Здавалка
Главная | Обратная связь

Способы получения аминов.



2.1.Реакции алкилирования

2.1.1. Реакция Гофмана. Наиболее простым, но далеко не всегда оптимальным методом синтеза алифатических аминов является взаимодействие аммиака с алкилгалогенидами. Это превращение является примером реакции нуклеофильного замещения, в которой аммиак выступает в роли нуклеофила. Соответственно алкилгалогенид можно рассматривать в качестве субстрата и его активность в этой реакции подчиняется обычным закономерностям. На первой стадии реакции образуется соль первичного амина (уравнение 1), которая при взаимодействии с еще одним эквивалентом аммиака превращается в первичный амин (уравнение 2). Для выделения свободного амина из его соли могут использоваться и другие основания – NaOH, KOH и др. Проблема состоит в том, что первичный амин также является нуклеофилом, причем в том случае, когда R – алкильная группа (донор электронов), амин является даже более сильным нуклеофилом, чем аммиак. Вследствие этого возможно протекание конкурирующих реакций (3,4) , приводящих к образованию вторичного амина. Вторичный амин в свою очередь также может вступать в реакцию с алкилгалогенидом с образованием третичного амина (уравнения 5,6), который также является нуклеофилом и его взаимодействие с исходным алкилгалогенидом завершается образованием четвертичной аммонийной соли, которая нуклеофилом уже не является из-за отсутствия неподеленной пары электронов на атоме азота.

Таким образом, в результате этой реакции, как правило, образуется смесь различных аминов, их солей и четвертичной аммонийной соли, что делает ее применимость в лабораторной практике весьма ограниченной. Однако этот метод может использоваться в промышленных масштабах при производстве простейших алифатических аминов

2.1.2. Синтез Габриэля. В лабораторной практике для селективного получения первичных аминов используют другие методы, одним из которых является синтез Габриэля. Он включает взаимодействие алкилгалогенидов с другим азотсодержащим нуклеофилом – фталимидом калия. Реакция происходит по бимолекулярному механизму с образованием так называемого фталимидного производного.

Образующееся фталимидное производное – очень слабый нуклеофил и потому является единственным органическим продуктом

этой реакции. Вторая стадия синтеза – щелочной гидролиз фталимидного производного, протекает в достаточно жестких условиях (температура до 200 °С) и приводит к образованию первичного амина, который легко можно отделить от второго продукта реакции – соли фталевой кислоты.

2.1.3. Реакция Риттера. Эта реакция используется для синтеза первичных аминов путем алкилирования синильной кислоты карбокатионом, образующимся при протонировании алкена. В сильнокислой среде синильная кислота находится в недиссоированной форме и в качестве нуклеофила в составе ее молекулы может выступать только атом азота. Образующийся при этом катион подвергается гидролизу в амин через стадию образования N-замещенного амида муравьиной кислоты.

 

2.1.4. Алкилирование аммиака окисью этилена. Этим способомполучают смесь моно-, ди- и триэтаноламинов:

Соотношение продуктов зависит от соотношения реагентов. Окись этилена и другие эпоксиды могут быть использованы в качестве алкилирующих реагентов также и аминов.

2.2.Реакции восстановления

2.2.1. Восстановление нитрилов. Первичные амины могут быть селективно получены восстановлением нитрилов при действии либо избытка алюмогидрида лития, либо диборана. Последний метод представляет интерес тем, что нитрогруппы и сложноэфирные группы, находящиеся в составе молекулы, не затрагиваются в процессе реакции.

Нитрилы превращаются в первичные амины и в условиях каталитического гидрирования, однако в этом случае в качестве побочных продуктов образуются вторичные и третичные амины. На первой стадии происходит присоединение одной молекулы водорода по тройной связи цианогруппы с образованием имина. Последующее присоединение второй молекулы водорода приводит к первичному амину. Вторичный амин образуется в результате нуклеофильного присоединения первичного амина по С≡N связи имина, отщепления молекулы аммиака и последующего гидрирования. Образование вторичных и третичных аминов в этой реакции можно исключить, используя уксусный ангидрид в качестве растворителя. При этом образующийся первичный амин быстро реагирует с уксусным ангидридом с образованием амида уксусной кислоты, который, будучи очень слабым нуклеофилом, не участвует в дальнейших превращениях. Целевой амин получают из ацетамида гидролизом водным раствором щелочи.

