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