Après la réorganisation de l'institut médical en Académie de médecine militaire (juillet 1939-1942), le chef du département était le professeur agrégé Vladimir Alekseevich Solomin, qui dirigea le département jusqu'en novembre 1962. Il a publié le manuel « Chimie générale et inorganique », qui se caractérisait par sa présentation originale des questions de chimie et était populaire. De 1963 à 1983, le département était dirigé par le professeur agrégé Viktor Ivanovich Batalin, qui a assuré le transfert du processus éducatif du département au niveau moderne tant sur le plan pédagogique que méthodologique et scientifique, et a jeté les bases d'un enseignement spécialisé de la chimie à les facultés nouvellement ouvertes - pédiatrique, dentaire et pharmaceutique.

Chef du Département de chimie générale, bio-organique et bioorganique, professeur N. P. Avvakumova

Conformément au nouveau programme, à partir du 1er septembre 1982, le département a reçu un nouveau nom - le Département de chimie bio-organique et biophysique. Du 1er septembre 1983 au 1er septembre 2008, le département était dirigé par Albert Ivanovitch Agapov, diplômé de l'Université d'État de Léningrad, qui était également l'organisateur et le premier doyen de la Faculté de pharmacie du SamSMU, aujourd'hui professeur honoraire du SamSMU. Au cours de l'année universitaire 1985-86, le cours de chimie organique, auparavant enseigné au Département de biochimie, a été transféré au département et le département est devenu connu sous le nom de Département de chimie générale, bio-inorganique et bioorganique.

Depuis septembre 2008, le département est dirigé par une diplômée de la première promotion de la Faculté de pharmacie, diplômée honoraire de l'université, docteur en sciences biologiques, le professeur Nadezhda Petrovna Avvakumova. Au cours de ses années étudiantes, elle a dirigé pendant 5 ans l'organisation Komsomol de la Faculté de pharmacie et, en 1975, elle a été photographiée près de la bannière de la victoire.

Un personnel pédagogique et de laboratoire hautement qualifié est impliqué dans l'enseignement : 2 professeurs, 4 professeurs associés, 4 enseignants seniors ; le niveau de diplôme est de 100%, l'âge moyen des salariés est de 52 ans.

Travail pédagogique du département

Le travail pédagogique vise à mettre en œuvre un modèle de formation de spécialistes axée sur la personnalité et avancée, contribuant à l'acquisition de connaissances professionnelles et au développement personnel. L'enseignement de la chimie est dispensé à un niveau scientifique et pédagogique élevé en utilisant à la fois des méthodes traditionnelles et modernes d'enseignement et de suivi des connaissances des étudiants.

Le département offre une formation aux étudiants de diverses facultés dans des formes d'études à temps plein, à temps partiel et à temps partiel. Les disciplines suivantes des programmes de base sont attribuées au département de chimie générale, bio-organique et bio-organique :

• Spécialité « Médecine Générale » : chimie ;
• Spécialité « Pédiatrie » : chimie ;
• Spécialité « Soins médicaux et préventifs » : chimie générale et bioorganique ;
• Spécialité « Dentisterie » : chimie ;
• Spécialité « Pharmacie » : chimie générale et inorganique ;

Le processus éducatif est effectué conformément aux objectifs et aux compétences établis par les normes éducatives de l'État pour chaque spécialité et domaine de formation. Les objectifs et les compétences acquises dans des disciplines spécifiques assignées au département sont définis dans des programmes de travail, des plans pédagogiques et thématiques pour les disciplines concernées et sont conformes aux exigences des normes de l'État.

Une particularité de l'enseignement de la discipline au département est son orientation médicale et biologique. Le programme comprend des sections sélectionnées de chimie générale, bio-organique, bio-organique, physique, colloïdale et analytique, qui, combinées organiquement, forment essentiellement le cours « Fondements chimiques des processus vitaux du corps », nécessaire à la formation de la pensée scientifique naturelle de médecins spécialistes. Ce cours jette les bases de la compréhension des principes de la médecine factuelle. Chaque section (module) de ce cours donne aux étudiants en médecine les connaissances dont ils ont besoin pour comprendre et maîtriser l'essence et le mécanisme des processus se produisant dans le corps au niveau moléculaire.

Le personnel du Département de Chimie Générale, Bio-organique et Bioorganique

Le cours magistral est dispensé à l'aide de projecteurs multimédias ; Tous les laboratoires de chimie sont équipés du matériel et des réactifs nécessaires.

Un grand travail est réalisé par le personnel du département dans le cadre de la faculté de préparation préuniversitaire : ils apportent une assistance consultative aux professeurs de chimie des cours de médecine, participent au mouvement Olympiade des écoliers « L'avenir de la médecine », et assurer l'enseignement dans le cadre des cours préparatoires au SamSMU.

Travaux scientifiques du département

Actuellement, il a été possible de constituer une direction scientifique unifiée du département « Etude de la structure, des propriétés et de l'activité biologique de substances organiques spécifiques des boues médicinales et des préparations à base de celles-ci », qui est actuellement pertinente, brevetable et innovante. Dans ce domaine, deux thèses de doctorat ont été réalisées (A. I. Agapov, 1999 et Avvakumova N. P., 2003) et 8 thèses de doctorat, 13 brevets et 4 subventions ont été reçues, dont 2 internationales.

Dans le cadre du congrès scientifique de Tomsk en 2010, le département a été reconnu comme le principal centre de la Fédération de Russie pour l'étude de l'activité biologique des substances humiques.

Le professeur A. I. Agapov a reçu la plus haute distinction de l'AMTS de la Fédération de Russie pour le développement de la théorie et de la pratique de l'utilisation des préparations humiques - la médaille d'or A. Chizhevsky.

Le département, dans le cadre d'une coopération créative, met en œuvre ses projets en collaboration avec de nombreuses universités du pays : Université d'État de Moscou, Université d'État de Samara, BSU, BSMU (Ufa), Académie médicale d'État de Kemerovo (Kemerovo). Le département mène des recherches expérimentales avec des centres scientifiques : Institut de recherche « Institut de médecine expérimentale et de biotechnologie » (Samara) ; "Institut de pétrochimie et de catalyse RAS" (Oufa), NPO "Khimavtomatika" (Moscou).

Tout au long de l'existence du département, ses collaborateurs ont interagi activement avec les étudiants dans le cadre de la société scientifique étudiante. Les étudiants, ainsi que les enseignants, réalisent avec succès des travaux scientifiques et expérimentaux dont les résultats donnent lieu à de nombreux diplômes, bourses et certificats.

Les militants du cercle scientifique étudiant et les jeunes scientifiques du département interviennent lors de diverses conférences internationales, panrusses et régionales.

Travail pédagogique

Le Département de chimie générale, bio-organique et bioorganique encadre les étudiants des facultés de pédiatrie et de pharmacie. Les enseignants supervisent les travaux pédagogiques, de recherche, culturels et pédagogiques, et participent à l'organisation de diverses expositions et concerts. Des visites conjointes de théâtres sont organisées et des débats sont organisés sur des sujets d'actualité. Les événements les plus marquants de la vie étudiante sont reflétés dans le journal mural « Our Curated Sponsored Flow ». Sur la base des résultats de la session d'hiver, qui est la première dans la vie étudiante des étudiants de première année, des lettres de remerciement sont adressées aux parents des étudiants ayant reçu la note « excellent ». Les événements réalisés contribuent à l'éducation culturelle et morale générale des étudiants.

Département de chimie organique de l'Université technique d'État de Samara RAPPORT sur le stage Lieu du stage : LLC PKF "Vershina" Chef de pratique de l'entreprise : Kondratyev V. A. Étudiant III-xt-6 Anashkin Yuri

Objectif : Consolidation des connaissances théoriques et pratiques acquises dans l'étude des disciplines professionnelles générales ; Objectifs : Familiarisation avec l'organisation du travail dans les entreprises industrielles Maîtriser la spécialité d'assistant de laboratoire d'analyse spectrale Étudier la littérature et la documentation réglementaires et informationnelles (GOST, TU, etc.) Acquérir des idées modernes sur l'utilisation intégrée des matières premières et le recyclage des déchets

Produits - Production d'alliages d'aluminium selon les exigences de GOST 1583-93 ou selon les spécifications du client, y compris - Pièces moulées de divers groupes de complexité pesant jusqu'à 20 kg. - Pièces forgées de différents groupes de complexité, réalisées en matrices ouvertes sur presses d'estampage à chaud

PKF Vershina LLC produit et vend des alliages d'aluminium des qualités AK 12, AK 9 h, AK 7 h, AK 5 M 2, AK 9 M 2, AK 12 MMg. N, AK 12 M 2 Mg. N et bien d'autres marques.

Laboratoire Le laboratoire spectral de Vershina PKF LLC est équipé d'un complexe modernisé pour réaliser l'analyse spectrale des métaux et alliages, correspondant au spectrophotomètre DFS-500. Le temps d'analyse chimique est de 5÷ 15 minutes. La stabilité du processus et la précision de l'analyse sont assurées par l'utilisation d'échantillons d'argon à haute fréquence et de GSO de haute qualité dans l'installation.

Spectroscopie d'émission atomique Le principe de fonctionnement d'un spectromètre d'émission optique repose sur le fait que les atomes de chaque élément peuvent émettre de la lumière de certaines longueurs d'onde - raies spectrales. Pour que les atomes commencent à émettre de la lumière, ils doivent être excités – par la chaleur, une décharge électrique, un laser ou tout autre moyen. Plus il y a d'atomes d'un élément donné dans l'échantillon analysé (échantillon), plus le rayonnement de la longueur d'onde correspondante sera brillant.