2.2.2. Восстановление амидов. Это превращение позволяет поэтапно переходить от аммиака к первичным, вторичным или третичным аминам путем восстановления амидов алюмогидридом лития или дибораном.

2.2.3. Восстановление нитросоединений. Первичные амины могут быть получены восстановлением нитросоединений, что является одним из основных методов синтеза ароматических аминов, но достаточно редко используется для получения алифатических аминов, поскольку последние являются более доступными по сравнению с соответствующими нитросоединениями. Общим методом восстановления алифатических нитросоединений в амины является каталитическое гидрирование; для первичных и вторичных нитросоединений в качестве восстановителя может быть использован алюмогидрид лития.

2.3. Восстановительное аминирование. Ряд методов синтеза аминов базируется на реакциях восстановительного аминирования карбонильных соединений. Эти реакции используются как в промышленности, так и в лабораторной практике. Распространенным вариантом проведения восстановительного аминирования является каталитическое гидрирование карбонильных соединений (альдегидов и кетонов) в присутствии аммиака. В качестве катализатора используют никель Ренея или медно-хромовый оксидный катализатор. На первой стадии при взаимодействии карбонильного соединения с аммиаком образуется имин, который гидрируется легче, чем исходное соединение с образованием первичного амина. Если аммиак берется в недостатке, происходит взаимодействие амина с промежуточным имином с образованием аминаля, который в условиях реакции отщепляет молекулу аммиака и превращается в другой имин. Гидрирование последнего ведет к образованию вторичного амина. Варьируя соотношение реагентов, можно направлять синтез в сторону получения первичного или вторичного амина.

Химическим (некаталитическим) вариантом восстановительного аминирования является реакция Лейкарта, заключающаяся во взаимодействии карбонильного соединения с аммиаком и муравьиной кислотой, которая выступает в качестве восстановителя.

В реакцию восстановительного аминирования можно вводить не только аммиак, но и первичные амины, при этом с высоким выходом образуются вторичные амины.

Еще один восстановитель, используемый для проведения реакции восстановительного аминирования, – бороциангидрид натрия, который в кислой среде легко восстанавливает кратную связь С=N и более медленно связь С=О. Уникальной особенностью этого реагента является его относительная устойчивость в кислой среде (до рН 3), что важно именно применительно к реакции восстановительного аминирования, так как образование имина при взаимодействии карбонильного соединения с аммиаком или амином катализируется кислотами.

Приведенные реакции позволяют осуществить переход от первичных аминов к вторичным или третичным аминам.

2.4. Перегруппировки. Последняя группа методов, которая может быть использована для получения первичных аминов, объединяет секстетные перегруппировки – Гофмана и Курциуса.

2.4.1. Перегруппировка Гофмана. Происходит при действии на амиды гипогалогенитами – гипохлоритом или гипобромитом.

Реакцию проводят в щелочной среде. На первой стадии происходит электрофильная атака галогена по азоту амидной группы, в результате чего образуется N-галогенамид. Депротонирование последнего под действием основания и последующая миграция заместителя R, которая осуществляется синхронно с отщеплением галогенид-аниона, приводят к образованию изоцианата. После присоединения воды изоцианат трансформируется в неустойчивую карбаминовую кислоту, декарбоксилирование которой в ходе реакции ведет к первичному амину.

Отметим, что образующийся амин содержит на один атом углерода меньше, чем молекула исходного амида.

2.4.2. Перегруппировка Курциуса. С промежуточным образованием нитрена или частицы, способной выступать в качестве аналога нитрена, происходит перегруппировка Курциуса. В эту перегруппировку вступают ацилазиды, образующиеся при взаимодействии хлорангидридов карбоновых кислот с неорганическими азидами.

Перегруппировка происходит при нагревании раствора ацилазида в органическом растворителе, например, бензоле, что позволяет выделить образующийся изоцианат в свободном виде или, при необходимости, гидролизовать его в амин.

2.4.3. Перегруппировка Бекмана. Эта перегруппировкапроисходит при действии кислот на оксимы кетонов.

Образующиеся при этом N-алкилзамещенные амиды кислот могут быть подвергнуты гидролизу с выделением первичных аминов.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.