się na tym etapie i biegnie dalej do
alkoholu
..
.
O
Cl
R
O
H
R
Cl
O
H
R
O
H
R
H
C
+ :H
..
:
-
C
: :
-
C
:
..
:H
-
..
C
: :
-
H
+
/HOH
R-CH
2
OH
chlorek kwasowy
alkohol 1
o
- Cl
-
W praktyce chlorki kwasowe rzadko redukowane są za pomocą LiAlH
4
, 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 z dwoma molami związku Grignarda (2 mole/1 mol chlorku),
ponieważ powstający przejściowo keton ulega w warunkach reakcji kolejnej
addycji
i po
hydrolizie tworzy się alkohol 3
o
. Reakcja biegnie mechanizmem S
N
.
..
..
O
Cl
O
CH
3
Cl
O
CH
3
OH
CH
3
CH
3
+ CH
3
MgCl
C
..
:
:
C
: MgCl
C
:
- MgCl
2
H
+
/HOH CH
3
MgCl
C
chlorek
benzoilu
chlorek metylomagnezowy
acetofenon
2-fenylopropan-2-ol
(92%)
Reakcję można zatrzymać na etapie ketonu pod warunkiem, że użyje się mniej reaktywnych
reagentów, takich jak odczynniki Gilmana czy związki kadmoorganiczne. Odczynniki Gilmana
nie reagują z estrami, ani z bezwodnikami.
Dietylomiedzian litu
został wykorzystany do
otrzymywania
manikonu
, feromonu alarmowego mrówek Manica.
5
H
CH
3
O
Cl
CH
3
H
CH
3
O
CH
2
CH
3
CH
3
C C
C
CH
3
CH
2
CH
C C
C
CH
3
CH
2
CH
(CH
3
CH
2
)
2
CuLi
eter, -78
o
C
chlorek 2,4-dimetyloheks-2-enoilu manikon
(92%)
Zadanie: nazwij systematycznie
manikon
Związki kadmoorganiczne są też mniej reaktywne od magnezoorganicznych i służą do
otrzymywania ketonów z chlorków kwasowych. Powstają one ze związków Grignarda w reakcji
w chlorkiem kadmu.
2 RMgX + CdCl
2
R
2
Cd + 2 MgXCl
R
2
Cd + 2 R'COCl
2 R-CO-R' + CdCl
2
Mniejsza reaktywność związków kadmoorganicznych pozwala na selektywne przyłączanie reszt
alkilowych wobec innych reaktywnych grup.
COCl
NO
2
CO-CH
3
NO
2
+ (CH
3
)
2
Cd
2
2
- CdCl
2
chlorek
p-nitrobenzoilu
dimetylokadm
keton
metylowo-p-nitrofenylowy
Również estry nie reagują ze związkami kadmoorganicznymi.
O
O
O
O
2 CH
3
OCCH
2
CH
2
CCl + [(CH
3
)
2
CHCH
2
CH
2
]
2
Cd
chlorek 3-metoksykar-
bonylopropanoilu
- CdCl
2
2 CH
3
OCCH
2
CH
2
-C-CH
2
CH
2
CH(CH
3
)
2
bis(3-metylobutylo)kadm
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 związek aromatyczny w obecności bezwodnego chlorku glinu. W
procesie tym następuje wymiana protonu związane z aromatycznym pierścieniem na resztę
acylową. Reakcja biegnie wg mechanizmu S
E
. Chlorek glinu ułatwia wytworzenie kationu
acyliowego z chlorku kwasowego.
O
Cl
O
CH
3
CH
2
C
+ AlCl
3
CH
3
CH
2
C
+
AlCl
4
-
chlorek propanolilu
kation propanoliowy
W obecności związków aromatycznych dochodzi do utworzenia ketonu poprzez podstawienie
aromatycznego protonu kationem acyliowym.
O
CH
2
CH
3
O
+ CH
3
CH
2
C
+
C
benzen
kation propanoliowy
propiofenon
Reakcja Friedla - Craftsa jest szeroko wykorzystywana w syntezie organicznej. Zamiast
chlorków kwasowych stosuje się też bezwodniki kwasowe.
6
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 ich
powstawania, polegającej na kondensacji dwóch cząsteczek kwasu karboksylowego (kwasów),
podczas której wydziela się cząsteczka wody. Wzór sumaryczny produktu różni się od dwóch
cząsteczek kwasów, z których powstał, brakiem cząsteczki wody, stąd bezwodnik.
O
R
OH
O
O
H
R'
O
R
O
O
R'
C
C
+
- HOH
C
C
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
C
H
3
O
O
CH
3
O
O
O
O
CH
3
CH
2
O
O
CH
2
CH
2
CH
3
C
C
C
C
bezwodnik octowy
bezwodnik ftalowy
bezwodnik masłowo-propionowy
(ClCH
2
CO)
2
O
bezwodnik chlorooctowy
W nazwach bezwodników stosuje się również systematyczne nazwy kwasów.
O
O
O
(CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CO)
2
O
C
C
bezwodnik heksanowy
bezwodnik cykloheksanokarboksylowy
Otrzymywanie
1. Acylowanie soli kwasów
Typowy sposób otrzymywania bezwodników, zarówno symetrycznych, jak i niesymetrycznych
polega na reakcji soli kwasu z chlorkiem kwasowym.
O
H
ONa
O
Cl
CH
3
O
H
O
O
CH
3
C
C
+
- NaCl
C
C
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
.
7
O
H
2
C C
+ HOOCCH
3
∆
CH
3
COOOCH
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
kwas
2 R-COOH
→ (RCO)
2
O
bezwodnik
- HOH
4. Dehydratacja termiczna kwasów dikarboksylowych
Bezwodniki cykliczne powstają w trakcie
termicznej dehydratacji
kwasów dikarboksylowych.