MINISTÈRE DE L'ÉDUCATION ET DES SCIENCES DE LA FÉDÉRATION DE RUSSIE ÉTABLISSEMENT D'ENSEIGNEMENT BUDGÉTAIRE DE L'ÉTAT FÉDÉRAL D'ENSEIGNEMENT PROFESSIONNEL SUPÉRIEUR « UNIVERSITÉ TECHNIQUE D'ÉTAT DE SAMARA » Département de chimie organique M.V. LEONOVA, Y.N. MÉTHODES DE RESTAURATION KLIMOCHKIN EN SYNTHÈSE ORGANIQUE Manuel pédagogique et méthodologique Samara Université technique d'État de Samara 2012 1 Publié par décision du conseil de rédaction et de publication de SamSTU UDC 542.9+547.2, 547.3, 547.6 Leonova M.V., Klimochkin Yu.N. Méthodes de réduction en synthèse organique : manuel pédagogique./ M.V. Leonova, Yu.N. Klimochkine - Samara, Samar. État technologie. univ. 2012. 111 p. : ill.1 Les réactions de réduction de différentes classes de composés organiques sont considérées. Les caractéristiques de certains agents réducteurs et catalyseurs d'hydrogénation sont données, ainsi que des instructions pour la sélection des méthodes de réduction. Des méthodes de synthèse de composés organiques de différentes classes basées sur des réactions de réduction sont présentées. Pour les étudiants des établissements d'enseignement supérieur qui étudient dans les domaines et spécialités de la technologie chimique. M.V. Leonova, Yu.N. Klimochkin, 2012 Université technique d'État de Samara, 2012 2 TABLE DES MATIÈRES Introduction …………………………………………………… 1. Caractéristiques des agents réducteurs …………………... 5 7 2 Réduction des hydrocarbures……………………….. 3. Réduction des hydrocarbures halogénés.. 4. Réduction des alcools, phénols et éthers.. 5. Réduction des aldéhydes et cétones………………. 18 29 33 37 6. Réduction des acides carboxyliques et de leurs dérivés 7. Réduction des composés azotés……….. 8. Réduction des composés soufrés………. 50 59 72 9. Préparation des agents réducteurs et des catalyseurs de réduction ………………………………………………………... 10. Partie expérimentale ………………………… …. 11. Mesures de sécurité …………………………………… 12. Questions pour la maîtrise de soi ……………………………... 82 101 105 Bibliographie ………………… …… …... Annexes ……………………………………………………… 108 109 3 74 LISTE DES ABRÉVIATIONS Ac – acétyle Alk - alkyle Ar – aryl AcOH – acide acétique Bu – butyle BuOH - butanol t-Bu – tert.butyl t-BuOH – tert.butanol 9-BBN - 9-borabicyclononane BINAP - 2,21-bis(diphénylphosphino)-1,11-binaphtyl Et – éthyl EtOH - éthanol Hal – halogène Het – hétaryle Kt – catalyseur LTBA - hydrure de lithium tris(tert-butoxy)aluminium LTMA - hydrure de lithium tris(méthoxy)aluminium Me – méthyle Ph – phényle Pr – propyle i-Pr – isopropyle i-PrOH – isopropanol THF – tétrahydrofuranne Ts – tosyl (4-СH3С6H4SO2) Glyme – 1,2-diméthoxyéthane DEG – diéthylèneglycol DIBAL-N – hydrure de diisobutylaluminium Diglyme – éther diméthylique de diéthylèneglycol DMF – N,N-diméthylformamide 4 INTRODUCTION La réduction est une méthode courante pour la préparation de nombreux composés organiques , aussi bien en laboratoire qu'en industrie. Les réactions de réduction et d'oxydation sont caractérisées par le processus de transfert d'électrons, l'oxydation étant la perte d'électrons par un composé et la réduction étant le gain d'électrons. Par conséquent, lors du processus de réduction, l’agent réducteur cède un ou plusieurs électrons. La réduction de la synthèse organique implique principalement deux types de réactions : a) les réactions, à la suite desquelles l'état d'oxydation des atomes de carbone dans les composés organiques des molécules diminue. Ces réactions peuvent avoir lieu soit avec déplacement d'oxygène (avec dégagement d'eau), soit sans déplacement d'oxygène ; b) réactions accompagnées d'une diminution de l'état d'oxydation de N, S, P et d'autres atomes dans les composés organiques. Les réactions de réduction sont des transformations chimiques qui entraînent une diminution de l’état d’oxydation du ou des atomes représentant le centre réactionnel du composé d’origine. Lors du calcul de l'état d'oxydation, chaque paire d'électrons partagée est entièrement attribuée au plus électronégatif des atomes partenaires, et une paire d'électrons de liaison entre les atomes du même élément est divisée entre eux. La charge restant sur l’atome est classiquement considérée comme son état d’oxydation. La formation d'une liaison entre un atome de carbone et tout atome plus électronégatif est associée à une augmentation de son état d'oxydation de un et, à l'inverse, la formation d'une liaison avec un atome moins électronégatif est associée à une diminution de l'état d'oxydation de un. Voici les états d'oxydation des atomes de carbone dans certaines molécules : 5 OH H -4 C C H H H H O O -2 H C0 H H H H C +2 O H Les agents qui sont de bons donneurs d'électrons (alcalis, métaux alcalino-terreux, zinc, étain, fer, amalgames métalliques) sont utilisés comme agents réducteurs, sels métalliques au degré d'oxydation le plus bas, hydrures métalliques complexes, hydrazine, composés organomagnésiens, sulfures et sulfites de métaux alcalins, dithionite de sodium, etc.). L'agent réducteur est également de l'hydrogène au moment de la séparation ou en présence d'un catalyseur. Avec une grande variété de méthodes de réduction, le choix d'une méthode spécifique dépend de la nature du substrat initial, des conditions d'isolement du produit final, de sa stabilité et de la possibilité de restaurer d'autres groupes fonctionnels. La même substance peut être réduite par plusieurs méthodes. En fonction de la nature de la substance à réduire et du résultat attendu, des agents réducteurs et des conditions de réaction appropriés sont utilisés. Dans le même temps, en sélectionnant les conditions et les réactifs, il est possible d'effectuer une réduction à différents taux et d'obtenir des produits différents. Le manuel proposé ne prétend pas être une présentation complète du matériel sur les méthodes de restauration. Voici les méthodes les plus utilisées en pratique de laboratoire. Dans ce manuel, pour plus de commodité et une meilleure compréhension par les étudiants des méthodes de réduction des composés organiques, le matériel théorique est présenté dans l'ordre suivant. Tout d’abord, les caractéristiques et les applications des agents réducteurs sont présentées. Ensuite, les méthodes de réduction des principales classes de composés organiques sont envisagées : hydrocarbures, dérivés halogénés, alcools et phénols, aldéhydes et cétones, acides carboxyliques et leurs dérivés, composés azotés et soufrés. La partie pratique 6 fournit des méthodes de production de catalyseurs d'hydrogénation utilisés en laboratoire, certains agents réducteurs et des méthodes de réduction de diverses classes de composés organiques. 1. CARACTÉRISTIQUES DES AGENTS RÉDUCTEURS 1. Les métaux alcalins et alcalino-terreux ont un faible potentiel d'ionisation et cèdent facilement des électrons. Ils sont utilisés dans des systèmes métal - ammoniac liquide ou amine, métal - alcool, mais parfois aussi dans des solvants aprotiques. Des amalgames de métaux alcalins et alcalino-terreux sont souvent utilisés. Ils réduisent le carbonyle, les composés contenant de l'azote et les composés à liaisons conjuguées. 2. L'étain, le zinc, le fer et certains autres métaux, ainsi que leurs sels au degré d'oxydation le plus bas en milieu aqueux acide, alcalin ou neutre, sont les réactifs les plus accessibles qui sont souvent utilisés dans la récupération en industrie et en laboratoire de une grande variété de composés contenant de l'oxygène, du soufre et de l'azote. 3. Hydrures de bore et d’aluminium. Pour la récupération en pratique de laboratoire, on utilise : le diborane B2H6 ; complexes de borane avec les amines R3N. BH3 (liquides ou substances cristallines) ; complexe de borane avec le sulfure de diméthyle BH3. SМе2; complexe de borane avec le tétrahydrofuranne ; le dibromoborane, utilisé en complexe avec le sulfure de diméthyle - HBBr2. SМе2; réactif d'hydroboration sélectif - 9-boracyclononane (9-BBN). Le 7 HB 9-BBN Diborane est généralement préparé en faisant réagir du borohydrure de sodium avec de l'éthérate de trifluorure de bore. THF 3 NaBH 4 + 4 BF 3 o 2 B 2H6 + 3 NaBF 4 0 - 10 C Actuellement, il existe un réactif prêt à l'emploi - une solution diluée de diborane dans le tétrahydrofurane, qui doit être conservée à 0°C. Ce réactif est très actif, mais extrêmement inflammable. Complexes de borane avec des amines R3N. Le BH3 est ininflammable, mais réagit avec les alcènes uniquement à des températures élevées (100°C). Parmi les hydrures d'aluminium, le réactif le plus courant pour réduire les liaisons multiples est l'hydrure de diisobutylaluminium DIBAL-N (i-C4H9) 2AlH. Dans l'industrie, il est obtenu à partir de 2-méthylpropène, de poudre d'aluminium et d'hydrogène. o H3C CH2 4 + 2 Al + 50 - 70 C 3 H2 H3C 50 - 60 àòì 2 ((ÑH3)2CHCH2)2AlH DIBAL-N Comme réactif, DIBAL-N peut être utilisé individuellement, ou sous forme de solution 1M dans le toluène. Dans son état individuel, la substance est pyrophorique, elle doit donc être travaillée dans une atmosphère d'argon ou d'azote. L'éther, le benzène, le toluène et le cyclohexane sont utilisés comme solvants pour les réactions avec DIBAL-N. Le tétrahydrofurane forme un complexe avec ce réactif. DIBAL-N se fixe facilement à la triple liaison carbone-carbone même à basse température. Les doubles liaisons C=C8 subissent une hydroalumination beaucoup plus lentement, ce qui permet de transformer les alcynes, notamment terminaux, en alcènes. De plus, DIBAL-N restaure facilement de nombreux groupes fonctionnels (COOR, CN, etc.). 4. Les hydrures métalliques complexes - LiAlH4, NaBH4 et autres sont capables de réduire des composés organiques de nombreuses classes. Les hydrures métalliques complexes sont de nature nucléophile, fournissant de l'hydrogène ainsi qu'une paire d'électrons, c'est-à-dire un ion hydrure. Dans un composé réduit, ils attaquent le centre électrophile. L’hydrure de lithium et d’aluminium le plus couramment utilisé est LiAlH4. Ce réactif a été découvert en 1947 et est préparé dans l'éther selon le schéma suivant : 4LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3LiCl L'hydrure de lithium et d'aluminium est généralement utilisé sous forme de solution ou de suspension dans l'éther absolu ou le tétrahydrofurane, car il réagit avec les solvants protiques. LiAlH4 est très soluble dans l'éther (35 g de réactif pour 100 g d'éther). Pour atteindre une telle solubilité, une ébullition prolongée avec un excès d’éther est nécessaire. Les hydrures complexes d'alcoxyaluminium sont obtenus par la réaction de l'hydrure de lithium et d'aluminium avec la quantité calculée d'alcool : LiAlH4 + 3 CH3OH → LiAl(OCH3)3H + 3 H2 LTMA Lorsque l'hydrure de lithium et d'aluminium est exposé à un excès d'alcool tert-butylique, seul le lithium L'hydrure de tris(tert-butoxy)aluminium (LTBA) est obtenu. LiAlH4 + t-BuOH → LiAl(O-t-Bu)3H + 3 H2 excès de LTBA 9 Les hydrures d'alcoxyaluminium sont des agents réducteurs très sélectifs. Par exemple, le LTBA réduit le groupe carbonyle des aldéhydes α,β-insaturés sans affecter la liaison C=C. De plus, le LTBA, pris en quantité équivalente, est capable de réduire le groupe aldéhyde sans affecter le groupe cétone. Le borohydrure de sodium a été obtenu en 1943. o 4 NaH + B(OCH3)3 250 C NaBH 4 + 3 NaOCH3 Cet hydrure complexe s'est avéré très pratique pour la réduction de divers groupes fonctionnels. Il réduit efficacement les aldéhydes, les cétones et les chlorures d'acide. La réduction de NaBH4 peut être réalisée aussi bien dans des alcools que dans un mélange eau-alcool. Cependant, la réactivité de cet agent réducteur est inférieure à celle de l'hydrure de lithium et d'aluminium et la réduction est souvent réalisée en milieu alcalin, ce qui augmente la stabilité du NaBH4 dans les alcools et les solutions hydroalcooliques. Selon la structure du composé de départ, des hydrures métalliques complexes sont prélevés en quantité égale à l'équivalent hydrure. L'équivalent hydrure est la quantité d'agent réducteur (y compris l'hydrogène actif), exprimée en moles, nécessaire pour réduire 1 mole du composé d'origine. Par exemple, LiAlH4 utilise quatre atomes d’hydrogène pour la réduction et son équivalent hydrure est de 0,25 mole. Les produits de réduction de composés de différentes classes avec l'hydrure de lithium et d'aluminium et son équivalent hydrure sont présentés dans le tableau 1. 5. Les alcools en présence d'alcoolates d'aluminium (RO) 3A1 sont utilisés pour réduire les aldéhydes et les cétones (réaction de Meerwein-Ponndorf-Verley). 10 6. L'hydrazine H2N–NH2 est un agent réducteur des groupes –NO, -NO2, C=O, agissant également sur la double liaison carbone-carbone. L'agent réducteur n'est pas l'hydrazine elle-même, mais le produit de sa transformation - le diimide (HN=NH). Il est produit par oxydation de l'hydrazine, le plus souvent avec du peroxyde d'hydrogène en présence de sulfate de cuivre comme catalyseur. Tableau 1 Composés, restaurés LialH4 Produit de connexion initial RETHOD Rcho Rcho R2c = o Cloralgidride RCOCL complexe Ethere Rch2chH2CHOH RCHOH amide RCONHR (secondaire) middle ROMID RCONH2 (Primaire) Oxy that rcooh oxim rch = noh composé nitro rno2 (aliphatique) Halogènes RHal Consommation LiAlH4 ( équivalent hydrure) 1 1 Alcool RCH2OH 2 Alcool R1CH2OH+R2OH 2 Aminé tertiaire RCH2-NR2 ou aldéhyde RCHO Amine secondaire RCH2NHR Amine primaire RCH2NH2 Aminé primaire RCH2NH2 ou aldéhyde RCHO Alcool RCH2OH 2 Amine R CH2-NH2 3 Amine RNH2, etc. 6 Hydrocarbure RH 1 11 1 3 4 2 1 3 7. Donneurs d'ions hydrure - utilisés pour la réduction des alcools tertiaires et d'autres composés qui peuvent facilement former des ions carbénium. Le plus souvent dans la pratique de la synthèse organique, on utilise du triéthylsilane et de l'oligomère organosilicique GKZh-94 : CH3 Si O H n 8. Agents réducteurs contenant du soufre. Dans l'industrie, on utilise le sulfure de sodium Na2S, l'hydrosulfure de sodium NaHS, le polysulfure de sodium Na2Sn (n=2,3...). Dans les composés di- et trinitro, ces réactifs réduisent sélectivement un groupe nitro sans affecter les autres. Le sulfite de sodium Na2SO3 est utilisé pour la réduction des sels de diazonium en arylhydrazines correspondantes. Le dithionite de sodium Na2S2O4 réduit les composés azoïques en amines. Également utilisé pour la réduction des composés nitroso et nitro, des quinones et des disulfures. 9. Iodure d'hydrogène HJ. Ce réactif est souvent utilisé en laboratoire pour la réduction des alcools et éthers aliphatiques. 10. L'hydrogène moléculaire - en présence de catalyseurs, est utilisé pour réduire divers composés organiques. L’ajout d’hydrogène à des composés organiques est appelé hydrogénation. L'hydrogénation peut être réalisée dans des conditions de catalyse hétérogène et homogène. L'hydrogénation hétérogène se produit généralement sur la surface solide d'un catalyseur métallique et est provoquée par l'activation de molécules réactives lors de l'interaction avec la surface. La réduction avec l'hydrogène peut s'accompagner d'une hydrogénolyse. L'hydrogénolyse (hydrogénation destructive) est la rupture d'une liaison carbone-carbone, carbone-hétéroatome (N, S, O, etc.) ou hétéroatome-hétéroatome dans des composés organiques sous l'influence de l'hydrogène. Elle est généralement réalisée en présence de catalyseurs d'hydrogénation. Les produits d'hydrogénation sont donnés dans le tableau 2. composés de différentes classes Tableau 2 Composés (groupe fonctionnel) réduits par hydrogénation catalytique Composé réduit (groupe fonctionnel) Produit de réduction RCOCl RCHO, RCH2OH RNO2 RNH2 RCCR RCH=CHR, RCH2CH2R RCHO RCH2OH RCH=CHR RCH2CH2R RCOR RCH(OH)R, RCH2R RCN RCH2NH2 RCOOR1 RCH2OH (R1OH) RCONHR1 RCH2NHR1 C6H6 C6H12 ROH RH RCOOH RCH2OH 13 Les catalyseurs d'hydrogénation hétérogène sont des éléments chimiques à coquilles D incomplètes, le plus souvent des métaux du groupe VIII du système périodique : a) Nickel de Raney (Ra – Ni) – un catalyseur actif et universel. Des catalyseurs dits squelettiques ou catalyseurs de Raney sont souvent utilisés. Il existe sept variétés connues de ces catalyseurs, désignées par W1, W2, …….W7. Ils sont préparés à partir d'un alliage 1:1 de nickel et d'aluminium (alliage Raney), contenant une petite quantité de titane (pour augmenter la fragilité). L'alliage est broyé puis traité avec un alcali. Dans ce cas, l'aluminium est lavé, et l'hydrogène libéré est adsorbé par le nickel : NiAl2 + 6NaOH + 6H2O → Ni + 2Na3 + 3H2 spongieux Le nickel de Raney bien préparé est pyrophorique et doit être stocké sous une couche de solvant. Après utilisation, il est filtré du mélange réactionnel (le métal ne doit pas rester sec) et dissous dans de l'acide nitrique dilué (une réaction violente !). L'activité du nickel de Raney dépend largement des conditions d'hydrogénation et peut être modifiée dans des limites assez larges en introduisant des substances appropriées dans le mélange réactionnel. Une augmentation de l'activité est obtenue principalement en utilisant du chlorure de palladium et du platine comme activateurs. Une réduction partielle de l'activité du nickel de Raney afin de l'utiliser pour l'hydrogénation sélective peut être obtenue en introduisant de l'acétate de zinc et de la pipéridine, de la pyridine ou de la quinoléine, un mélange d'acide nicotinique, de morpholine et de pyridine, etc. b) Pt, Pt/C, PtO2.H2O (catalyseur d'Adams) – catalyseurs au platine qui permettent l'hydrogénation de la plupart des groupes fonctionnels. 14 Le noir de platine est obtenu en laboratoire en réduisant l'acide chloroplatinique avec du formaldéhyde. H 2 PtCl 6 + H2O CH 2 O KOH Poudre noire Pt. Le noir obtenu est lavé avec de l'eau distillée. Lors de l'obtention de ce catalyseur, il est nécessaire de respecter strictement les conditions d'obtention du noir, sinon une forme inactive du catalyseur peut en résulter. Pour l'hydrogénation, il est plus pratique d'utiliser le catalyseur Adams PtO2. H2O. Il est obtenu en fusionnant l'acide chloroplatinique avec du nitrate de sodium à 500-550°C. H2PtCl6 + NaNO3 → PtO2 jaune-brun Une fois la libération de NO2 terminée, l'alliage est refroidi et lavé à l'eau. L'oxyde résultant est du PtO2. H2O est bien conservé et sa réduction avec l'hydrogène en platine se produit directement dans le réacteur. Le platine supporté sur carbone Pt/C peut être préparé par la réaction du sel Na2PtCl6 avec du borohydrure de sodium en présence d'un support, par exemple : Na 2 PtCl 6 NaBH 4, forme C Pt/C o C2 H5OH, 25 C c) Pd, Pd/C, Pd/CaCO3 et autres – catalyseurs au palladium. Les catalyseurs métalliques libres sont peu faciles à manipuler et nécessitent des précautions particulières lors du stockage. De plus, seule une fine couche superficielle de métal participe aux processus catalytiques, il est donc conseillé d'appliquer une fine couche de catalyseur sur un substrat - « support ». 