Синтез хинолина по Скраупу

Метод состоит во взаимодействии первичных ароматических аминов с глицерином в присутствии дегидратирующего реагента и окислителя. Классический синтез Скраупа может быть выражен следующей схемой.

На первой стадии происходит катализируемая серной кислотой дегидратация глицерина с образованием a,b-непредельного альдегида, акролеина. Второй стадия - сопряженное присоединение анилина к акролеину. Третья стадия – замыкание цикла путем электрофильной атаки карбонильной группы по ароматическому кольцу. На заключительных стадиях происходит дегидратация и окисление образующегося 1,2-дигидрохинолина в хинолин. В качестве окислителя удобно использовать нитросоединение, соответствующее исходному амину. Для снижения экзотермичности реакции, которая протекает очень бурно, в реакционную смесь добавляют FeSO₄.

^ 2) Синтез хинолина по Дебнеру-Миллеру

Этот метод, как и реакция Скраупа, основан на взаимодействии ароматических аминов с a,b-непредельными карбонильными соединениями. Ненасыщенные карбонильные соединения получают непосредственно в реакционной смеси из альдегидов и кетонов путем кротоновой конденсации. Окислителями промежуточно образующихся 1,2-дигидрохинолинов являются альдимины, образующиеся при взаимодействии исходных карбонильных соединения с ароматическим амином.

^ Физические свойства и строение

Пиридин – бесцветная жидкость с неприятным запахом, растворим в воде. Хинолин и изохинолин – бесцветные жидкости, малорастворимы в воде.

Пиридин представляет собой ароматическую 6 p-электронную систему, подобную ароматической системе бензола. Все атомы цикла, в то числе и атом азота, находятся в состоянии sp²-гибридизации и предоставляют р -орбитали для образования замкнутой сопряженной p-системы. Неподеленная пара электронов атома азота лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости p-системы кольца, и не принимает участия в создании ароматического секстета.

p p-МО пиридина подобны орбиталям бензола, но имеются следующие отличия. Во-первых, p-орбитали пиридина имеют более низкую энергию, что обусловлено большей электроотрицательностью атома азота по сравнению с атомом углерода. Во-вторых, высшие занятые молекулярные орбитали (ВЗМО) p₂ и p₃ у бензола вырождены, а соответствующие орбитали пиридина имеют разную энергию. Орбиталь p₂ со значительным коэффициентом на атоме азота ниже по энергии, чем орбиталь p₃ с нулевым коэффициентом на атоме азота.

Атом азота действует как акцептор по индуктивному механизму, что приводит к снижению электронной плотности на атомах углерода пиридиниевого кольца по сравнению с бензолом. Поэтому пиридин относят к p -дефицитным гетероциклам.

Пиридин обладает значительной энергией делокализации, сравнимой с энергией делокализации бензола. Это свидетельствует о высокой стабильности циклической системы пиридина, в чем он превосходит пятичленные ароматические гетероциклы – пиррол,фуран и тиофен.

^ Хинолин и изохинолин являются электронными аналогами нафталина. Они содержат p-электронную систему из 10 p-электронов и могут быть к отнесены к ароматическим гетероциклам. Присутствие атома азота снижает электронную плотность главным образом на атомах углерода пиридиниевого цикла.

^ Химические свойства

Реакции по атому азота

Наличие у атома азота пиридина и его бензологов свободной пары электронов, не участвующей в сопряженной системе, обусловливает их основные и нуклеофильные свойства.

Пиридин и хинолин являются слабыми основаниями и с сильными кислотами образуют соли пиридиния и хинолиния.

По основности пиридин и его бензологи уступают алифатическим и алициклическим аминам и близки к ароматическим аминам.

11,25

5,23

5,14

4,94

4,58

 

Для пиридина и его бензологов характерно образование комплексов с кислотами Льюиса, которые в большинстве своем служат мягкими электрофильными агентами, например:

сульфирующий агент	мягкий восстановитель	мягкий нитрующий агент	фторирующий агент

 

Нуклеофильность атома азота проявляется в его способности к алкилированию. При алкилировании образуются устойчивые соли алкилпиридиния и алкилхинолиния:

2) Реакции электрофильного замещения

Пиридин

Реакции электрофильного замещения в пиридине идут с большим трудом, что обусловлено p-дефицитностью ядра и способностью атома азота образовывать соли с протонными кислотами и комплексы с кислотами Льюиса, что еще больше уменьшает нуклеофильность ядра. По реакционной способности к электрофильному замещению пиридин напоминает нитробензол. Замещение идет по положению 3, что вытекает из рассмотрения резонансных структур s-комплексов, ведущих к продуктам замещения в положения 2, 3 и 4.

Несмотря на то, что в резонансной стабилизации промежуточного катиона при электрофильной атаке как при замещении по положению 3, так и по положениям 2 и 4, участвует одинаковое число мезомерных структур, в последних двух случаях катионы с положительным зарядом на иминном атоме азота крайне невыгодны.

Пиридин нитруется, сульфируется и галогенируются в очень жестких условиях. Только процессы галогенирования и сульфирования идут с удовлетворительными выходами. Алкилирование и ацилирование в кольцо провести не удается.

Хинолин

Реакции электрофильного замещения идут по наименее электронодефицитному бензольному кольцу преимущественно в положения 5 и 8. В условиях термодинамического контроля, например, при сульфировании выше 300⁰С, основным продуктом будет более стабильный 6-изомер.

3) Реакции нуклеофильного замещения

Реакции нуклеофильного замещения для пиридиниевого цикла наиболее характерны. Пиридиниевый атом азота оказывает на ядро активирующее действие, подобно нитрогруппе в бензольном кольце. Нуклеофильное замещение протекает по механизму присоединения-отщепления (S_NAr). Наиболее активированными являются положения 2 и 4. При атаке нуклеофила по этим положениям образуются наиболее стабильные анионные интермедиаты, в которых атом азота участвует в делокализации отрицательного заряда.

В хинолине к нуклеофильному замещению также активированы положения 2 и 4.

Под действием таких сильных нуклеофилов, как амиды металлов и металлоорганические соединения, в пиридине и хинолине возможно замещение гидрид-иона. Аминирование пиридина и хинолина амидами металлов носит название реакции Чичибабина. Процесс проводят путем нагревания реагентов в инертном растворителе. Механизм реакции – присоединение –отщепление.

Аналогично реагирует хинолин с образованием 2-аминохинолина.

При действии на пиридин и хинолин фениллития водород в положении 2 замещается на фенильную группу.

Восстановление

Каталитическое гидрирование пиридина дает пиперидин.

При гидрирование хинолина в первую очередь восстанавливается пиридиниевый цикл и образуется 1,2,3,4-тетрагидрохинолин.

Окисление

Ядро пиридина устойчиво к действию окислителей. Алкилпиридины могут быть окислены до пиридинкарбоновых кислот.

При окислении хинолина и изохинолина в первую очередь, как правило, разрушается бензольное кольцо.

Окисление пиридина и хинолина пероксидом водорода и надкислотами приводит к N-оксидам.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: