Получение (синтез) замещенных бензольных колец. Часть II

И снова нашей задачей будет синтез простых органических молекул, производных бензола. И в этот раз наша цель — получение вот этой молекулы справа. И опять мы будем использовать концепцию ретросинтеза, и поэтому давайте вернемся назад и посмотрим, какое вещество может быть непосредственным предшественником этой молекулы. Чтобы сделать это, давайте проанализируем те группы, которые соединены с нашим бензольным кольцом. Итак, вот здесь у нас располагается аминогруппа. А мы знаем, что она является орто/пара-ориентантом. Мы знаем это потому, что неподеленная пара электронов расположена на этом атоме азота непосредственно за нашим кольцом. Так же на кольце, есть функциональная группа карбоновой кислоты. А мы знаем, что этот карбонильный углерод имеет частичный положительный заряд, благодаря чему он становится мета-ориентантом. Пока что мы еще не обсуждали реакции, с помощью которых можно поставить аминогруппу в мета-положение по отношению к карбоксильной группе. Однако мы уже поговорили о том, как поставить нитрогруппу в мета-положении по отношению к карбоксильной группе. Итак, давайте заменим аминогруппу на нитрогруппу. Рисуем бензольное кольцо. И вот здесь мы поставим нашу карбоксильную группу. А вместо аминогруппы давайте запишем нитрогруппу, вот так. И все, что нам требуется сделать теперь, это подумать о том, каким образом мы должны заменить нашу нитрогруппу на аминогруппу. На самом деле, для решения этой задачи существует несколько подходов. Во-первых, вы можете использовать металл типа железа и небольшое количество хлороводородной кислоты. Можно также использовать олово. Или водород и металлический катализатор, например, никель. То есть, существует множество различных способов замены нитрогруппы на аминогруппу в бензольном кольце. И теперь мы знаем, как поставить нитрогруппу в мета-положении по отношению к карбоксильной группе. Итак, вот здесь у нас есть мета-ориентант. И если я восстановлю эту нитрогруппу, то могу получить предшественника этой молекулы, которым будет просто бензойная кислота. Итак, давайте изобразим здесь бензойную кислоту. Запишем вещества, необходимые для реакции нитрирования, и которыми, разумеется, будут концентрированная азотная кислота и концентрированная серная кислота. И опять, поскольку моя карбонильная группа здесь, в моей карбоксильной группе, выполняет роль мета-ориентанта, то нитрогруппа оказывается в мета-положении. Итак, у меня была бензойная кислота. И мне необходимо получить бензойную кислоту из бензола. И если вы вспомните одну из тех реакций, которые мы проделали в видео, посвященном бензильному положению, мы могли получить молекулу бензойной кислоты из алкилбензола. То есть непосредственным предшественником этой молекулы мог быть алкилбензол, то есть бензольное кольцо с алкильной группой. И просто чтобы представить все проще, давайте поставим здесь метильную группу, то есть, толуол был непосредственным предшественником нашей бензойной кислоты. Для окисления алкильной боковой цепи мне необходимо добавить дихромат натрия. А также источник протонов, например, серную кислоту, и слегка нагреть. И вот происходит окисление алкилбензола. Вы можете провести эту же реакцию с перманганатом, аналогично нагревая раствор. Можете выбрать любое число атомов углерода в вашей алкильной боковой цепи. В данном случае я взял один, чтобы было понятнее. Итак, вот этот атом углерода после окисления этой группы, превратится в углерод вот здесь. Ну а теперь, нам необходимо превратить бензол в толуол. И мы можем сделать это с помощью реакции алкилирования Фриделя-Крафтса. И поэтому нам нужен один атом углерода. То есть для нашего алкил-хлорида нам потребуется алкил-хлорид с одним атомом углерода, то есть CH₃Cl. А катализатором для реакции алкилирования Фриделя-Крафтса будет хлорид алюминия. И вот теперь наш синтез завершен. Давайте разберем эти реакции. И мы с вами убедимся, что все здесь имеет значение. Начнем с бензола. Проводим реакцию алкилирования Фриделя-Крафтса, чтобы добавить метильную группу в наше бензольное кольцо и получить толуол. Затем, мы окисляем эту алкильную боковую цепь с помощью дихромата натрия, благодаря чему она превращается в карбоксильную цепь, которая теперь становится мета-ориентантом. Итак, когда вы нитрируете ваше