15 Différents supports sont utilisés : charbon actif, oxyde d'aluminium, oxyde de silicium, sulfates et carbonates de baryum, de calcium et d'autres métaux, amiante, pierre ponce, kieselguhr, etc. Par exemple, une quantité calculée de solution de sulfate de sodium est ajoutée à une solution de du chlorure de baryum puis une solution de Na2PdCl4, qui s'adsorbe en surface du sulfate de baryum. Ceci est suivi d'une réduction conventionnelle en métal, par exemple avec du formaldéhyde. Na2PdCl4 + CH2O + 3NaOH → Pd + HCOONa + 4NaCl + 2H2O Un catalyseur très actif est le palladium sur charbon Pd/C. Le rôle du support inerte est d'augmenter la surface de contact du métal ou d'un autre composant actif du catalyseur avec les substances réagissantes. Par conséquent, la surface spécifique du support lui-même et sa structure affectent l'activité du catalyseur. De plus, son activité, sa sélectivité et sa stabilité peuvent souvent être augmentées en ajoutant de petites quantités d’autres métaux, sels, oxydes ou acides minéraux appelés promoteurs (activateurs). Parfois, les catalyseurs supportés sont des compositions complexes : Pd/CaCO3 + Pb(OCOCH3)2 – le catalyseur Lindlar est efficace pour l'hydrogénation sélective des triples liaisons en doubles liaisons cis ; Pd/BaSO4 + S8/quinoléine - Catalyseur Rosenmund. d) l'oxyde (MgO, ZnO, Cr2O3, Fe2O3, etc.), l'oxyde complexe (ZnO + Cr2O3, CuO + Cr2O3, CuO + CuCg2O4), le sulfure (FeS, CoS, Re2S7, MoS2, NiS, WS2, etc.) sont utilisé dans l'industrie .) et des catalyseurs à plusieurs composants, notamment des composés de titane, de vanadium, d'aluminium, de magnésium et de zinc. 16 Le catalyseur Adkins est du chromite de cuivre, un composé inorganique complexe de composition Cu2Cr2O5, utilisé pour la catalyse en synthèse organique. Hydrogénation homogène. Certains complexes de métaux de transition sont capables de catalyser l’hydrogénation des alcènes et des alcynes. Ces complexes étant solubles dans les solvants organiques et étant dans la même phase que les réactifs de départ, une telle hydrogénation est dite homogène. Les catalyseurs pour l'hydrogénation homogène sont : (Ph3P)3RhCl – catalyseur de Wilkinson ; IrCl(CO)(Ph3P)2 - catalyseur Vaska et al. Lors de l'hydrogénation d'alcènes ou d'alcynes en présence de complexes de métaux de transition, les groupes NO2, COOR, CN, C(O)R ne sont pas affectés, par exemple : Ph CH CH NO 2 + H2 (PPh 3) 3RhCl CH 3COC 2H5 Ph CH2 CH2 NO 2 44% Les avantages de l'hydrogénation homogène par rapport à l'hydrogénation hétérogène sont : - une meilleure reproductibilité des résultats ; - absence d'hydrogénolyse des liaisons C-O et C-N ; - haute sélectivité ; - insensibilité aux poisons catalytiques. L'utilisation de ligands chiraux permet une hydrogénation asymétrique des liaisons C=C, C=O ou C=N. L'un des ligands chiraux les plus utilisés à cette fin est le 2,21bis(diphénylphosphino)-1,11-binaphtyl (BINAP). 17 PPh2 PPh2 (R)-(+)-BINAR 2. RÉDUCTION DES HYDROCARBURES Les réactions de réduction des hydrocarbures peuvent être divisées en deux types : 1. Addition d'hydrogène par liaisons multiples : CH CH H2 CH2 CH2 H2 CH3 CH3 2. Réactions avec l'hydrogène accompagnées de clivage des liaisons carbone-carbone (hydrogénation destructrice ou hydrogénolyse). Les hydrocarbures à chaîne ouverte, les cycloalcanes et les composés aromatiques avec une chaîne latérale sont capables de ces réactions. Alcanes et cycloalcanes. L'hydrogénolyse des alcanes est généralement réalisée sur des catalyseurs de reformage industriels, par exemple Pt/Al2O3 à 285°C, ce qui conduit à leur conversion en hydrocarbures de poids moléculaire inférieur. Au cours de l'hydrogénolyse, toutes les liaisons C-C dans les molécules d'alcane peuvent être rompues. La teneur en méthane dans les produits de réaction augmente de manière significative avec une augmentation du degré de ramification du 18 hydrocarbure et, par conséquent, avec une augmentation du nombre de groupes méthyle. L'hydrogénolyse des alcanes en utilisant l'éthane comme exemple peut être représentée par le schéma suivant : CH3 H2 CH3 Kt 2 CH4 Sous l'influence de l'hydrogène en présence d'un catalyseur, une ouverture de cycle se produit dans les molécules de cycloalcane. L'hydrogénolyse catalytique des cyclopropanes se produit très facilement. Le cyclobutane est moins réactif et l'ouverture du cycle pendant l'hydrogénolyse se produit dans des conditions plus strictes. H2/Ni 80°C H2/Ni 180°C H2/Ni 300°C Alcènes et diènes L'addition d'hydrogène via une double liaison carbone-carbone isolée en présence de métaux nobles et de nickel de Raney se produit généralement facilement à une température de 20 °C. - 25°C et une pression d'hydrogène de 1 à 4 atm. La vitesse de réaction dépend de la structure du composé et dans la série des alcènes et des cycloalcènes diminue avec l'augmentation du degré de substitution du fragment d'éthylène (règle de Lebedev). L'éthylène est hydrogéné le plus rapidement et pour ses homologues, la vitesse de réaction due à l'effet de filtrage des substituants tombe dans l'ordre suivant : 19 R H2 C CH2 CH2 > > R R R > CH2 > R R > R R R R R > R Le résultat stéréochimique de l'hydrogénation dépend en grande partie sur la nature du catalyseur et les conditions de réaction. Catalyseur C H H Catalyseur C CH Catalyseur C H CH CH Dans les diagrammes ci-dessus, on peut voir que les deux atomes d'hydrogène s'approchent des atomes de carbone de la double liaison depuis la surface du catalyseur métallique. Et généralement, l’addition se produit sur un seul côté de la double liaison. Dans ce cas, la molécule de substrat fait généralement face à la surface du catalyseur avec son côté spatialement moins obstrué. Si l'alcène se lie suffisamment fortement au catalyseur, le produit de synthèse* est principalement formé par hydrogénation. Cependant, avec une liaison moins forte de l'alcène à la surface du catalyseur, l'ajout d'hydrogène se produit par étapes. Après l'ajout du premier atome d'hydrogène, un changement dans la position de la molécule de substrat sur la surface du catalyseur et divers processus d'isomérisation peuvent se produire. Dans ce cas, le sens prédominant de la réaction peut être anti-addition. Le résultat stéréochimique de l'hydrogénation peut varier en fonction du catalyseur utilisé. Ainsi, les catalyseurs au platine produisent principalement un produit de synthèse, et lors de l'utilisation d'un catalyseur au palladium, un produit anti-addition est souvent formé. Par exemple, lorsque le 1,2-diméthylcyclohexène est hydrogéné sur PtO2 dans de l'acide acétique à 25 °C et à pression atmosphérique, un produit contenant 82 % d'isomère cis et 18 % d'isomère trans est formé. Lorsque la pression d'hydrogène augmente jusqu'à 500 atm, la teneur en isomère cis augmente jusqu'à 95 %. ___________________________________________________________________ *Syn addition - lorsque deux fragments d'un réactif sont ajoutés du même côté d'une liaison multiple. Dans les cas où des atomes ou des groupes d’atomes sont ajoutés sur différents côtés d’une liaison multiple, une antiaddition se produit. Les termes syn- et anti- ont une signification équivalente aux termes cisi trans-. Il faut tenir compte du fait que les termes syn- et anti- font référence au type de fixation, et les termes cis- et trans- à la structure du substrat. H C H 3 H2, Pd/C H2, PtO 2 H o AcOH, 25 C H3C H 73 % trans-1,2-diméthylcyclohexane H o AcOH, 25 C H3C CH3 1,2-diméthylcyclohexène H3C CH3 82 % cis-1,2 -diméthylcyclohexane L'hydrogénation du 1,2-diméthylcyclohexène sur Pd/C conduit à la formation d'un mélange d'isomères du 1,2-diméthylcyclohexane, dans lequel l'isomère trans prédomine (73 %). La réaction d'hydrogénation est exothermique. Une caractéristique importante de la plupart des réactions d'hydrogénation est leur réversibilité (déshydrogénation). La réduction des alcènes en alcanes correspondants peut être réalisée en utilisant du diimide NH=NH. Le diimide peut être obtenu par deux méthodes principales : l'oxydation de l'hydrazine avec le peroxyde d'hydrogène 21 en présence d'ions Cu2+ ou la réaction de l'hydrazine avec le Ni de Raney. CH3 CH3 NH2NH2 H CH3 Ni - Raney CH3 H cis-1,2-diméthylcyclopentane 1,2-diméthylcyclopentène Une caractéristique distinctive de cette méthode est que le processus de réduction se produit sous la forme d'une addition syn. Une méthode indirecte d'hydrogénation de composés insaturés implique l'interaction d'alcènes avec des hydrures de bore. Cette méthode est appelée hydroboration. La réaction du diborane B2H6 avec un alcène se produit sous la forme d'une addition syn à une double liaison, par exemple : CH3 CH3 CH3 H + B2H6 BH2 CH3 CH3 CH3 H H) B 3 B H H CH3 Décomposition ultérieure du tris(2-méthylcyclohexyl)borane résultant avec l'acide acétique conduit à l'hydrocarbure : CH3 H CH3 AcOH 3 + B(OAc) 3)3 B Si l'alcène est asymétrique, alors l'atome de bore s'attache préférentiellement à l'atome de carbone le moins substitué (le plus hydrogéné), c'est à dire contre le régime de Markovnikov. 22 H3C CH CH2 B2H 6 H3C CH2 CH2 BH2 ..... (H3C CH2 CH) B 23 Cette direction d'addition est principalement causée par des effets spatiaux. Sous l'influence des acides des alkylboranes, la liaison C-B est clivée, un proton attaquant un atome de carbone porteur d'une charge partiellement négative : (R CH2 +  CH2)3 B   3 R CH2 CH3 Pour la coupure de la liaison C-B. Liaison C-B, c'est l'acide acétique le plus efficace, puisque l'atome de bore a tendance à former des liaisons avec l'oxygène. Les diènes à chaîne droite s'hydrogénent plus rapidement que les oléfines. Selon la structure du diène, l'hydrogène peut être ajouté d'abord en position 1,4 ou simultanément en positions 1,2 et 1,4. L'hydrogénation complète conduit aux alcanes. 1.2H2C CH CH CH2 H2 H3C CH2 CH CH2 H2 1,4- H3C CH CH H3C CH2 CH2 CH3 CH3 Les diènes conjugués subissent des réactions d'addition plus facilement que les diènes non conjugués. L'hydrogénation de diènes conjugués sous catalyse hétérogène conduit généralement à des alcanes. Il est possible de réduire sélectivement un diène pour produire un alcène sous l'action d'un amalgame de sodium en milieu hydroalcoolique ou avec du sodium dans de l'ammoniaque liquide. Dans ce cas, des produits d'addition 1,4 (isomères E et Z) se forment : 23 Na NH3 liquide. CH2 CH CH CH2 CH3 CH Na (Hg) CH CH3 H2O, EtOH 1,3-butadiène 2-butène Alcynes La réduction des hydrocarbures acétyléniques peut se dérouler complètement en composés saturés ou partiellement en composés éthylène. L'hydrogénation complète est généralement réalisée dans des conditions douces (25°C, 1 – 5 atm) sur des catalyseurs au palladium, au platine et au nickel actif : CH3 C CH H2 Kt CH3 CH CH2 H2 CH3 CH2 CH3 Kt L'hydrogénation partielle des acétylènes est bien plus pratique. importance. Dans ce cas, les catalyseurs les plus adaptés sont les catalyseurs au palladium, partiellement désactivés avec de l'acétate de plomb (catalyseur Lindlar), et les catalyseurs au nickel (squelettique, etc.). Par exemple : R 1 R 2 H2, kàò. Linéaire R 1 R 2 o EtOH, 0-20 C H H cis-alcène Le taux d'hydrogénation de la triple liaison sur ces catalyseurs est supérieur à celui de la double liaison, alors que sur d'autres catalyseurs, il n'y a pas une telle différence, ou la double liaison est hydrogénée à un tarif plus élevé (surtout s’il s’agit de communications terminales). Les alcynes peuvent également être réduits par des solutions de métaux dans l'ammoniac liquide. Ce procédé est stéréosélectif et les produits 24 de la réduction des alcynes disubstitués sont des alcènes ayant la configuration E (trans-), par exemple : CH3 CH2 C C CH2 COOH H CH3 CH2 Li C C THF, NH3 CH2 COOH H Cette méthode complète avec succès l'hydrogénation catalytique , qui produit des alcènes de configuration Z (cis-). Les hydrures d'aluminium sont utilisés pour réduire les alcynes en synthèse organique. L’ajout d’hydrures d’aluminium au niveau de liaisons multiples est appelé réaction d’hydroalumination. Le réactif le plus populaire pour ces réactions est l'hydrure de diisobutylaluminium - (i-C4H9)2AlH (DIBAL-N). Une propriété distinctive de ce réactif est la facilité d’addition au niveau de la triple liaison carbone-carbone, même à basse température. Les doubles liaisons subissent une hydroalumination beaucoup plus lentement. Cela permet aux alcynes, en particulier aux alcynes terminaux, d'être convertis en alcènes. R C CH + (i-Bu)2AlH -20oC toluène R H H CH 3OH Al(i-Bu)2 R H H H Lorsqu'il est réduit par des hydrures d'aluminium, l'atome d'aluminium se lie préférentiellement à l'atome de carbone le moins substitué. Arènes La stabilité du système aromatique détermine sa plus faible réactivité lors de l'hydrogénation par rapport aux oléfines. Ainsi, les taux relatifs d'hydrogénation du benzène, du cyclohexène et de la double liaison dans le styrène sont : 25 900 150 1 Le benzène est beaucoup plus difficile à hydrogéner que les hydrocarbures insaturés. On suppose que l’ajout d’atomes d’hydrogène provenant de la surface du catalyseur à la molécule adsorbée se produit par étapes. La première étape vient avec l’absorption de l’énergie. Les étages suivants sont exothermiques et leur vitesse est bien supérieure à celle du premier étage. De ce fait, il est impossible d'isoler les produits intermédiaires (cyclohexadiène et cyclohexène) lors de l'hydrogénation du benzène. 3 H2 N i Pour l'hydrogénation du benzène, de ses homologues et dérivés, des catalyseurs au platine et au rhodium sont utilisés, dans certains cas des qualités hautement actives de nickel squelettique à des températures de 25 à 50 ° C et une pression d'hydrogène de 1 à 3 atm. Les homologues du benzène sont hydrogénés à un taux inférieur à celui du benzène lui-même. Dans les alcénylbenzènes, la chaîne latérale est réduite en premier. Selon les conditions de réaction et le catalyseur, une hydrogénation complète du cycle aromatique et de la chaîne latérale ou une hydrogénation sélective de la chaîne latérale peut être réalisée : C2H5 4 H2 CH CH2 Ni 26 H2 Cu C2H5 Les hydrocarbures aromatiques à noyaux condensés sont hydrogénés par étapes, avec le les liaisons d'un anneau étant saturées en premier. L'hydrogénation du naphtalène passe par les étapes suivantes (avec isomérisation intermédiaire du 1,4-dihydronaphtalène en isomère 1,2 plus stable) : 8 1 7 H2 2 6 H2 3 4 5 1,4-dihydronaphtalène et 1,2-a plage 3 H2 Lorsque l'anthracène est hydrogéné aux positions 9 et 10 : 8 9 1 7 2 6, le premier ajout se produit. La réduction des cycles aromatiques par le système métal-ammoniac est la méthode de réduction de la matière organique la plus utilisée en synthèse. Les solutions de métaux dans l'ammoniac liquide agissent comme des agents suffisamment puissants pour réduire le cycle aromatique, et en même temps suffisamment spécifiques pour garantir que la réduction ne se produit que partiellement en dihydrobenzènes (cyclohexadiènes). Ce type de réaction est connu sous le nom de réduction de Birch. La facilité de réduction diminue dans l'ordre suivant : anthracène > phénanthrène > naphtalène > diphényle > benzène Le benzène lui-même ne peut pas être réduit par un métal alcalin dans l'ammoniac liquide, et sa réduction ne peut être réalisée avec succès en 1,4-dihydrobenzène qu'en présence de un donneur de protons plus efficace que l'ammoniac, comme l'éthanol : Na, EtOH NH3 (æ) Ce type de réduction est également observé pour les dérivés benzéniques substitués. La chimiosélectivité est une caractéristique unique de la réduction de Burch, puisque les principaux produits sont des diènes non conjugués. Lors du remplacement du sodium par du lithium, les rendements en produits diènes augmentent. Lorsque le lithium est utilisé, la récupération est obtenue même dans les cas où le sodium n'est pas efficace. Dans cette méthode, de l’alcool est ajouté à la fin de la réaction. Pour augmenter la solubilité du matériau de départ, de l'éther ou du tétrahydrofuranne est souvent ajouté au mélange réactionnel. Le mécanisme réactionnel de la première étape implique le transfert d’un électron du métal vers le composé aromatique pour former un radical anion (1). La protonation de cet anion radical avec un alcool donne le radical (2), qui gagne alors un autre électron, donnant l'anion (3). La protonation de ce dernier avec l'alcool conduit au cyclohexadiène (4). 28 HH . . + M = Li, Na . ROH - ROM M NH3 - H H . + H - . M H H H H (2) ROH NH3 - RO H H H (1) H - H (3) H (4) La réaction de Birch ralentit en présence de substituants donneurs d'électrons dans la molécule du composé aromatique, car ils compliquent la première étape lente de la réaction - le transfert d'un électron du métal alcalin à la molécule composé aromatique. Dans ce cas, les substrats contenant un substituant donneur d'électrons forment du 1,4cyclohexadiène 1-substitué. O O Na CH3 CH3 NH3(æ) 80 % La réduction des substrats avec des substituants attracteurs d'électrons conduit à la formation de 1,4cyclohexadiène 3-substitué. - COOH ÑOO Na Na , NH3(æ) + COOH H3 O EtOH 29 + Il convient de noter que la plupart des groupes accepteurs dans les conditions de la réaction de Birch sont eux-mêmes réduits, et en premier lieu. Par conséquent, une proportion importante d’exemples de réduction de Birch de dérivés aromatiques contenant des groupes attracteurs d’électrons sont associés à la réduction d’acides aromatiques ou de leurs amides. Dans les cas où l'acétate d'ammonium est utilisé comme source de protons, le groupe amide est réduit en aldéhyde. 