O
O
OH
OH
O
O
O
kwas ftalowy
bezwodnik ftalowy
C
C
- HOH
200
o
C
OH
OH
O
O
O
O
O
- HOH
200
o
C
kwas bursztynowy
bezwodnik bursztynowy
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 związkami 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)
2
O + 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
R
O
O
R
H
H
O
R
O
O
O
H
R
H
..
O
R
OH
O
O
H
R
:
..
C
C
O:
C
-
:
..
+
+
C
+
C
C
+
bezwodnik
kwas
2. Alkoholiza
W wyniku reakcji alkoholu z bezwodnikiem tworzy się ester i wydziela cząsteczka kwasu.
(RCO)
2
O + HOR’
→ RCOOR’ + RCOOH
8
Nie jest wydajny sposób otrzymywania estrów, ponieważ połowa cząsteczki bezwodnika jest
„marnowana”, jako produkt uboczny wydziela się kwas karboksylowy. 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
R
O
O
R
R'
H
O
R
O
O
O
R'
R
H
..
O
R
OH
O
R'O
R
:
..
C
C
O:
C
-
:
..
+
+
C
+
C
C
+
H
+
bezwodnik
alkohol
ester
kwas
Zarówno podczas
hydrolizy
, jak i
alkoholizy
bezwodników dochodzi do autokatalizy, ponieważ
powstający w reakcji kwas katalizuje te reakcje.
Wykorzystywanie tylko połowy cząsteczki bezwodnika do
acylowania
jest dogodnym sposobem
otrzymywania monoestrów kwasów dikarboksylowych z bezwodników cyklicznych.
O
O
O
OEt
H
O
H
O
O
O
O
O
O
OH
OH
O
O
O
:
+
O
H+
+
H+
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
OH
O
OAc
OH
O
C
Ac
2
O
NaOH
C
+ AcONa
kwas salicylowy
aspiryna
Zadanie: nazwij systematycznie substrat i produkt
3.
Amonoliza (aminoliza)
W reakcji bezwodników z amoniakiem lub aminami 1
o
lub 2
o
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)
2
O + 2 HNR’
2
→ RCONR’
2
+ RCOO
-
+
NH
2
R’
2
Mechanizm:
O
R
O
O
R
O
R
O
O
N
R'
R
H
O
R
O
O
R'
2
N
R
R'
:
..
C
C
C
-
:
..
+
+
C
+
C
C
+
HNR'
2
..
HNR'
2
-
H
2
NR'
2
+
: ..
..
bezwodnik
R': H, alkil lub aryl
..
sól
amid
Bezwodnik octowy jest często stosowany do reakcji
N-acylowania
, prowadzącej do amidów.
Grupa aminowa jest bardziej podatna na
acylowanie
niż hydroksylowa, dlatego też można
9
selektywnie acylować
aminy 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
acylowanie
selektywne
.
NH
2
OH
NHAc
OH
+ Ac
2
O
NaOH
HOH
+ AcONa
p-aminofenol
p-acetamidofenol (paracetamol)
Podobnie jak w przypadku
O-acylowania
(
alkoholizy
bezwodników) podczas ich
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
O
O
NH
2
O
O
O
H
NH
2
O
O
+ 2 NH
3
H
4
N :
..
..
-
+
H
+
/HOH
..
bezwodnik
bursztynowy
sól
monoamin
kwasu bursztynowego
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
kwasu bursztynowego
.
O
O
O
O
NH
O
O
-
-
2 NH
4
+
∆
+ NH
3
+ 2 HOH
bursztynian
diaminu
sukcynoimid
(82%)
Podobne reakcje zachodzą z
bezwodnikiem ftalowym
.
Użycie aminy 1
o
do reakcji z cyklicznymi bezwodnikami prowadzi bezpośrednio do imidu (N-
podstawionego).
O
O
O
N-Et
O
O
bezwodnik
ftalowy
N-etyloftalimid
(>90%)
+ EtNH
2
∆
+ HOH
etyloamina
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.
(RCO)
2
O + LiAlH
4
2 RCH
2
OH
1.
eter
2.
H
+
/HOH
5. Reakcja ze związkami Grignarda
Bezwodniki reagują ze związkami Grignarda podobnie jak inne związki zawierające grupę
karbonylową. Reakcja ta nie ma większego znaczenia, ponieważ podobne produkty otrzymuje się
z łatwiej dostępnych estrów.
10
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.
C
H
3
O
O
CH
3
O
CH
3
O
benzen
acetofenon
(83%)
bezwodnik octowy
+
C
C
AlCl
3
+ AcOH
CH
3
C
H
3
CH
3
CH
3
C
H
3
CH
3
COCH
3
mezytylen
acetylomezytylen
bezwodnik octowy
+ (CH
3
CO)
2
O
AlCl
3
+ AcOH
Acylowanie
arenów cyklicznymi bezwodnikami prowadzi do oksokwasów.
O
O
O
OH
O
O
benzen
2-karboksybenzofenon
bezwodnik ftalowy
+
AlCl
3
O
O
O
O
COOH
benzen
kwas
β-benzoilopropionowy
(94%)
bezwodnik
bursztynowy
+
AlCl
3
Właściwości chemiczne bezwodników Schemat 13.1
O
R
O
O
R
O
R
OH
O
R
O-R'
O
R
NR'
2
O
R
H
O
R
Ar
C
C
C
C
HOH
hydroliza
R'OH
alkoholiza
HNR'
2
amonoliza
C
C
[H]
C
R-CH
2
-OH
[H]
redukcja
ArH/AlCl
3
reakcja
Friedla-Craftsa
(C-acylowanie)
(N-acylowanie)
(O-acylowanie)
11
Document Outline