бензольное кольцо, то нитрогруппа оказывается в мета-положении по отношению к вашей карбоксильной группе. И в заключение вы восстанавливаете вашу нитрогруппу и она превращается в аминогруппу, и вот вы достигли цели. Решим еще одну задачу. Итак, мы видим, что сейчас нашей целевой молекулой является вот эта молекула справа. И я сразу же замечаю, что бром находится в бензильном положении, а углерод расположен в нашем бензольном кольце непосредственно перед ним. А мы уже знаем, с помощью какой реакции нам удастся ввести бром в бензильную группу. Как вы помните, это будет свободнорадикальная реакция бромирования. И поэтому я могу нарисовать предшественника для этой молекулы, которым будет бензольное кольцо. Вот этот бром находится в нашем бензольном кольце. И у нас теперь получилась этильная группа. И мне понадобится также немного БСИ (N-бромсукцинимид) и я должен слегка нагреть раствор. В качестве растворителя я могу использовать тетрахлорид углерода, а также пероксид для активации свободнорадикального механизма реакции. И вот у меня получилась свободнорадикальная реакция бромирования, в результате которой бром оказывается в бензильном положении. Ну хорошо, а теперь попытаемся представить, каким будет предшественник этой молекулы. Проанализируем группы на нашем кольце. Итак, вот это этильная группа, а вот это алкильная группа. А мы помним, что они являются орто/пара-ориентантами. Вот этот бром, несомненно, также будет орто/пара-ориентантом, поскольку он содержит неподеленную пару электронов. Итак, вот это орто/пара-ориентант. В нашем кольце два орто/пара-ориентанта, но оба они находятся в мета-положении по отношению друг к другу. И нам нужно попытаться представить, каким образом мы можем трансформировать один из ориентнатов в мета-ориентант. И это можно успешно проделать, просто трансформировав нашу алкильную группу в группу, которая будет содержать карбонильную группу, то есть алкильную группу. Итак, чтобы представить молекулу-предшественника этого соединения, я изображу бензольное кольцо. Оставлю здесь наш бром. А вместо алкильной группы у нас здесь теперь будет ацильная группа, поскольку наша ацильная группа является мета-ориентантом. Этот атом углерода несет частично положительный заряд. И нам необходимо представить, как мы можем восстановить ацильную группу до алкильной группы. И одним из способов осуществления данной трансформации является реакция восстановления Клемменсена. Итак, для этого вы берете амальгированный цинк, то есть цинк в форме сплава с ртутью, а также немного HCL. И с помощью этого мы восстанавливаем нашу ацильную группу до алкильной группы, вот так. И теперь у нас здесь есть ацильная группа, выполняющая функцию мета-ориентанта, благодаря которой мы сможем установить бром в мета-положении по отношению к ацильной группе. Чтобы нарисовать предшественника этой молекулы, просто уберем этот атом брома. Итак, вот это мое бензольное кольцо с ацильной группой. И опять, поскольку она здесь выступает в качестве мета-ориентанта, все что мне нужно, это провести реакцию бромирования. И я повторю опять, что мне потребуется немного брома. Также мне понадобится катализатор FeBr₃. И затем пойдет реакция. Теперь нужно перейти от бензола к этой молекуле. И опять же, я могу проделать это с помощью реакции ацилирования Фриделя-Крафтса. Мне понадобится два атома углерода, чтобы я мог провести реакцию ацилирования Фриделя-Крафтса. Нужно убедиться в том, что я получу из моего хлорангидрида карболовой кислоты два атома углерода. И опять, в качестве катализатора я возьму хлорид алюминия, чтобы запустить реакцию ацилирования Фриделя-Крафтса. И у меня получится завершенный синтез. Пробежимся еще раз по каждому из этапов, начиная с бензола. Мы выполняем реакцию ацилирования Фриделя-Крафтса, посредством которой вводим ацильную группу в кольцо. Она станет мета-ориентантом. И если затем мы выполним бромирование, бром окажется в мета-положении по отношению к ацильной группе. Затем ацильная группа восстанавливается с помощью амальгированного цинка и превращается в этильную группу. Потом проводим свободнорадикальное бромирование, чтобы бром оказался в бензильном положении. Вот и все. Используйте метод ретросинтеза, но затем обязательно перепроверьте и убедитесь в том, что ваш синтез выполнен правильно. Subtitles by the Amara.org community