3. RESTAURATION DES DÉRIVÉS HALOGÉNIQUES DES HYDROCARBURES L'hydrogénolyse des dérivés halogénés se produit facilement sur divers catalyseurs. La nature de la liaison carbone-halogène (type d'halogène) et les conditions de réaction, principalement la température, sont d'une importance décisive dans l'hydrogénolyse des dérivés halogénés. En général, la résistance à l'hydrogénolyse de la liaison carbone-halogène évolue dans l'ordre suivant : iode-< бром- < хлор- < фторпроизводные Йод- и бромалканы легко восстанавливаются на скелетном никелевом катализаторе в присутствии гидроксида калия при температуре 25оС и атмосферном давлении. Хлориды в этих условиях подвергаются гидрогенолизу медленнее. Алкилфториды восстановить с приемлемыми выходами даже в жёстких условиях практически не удаётся. В случае непредельных галогенпроизводных восстановительное дегалогенирование протекает особенно легко, если атом галогена находится в аллильном или пропаргильном положении. При этом во всех случаях восстанавливается и кратная связь. 30 R CH CH CH2Br H2 R CH2 CH2 CH3 Ni В ароматических соединениях атом галогена в бензильном положении замещается водородом намного легче, чем атом галогена, находящийся в ароматическом кольце. Дегалогенирование может быть осуществлено без восстановления бензольного кольца. Прекрасным катализатором гидрогенолиза галогенпроизводных разных типов является никель Ренея. Дегалогенирование арилгалогенидов проводят в присутствии щёлочи и обычно при температуре 25оС и давлении 1 – 3 атм: Br OH OH H2 o Ni, 25 C O CH3 O CH3 Арилгалогениды на оксиде платины при температуре 50-70оС и давлении 3 атм не только подвергаются гидрогенолизу, но и полностью гидрируются, давая циклоаланы с выходом 70-95%, например: R H2 PtO2, EtOH, 55oC, 3атм R=Br, Cl При действии комплексных гидридов металлов на первичные и вторичные алкилгалогениды происходит замещение галогена водородом: H3C CH2 LiAlH 4 CH2 Br ýôèð 31 H3C CH2 CH3 Бензил- и аллилгалогениды при действии алюмогидрида лития претерпевают восстановительное расщепление легче, чем арилгалогениды. Это иногда позволяет провести процесс селективно. Cl Cl LiAlH 4 ýôèð CH3 Br Присутствие электронодонорных заместителей в орто- или параположении арилгалогенидов оказывает положительное влияние на скорость реакции. Неактивированные арилфториды и арилхлориды не восстанавливаются комплексными гидридами металлов, а арилбромиды и арилйодиды легко восстанавливаются. Это дает возможность селективно восстанавливать полигалогенпроизводные, например: Cl LiAlH 4 Cl ýôèð I Общим методом дегалогенирования является обработка субстрата металлическим литием и третбутиловым спиртом в тетрагидрофуране. Эта восстанавливающая система замещает галоген в алкильных, винильных, аллильных, ароматических галогенидах. Данным методом удается удалить даже галоген, находящийся в голове моста бициклической системы и восстановить геминальные дигалогенпроизводные, например: 32 Cl Cl Li + t - BuOH THF Другой способ замещения галогена на водород заключается во взаимодействии галогенпроизводного с магнием в эфире и последующим гидролизом полученного реактива Гриньяра: R Hal + Mg H2O R MgHal ýôèð R H реактив Гриньяра Особенно легко таким образом реагируют алкилгалогениды, аллил- и бензилгалогениды. Галогенпроизводные алифатического ряда восстанавливаются йодистым водородом так же хорошо, как и спирты: R R I + HI H + I2 Легче всего реагируют йодиды, а некоторые хлорпроизводные практически не взаимодействуют с йодистым водородом. 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СПИРТОВ, ФЕНОЛОВ И ПРОСТЫХ ЭФИРОВ Спирты и фенолы весьма устойчивы к действию восстановителей. Они часто являются конечными продуктами восстановления различных карбонильных соединений. Для каталитического восстановления спиртов наиболее эффективными катализаторами являются никель Ренея, медные и железные катализаторы при температуре 250 – 300оС: 33 H2 OH H3C Ni H3C CH3 Алифатические спирты в лабораторной практике удобнее восстанавливать до алканов действием йодистого водорода. Это классический метод замещения гидроксильной группы водородом (дезоксигенирование). Реакция осуществляется в две стадии. На первой стадии идёт замещение гидроксила на атом водорода: R OH + HI R I + H2O На второй стадии происходит восстановление йодистого алкила второй молекулой йодистого водорода с образованием алкана и иода: R H + R I + HI I2 Недостатком этого метода является использование большого избытка достаточно дорогого реагента - йодистого водорода. Бензиловые спирты восстанавливаются легче, чем алифатические. По способности к восстановлению их можно расположить в следующий ряд: HO C > HO CH > CH2OH La réduction des phénols se produit dans des conditions plus sévères. Les phénols ne sont pas réduits par des agents réducteurs chimiques, ils recourent principalement à la réduction catalytique et le sens de la réaction est déterminé par les conditions d'hydrogénation et le catalyseur. Dans l'industrie, le cyclohexanol est produit en quantités importantes par hydrogénation du phénol, utilisé dans la production de matériaux polymères. Le processus de réduction du phénol en cyclohexanol avec de l'hydrogène est effectué sur un catalyseur au nickel à une pression d'hydrogène élevée (1,5-2,5 MPa) et à une température de 140-150°C : OH OH 3H2, Ni/Cr 2O 3 o 140-150 C. phénol cyclohexanol Une réduction incomplète est également possible du phénol en cyclohexanone. La réaction est réalisée sur un catalyseur au palladium : OH O OH 2H 2 Pd/Al 2O3 o 110-140 C 88-92% phénol cyclohexanone Les alcools gras aromatiques tertiaires sont réduits presque quantitativement en hydrocarbures par l'action du zinc dans l'acide acétique : Zn OH triphénylcarbinol + 2 CH 3COOH triphénylméthane 35 (CH 3COO) 2Zn + H2 O Les alcools aromatiques gras primaires et secondaires sont réduits en hydrocarbures correspondants par l'action du sodium dans l'alcool : Na OH CH2 EtOH diphénylcarbinol (benzhydrol) diphénylméthane Tertiaire, ainsi que les alcools benzyliques et allyliques, sont efficacement réduits lorsqu'ils sont traités avec des silanes en présence d'acides de Lewis : R3 COH BF3 + R3 C R"3 SiH R3 CH Un autre exemple de réduction d'alcools tertiaires par des donneurs d'ions hydrure est la réaction de 1-alkyl- 1-cyclohexanol avec le triéthylsilane dans l'acide trifluoroacétique pour former un hydrocarbure : R (C 2H5) 3SiH OH R CF 3COOH Réduction des éthers la série adiphatique se produit avec le clivage de la liaison C-O. Par exemple, sous l'action de l'iodure d'hydrogène dans l'acide acétique lors du chauffage, les éthers sont divisés pour former un mélange d'alcools et d'halogénures d'alkyle. 36 O H3 C HI OH H3 C CH3 + Réduction des oxiranes par l'hydrogène en alcools correspondants, par exemple : H2 O H3 C I conduit à H3 C o Ni, 100 C OH La réduction des oxiranes par l'hydrure de lithium et d'aluminium conduit à l'ouverture du cycle avec le formation d'un alcool secondaire ou tertiaire. La réaction consiste en une attaque nucléophile de l'ion hydrure au niveau de l'atome de carbone le moins substitué : CH3 O CH3 o 1. LiAlH 4, THF, O C OH 2. H2 O 83% Dans les éthers insaturés, l'hydrogène est ajouté via une liaison multiple : O O H2 CH3 o Ni, 20 C vinylphényléther phénétol L'hydrogénation du diphényléther se produit dans des conditions difficiles : O OH H2 o Fe, 485 C 37 + 5. RÉDUCTION DES ALDÉHYDES ET DES CÉTONES La réduction des aldéhydes et des cétones se distingue par une grande variété de méthodes, par conséquent, pour plus de commodité, le matériel de cette section est présenté en fonction du type d'agent réducteur utilisé. Hydrogénation catalytique Dans des conditions d'hydrogénation catalytique, les aldéhydes sont réduits en alcools primaires et les cétones sont réduites en alcools secondaires. Tous les catalyseurs métalliques conviennent à la réduction des composés carbonylés avec de l'hydrogène. Les plus efficaces sont le platine et les qualités actives de nickel squelettique. Sur ces catalyseurs, ainsi que sur le rhodium et le ruthénium, la plupart des aldéhydes et cétones sont hydrogénés à une température de 25°C et une pression de 1 à 4 atm. Avec des variétés moins actives de nickel de Raney, un taux de réduction suffisant est obtenu à des températures allant jusqu'à 100 - 125oC et des pressions jusqu'à 100 atm : O H2 H O R OH PtO2 (Ni), 25oC, 3 atm HO H2 CH3 R Ni, 25-30o C, 1-3 atm CH3 R =Me, Ph Lors de l'hydrogénation partielle des aldéhydes et cétones ,-insaturés, seule la liaison C=C réagit : O H2 R H O o Pd/Al 2 O3, 25 C, 2 àòì 38 R H 88% La réactivité des aldéhydes et des cétones lors de la réduction est due à des facteurs électroniques et spatiaux. Ainsi, les aldéhydes sont réduits plus facilement que les cétones, et le formaldéhyde est réduit plus facilement que l'acétaldéhyde. Avec hydrogénation complète (2 moles d'hydrogène) des aldéhydes et cétones ,-insaturés sur le nickel de Raney, un alcool saturé se forme : O H2 H OH Ni, 125oC, 100 atm crotonaldéhyde 94% butanol-1 Si le groupe carbonyle est associé à un noyau aromatique, puis obtenu lors de l'hydrogénation, l'alcool peut alors subir une hydrogénolyse dans les mêmes conditions : O H2 Ar Kt R OH Ar H2 Kt Ar CH2 R + H2 O R De nombreux composés carbonylés aromatiques sur chromite de cuivre ou nickel de Raney subissent une hydrogénolyse, par exemple exemple : O H2 CuCr2O4, EtOH, 175oC , 100-150 atm diphényl cétone diphénylméthane Des catalyseurs comme le rhodium et le ruthénium permettent de minimiser l'hydrogénolyse de la liaison C-O. 39 OH OH O CH3 H2 (3 atm), 5%Rh/Al2O3 C2H5OH, 50oC CH3 OH 78% Pendant l'hydrogénation sur des catalyseurs platine-rhodium dans de l'éthanol ou de l'acide acétique à une température de 20-90oC et une pression allant jusqu'à 5 atm , le cycle benzénique est également réduit : H3С O H3C H2 OH RhO2 - PtO2, EtOH (AcOH) 94% acétophénone 1-phényléthanol Pour la réduction des cétones aromatiques, on utilise le plus souvent des catalyseurs tels que le palladium sur carbone et le chromite de cuivre, car le l'hydrogénation du cycle aromatique se produit très lentement sur ces catalyseurs. Lors de l'hydrogénation partielle des cétones aromatiques insaturées, la réduction se produit uniquement au niveau de la liaison C=C : O CH CH C CH3 H2 O CH2 CH2 C CH3 Pt/C Ainsi, la liaison multiple carbone-carbone interagit avec l'hydrogène plus rapidement que le groupe carbonyle. Amination réductrice 40 Si l'hydrogénation des aldéhydes et des cétones est réalisée en présence d'ammoniac, d'amines primaires ou secondaires, alors au lieu d'alcools, on obtient les amines primaires, secondaires ou tertiaires correspondantes (amination réductrice). À ces fins, des catalyseurs squelettiques au nickel (40-150°C, 3-150 atm) ou au platine (25°C, 1-3 atm) sont généralement utilisés. R1 O R2 NHR 3R4 R1 NR 3R4 R2 R1 H2 OH CH NR 3R4 + H2 O R2 Kt R4 =H (R 3 =R 4 =H) - H2 O R1 C R2 NR 3 H2 Kt R1 CH NR 3 R2 On suppose que les produits intermédiaires sont ici des azométhines ou des énamines. Lors de la réalisation d'une amination réductrice, il faut tenir compte de la possibilité de réactions secondaires, y compris la formation d'amines avec un degré d'alkylation supérieur à celui spécifié. La production préférentielle d'une amine avec le degré d'alkylation requis est déterminée par le rapport des réactifs. Pour obtenir des produits de monoalkylation, le composant amine est généralement pris en excès. Parmi les aldéhydes aliphatiques, seuls les composés contenant plus de cinq atomes de carbone sont bien adaptés à l'amination catalytique réductrice, tandis que les aldéhydes inférieurs forment facilement des produits de condensation (tels que des aldoles) au cours de la réaction. La réaction se déroule sans problème dans le cas des cétones aliphatiques et aromatiques et des aldéhydes aromatiques. L'amination réductrice des aldéhydes ou des cétones peut également être réalisée par action du formiate d'ammonium ou des formamides (réaction de Leukart-Wallach) : 41 O R C O + R H C N R1 R2 R3 R2 CH N - CO2 R1 R3 La réaction est réalisée à 50-200° C dans l'acide formique ou acétique, ou sans solvant. Les rendements des produits finaux sont de 70 à 75 %. Les amines tertiaires sont les mieux obtenues selon Leuckart-Wallach. Lors de la production d'amines primaires ou secondaires, des amines hautement alkylées sont toujours formées comme sous-produits. Modification de la réaction de Leuckart-Wallach - obtention d'amines Nméthylées par réaction d'amines primaires ou secondaires avec du formaldéhyde et de l'acide formique (réaction d'Eschweiler-Clark). 100o C R2 N H + CH2 O + HCO OH R2 N CH3 Réduction avec des hydrures métalliques complexes Les hydrures métalliques complexes sont plus souvent que les autres réactifs utilisés en laboratoire pour la réduction des aldéhydes et des cétones. L'hydrure de lithium et d'aluminium et le borohydrure de sodium réduisent respectivement les aldéhydes aliphatiques et les cétones en alcools primaires et secondaires : O H3 C LiAlH 4 ýôèð H3C CH2 OH H O H3 C CH3 LiAlH 4 ýôèð OH H3 C CH3 Lorsqu'il est réduit par l'hydrure de lithium et d'aluminium, l'ion complexe AlH4- agit comme un ion porteur d'hydrure, qui est le 42ème agent nucléophile du groupe carbonyle : par rapport à l'atome de C O R R carbone R R AlH4- R en C O - H2O R C OH H H Réduction des aldéhydes et cétones ,-insaturés avec l'hydrure de lithium et d'aluminium ou le borohydrure de sodium, selon la structure du substrat, la nature du réactif et les conditions de réaction peuvent se produire soit au niveau du groupe carbonyle, soit avec la réduction à la fois du groupe carbonyle et de la double liaison. En règle générale, ces réactifs réduisent majoritairement le groupe carbonyle sans affecter la double liaison : O LiAlH4 HO... 2 ester H OH aldéhyde crotonique alcool crotylique Dans certains cas, l'utilisation de ces réducteurs conduit à un mélange de deux produits. O OH NaBH 4 + EtOH 2-cyclohexénone OH 2-cyclohexénol 59 % cyclohexanol 41 % Dans le cas où la double liaison est conjuguée à un cycle aromatique, une réduction avec l'hydrure de lithium et d'aluminium peut se produire à la fois au niveau de la double liaison et du groupe carbonyle : 43 O H LiAlH4 éther cinnamaldéhyde OH alcool hydrocinnamique Les alcoxyhydrures d'aluminium sont les réactifs préférés pour la réduction des aldéhydes et cétones insaturés en alcools insaturés correspondants. Par exemple, l'hydrure de lithium tris (tert-butoxy) aluminium (LTBA) réduit le groupe carbonyle des aldéhydes α, β-insaturés sans affecter la double liaison. O H LiAl (O-t-Bu)3 H cinnamaldéhyde OH alcool cinnamique LTBA, pris en quantité équivalente, est capable de réduire le groupe aldéhyde sans affecter le groupe cétone : O H LiAl (O-t-Bu)3 H OH O O Réduction par dissolution des métaux Avant l'introduction dans la pratique de laboratoire d'agents réducteurs tels que les hydrures métalliques complexes, les cétones ont été transformées en alcools correspondants par l'action du sodium dans l'éthanol : 44 OH O Na EtOH + 65 % Le mécanisme de réduction par dissolution des métaux est le transfert d'un électron du métal à un substrat organique et peut être représenté par le schéma : . R + O R Na CH R" O R - R" R" R. . O Na - Na+ - . O N a+ -NaOEt- R" R CH O H3O+ - R" EtO H R CH OH R" De telles réactions impliquent deux transferts successifs d'électrons et deux transferts de protons. Réduction Clemmensen Lorsque le zinc amalgamé agit sur les aldéhydes et les cétones de l'acide chlorhydrique, ils sont réduits en hydrocarbures (méthode Clemmensen) : O R R CH2 2 Zn/Hg, 4HCl + 2 ZnCl2 45 + H2O La poussière de zinc est prétraitée avec de l'acide chlorhydrique dilué pour être nettoyée. la surface, puis avec une solution de chlorure mercurique HgCl2. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la réaction est réalisée dans un système biphasique « acide chlorhydrique - toluène ». De nombreuses cétones α-substituées subissent une élimination réductrice du substituant dans les conditions de la réaction de Clemmensen : R CH C R" X O Zn/Hg HCl, R CH2 C O R" R CH2 CH2 R" X=Cl, Br, I, OH, OR" , OCOR" Dans le cas des composés carbonylés α, β - insaturés, la liaison C=C est simultanément réduite, par exemple : composés Zn/Hg, COOH HCl, COOH O. La méthode Clemmensen donne de bons rendements d'hydrocarbures dans la réduction de nombreux les aldéhydes et les cétones aromatiques aliphatiques et grasses. Réduction selon Kizhner-Wolf Dans le cas où les aldéhydes et cétones sont instables en milieu acide, la réduction est réalisée selon la méthode Kizhner-Wolf. Tout d’abord, une hydrazone d’aldéhyde ou de cétone est préparée, puis chauffée avec un alcali dans un solvant à point d’ébullition élevé. 46 N2H 4 R R O 1 R ÄÝÃ, R 1 N NH2 R KOH, H 2O R 1 + CH2 N2 Dans la modification moderne de la réduction de Kizhner-Wolff, l'hydrazone n'est pas isolée dans son état individuel. La réaction se déroule selon le schéma suivant : N2 H 4 R R R O 1 -H 2 O R 1 HO - R R N NH2 R N NH 1 - - C R N NH 1 H2 O R R 1 H H2 O R R H C H R 1 H -N 2 R N 1 - N HO - R H R N NH 1 Méthode applicable aux aldéhydes et aux cétones. Cependant, dans le cas des aldéhydes, les rendements en produits de réaction ne sont pas toujours satisfaisants. La méthode Kizhner-Wolff présente un certain nombre de limites. S'il y a un substituant en position α du groupe carbonyle, alors le substituant est éliminé pendant la réaction. Si le groupe carbonyle est protégé par des substituants très volumineux, la réduction Kizhner-Wolf ne fonctionnera pas. Réduction en présence d'alcoxydes métalliques La réduction des aldéhydes et des cétones en alcools peut être réalisée en présence d'alcoxydes d'aluminium (réaction Meerwein – Ponndorff – Verley) : 47 R OH C O ((CH3)2CHO)3Al + RR1CHOH + H3C CH3 H3C R1 O CH3 La réaction est généralement réalisée en chauffant un composé carbonylé avec de l'isopropylate d'aluminium dans de l'isopropanol anhydre. La réaction est réversible, donc pour obtenir des rendements élevés, il est nécessaire d'éliminer l'acétone résultante de la sphère de réaction. La réaction Meerwein – Ponndorff – Verley se caractérise par un degré élevé de spécificité et lors de la réduction, les liaisons carbone-carbone doubles et triples ne sont pas affectées. Le groupe nitro et les atomes d'halogène ne sont pas non plus réduits dans ces conditions. Par exemple, la réduction du crotonaldéhyde se déroule avec la préservation de la double liaison C=C : O O i-PrOH H3C H ((CH3)2CHO)3Al crotonaldéhyde H3C OH + H3C CH3 alcool crotylique Double carbone - liaison carbone dans les aldéhydes insaturés et les cétones on peut restaurer si nécessaire l'action de l'amalgame de sodium dans une solution hydroalcoolique ou du zinc dans l'acide acétique. Réaction de Cannizzaro Les aldéhydes aromatiques et aliphatiques incapables de s'énolisation sous l'influence de catalyseurs basiques (hydroxydes de métaux alcalins et alcalino-terreux) sont disproportionnés pour former des acides carboxyliques et des alcools (réaction de Cannizzaro). La réaction 48 implique deux molécules d'aldéhyde : l'une est oxydée, l'autre est réduite. O 2 R C - O HO H + R C H R CH2 OH OH Pour les aldéhydes énolisables, la vitesse de la réaction aldol est bien supérieure à la vitesse de la réaction de Cannizzaro, de sorte que seule la première de ces réactions se produit pratiquement. On pense que la réaction se déroule comme suit : O C H + H C C H C + H O- O- OH OH H OH O O OС - HO C + O C H H A H + O C B 1) Dans la première étape, addition nucléophile d'ion hydroxyde à l'atome de carbone du carbonyle . 2) Ceci est suivi par le transfert de l'ion hydrure de l'ion alcoxyde formé vers l'atome de carbonyle d'une autre molécule d'aldéhyde. 3) Lors de la troisième étape, un proton est transféré de l’acide à l’ion alcoxyde. La molécule d'acide résultante et l'ion alcoolate A sont transférés à la suite d'un échange de protons dans une paire plus stable : une molécule d'alcool et un anion acide B. Si la réaction de Cannizzaro est effectuée avec un mélange d'aldéhyde et de formaldéhyde, alors ce dernier est toujours agit comme donneur d'ion hydrure49 et est oxydé en acide formique (réaction croisée de Cannizzaro) : O HO H CH2 O + - HO H H O + H OH Cela s'explique par le fait que le formaldéhyde attache un ion hydroxyde plus facilement que les autres aldéhydes, qui ont une électrophilie réduite de l'atome de carbone du carbonyle. Couplage réducteur selon McMurry Une méthode spécifique pour la réduction des composés carbonylés est la formation d'alcènes par l'action de composés de titane sur les aldéhydes et les cétones dans des états d'oxydation inférieurs. Cette méthode est appelée combinaison réductrice de McMurry. Lorsque les aldéhydes et les cétones sont exposés à un réactif obtenu en réduisant les sels de titane (III ou IV) avec du zinc métallique dans la pyridine, ils doublent, par exemple : O Zn + TiCl4 = 90 % Réduction des quinones Les quinones de par leur nature sont conjuguées cycliques dicétones. Ils ont un potentiel d'oxydation élevé et sont très facilement réduits par divers réactifs jusqu'à 50 composés dihydroxyaromatiques. Les benzoquinones, les naphtoquinones et les anthraquinones sont de la plus grande importance pratique. La transition des benzoquinones en phénols diatomiques entraîne un gain d'énergie, puisque la transformation de la structure diène cyclique en structure aromatique s'effectue : O OH _ + 2H+ 2e _ (- 2e) O OH 1,4-benzoquinone hydroquinone Réduire quinones dans la pratique de laboratoire, on utilise de l'iodure d'hydrogène, du sulfite de sodium, du dithionite de sodium, du zinc dans l'acide acétique glacial, du chlorure de titane (III) et de nombreux autres agents réducteurs. 6. RESTAURATION DES ACIDES CARBOXYLIQUES ET DE LEURS DÉRIVÉS Acides carboxyliques La réduction du groupe carboxyle est possible en alcools et hydrocarbures. Étant donné que les aldéhydes sont réduits beaucoup plus rapidement que les acides, ils sont absents des produits de réaction finaux. Dans de nombreux cas, la réduction des acides carboxyliques est difficile. Il est donc recommandé de les transformer en esters ou chlorures d’acide, qui se réduisent beaucoup plus facilement. Ainsi, la capacité à réduire les acides carboxyliques et leurs dérivés varie dans la série : RCOO-< RCOOH < RCONR1 < RCN < RCOOR1 < RCOHal 51 Металлические катализаторы гидрирования малоэффективны при восстановлении карбоксильной группы. Вместо них успешно применяют оксидные катализаторы (катализаторы Адкинса), обладающие селективной адсорбционной способностью к кислородсодержащим соединениям. Процесс проводят при высоких температурах 100-300оС и высоком давлении 200-300 атм. Этот метод имеет значение в промышленности для получения высших первичных спиртов с прямой углеродной цепью, а в лаборатории их восстановление чаще всего осуществляют другим путем. При гидрировании карбоновых кислот образующиеся спирты дают сложные эфиры, восстановление которых протекает гораздо легче. 2 H2 R COOH -H2O R CO O H R CH2 OH - H2 O R COOCH2R 2 H2 2 R CH2 OH В практическом отношении такой процесс имеет существенное преимущество, так как устраняется стадия получения сложного эфира. Непредельные карбоновые кислоты и их эфиры можно гидрировать по трём направлениям: 1. по двойной углерод – углеродной связи с образованием предельных кислот; 2. по карбоксильной группе с сохранением двойной связи (получение непредельных спиртов); 3. по обеим функциональным группам с получением предельных спиртов. H2 R CH CH R C H2 C H2 (C H2)n C O O H 2 H2 -H2O (C H2)n C O O H R (C H2)n+2 C H2O H 2 H2 - H O 2 R CH 52 CH (C H2)n C H2 O H H2 Ароматические карбоновые кислоты можно восстановить до соответствующих спиртов или до карбоновых кислот циклогексанового ряда: 2 Н2 . CH2OH CuO Cr2O3, 250 o C COOH 3 H2 COOH Ni, 160 o C Ароматическое кольцо бензойных кислот гидрируется значительно труднее, чем ядро бензола или фенола. Наиболее часто в лабораторной практике для восстановления карбоксильной группы применяют алюмогидрид лития. Восстановление идет в более жестких условиях, по сравнению с восстановлением альдегидов и кетонов. Обычно реакцию проводят при кипячении в тетрагидрофуране: CH3 O CH3 o LiAlH 4 , THF, 40 C OH H3 C H3 C CH3 OH CH3 92% Карбоновые кислоты реагируют с алюмогидридом лития согласно следующему уравнению: LiAl(OCH2R)4 + 2 LiAlO2 + 4 H2 4 RCOOH + 3 LiAlH4 LiAl(OCH2R)4 + 4 H2O 4 RCH2OH + LiAl(OH)4 Таким образом, один гидридный эквивалент алюмогидрида лития расходуется на реакцию с активным атомом водорода кислоты и два эквивалента – на восстановление карбоксильной группы в гидроксильную. Причина инертности карбоновых кислот 53 заключается во-первых, в низкой растворимости их литиевых солей в эфире, во-вторых, в пониженной электрофильности углеродного атома карбоксильной группы. Боргидридом натрия карбоновые кислоты не восстанавливаются. Восстановление карбоксильной группы под действием диборана в тетрагидрофуране осуществляется в очень мягких условиях и не затрагивает некоторые функциональные группы (NO2, CN, COOR). Поэтому этот метод в некоторых случаях оказывается предпочтительнее. O2N o 1. B 2 H6 , THF, 20 C CH 2 COOH 2. H2 O, H O2N + CH 2 CH 2 OH 95% В непредельных кислотах алюмогидридом лития двойные связи практически не восстанавливаются. Однако когда двойная связь сопряжена с ароматическим кольцом, она может восстанавливаться: LiAlH4 CH3CH=CH CH=CHCOOH эфир CH3CH=CH-CH=CHCH2OH 92% CH CH CO OH CH2 C H2 C H2O H LiA lH4 эфир 85% коричная кислота гидрокоричный спирт Сложные эфиры Для гидрирования сложных эфиров в спирты, как и для карбоновых кислот, применяют высокотемпературные оксидные 54 катализаторы Адкинса (хромит меди, реже хромит цинка). В промышленности этим способом из жиров и жирных кислот получают высшие спирты, которые далее перерабатывают в моющие средства. Для восстановления сложных эфиров наряду с хромитными катализаторами применяется скелетный никель. В присутствии избытка этого катализатора эфиры гидрируются при температурах 25 – 125оС и давлении 350 атм с выходами не менее 80%. R COOC4H9 2 H2 R CH2OH + C4H9OH Ni Специфично протекает гидрирование бензиловых эфиров карбоновых кислот на палладиевых катализаторах при температуре 30оС и атмосферном давлении. Продуктами реакции являются соответствующая карбоновая кислота и толуол. O R H2 ÑH2 O CH3 o Pd/C, 30 C + RCOOH Гидрирование этилового эфира бензойной кислоты нельзя остановить на стадии образования бензилового спирта, поскольку гидрогенолиз последнего происходит гораздо легче, чем гидрирование сложного эфира. OH COOEt H2, (200 àòì) CH3 H2 ÑuCr 2O4 o ÑuCr 2O4, EtOH, 25 C + H2 O При получении спиртов восстановлением сложных эфиров комплексные гидриды металлов применяются чаще, чем другие восстановители. В тех случаях, когда целью является получение спирта из соответствующей кислоты, целесообразно восстановлению 55 подвергать не саму кислоту, а её метиловый или этиловый эфиры, так как в этом случае требуется меньший гидридный эквивалент. Восстановление сложных эфиров осуществляют в мягких условиях, при комнатной температуре. В качестве растворителя применяют абсолютный диэтиловый эфир или тетрагидрофуран. Предположительно реакция протекает в две стадии. На первой стадии идёт восстановление сложного эфира до полуацеталя соответствующего альдегида, который затем восстанавливается до первичного спирта. Выходы спиртов обычно высокие: O R CH2 O LiAlH 4 ýôèð CH3 R CH2 CH2 OH Циклические сложные эфиры – лактоны – при восстановлении алюмогидридом лития образуют диолы: O O LiAlH4, эфир H3O + HOCH2CH2CH2CH2OH 83% Боргидрид натрия восстанавливает лишь сложные эфиры фенолов, причём особенно хорошо в тех случаях, когда в ароматическом ядре содержатся электроноакцепторные группы. С другими сложными эфирами взаимодействие боргидрида натрия протекает слишком медленно. В присутствии избытка трехфтористого бора комплексные гидриды металлов восстанавливают сложные эфиры в простые, например: O R O NaBH4 + BF3 диглим, THF Аналогично идет реакция с лактоном: 56 R O 70% O O NaBH4 + BF3 диглим, THF O Сложные эфиры могут быть восстановлены до альдегидов при использовании реагента, обладающего высокой селективностью. Таким реагентом является ДИБАЛ-Н. Для того, чтобы предотвратить дальнейшее восстановление альдегида до первичного спирта, реакцию проводят при температуре -60, -78оС в растворе толуола и инертной атмосфере. H3C H3C CHCOOCH2CH3 ДИБАЛ-Н, толуол, -78 оС Н3О H3C + CHC H3C О Н 79% Фениловые эфиры карбоновых кислот можно восстановить до альдегидов таким мягким восстановителем, как трис(третбутокси)алюмогидрид лития (LTBA): O R O O LiAlH(O-t-Bu)3 R H Восстановление сложных эфиров можно проводить действием металлического натрия в абсолютном этаноле по методу Буво – Блана: RCOOCH2CH3 + 4 Na + 3 CH3CH2OH → RCH2OH + 4СH3CH2ONa Для восстановления по Буво-Блану в лаборатории применяют также изопропанол и циклогексанол. Этот метод дает особенно хорошие результаты при восстановлении эфиров алифатических 57 карбоновых кислот и имеет также промышленное значение для получения непредельных спиртов. В противоположность каталитическому гидрированию при восстановлении по Буво-Блану не затрагиваются двойные связи. Ангидриды и галогенангидриды карбоновых кислот Восстановление ангидридов карбоновых кислот протекает труднее. Реакция идет с выделением СО2: O H3C C O H3C H2 Cd, 280oC C O C CH3 + CO2 CH3 O уксусный ангидрид ацетон При использовании алюмогидрида лития восстановление обычно приводит к превращению ангидридов кислот в первичные спирты: O R O R 1. LiAlH4 2. H2O 2 R CH2 OH O На практике чаще используют восстановление циклических ангидридов дикарбоновых кислот, которые в зависимости от условий могут давать гликоли или лактоны. Так, комплексные гидриды металлов восстанавливают фталевый ангидрид до фталилового спирта (c, d). В других условиях (при этом, избегая избытка комплексных гидридов) удается восстановить фталевый ангидрид до фталида (a, b): 58 O a,b O O O O C H2O H c,d C H2O H а- NaBH4, ДМФА, 0-25оС, выход 97%; b - LiBHEt3, THF, 0oC, выход 76%; c - LiAlH4, эфир, 35оС, выход 87%; d - NaAlH2(OCH2CH2OCH3)2, PhH, 80оС, выход 88%. Из производных карбоновых кислот хлорангидриды относятся к наиболее легко восстанавливаемым соединениям. Каталитическое восстановление водородом хлорангидридов карбоновых кислот приводит к альдегидам (реакция Розенмунда): O R O H2 C R Pd/C Cl + HCl C H В качестве катализатора обычно используют палладий на носителе (BaSO4, CaCO3, BaCO3, уголь, асбест). Легкость гидрогенолиза связи С-Cl при восстановлении хлорангидридов кислот по Розенмунду можно продемонстрировать на следующем примере: O O H2 Cl Pd/BaSO 4 + S 8 /õèíîëèí H Серу и хинолин добавляют с целью сделать катализатор менее активным. Следует отметить, что гидрогенолиз связи С-Cl идет 59 намного легче, чем восстановление карбонильной группы в альдегиде. Это достигается за счет снижения каталитической активности катализатора добавлением каталитических «ядов» (ртуть, сера, амины). Эти соединения образуют достаточно прочные связи с поверхностью катализатора, закрывая его активные центры. Восстановление хлорангидридов карбоновых кислот алюмогидридом лития до первичных спиртов протекает по следующей схеме: O 1. LiAlH4 Cl 2. H2O R R CH2-OH Методы восстановления других производных карбоновых кислот амидов и нитрилов рассматриваются в следующем разделе «Восстановление азотсодержащих соединений». 7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Восстановление соединений, содержащих группы C=N, CN, NO2, N3, N2+, N=N, N=O, N-OH часто используется в лабораторной практике. В промышленности восстановление азотсодержащих соединений проводится главным образом для получения аминов, широко применяемых в качестве основного химического сырья. Для восстановления используются как водород в присутствии катализаторов, так и другие восстановители: комплексные гидриды металлов, щелочные металлы в спиртах, железо, цинк, олово, различные соли. Амины. 60 Амины бензильного типа легко подвергаются гидрогенолизу на таких катализаторах, как палладий на угле или никель Ренея, например: CH3 N CH3 CH3 H2 Ni Дезаминирование* четвертичных аммониевых проводить действием амальгамы натрия: C H3 + C H2N CH3 I H2O, 100 o C C H3 можно C H3 5% Na/Hg C H3 C H3 солей C H3 C H3 Замещение аминогруппы водородом в алифатических аминах применяется редко. Его можно провести обработкой соответствующего тозиламина О-гидроксиламинсульфокислотой в щелочной среде. RNH2 TsCl RNHTs NH2OSO3H водный NaOH RH + N2 _____________________________________________________________________ Дезаминирование* - удаление аминогруппы из молекул органических соединений, сопровождающееся замещением аминогруппы на другую группу или образованием кратной связи. 61 В лабораторной практике дезаминирование используется в тех случаях, когда амино- или диалкиламиногруппа не должна присутствовать в конечном продукте реакции, но необходима на промежуточных стадиях. Дезаминирование ароматических первичных аминов, как правило, проводят через стадию диазотирования с последующей обработкой иона диазония фосфорноватистой кислотой: COOH COOH COOH Br2 Br Br NH2 HNO2 Br COOH Br H3PO2 Br Br + N2 NH2 Br Br Br Нитросоединения Среди групп, содержащих азот, легче всего восстанавливается нитрогруппа. Для гидрирования алифатических нитросоединений применяют малоактивные катализаторы, главным образом медь и железосодержащие. Используя скелетный никель, гидрирование лучше проводить при низких температурах. Нитросоединения в присутствии никеля Ренея, активированного небольшим количеством гидроксида натрия, восстанавливаются с высоким выходом (98 - 99%) до аминов. R H2 NO 2 R NH2 Ni, NaOH Нитроалканы восстанавливают до алкиламинов комплексными гидридами металлов, железом или цинком в кислой среде, гидразином или серосодержащими восстановителями (Na2S, Na2S2O4). Восстановление нитроалканов алюмогидридом лития идет по следующей схеме: R NO 2 1. LiAlH 4 R 2. H 2O 62 NH2 + LiAl(OH) 4 Например, 2-нитробутан восстанавливается до 2-аминобутана с выходом 85%. NO 2 NH2 LiAlH 4 H3C CH3 H3C CH3 ýôèð Наибольшее распространение имеет восстановление нитроаренов. Каталитическое гидрирование ароматических нитросоединений имеет широкое промышленное применение (получение анилина, ароматических ди- и полиаминов). Оно проводится при 200-300оС на медьсодержащем катализаторе. N O2 o 3 H2, 200-300 C + щС щщ C u / A l2O 3 N H2 + 2 2 H2O При использовании таких катализаторов, как платина, палладий, никель, основная реакция (восстановление нитрогруппы) сопровождается гидрированием ароматического ядра, а также частичным отщеплением аминогруппы. Для восстановления ароматических нитросоединений чаще всего применяют металлы (олово, цинк, железные опилки) и соли металлов в присутствии кислот и водных растворов, например: 4 ArNO2 + 9 Fe + 4 H2O → 4 ArNH2 + 3 Fe3O4 ArNO2 + 3 SnCl2 + 6 HCl → ArNH2 + 3 SnCl4 + 2 H2O Восстановление осуществляется через ряд последовательно протекающих реакций. Во всех реакциях процесс восстановления 63 начинается с переноса электрона от восстановителя к молекуле нитросоединения. На ход реакции и природу конечного продукта значительное влияние оказывают рН среды и природа восстановителя. Нитросоединение прежде всего восстанавливается до нитрозосоединения, далее - в замещенный гидроксиламин. O H2 + N - N O - H2O O H2 нитрозобензол H2 NH OH NH2 - H2O фенилгидроксиламин При восстановлении металлом продуктом является первичный амин: в кислой среде конечным NH2 NO 2 9 Fe, 4 H2O 4 4 HCl + 3 Fe3O4 В нейтральной среде например, при взаимодействии нитробензола с цинковой пылью в водном растворе хлорида аммония, процесс восстановления может быть остановлен на стадии образования фенилгидроксиламина. NO2 NHOH Zn, NH4Cl (водн.) 65oC Наконец, у ароматических нитросоединений в щелочной среде процесс восстановления нитрозосоединения, а также гидроксиламина замедляется настолько сильно, что начинает преобладать другая реакция. Свободный арилгидроксиламин обладает высокой нуклеофильностью и поэтому может легко реагировать с арилнитрозопроизводным. Это приводит к азоксисоединениям, 64 которые могут быть гидразосоединений. далее восстановлены до азо- и NO NO 2 íèòðîçîáåíçîë HO + N N - O àçîêñèáåíçîë NHOH ôåíèëãèäðîêñèëàìèí N N àçîáåíçîë NH NH ãèäðàçîáåíçîë Каждое из этих производных азобензола в кислой среде легко восстанавливается до анилина. Амиды Амиды гидрируются в амины на хромите меди или никелевом катализаторе при температуре 210 - 300оС и давлении 100 - 350 атм: H O N H3C H 2 H2 o H Ni, 250 C ацетамид H этиламин 65 + H3C CH2 N H2O H O H 2 H2 N o CH3 H3C Ni, 250 C CH3 o CH3 H3C CH3 CH3 2 H2 N H2O метилэтиламин N-метилацетамид O + H3C CH2 N + H3C CH2 N Ni, 250 C H2O CH3 диметилэтиламин N,N-диметилацетамид N-Моно- и N,N-дизамещенные амиды в аналогичных условиях дают соответственно вторичные и третичные амины. Амиды карбоновых кислот с помощью алюмогидрида лития можно превратить в соединения трех типов: альдегиды, амины или спирты. При этом все реакции проходят через стадию образования полуаминаля соответствующего альдегида: H2O RCHO + R"2NH O-Al H3Li+ RCONR"2 LiAlH4 LiAlH4 RCHNR"2 RCH2NR"2 1. LiAlH4 2. H2O RCH2OH + R"2NH Полное восстановление амидов до аминов используется наиболее часто. На практике для восстановления амидов до аминов следует применять избыток LiА1Н4. N,N-Дизамещенные амиды уже при 25 - 30%-ном избытке LiА1Н4 восстанавливаются до аминов количественно и быстро. N-Монозамещенные амиды следует длительное время (12 - 20 ч) кипятить с 30-40%-ным избытком LiА1Н4. Возможность восстановления амидов с образованием альдегидов зависит от структуры амида, а также от условий реакции. Иногда 66 бывает достаточно смешать реагенты в обратном порядке при низкой температуре или использовать стехиометрическое количество LiА1Н4. Нитрилы Нитрилы восстанавливаются труднее, чем нитросоединения. Гидрирование нитрилов на металлических катализаторах (никель Ренея, кобальт, платина, палладий, медь и др.) идет до первичных аминов. H2 R C N o Pt, 25 C, 1-3 àòì R C N H H2 R CH2 NH2 H При гидрировании нитрилов в качестве побочных продуктов очень часто образуются вторичные и третичные амины. Восстановление нитрилов до аминов имеет практическое значение для тех случаев, когда нитрил дешевле и доступнее, чем соответствующие хлорпроизводные или спирты. В результате восстановления нитрилов алюмогидридом лития можно получить либо амин, либо альдегид. Полагают, что промежуточным продуктом восстановления является имин (RCH=NH) и, следовательно, если остановить реакцию на этой стадии, то после гидролиза получается альдегид; дальнейшее восстановление имина даст первичный амин: 2 LiAlH 4 4 R C ... H2O ... H2O 4 R CH2 NH2 N O LiAlH 4 4 R C H 67 Таким образом, теоретически на полное восстановление 1 моль нитрила в амин расходуется 0,5 моль LiА1Н4. Однако многие нитрилы требуют для восстановления большее количество реагента. Так, для полного восстановления нитрилов до первичных аминов рекомендуется применять не менее 200%-ного избытка LiА1Н4 и, кроме того, проводить процесс при низких температурах, так как при более высоких температурах могут образовываться вторичные амины. Ароматические и алифатические нитрилы могут легко превращаться в альдегиды под действием LiА1Н4 в зависимости от условий проведения реакции и порядка добавления реагентов. При восстановлении нитрилов натрием в этаноле образуются амины: 4 Na H3C C N H3C CH2 EtOH ацетонитрил NH2 + 4 CH 3CH 2ONa этиламин Под действием хлорида олова в солянокислой среде образуются продукты неполного восстановления – альдимины: SnCl 2, 2 HCl H3 C C N H3 C CH NH + SnCl 4 Оксимы Восстановление оксимов представляет собой наиболее удобный путь перехода от альдегидов и кетонов к аминам. Оксимы легко восстанавливаются каталитическим гидрированием над платиной или палладием, тогда как при использовании скелетного никеля требуется температура ~ 100оС. В лабораторной практике для восстановления оксимов чаще применяют алюмогидрид лития: 68 R N OH R R LiAlH4 NH2 ýôèð R Так, на восстановление 1 моль оксима требуется 0,75 моль LiА1Н4, при этом 0,25 моль гидрида расходуется на реакцию с активным водородом оксима. Рассматриваемая реакция является косвенным методом получения первичных аминов из соответствующих альдегидов и кетонов. Однако выходы первичных аминов часто бывают невысокими из-за возможности побочных процессов. В частности, арилкетоксимы образуют значительное количество вторичных аминов. Азометины Восстановление азометинов (оснований Шиффа) до вторичных аминов осуществляют каталитическим гидрированием над платиной или палладием: R CH N 1 R H2 R Kt CH2 NH 1 R Имины, основания Шиффа и другие соединения, содержащие связь С=N, восстанавливаются также под действием LiА1Н4 и NаВН4. Соли диазония Восстановление солей диазония в зависимости от условий и природы восстановителя может идти с образованием фенилгидразинов или ароматических углеводородов. Восстановление солей диазония удобнее проводить водным раствором 69 фосфорноватистой кислоты Н3РО2. Этот прием часто используется для удаления аминогруппы (см. раздел Амины (дезаминирование)). + N N Cl - H3PO2, H2O + o 10-25 C N2 + HCl + H3PO3 Восстановление солей диазония до углеводородов можно проводить действием формальдегида в щелочной среде: + N N Cl - CH2O + N2 + HCl + H2O + HCOONa NaOH Диазогруппа может быть замещена на водород действием этанола при нагревании. Однако процесс идет с образованием значительных количеств побочного продукта – фенетола. + N N Cl - O CH3 O C2H5OH + + o t C N2 + HCl + H3 C H ôåíåòîë Восстановление тетрафторборатов арилдиазония можно проводить действием боргидрида натрия при температуре не более 0оС: + N N BF4 N aBH4 MeO H и ли ДМФ А 70 Удобным методом получения арилгидразинов в лабораторных условиях является восстановление солей диазония хлоридом олова (II). Восстановление проводят в соляной кислоте при температуре 0– 10оС. + N N Cl - + NH NH3 Cl SnCl 2 - NH NH2 NaOH HCl H 2O + + NaCl H 2O ôåíèëãèäðàçèí Основным промышленным способом восстановления солей диазония является сульфит-бисульфитный метод. Сульфит натрия присоединяется по тройной связи диазогруппы, а затем бисульфит натрия по двойной связи бензолдиазосульфоната натрия. + N N Cl Na2SO3 N N SO3Na + NaCl H N N SO3Na HCl NaHSO3 . NH NH2 HCl SO3Na Нагреванием в концентрированной соляной кислоте динатриевой соли N,N1-фенилгидразиндисульфокислоты получают гидрохлорид фенилгидразина. По аналогичной схеме получают и другие замещенные фенилгидразины. Азиды Азиды можно восстановить в первичные амины водородом над металлическим катализатором или алюмогидридом лития: 71 + N H3C HC N - N H2N H2 COOC2H5 H3C CH COOC2H5 Pt этил-α-азидопропионат этил-α-аминопропионат Алифатические и ароматические азиды восстанавливаются алюмогидридом лития согласно следующему общему уравнению: 4 RN3 + LiAlH4 → LiAl(NHR)4 + 4 N2 На практике применяют избыток 1,2-1,5 моль LiAlH4 на 1 моль азида и восстановление проводят в кипящем эфире в течение нескольких часов. R N + N LiAlH4 - N R ýôèð NH2 R=Alk, Ar Боргидридом натрия азиды не восстанавливаются. Удобным методом восстановления азидов до первичных аминов является реакция с трифенилфосфином, протекающая через образование промежуточного фосфинимина, который под действием HBr в уксусной кислоте омыляется с образованием амина и оксида трифенилфосфина: P + R HBr N P -N 2 + N - N R NH2 + P 72 O N R CH 3COOH Азосоединения Восстановление связи N=N азосоединений легко протекает в условиях гидрирования: N H2 N NH o H2 NH Pd/C, 20 C азобензол гидразобензол NH2 2 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Восстановление алифатических и ароматических сульфокислот проводят металлами в кислой среде. При этом образуются тиоспирты (тиолы) или тиофенолы: O R S Zn O R SH HCl OH R=Alk, Ph Сульфоксиды в отличие от сульфокислот более доступны нуклеофильной атаке, поэтому их можно с успехом восстанавливать как цинком в соляной кислоте, так и комплексными гидридами металлов до сульфидов (тиоэфиров): O Zn, 2 HCl S H3C CH3 S H3C CH3 73 + ZnCl2 + H2O Сульфоны гораздо устойчивее сульфоксидов. Они восстанавливаются под действием алюмогидрида лития при температуре 100оС в течение длительного времени. Продуктами восстановления являются сульфиды: O O 2 LiAlH 4 2 S H3C CH3 + S H3C CH3 LiAlO 2 + 2 H2O Меркаптаны (тиолы), сульфиды, дисульфиды, сульфоксиды, сульфоны можно восстановить до соответствующих углеводородов методом восстановительного обессеривания (десульфуризации). Восстановление, как правило, проводят водородом на никеле Ренея и других катализаторах. H2 H3C CH2 SH H3 C 2 H2 CH3 S + H3C CH3 Kt H2S 2 CH4 + H 2S 2 CH4 + 2 H2S + H 2S Kt H3C S S 3 H2 CH3 Kt O 3 H2 S H3 C CH3 O O S H3C CH3 2 CH4 Kt 4 H2 2 CH4 Kt 74 + H 2S + + H2 O 2 H2O К десульфуризации способны также гетероциклические соединения, например тиофен, бензотиазол, тиоиндиговые красители и т.п. Способность производных тиофена к десульфуризации используют для синтеза соответствующих алифатических соединений. Восстановление проводят на никеле Ренея в этаноле. H2 S R Kt H3C R + H 2S Восстановление серосодержащих соединений до углеводородов в нефтяных фракциях широко используется в промышленности (процесс гидроочистки). Дисульфиды легко восстанавливаются до тиолов цинком в уксусной кислоте (старый метод) или раствором щелочного металла в жидком аммиаке: R S S R 1)Na; жидк. NH3; -330C 2) H2O; NH4Cl 2 R SH 9. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ И КАТАЛИЗАТОРОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ Гидразин гидрат ·SO4 + 2 KOH  N2H4H2O + K2SO4 + H2O Реактивы: сульфат гидразина – 50 г (0,38 моль); гидроксид калия – 50 г (0,89 моль). 75 Смешивают 50 г сухого сульфата гидразина с таким же количеством порошкообразного КОН, добавляют 2,5 мл воды и перегоняют образующийся гидразин гидрат с нисходящим холодильником. Сначала перегонку проводят при слабом нагреве, однако к концу реакции для полного ее завершения необходимо смесь сильно нагреть. Гидразин гидрат, в котором еще содержится вода, очищают фракционной перегонкой. Чистый гидразин гидрат перегоняется в интервале 117-119оС. Гидразин, безводный N2H4 N2H4H2O  N2H4 +H2O Маслянистая, сильно дымящая жидкость. Разъедает пробку, каучук и другие органические вещества. Затвердевает при 0 оС и кипит при 113,5оС. В склянках с притертыми пробками может сохраняться в течение неограниченно долгого времени. Горючее вещество. Смешивается с водой и спиртами. Взрывается в смеси с воздухом при нагревании. Реактивы: гидразин гидрат – 20 г, 19,4 мл (0,4 моль); гидроксид натрия – 20 г (0,5 моль). В колбу для фракционной перегонки с пришлифованной пробкой и пришлифованным термометром помешают 20 г гидразин гидрата и 20 г NaOH в гранулах. Колбу очень медленно нагревают на масляной бане, чтобы гидразин начал кипеть только через 2 ч. К этому моменту весь NaOH должен уже раствориться в жидкости. Температура масляной бани должна быть ~120оС. После начала перегонки колбу продолжают медленно нагревать, пока температура масляной бани не достигнет ~150оС. При этом отгоняется чистый безводный гидразин. 76 Изопропилат алюминия Al(OCH(CH3)2)3 Al + 3 (CH3)2CHOH  Al(OCH(CH3)2)3 + 3/2 H2 Реактивы: алюминий – 27 г (1 грамм атома); изопропиловый спирт – 300 мл (3,9 моль); сулема (хлорид ртути, HgCl2) – 0,5 г; четырёххлористый углерод – 2 мл. В литровой колбе с эффективным обратным холодильником, защищённым хлоркальциевой трубкой, смешивают 27 г алюминиевой фольги с 300 мл безводного изопропилового спирта и 0,5 г сулемы. Затем смесь нагревают с обратным холодильником. Как только смесь начнёт закипать, добавляют через холодильник 2 мл четырёххлористого углерода и нагревают до тех пор, пока не начнётся выделение водорода. После этого прекращают нагревание (в отдельных случаях бывает даже необходимо прибегнуть к охлаждению). Когда основная, бурная стадия реакции окончится, смесь снова кипятят до полного растворения алюминия (6 – 12 ч). Затем растворитель отгоняют, и остаток перегоняют под уменьшенным давлением, используя воздушный холодильник. Полученный продукт затвердевает обычно только через 1 –2 дня. Выход около 90 – 95% от теоретического. Ткип 130 – 140оС / 7 мм рт.ст., Тпл 118оС. Для проведения восстановления по Меервейну – Понндорфу – Верлею часто используют 1 М раствор изопропилата алюминия в безводном изопропиловом спирте. Этот раствор можно хранить в тщательно закрытой стеклянной пробкой склянке; снаружи пробку заливают парафином. 77 Триэтилсилан HSiCl3 + 3 CH3CH2MgBr  (CH3CH2)3SiH а) Получение реактива Гриньяра. C2H5Br + Mg → C2H5MgBr Реактивы: магний – 19,1 г (0,78 грамм атома); этилбромид – 100 г (0,8 моль); диэтиловый эфир абсолютный – 400 мл. В трехгорлую колбу емкостью 2 л, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой с хлоркальциевыми трубками, помещают 19,1 г стружек магния и небольшое количество эфира (40-45 мл). Затем прибавляют 1-2 мл этилбромида. Через 10-15 мин происходит помутнение раствора и разогрев эфира. Если реакция не начинается, то в реакционную смесь добавляют несколько кристалликов иода, либо 0,5 мл 1,2-дибромэтана и слегка подогревают колбу теплой водой. После того как реакция началась, добавляют по каплям при перемешивании остальное количество этилбромида (суммарно 0,8 моль), растворенного примерно в 320-360 мл эфира. Добавление реагента ведут с такой скоростью, чтобы смесь умеренно кипела. После прибавления всего количества этилбромида реакционную смесь аккуратно подогревают на плитке в течение 30 мин до полного растворения магния. б) Получение триэтилсилана. Реактивы: трихлорсилан – 27,0 г (0,2 моль); этилмагнийбромид – 0,8 моль; диэтиловый эфир – 500 мл; 3%-ная соляная кислота. К свежеприготовленному раствору 0,8 моль этилмагнийбромида в 400 мл диэтилового эфира прибавляют при перемешивании и охлаждении 27,0 г (0,2 моль) трихлорсилана в 100 мл диэтилового эфира. Реакционную массу нагревают в течение 5 ч, затем обрабатывают 250 мл 3%-ной соляной кислоты. Органический слой 78 отделяют, сушат сульфатом натрия, эфир упаривают, а продукт перегоняют при температуре 107 – 108оС. Выход 20,8 г (90% от теоретического), n D20 1,4130. Амальгама натрия Реактивы: натрий – 6,9 г (0,3 грамм атома); ртуть – 340 г (1,69 грамм атома). В круглодонную колбу вместимостью 250 мл помещают 6,9 г аккуратно разрезанного на куски натрия (для амальгамы с содержанием 2 % масс. натрия) или 10 г (для амальгамы с содержанием 3 % масс. натрия). Через два боковых горла пропускают трубки для ввода и вывода азота. В среднее горло вставляют капельную воронку с 340 г (25 мл) ртути. После тщательного заполнения колбы азотом к натрию добавляют 10 мл ртути и колбу осторожно нагревают на открытом пламени до тех пор, пока не начнется реакция. Затем медленно приливают остальное количество ртути, при этом достаточно лишь слегка подогревать колбу. Когда вся ртуть будет перенесена в колбу, еще горячую расплавленную амальгаму выливают на чистую плитку и разбивают ее на куски (под тягой!), пока она еще теплая и хрупкая. Если натрия берут 1 % масс., то получают жидкую амальгаму. Амальгама цинка Реактивы: цинк – 15 г (0, 22 грамм атома); хлорид ртути (HgCl2) – 2,5 г (0,009 моль); вода – 50 мл. В круглодонную колбу ёмкостью 250 мл помещают 15 г цинка, приливают раствор 2,5 г хлорида ртути в 50 мл воды и оставляют стоять в течение 1 ч при частом перемешивании. Затем жидкость сливают, а цинк промывают несколько раз чистой водой. 79 Скелетный никелевый катализатор NiAl2 + 6 NaOH + 6 H2O  Ni + 2 Na3 + 3 H2 Осторожно! При реакции выделяется водород, и работу следует проводить в хорошо действующем вытяжном шкафу. Катализатор пирофорен и на воздухе самовоспламеняется. Поэтому катализатор следует хранить под слоем спирта. Реактивы: никель-алюминиевый сплав – 10 г; гидроксид натрия – 16 г (0,4 моль). В стакан ёмкостью 1 л помещают 10 г никель-алюминиевого сплава и 100 мл дистиллированной воды. Затем прибавляют твёрдый гидроксид натрия с такой скоростью, чтобы вспенивание не происходило слишком бурно. Энергичное течение реакции начинается после некоторого индукционного периода, поэтому вначале следует проявить осторожность. Когда дальнейшее прибавление гидроксида натрия не будет больше приводить к заметному вскипанию (до этого момента необходимо добавить примерно 16 г), смесь выдерживают 10 мин при комнатной температуре и затем 30 мин на водяной бане при 70оС. По истечении указанного времени жидкость, находящуюся поверх осевшего на дно стакана никеля, тщательно декантируют и катализатор промывают дистиллированной водой, перемешивая и сливая воду с отстоявшегося осадка. Промывку ведут до достижения нейтральной реакции по фенолфталеину. Таким же образом затем вытесняют воду спиртом (20 – 30 мл). Катализатор хранят в стеклянной посуде под слоем спирта. Хотя катализатор можно хранить таким образом некоторое время, более целесообразно готовить его непосредственно перед употреблением (в количестве, необходимом для каждого конкретного синтеза), избегая заметного падения его активности при хранении. Активность 80 катализатора можно проверить, положив несколько крупинок его на лист бумаги: через 1 – 2 мин можно наблюдать самовозгорание катализатора. Палладий, сорбированный на угле PdCl 2 H2 Ñ-ïîðîøîê Pd/C Реактивы: дихлорид палладия – 0,5 г (0,03 моль); уголь активированный – 4 г; водород. В сосуде для гидрирования к 4 г активированного угля прибавляют водный раствор 0,5 г дихлорида палладия. Восстановление проводят на установке, показанной в разделе 10, рис.1. После того, как поглощение водорода закончится, катализатор отфильтровывают, промывают водой, спиртом и, наконец, эфиром. Полученный катализатор содержит 7% палладия, нанесённого на уголь. Получение платиновой черни по способу Вильштеттера H2PtCl6 + 8 KOH + 2 CH2O  Pt + 2 HCOOK + 6 KCl + 6 H2O Реактивы: платинохлористоводородная кислота – 5 г (0,012 моль); формалин 40%-ный – 15 мл; гидроксид калия 50%-ный водный раствор – 28 мл. В коническую колбу, содержащую 5 г платинохлористоводородной кислоты, растворённой в 10 мл воды, добавляют 2 – 3 капли соляной кислоты и 15 мл 40%-ного раствора 81 формалина. Полученную смесь охлаждают до –10оС (лёд с солью) и, следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 5оС, осторожно по каплям добавляют к ней 28 мл 50%-ного раствора гидроксида калия. Смесь нагревают при перемешивании в течение 30 мин при температуре 55 - 60оС. Выпавшую в осадок платиновую чернь несколько раз промывают водой. Затем быстро отфильтровывают на воронке Бюхнера, следя за тем, чтобы платина находилась под слоем воды. Затем отжимают между листами фильтровальной бумаги и помещают в вакуум-эксикатор. Через 2 - 3 дня эксикатор наполняют углекислым газом, в атмосфере которого катализатор хранят до момента использования. Аналогично получают палладиевую чернь. Выход около 1,8 г (75%). Перед употреблением катализатор необходимо активировать воздухом или кислородом путем встряхивания его в среде растворителя (этилового спирта, этилацетата и др.). Платиновую и палладиевую чернь нельзя приводить в контакт с такими взрывоопасными смесями, как воздух – метанол, воздух – бензол или воздух – водород. Получение двуокиси платины по способу Адамса H2PtCl6 + 6 NaNO3  Pt(NO3)4 + 6 NaCl + HNO3 Pt(NO3)4  PtO2 + 4 NO2 + O2 PtO2 + H2O  PtO2H2O Реактивы: платинохлористоводородная кислота – 3,5 г (0,0086 моль); нитрат натрия – 35 г (0,41 моль). В фарфоровом тигле (можно в стакане из стекла пирекс) растворяют 3,5 г платинохлористоводородной кислоты в 10 мл воды и к раствору добавляют 35 г кристаллического нитрата натрия. Смесь осторожно нагревают горелкой и, перемешивая стеклянной палочкой, 82 выпаривают досуха. После этого температуру постепенно повышают до 350 – 370оС. масса расплавляется, выделяются бурые пары оксидов азота (тяга!) и образуется коричневая окись платины. При возможном вспенивании массы перемешивание необходимо усилить, не прекращая нагревания тигля. После того как через 15 – 20 мин. выделение газа значительно уменьшится и ещё через 15 – 20 мин. совсем прекратится, нагревание тигля следует продолжить ещё в течение 30 мин. до полного расплавления реакционной массы. Температура при этом достигает 500 – 550оС. Такая температура наиболее благоприятна для получения катализатора максимальной активности. По окончании расплавления массе дают охладиться, а затем обрабатывают её 50 мл воды. Получившийся быстро оседающий на дно тигля коричневый осадок окиси платины после трёхкратной декантации в тигле переносят на воронку, отмывают на фильтре до полного удаления азотнокислых солей (проба с дифениламином), отсасывают и сушат в эксикаторе до постоянного веса. Полученную окись платины (1,5 – 1,65 г), представляющую собой тяжёлый зернистый коричневый порошок, используют в качестве исходного материала для получения платиновой черни в виде тонкой суспензии. Для этого окись платины, находящуюся в растворителе, применяемом для гидрирования (этиловый спирт, этилацетат, ледяная уксусная кислота), восстанавливают водородом при комнатной температуре. 10. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Методика гидрирования Лабораторное гидрирование в жидкой фазе при атмосферном давлении осуществляется в колбе, снабженной насадкой Дрекселя. Перемешивание реакционной смеси достигается при помощи магнитной мешалки. Водород поступает в реактор из газовой бюретки (рис. 1), связанной резиновым шлангом с уравнительной склянкой 83 (напорным резервуаром). До подачи водорода в бюретку её заполняют водой, газовую линию от бюретки к реактору перекрывают, а линию от газометра с водородом к бюретке открывают. Рис. 1. Установка для каталитического гидрирования при атмосферном давлении: 1 – газометр; 2 – трёхходовой кран; 3 – газовый цилиндр (бюретка); 4 – уравнительная склянка; 5 – реакционная колба с насадкой Дрекселя; 6 магнитная мешалка. Воду вытесняют из бюретки водородом в уравнительную склянку, после чего водородный резервуар (газометр) отключают и открывают кран на газовой линии, соединяющей бюретку и реактор, в который помещены реагенты и который предварительно «промыт» водородом. Опуская уравнительную склянку, выравнивают уровень воды в ней и бюретке и тем самым устанавливают в системе давление, равное атмосферному. Измерив начальный объём водорода в бюретке, начинают гидрирование. 84 Гидрокоричная кислота (3-фенилпропионовая кислота) O O H2 OH Ni OH Реактивы: коричная кислота – 3,7 г (0,025 моль); никель Ренея – 0,5 г; водород (из баллона); этанол – 20 мл. Работа проводится в установке для каталитического гидрирования (рис. 1). Газометр, наполненный водородом, соединяют при помощи трехходового крана с газовым цилиндром, который заполняют водородом. Замечают объем газа, для чего уравнительную склянку устанавливают таким образом, чтобы уровень воды в ней был одинаков с уровнем воды в цилиндре. Затем переводят трехходовой кран в положение, при котором газовый цилиндр соединяется с реакционной колбой, и проверяют установку на герметичность. После этого, перекрыв соединение установки с колбой, вносят в нее коричную кислоту, этанол и 0,5 г никеля Ренея. Далее вытесняют воздух из реакционной колбы. Для этого ее соединяют с газовым цилиндром и медленно пропускают 200 – 300 мл водорода. Водород выходит под тягу через шланг, надетый на отводную трубку насадки Дрекселя. После промывки систему закрывают заглушкой, надетой на отводную трубку насадки Дрекселя, а трехходовой кран переводят в положение, при котором газовый цилиндр соединен с реакционной колбой. Отмечают исходный объем водорода в цилиндре, пускают в ход мешалку. Гидрирование можно считать оконченным, когда поглотится рассчитанное количество водорода. Реакционную массу фильтруют, этанол тщательно удаляют на ротационном испарителе. Остаток на холоде затвердевает. Продукт очищают 85 перекристаллизацией из разбавленной соляной кислоты (примерно 10%-ной). Выход 3,4 г (90% от теоретического). Тпл 47 - 49оС. Метилциклогексан. Восстановление 1-метилциклогексанола-1 триэтилсиланом CH3 CH3 (C 2H5)3SiH OH CF 3COOH Реактивы: 1-метилциклогексанол-1 – 15,1 г (0,13 моль); трифторуксусная кислота – 37,5 мл (0,49 моль); триэтилсилан – 30 мл; гексан – 40 мл; 20%-ный раствор гидроксида натрия - 120 мл. К раствору 15,1 г 1-метилциклогексанола-1 в 37,5 мл трифторуксусной кислоты прикапывают 30 мл триэтилсилана в 40 мл гексана при температуре не выше 25оС. Перемешивают 1 ч и выдерживают при 45-50оС в течение 50 ч. Затем реакционную массу охлаждают, нейтрализуют 120 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия, кипятят 5 ч, органический слой отделяют, сушат сульфатом натрия. Гексан отгоняют, а остаток перегоняют, собирая фракцию при температуре 100-101оС. Выход: 11,6 г (92% от теоретического). Ткип 101оС, n20D 1,4220. Бензиловый спирт и бензойная кислота. Восстановление бензальдегида (реакция Канниццаро). Метод А. O H OH KOH O + 2 86 - + OK Реактивы: бензальдегид – 20 г, 19,2 мл (0,18 моль); гидроксид калия – 17 г (0,3 моль); хлористый метилен. В колбу на 100 мл помещают 20 г свежеперегнанного бензальдегида и охлаждённый раствор гидроксида калия (17 г в 10 мл воды). Смесь встряхивают до образования стойкой эмульсии (10 -20 мин) и оставляют в закрытой колбе на сутки. К образовавшейся массе добавляют 10 мл воды и из полученного раствора экстрагируют бензиловый спирт хлористым метиленом 2-3 раза по 20 мл. Вытяжки соединяют вместе и промывают 10 мл 40%-ного раствора гидросульфита натрия, затем водным раствором соды, сушат над безводным Na2SO4. Отгоняют сначала на водяной бане хлористый метилен, затем заменяют водяной холодильник на воздушный и перегоняют бензиловый спирт. Температура кипения спирта – 206оС. Выход бензилового спирта 8,2 г (84% от теоретического). Водно-щелочной раствор, оставшийся после экстрагирования эфиром бензилового спирта, подкисляют соляной кислотой. Выпавшую бензойную кислоту отфильтровывают и перекристаллизовывают из воды. Выход бензойной кислоты около 6,9 г (60% от теоретического). Бензиловый спирт. Восстановление бензальдегида (перекрестная реакция Канниццаро). Метод Б. O H OH H + OH O H 87 - + HCOOH Реактивы: бензальдегид – 20 г, 19,2 мл (0,18 моль); формалин (40%) – 40 мл; гидроксид натрия – 16 г (0,4 моль); гидросульфит натрия. В колбу, снабжённую обратным холодильником, вливают 19,2 мл бензальдегида, 50 мл воды и 40 мл формалина. При постоянном перемешивании добавляют раствор едкого натра (16 г NaOH в 24мл воды) и нагревают реакционную смесь до 700С. Затем колбу закрывают пробкой и оставляют стоять в течение суток. Жидкость разделяется на два слоя. Бензиловый спирт отделяют, промывают гидросульфитом натрия и водой, высушивают над безводным Na2SO4 и перегоняют. Температура кипения – 2060С. Выход 11,6 г (59% от теоретического). Бутанол-2. Восстановление метилэтилкетона натрием в эфире O H3C CH3 OH Na ýôèð âëàæí. H3C CH3 Реактивы: метилэтилкетон – 8,5 г (0,12 моль); металлический – 8 г (0,35 грамм атома); эфир – 60 мл; вода. натрий В двухгорлую колбу с обратным холодильником помещают 8,5 г метилэтилкетона, 16 мл воды и 15 мл эфира. При охлаждении колбы ледяной водой и непрерывном встряхивании постепенно добавляют в неё маленькими кусочками 8 г натрия (кусочки отрезают скальпелем на фильтровальной бумаге – см. меры предосторожности). Когда прибавлена половина всего натрия, можно вводить кусочки натрия большего размера и добавить ещё 8 мл воды. Когда весь натрий прореагирует, верхний слой отделяют в делительной воронке, а нижний (водный) один раз экстрагируют 40 мл эфира. Эфирные 88 вытяжки объединяют, промывают один раз водой, сушат над MgSO4, отгоняют эфир и собирают фракцию с температурой кипения 95 1010С. Выход 6,2 г (70% от теоретического). 1-Фенилэтанол. Восстановление ацетофенона в присутствии изопропилата алюминия O HO CH3 CH3 O i-PrOH + Al(O- i-Pr) 3 H3 C CH3 Реактивы: ацетофенон – 12,2 г (0,1 моль); изопропилат алюминия – 20,4 г (0,1 моль); изопропиловый спирт – 100 мл; 3 М раствор H2SO4 – 200 мл. В колбе емкостью 200 мл с обратным холодильником, снабженным хлоркальциевой трубкой, смешивают 20,4 г изопропилата алюминия в 100 мл изопропилового спирта (приготовление изопропилата алюминия см. методику раздел 9) и 12,2 г ацетофенона. Реакционную смесь кипятят в течение одного часа, затем заменяют обратный холодильник на нисходящий и отгоняют образовавшийся ацетон и изопропиловый спирт со скоростью 5 капель/мин. Колбу с остатком жидкости охлаждают. Жидкость постепенно при перемешивании вливают в 175 мл охлаждённого 3 М раствора H2SO4, остаток жидкости из колбы смывают 25 мл охлаждённого 3 М раствора H2SO4 и добавляют к основной массе. Из полученной смеси 1-фенилэтанол экстрагируют несколько раз хлористым метиленом. Вытяжки продукта в хлористом метилене сушат над безводным К2СО3, 89 хлористый метилен отгоняют, а остаток перегоняют в вакууме. Температура кипения – 940С (12 мм рт. ст.). Выход 8,6 г (71% от теоретического). Этилбензол. Восстановление ацетофенона по Клемменсену O CH3 CH3 + 2 Zn + + 4 HCl 2 ZnCl2 + H 2O Реактивы: ацетофенон - 6 г (0,05 моль); цинк гранулированный 15 г (0,23 грамм атома); хлорид ртути – 2,5 г (0,009 моль); соляная кислота концентрированная – 10 мл; хлористый кальций. К амальгамированному цинку, приготовленному из 15 г цинка и 2,5 г хлорида ртути по методике (см. раздел 9), помещенному в круглодонную колбу емкостью 250 мл, прибавляют ацетофенон и приливают 30 мл разбавленной соляной кислоты, полученной смешением 10 мл концентрированной соляной кислоты с 20 мл воды. Колбу соединяют с обратным холодильником, нагревают на плитке до энергичного кипения жидкости и кипятят в течение 5 ч, добавляя каждый час по 7 - 8 мл кислоты. По окончании реакции образовавшийся этилбензол (плавающий на поверхности жидкости в виде бесцветного масла) быстро отгоняют с водяным паром, отделяют от воды при помощи делительной воронки, сушат хлористым кальцием и перегоняют из маленькой перегонной колбы с воздушным холодильником. Выход 4 г (75% от теоретического). Ткип. 136,3°С. 90 Циклогексанол. Восстановление циклогексанона боргидридом натрия O HO NaBH 4 i-PrOH Реактивы: циклогексанон – 9,8 г (0,1 моль); боргидрид натрия – 1,5 г (0,04 моль); изопропанол – 120 мл; соляная кислота; хлористый метилен; сульфат натрия. К раствору 9,8 г циклогексанона в изопропиловом спирте при комнатной температуре постепенно прибавляют при перемешивании боргидрид натрия. Для завершения реакции реакционную смесь оставляют на ночь. Затем осторожно приливают разбавленную соляную кислоту до прекращения выделения водорода. Получившийся раствор 5 раз встряхивают с небольшими порциями хлористого метилена; вытяжки сушат сульфатом натрия, растворитель отгоняют. Выход 8 г (80% от теоретического). Ткип. 160оС, n20D 1.4650. N,N-Фурфурилдиэтиламин. Восстановительное аминирование фурфурола O O H CH3 + (ÑH3CH 2)2NH + N HCOOH CH3 O 91 + CO 2 + H2 O Реактивы: диэтиламин - 52 мл (0,5 моль); фурфурол свежеперегнанный - 8.3 мл (0,1 моль); муравьиная кислота (85%) - 22 мл (0,57 моль); гидроксид натрия; хлористый метилен. В трехгорлую колбу 200 мл, снабженную механической мешалкой, капельной воронкой и обратным водяным холодильником, помещают 22 мл 85%-ного раствора муравьиной кислоты. Постепенно (в течение 2,5 - 3 ч) прибавляют из капельной воронки 52 мл диэтиламина. Прибавление диэтиламина вызывает бурную реакцию. Поэтому колбу с реакционной смесью охлаждают в бане с холодной водой. Когда реакция замедлится, обратный холодильник заменяют нисходящим, а капельную воронку - термометром и отгоняют жидкость, перегоняющуюся до 135°С. После охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры к ней прибавляют 8,3 мл свежеперегнанного фурфурола. Колбу вновь соединяют с обратным холодильником и нагревают на масляной бане в течение 5 ч при температуре реакционной смеси 150°С. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры, добавляют к ней 100 мл воды и переливают в круглодонную колбу емкостью 1 л. При охлаждении водой к реакционной смеси добавляют небольшими порциями 25 г твердого гидроксида натрия и перегоняют смесь с водяным паром. Отгоняют 250 - 270 мл жидкости. В дистилляте растворяют 25 - 30 г гидроксида натрия, при этом образуются два слоя. Верхний слой отделяют с помощью делительной воронки, а нижний (водный) три раза экстрагируют хлористым метиленом (порциями по 15 мл). Основной продукт реакции объединяют с вытяжками хлористого метилена, высушивают гидроксидом натрия. Отгоняют хлористый метилен на водяной бане и затем фурфурилдиэтиламин, собирая фракцию, кипящую при 169 - 172 °С. Выход 10,7 г (70 % от теоретического). Сильван. 92 Восстановление фурфурола по Кижнеру-Вольфу NH2 O O N2H4 N ýòèëåíãëèêîëü H O H o NaOH, t C -N2 CH3 O Реактивы: фурфурол – 25 г (0,26 моль); этиленгликоль – 125 мл; гидразин гидрат – 15 мл, 15,45 г (0,3 моль); гидроксид натрия – 4 г. В круглодонной колбе емкостью 250 мл смешивают cвежеперегнанный фурфурол с этиленгликолем и постепенно при встряхивании и охлаждении водой прибавляют 15 мл гидразин гидрата. При этом выпадает желтый кристаллический осадок гидразона фурфурола (иногда осадок не выпадает, но на выходе сильвана это существенно не сказывается). Смесь оставляют на 15 мин при комнатной температуре, затем прибавляют NаОН, присоединяют к колбе дефлегматор с нисходящим холодильником и нагревают 45 мин на масляной бане при 100°С. Затем в течение 1 ч температуру поднимают до 145°С, при этом отгоняются сильван и вода. Сильван отделяют от воды, сушат над NaОН и перегоняют. Выход 12,8 г (60% от теоретического); Ткип. 63 - 68,5оС; nD20 1,4345. Бензиловый спирт. Восстановление метилбензоата алюмогидридом лития O O OH CH3 1. LiAlH 4 2. HCl 93 Реактивы: метилбензоат – 12,5 г (0,092 моль); алюмогидрид лития – 2,1 г (0,055 моль); диэтиловый эфир – 50 мл; этилацетат – 5 мл; соляная кислота (4 М) – 60 мл; сульфат натрия. Алюмогидрид лития добавляют небольшими порциями при перемешивании в 30 мл сухого эфира и кипятят до тех пор, пока большая часть алюмогидрида не растворится. Затем по каплям добавляют раствор метилбензоата в 20 мл эфира со скоростью, обеспечивающей слабое кипение растворителя. После перемешивания и кипячения в течение 30 мин медленно добавляют этилацетат и затем 60 мл 4 М соляной кислоты (см. Примечание). Отфильтровывают осадок оксида алюминия, промывают небольшим количеством эфира. Органический слой отделяют от водного с помощью делительной воронки. Эфирные вытяжки сушат сульфатом натрия. Растворитель отгоняют. Бензиловый спирт перегоняют при 205 - 207оС. Выход 7,9 - 8,5 г (80 - 90 % от теоретического). Примечание. Алюмогидрид лития для восстановления часто берут в большом избытке от теории (2–4 - кратный избыток), хотя необходимость этого часто не подтверждается контрольными опытами. При разложении большого количества алюмогидрида лития даже медленное добавление воды и перемешивание необходимо производить очень осторожно, так как выделяющийся водород может вызвать бурное вспенивание. Использование 10%-ного раствора NaOH или хлористого аммония более удобно, поскольку выделяющаяся при этом гранулированная окись алюминия легко отфильтровывается. Для разложения избытка алюмогидрида лития часто используют этилацетат, т.к. при этом не выделяется водород и продукт восстановления (этанол) не мешает выделению конечного продукта. 4 СН3СOOC2H5 + LiAlH4 → LiOCH3 + Al(OCH3)3 + 4 C2H5OH Выделению продукта восстановления часто мешает объемный студенистый осадок гидроокисей, обработка которого избытком кислоты или щелочи 94 приводит к увеличению объемов и образованию эмульсий. Этого можно избежать последовательным добавлением к восстановленной смеси из n г алюмогидрида лития по каплям n мл воды, затем n мл 15%-ного раствора NaOH и 3 n мл воды (при перемешивании). Это приводит к образованию сухого гранулированного осадка, который можно легко отфильтровать и отмыть. Фенилгидроксиламин. Восстановление нитробензола в нейтральной среде NO 2 NHOH 2 Zn, NH 4Cl + o 3 H2O , 60 C 2 Zn(OH) 2 Реактивы: нитробензол - 6 г (0,048 моль); хлорид аммония - 3,5 г; цинковая пыль - 9 г (0,13 грамм атома); вода; хлорид натрия. В колбе вместимостью 250 мл растворяют хлорид аммония в 60 мл воды и добавляют 6 г нитробензола. Массу энергично перемешивают и постепенно, примерно в течение 20 мин вносят 9 г цинковой пыли. При этом температура не должна превышать 60 - 65оС. После добавления всей цинковой пыли смесь перемешивают еще 30 мин до окончания реакции – пока не исчезнет запах нитробензола. Теплый раствор фильтруют. Осадок промывают 30 мл горячей воды. Промывную воду и фильтрат объединяют, добавляют тонкоизмельченный хлорид натрия до насыщения и охлаждают смесью льда и соли в течение 60 мин. 95 Фенилгидроксиламин выделяется в виде тонких светло-желтых игл. Его отфильтровывают и сушат на воздухе. Перекристаллизовывают из бензола или петролейного эфира. Выход 2,5 – 3,2 г (до 60% от теоретического). Тпл 81оС (с разложением). Гидразобензол. Восстановление нитробензола в щелочной среде NO 2 Zn, NaOH 2 NH o NH t C Реактивы: нитробензол – 6 г (0,048 моль); гидроксид натрия – 10 г (0,25 моль); цинковая пыль – 17 г (0,26 моль); этиловый спирт. В двухгорлую колбу емкостью 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 6 г нитробензола, 25 мл воды, 13 мл спирта и 10 г едкого натра. Все перемешивают и через боковое горло вносят небольшими порциями цинковую пыль. После добавления очередной порции горло закрывают пробкой и прибор встряхивают. Цвет раствора сначала красный, затем желтый. Когда реакция приостанавливается, добавляют следующую порцию цинковых опилок. После прибавления всей цинковой пыли в колбу вливают 75 мл спирта и нагревают смесь на водяной бане до кипения. Раствор охлаждают на бане с ледяной водой. Гидразобензол выделяется в виде почти бесцветных кристаллов. Кристаллы отфильтровывают, затем на воронке промывают небольшим количеством 50%-ного спирта и сушат в эксикаторе. 96 Выход 3,4 г (77% от теоретического). Тпл 125оС. Анилин. Восстановление нитробензола в кислой среде NH2 NO 2 9 Fe, 4 H2O + 4 4 HCl 3 Fe3O4 Реактивы: нитробензол – 4 г (0,03 моль); соляная кислота 3%-ная – 15 мл; железные опилки – 7 г; гидроксид натрия – 0,4 г; хлорид натрия. В колбу вместимостью 250 мл, снабженную обратным холодильником, помещают 7 г железных опилок, 15 мл 3%-ной соляной кислоты и 4 г нитробензола. Реакционную массу доводят до кипения и кипятят 4-4,5 ч до исчезновения запаха нитробензола. По окончании восстановления в реакционную смесь прибавляют 0,4 г гидроксида натрия и отгоняют анилин с водяным паром. В дистиллят добавляют хлорид натрия, продукт экстрагируют хлористым метиленом. Вытяжки сушат 1 ч гидроксидом натрия и переносят в сухую колбу Вюрца. Растворитель отгоняют на водяной бане, следы растворителя – на воздушной бане (до 100-110оС). Анилин перегоняют с воздушным холодильником при 180-182оС. Выход 2 - 2,3 г (70 - 75% от теоретического). п-Толилгидразин, гидрохлорид NH2 + N NaNO 2 - + NH NH3 Cl SnCl 2 - NH NH2 . HCl 1. NaOH HCl HCl H3 C N Cl 2. HCl H3C H3 C 97 H3 C Реактивы: п-толуидин - 16,1 г (0,15 моль); концентрированная соляная кислота – 172 мл; нитрит натрия – 10,3 г (0,15 моль); хлорид олова – 62 г (0,32 моль); 40%-ный раствор NaOH; хлористый метилен; сульфат магния. В стакан емкостью 500 мл, снабженный мешалкой и термометром, помещают п-толуидин и 110 мл концентрированной соляной кислоты. Полученный раствор при перемешивании охлаждают в бане со льдом до 5°С и, поддерживая эту температуру, добавляют к нему из капельной воронки раствор 10,3 г NaNO2 в 30 мл воды. По окончании диазотирования раствор фильтруют через складчатый фильтр в охлаждаемую ледяной водой колбу и при интенсивном перемешивании приливают в стакан, содержащий охлажденный до 5°С раствор 62 г SnCl2 в 62 мл концентрированной НС1. Выпавший осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера и хорошо отжимают. Затем суспендируют его в 250 мл воды и при охлаждении подщелачивают 40%-ным раствором NaOH до сильнощелочной реакции (рН  10 по универсальной индикаторной бумаге). Температура при прибавлении щелочи не должна превышать 10°С. Реакционную массу трижды экстрагируют хлористым метиленом порциями по 100 мл, вытяжки высушивают над прокаленным MgSO4 (оставляют на ночь). Затем в раствор п-толилгидразина в хлористом метилене пропускают ток сухого хлористого водорода. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают эфиром и высушивают в вакуум-эксикаторе. Выход 14,7 г (62% от теоретического); Тпл. 205 - 206 °С. N-Бензил-м-нитроанилин 98 O H H NO 2 N NO 2 NH NO 2 H2 C NaBH 4 + - H2 O MeOH H2 N Реактивы: бензальдегид – 2,5 г (0,023 моль); м-нитроанилин – 2,8 г (0,02 моль); бензол – 25 мл; метиловый спирт; боргидрид натрия – 0,75 г (0,02 моль). 1. Синтез N-бензилиден-м-нитроанилина. В колбу Вюрца емкостью 50 мл помещают бензальдегид, м-нитроанилин, 25 мл бензола и несколько кипелок, соединяют холодильник с алонжем и нагревают на электроплитке с закрытой спиралью до кипения. Используя в качестве приемника мерный цилиндр, отгоняют 22-24 мл бензола (обычно для этого требуется 25-30 мин). Остаток после охлаждения закристаллизовывается. Затем его перекристаллизовывают из минимального количества метилового спирта. Выход 2,3 г (45% от теоретического); Тпл. 70 °С. 2. Восстановление N-бензилиден-м-нитроанилина. Полученный N-бензилиден-м-нитроанилин помещают в трехгорлую колбу емкостью 50-100 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, и вносят туда же 20 мл метилового спирта. В полученную смесь, охлажденную до -30°С, добавляют при перемешивании в течение 3 мин охлажденный до -30°С раствор 0,75 г NаВН4 в 15 мл метилового спирта (см. Примечание). Затем реакционную смесь кипятят с обратным холодильником в течение 15 мин и после охлаждения до комнатной температуры выливают при перемешивании в 50 мл воды. После стояния в течение 15 мин и периодического перемешивания выпавшие кристаллы 99 отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают их на фильтре водой и высушивают на фильтровальной бумаге. Выход 2,1 г (90% от теоретического). В случае необходимости продукт перекристаллизовывают из этилового спирта; Тпл 106-107 °С. Примечание: Раствор боргидрида готовят при -30°С не более чем за 5 мин. до применения, так как боргидрид натрия реагирует с метиловым спиртом; колбу с раствором нельзя плотно закупоривать (выделяется водород): NаВН4 + 4СН3ОН  4Н2 + СН3ОNa + В(ОСН3)3 п-Хлоранилин. Восстановление 4-нитрохлорбензола NO 2 NH2 H2 N NH2 Ni Cl Cl Реактивы: 4-нитрохлорбензол - 6,3 г (0,04 моль); гидразин гидрат - 4-6 г (0,08 – 0,12 моль); никель скелетный – 1 г; этанол (ректификат) – 140 мл. Осторожно! Гидразин является сильным ядом. Работу проводить только в хорошо действующем вытяжном шкафу. В круглодонной колбе вместимостью 250 мл, снабженной механической мешалкой и холодильником, готовят раствор 6,3 г (0,04 моль) 4-нитрохлорбензола в 140 мл этанола. К раствору добавляют 23-кратный мольный избыток гидразин гидрата, слегка подогревают содержимое колбы на водяной бане до 30-40оС и вносят небольшими 100 порциями суспензию скелетного никеля в спирте. При этом наблюдается вспенивание раствора. По мере протекания реакции (время может варьироваться от 5 до 60 мин) реакционная смесь желтого цвета становится почти бесцветной. Каждую следующую порцию катализатора прибавляют после того, как выделение газа (азота) уменьшится. Завершение реакции можно проконтролировать методом ТСХ. Элюент – хлороформ. После окончания процесса в реакционную колбу вносят еще немного катализатора, и раствор нагревают с обратным холодильником до кипения для удаления растворенных газообразных продуктов реакции. Горячий раствор фильтруют для освобождения от никеля (см. Примечание), кипятят с активированным углем и снова фильтруют. Охлажденный фильтрат выливают в большой избыток воды (~ 800 мл), осадок отфильтровывают и перекристаллизовывают из этанола. Выход 4,1 г (80% от теоретического). Тпл.71°С. Примечание: Сухой катализатор пирофорен и на воздухе самовоспламеняется. Поэтому фильтры со скелетным никелем нельзя бросать в корзину для бумаг! Все остатки использованного катализатора, в том числе и на фильтре, следует временно до полного уничтожения хранить под слоем воды. Восстановление 1-метилциклопентена 3 NaBH 4 + o 0 - 10 C 4 BF 3. OEt 2 + 3 NaBF 4 + CH3 CH3 6 2 B 2 H6 + B 2H 6 2 101 CH3 CH3COOH 3B 4 Et 2O 6 Реактивы: 1–метилциклопентен - 32,6 г (0,4 моль); боргидрид натрия – 3,8 г (0,1 моль); эфират трехфтористого бора – 14,6 г (0,13 моль); диглим (диметиловый эфир диэтиленгликоля) – 15 мл; ТГФ – 50 мл; уксусная кислота – 30 мл. Диборан, приготовленный из 3,8 г боргидрида натрия и 14,6 г эфирата трехфтористого бора в диглиме, током азота переводят в раствор 32,6 г 1-метилциклопентена в 50 мл тетрагидрофурана, поддерживая температуру 0оС. Реакционную смесь перемешивают в течение 1 ч и затем медленно прибавляют 30 мл уксусной кислоты. Продукт выделяют перегонкой, Ткип. 71.8оС. Выход 26 г (80% от теоретического). 11. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ Неаккуратная и небрежная работа, несоблюдение мер предосторожности могут привести к взрывам, возникновению пожаров и к несчастным случаям. Особенности работы с водородом Водород относится к горючим и взрывоопасным газам. Он поступает в лаборатории в баллонах, окрашенных в зелёный цвет. 1. Баллон рекомендуется устанавливать вне здания и в специальных металлических шкафах. При такой установке газ к рабочим местам подаётся по медным или стальным трубам. 2. Работу с водородом надо проводить под тягой, так как смесь водорода с воздухом взрывоопасна. Допустимое количество водорода в лабораторных помещениях не должно превышать 5 л (при давлении 150 атм). 3. Основная опасность, связанная с применением водорода, заключается в образовании взрывчатых водородно-воздушных смесей, 102 пределы взрываемости которых по объёмной доле водорода очень широки: 3,3 – 81,5%. Наибольшую опасность представляет смесь, образованная двумя объёмами водорода и 4,8 объёмами воздуха. Учитывая это, при работе с водородом следует проявлять особую осторожность. 4. Необходимо избегать утечек газа, тщательно проверяя герметичность всех соединений рабочей установки. Должно быть исключено также присутствие поблизости открытого огня и нагретых предметов. 5. Приступать к выполнению работ с использованием водорода следует после ознакомления с инструкциями по технике безопасности при работе с газовыми баллонами и водородом. Особые меры предосторожности при работе с катализаторами В сухом состоянии на воздухе скелетные катализаторы пирофорны, сильно раскаляются и способны зажечь окружающие предметы. Учитывая это свойство, их следует хранить под слоем жидкости (вода, спирт, жидкие углеводороды и др.) и при загрузке в реакционный сосуд вводить во влажном состоянии. Скелетные катализаторы, приготовленные описанными выше способами, особенно активны в процессах гидрирования при низких давлениях и температурах не выше 100оС. При более высоких температурах и давлениях количество катализатора не должно превышать 5% от количества акцептора водорода. Несоблюдение указанных условий иногда может привести к весьма бурному протеканию реакции и к резкому увеличению давления. Не следует пользоваться скелетным никелем в растворе диоксана при температуре выше 175оС, так как в этом случае реакция может сопровождаться взрывом. Остатки катализатора нельзя выбрасывать в ведро с мусором, так как, например, никель Ренея легко воспламеняется. 103 Особенности работы с комплексными гидридами металлов При работе с комплексными гидридами металлов необходимо выполнять следующие меры предосторожности. 1. Работать с комплексными гидридами металлов можно только в защитных очках и перчатках, следует тщательно защищать органы дыхания от попадания в них растворов и пыли. Растворы комплексных гидридов при попадании на кожу вызывают ожоги и приводят к дерматитам, если подвергавшиеся их действию участки кожи своевременно не промыть разбавленным раствором уксусной кислоты. Работать только под тягой! Рядом не должно быть огня или раскалённых предметов (например, электроплиток). 2. На воздухе при комнатной температуре комплексные гидриды металлов достаточно стойки. Алюмогидрид лития, вероятно, вследствие реакции его поверхностного слоя с влагой и углекислотой воздуха образует поверхностную защитную плёнку гидроксида алюминия, что предотвращает его разложение. Однако при продолжительном хранении он превращается в серый порошок, очень легко воспламеняющийся и способный взрываться. Такой препарат использовать не рекомендуется, и он подлежит уничтожению. 3. Комплексные гидриды металлов нужно тщательно защищать от попадания на них влаги. Только боргидрид и цианоборгидрид натрия медленно реагируют с водой. Напротив, алюмогидрид лития и многие другие гидриды при контакте даже с небольшим количеством воды могут возгораться и взрываться. Реакция алюмогидрида лития с водой может сопровождаться взрывом и идет по следующей схеме: LiAlH4 + 4 H2O → 4 H2 + LiAl(OH)4 Для хранения алюмогидрида лития лучше использовать стеклянные сосуды, которые закрываются резиновыми пробками или 104 плотно завинчивающимися крышками. Сосуды предварительно должны быть заполнены азотом. 4. Алюмогидрид лития может воспламеняться также при пересыпании с помощью стеклянных воронок и измельчении. Для измельчения целесообразно использовать обёрнутые алюминиевой фольгой ступки и пестики из твёрдой резины. Для пересыпания следует применять воронки из меди. 5. Разлитые реакционные смеси могут воспламеняться на воздухе после того как часть растворителя испарится, поэтому они должны быть тщательно засыпаны песком. 6. Для работы с комплексными гидридами металлов следует применять только свежеперегнанные, свободные от пероксидов растворители. Особенно опасны в этом смысле тетрагидрофуран и диалкиловые эфиры, из которых часто употребляется диглим. Реакция между пероксидами и алюмогидридами плохо контролируется, поэтому возможны взрывы. 7. При работе с алюмогидридом лития следует помнить, что при температуре выше 100оС он разлагается, выделяя водород, что может представлять опасность. Также алюмогидрид лития реагирует с ОН-, SH-, NH- и СН-кислотами: LiAlH4 + 4 ROH → 4 H2 LiAlH4 + 4 R2NH → 4 H2 LiAlH4 + 4 RC≡CH → 4 H2 + LiAl(OR)4 + LiNR2 + Al(NR2)3 + LiC≡CR + Al(C≡CR)3 8. При работе с комплексными гидридами металлов следует обеспечить отвод выделяющегося при их разложении водорода от близко расположенного пламени, электромоторов, которые могут давать искру и т.п. 9. Подлежащие уничтожению остатки комплексных гидридов металлов небольшими порциями смешивают с сухим эфиром, не 105 содержащим пероксидов, переносят в колбу с мешалкой и обратным холодильником и по каплям добавляют раствор сухого этилацетата в эфире, пока не прекратится кипение эфира. 10. Для тушения воспламенившегося гидрида очаги пожара рекомендуется засыпать песком, измельчённым мелом или поваренной солью. Применение воды, пенных и углекислотных огнетушителей запрещается. Особенности работы с металлическим натрием 1. Металлический натрий и его обрезки необходимо хранить под слоем керосина. Вынимать его из керосина следует маленькими порциями, отрезанными под слоем керосина. Пинцет должен быть сухим! 2. Керосин с поверхности кусочков металлов удаляется фильтровальной бумагой, на которой кусочек режут в стружку скальпелем, перенося каждую стружку пинцетом в реакционную колбу. Отходы металлического натрия и фильтровальную бумагу, на которой резали натрий, категорически запрещается выбрасывать в канализацию, в ведро с мусором и т.п. их следует уничтожать путём полного растворения всех следов натрия в этиловом спирте. После этого бумагу промывают водой и выбрасывают, спиртовой раствор сливают в склянку для отходов. 3. Нельзя допускать не предусмотренных работой соприкосновений натрия с водой или хлорсодержащими соединениями. Нельзя использовать водяные бани. На холодильник следует надевать предохранительную бумажную муфточку (из фильтровальной бумаги). Работать следует с масляной, глицериновой или песчаной банями. 4. В случае возгораний, вызванных работой со щелочными металлами, нельзя использовать воду, пенные огнетушители или углекислоту. Надо применять сухой песок, асбестовые одеяла, лопаты, совки. 106 12. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1. Какие реакции в органической химии называют восстановлением? 2. Какие восстановители используются в лабораторной практике? 3. Назовите восстановители на основе гидридов бора и алюминия. 4. Напишите реакции получения комплексных алкоксиалюмогидридов. 5. Какой гидридный эквивалент (по теории) необходимо использовать при восстановлении нитрилов до первичных аминов; до альдегидов? 6. Какие катализаторы гетерогенного гидрирования вы знаете? 7. В чем заключается преимущество гомогенного гидрирования по сравнению с гетерогенным? 8. Приведите примеры реакций гидрогенолиза, дайте определение. 9. Как влияет строение алкена на скорость гидрирования? 10. Приведите пример реакции гидроборирования. 11. Какой катализатор используется для гидрирования алкинов до цисалкенов? 12. Какой надо взять восстановитель, чтобы получить из бутина-2 трансбутен-2? 13. Почему в перекрёстной реакции Канниццаро из смеси двух альдегидов окислению подвергается формальдегид, а другой альдегид восстанавливается до спирта? 14. Каким восстановителем надо действовать, и в каких условиях, чтобы из ароматического нитросоединения получить ароматический амин? 15. Каким реагентом надо действовать, и в каких условиях, чтобы из нитробензола получить гидразобензол? 16. В каких случаях восстановление альдегидов или кетонов проводят по Клемменсену, а в каких по Кижнеру-Вольфу? 17. Напишите реакцию восстановления соли диазония сульфитом натрия. 18. Почему при работе с алюмогидридом лития посуда и реактивы должны быть тщательно высушены? 19. Напишите продукты реакций и назовите их: а) O O C H CH2 C 107 O CH3 LiAlH4 б) O CH3 N LiAlH4 CH3 в) CH3 O Li NH3 г) O OH Li NH3 д) C N LiAlH 4 20. Завершите следующие реакции: а) O H2/Pt EtOH б) O (CH3)3C C NaBH4 CH2Br i-PrOH в) O CH3(CH2)6C H Na EtOH г) OH H2 OH 108 Kt 21. Напишите продукт, который преимущественно образуется из м- нитротолуола в каждой из следующих реакций: а) Zn, NaOH – EtOH; б) Fe, NH4Cl (водн.); в) Zn, NaOH (водн.); г) H2/Pt; д) SnCl2, HCl Библиографический список 1. Практикум по органической химии / Под ред. академика РАН Н.С. Зефирова. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 568 с. 2. Боровлев И.В. Органическая химия: термины и основные реакции. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 359 с. 3. Дядченко В.П., Трушков И.В., Брусова Г.П. Синтетические методы органической химии: Учеб. пособ., Ч.1-2. – М.: Химмед, 2004. – 154 с. 4. Органическая химия: Учеб. пособ., Ч.4. – М.: Изд-во химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 2002. – 143 с. 5. Органическая химия: Учеб. пособ., Ч.1. – М.: Изд-во химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 2002. – 102 с. 6. Репинская И.Б., Шварцберг М.С. Избранные методы синтеза органических соединений: Учеб. пособ. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 2000. – 284 с. 7. Кери Ф., Сандберг Р. Углублённый курс органической химии. – М.: Химия, 1981. – 254 с. 8. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с. 109 9. Пассет Б.В. Основные процессы химического синтеза биологически активных веществ. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. – 376 с. 10. Органикум: Практикум по органической химии: В 2 т. /Пер. с нем. – М.: Мир, 1979. – Т.2. 442 с. 11. Современные методы органического синтеза /Под ред. Б.В. Иоффе. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. – 232 с. 12. Терней А. Современная органическая химия: В 2 т. – М.: Мир, 1981. 13. Хайош А. Комплексные гидриды в органической химии. – Л.: Химия, 1971. – 624 с. 14. Физер Л., Физер М. Реагенты для органического синтеза. В 6 т. - М.: Мир, 1970-1975. 110 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Реакционная способность различных функциональных групп в реакциях с комплексными гидридами металлов при температуре 0 – 25оС Реакция RCHO  RCH2OH R2CO  R2CHOH RCOCl  RCH2OH Лактон  диол Эпоксид  спирт R1COOR2  R1CH2OH + R2OH RCOOH  RCH2OH RCOO-  RCH2OH RCONR2  RCHNR2 RCN → RCH2NH2 RNO2  RNH2 RHal  RH RCH=CH2  RCH2CH3 Восстановитель LiAlH4 NaBH4 LiBH4 LiAlH(OMe)3 LiAlH2(OCH2CH2OMe)2 LiBHEt3 NaBH3CN диглим + + + + + + LiAlH(tOBu)3 ТГФ + + + - эфир + + + + + + метанол + + + - ТГФ + + + + + + + + + + + + эфир + + + + + - + + - + + + + - - - + + + + + + + + + + + - + + - - - - + + - + - + + - + - П р и м е ч а н и е. Плюсом обозначено наличие реакции, минусом – очень медленная реакция. 109 Приложение 2 Растворимость некоторых комплексных гидридов металлов при температуре 255оС (г на 100 г растворителя) Гидрид Растворитель H2O MeOH EtOH Et2O ТHF Диоксан Глим Диглим LiAlH4 LiBH4 NaBH4 NaBH3CN 55 212 13 28 0,1 37,2 0,1 0,06 - 7 0,8 - 5 5,5 17,6 - 2,5 20 Слабо растворим - 35 – 40 2,5 0 0 NaBH(OMe)3 2,5 16,4 Хорошо растворим - - - 1,64 - - LiAlH(O-tBu)3 - - - 2 36 - 4 41 110 111