- •Министерство здравоохранения российской федерации
- •2. Ковалентные связи в соединениях углерода
- •3. Факторы, влияющие на доступность электронов
- •1. Индуктивный эффект – используется для характеристики электронного облака σ-связи
- •4. Энергетика реакции
- •5.Ароматичность Прежде чем приступить к рассмотрению темы, необходимо вспомнить теорию резонанса. Основные положения теории резонанса
- •Определение и классификация
- •Структурная формула бензола
- •Строение бензола
- •Строение и ароматичность нафталина
- •Механизм электрофильного замещения на примере бензола
- •Правила ориентации в бензольном кольце. Заместители первого и второго рода.
- •Теория ориентации
- •Электрофильное замещение в нафталине
- •Глава 1. Методы получения органических сульфокислот и сульфохлоридов
- •1. Общие сведения о процессе сульфирования
- •2. Схемы и механизм сульфирования аренов
- •3. Особенности сульфирования аренов серной кислотой
- •4. Особенности сульфирования аренов олеумом и серным ангидридом
- •5. Основные способы выделения сульфокислот
- •6. Сульфирование растворами триоксида серы в инертных растворителях
- •7. Сульфирование комплексными соединениями триоксида серы
- •8. Сульфирование хлорсульфоновой кислотой
- •9. Другие методы получения сульфокислот
- •10. Получение хлорангидридов сульфоновых кислот
- •Основные методы получения ароматических сульфохлоридов
- •Сульфохлорирование ароматических углеводородов
- •Сульфохлорирование аренов хлорсульфоновой кислотой в среде инертного органического растворителя
- •Сульфохлорирование алканов
- •Глава 2. Процессы нитрования органических соединений
- •1. Механизм реакции нитрования ароматических соединений
- •2. Влияние основных технологических параметров на процесс нитрования
- •3. Типовой процесс выделения нитропродуктов
- •4. Нитрование смесью азотной и серной кислот
- •5. Нитрование концентрированной азотной кислотой
- •6. Нитрование смесью азотной и уксусной кислот
- •7. Нитрование смесью концентрированной азотной кислоты или ее солей с уксусным ангидридом
- •8. Нитрование разбавленной азотной кислотой
- •Глава 3. Методы получения органических галогенидов
- •1. Галогенирование ароматических соединений
- •Влияние основных технологических факторов на процесс галогенирования аренов
- •Особенности технологии процесса галогенирования ароматических соединений
- •Хлорирование аренов в безводной среде
- •Бромирование ароматических соединений
- •1. Окисление растворов бромида натрия хлором
- •2. Окисление растворов бромида натрия гипохлоритом натрия:
- •Иодирование ароматических соединений
- •Примеры галогенирования ароматических соединений в производстве лекарственных веществ и витаминов
- •2. Галогенирование алканов и в боковую цепь аренов Реакции с молекулярным галогеном
- •Галогенирование с использованием специфических переносчиков галогена (спг)
- •Особенности технологии гомолитического галогенирования
- •Примеры гомолитического галогенирования в производстве лекарственных веществ и витаминов
- •3. Синтез галогенидов из непредельных соединений
- •4. Галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот Радикальное галогенирование альдегидов, кетонов и карбоновых кислот
- •Примеры реакций галогенирования карбонильных соединений
- •Гетеролитическое галогенирование карбоновых кислот
- •Синтез геминальных полигалогеналканов из карбонильных соединений и карбоновых кислот
- •5. Замена гидроксильных групп в спиртах, фенолах и карбоновых кислотах на галоген
- •6. Замещение одних атомов галогена на другие
- •Глава 4. Процессы нитрозирования. Основные реакции диазосоединений
- •1. Химизм процесса и краткая характеристика продуктов реакции
- •2. Влияние основных технологических параметров на ход процесса диазотирования
- •3. Кислотно-основные превращения ароматических диазосоединений
- •4. Реакции замены диазониевой группы
- •5. Реакция азосочетания
- •6. Некоторые реакцииполучения нитрозо- и диазосоединений
- •Глава 5. Замещение галогена и сульфогруппы на другие функциональные группы
- •1. Нуклеофильное замещение галогена в молекуле органического соединения
- •Сведения о механизме реакции
- •Основные факторы, влияющие на ход процесса
- •Использование катализаторов
- •Процессы гидролиза галогенидов
- •Замена атома галогена на алкокси- и феноксигруппы
- •Замена атома галогена на меркапто- и алкил(арил)тиогруппы
- •Замена атома галогена на аминогруппы
- •Замена атома галогена на цианогруппу
- •Замена атома галогена на группу -so3Na
- •2. Нуклеофильное замещение сульфогруппы
- •Реакции щелочного плавления
- •Примеры нуклеофильной замены сульфогруппы в промышленности
- •Глава 6. Процессы алкилирования
- •1. Алкилирование аренов по Фриделю-Крафтсу
- •2. Особенности технологии алкилирования аренов по Фриделю-Крафтсу
- •4. Алкилирование по атому азота (n-алкилирование)
- •6. Гидрокси-, галоген- и аминометилирование
- •Глава 7. Процессы ацилирования
- •1. Ацилирование по атому углерода (с-ацилирование)
- •2. Ацилирование по атому азота (n-ацилирование)
- •Глава 8. Методы восстановления
- •1. Химические методы восстановления
- •Восстановление металлами и солями металлов
- •Восстановление натрием
- •Восстановление оловом и хлоридом олова (II) в кислой среде
- •Восстановление цинком
- •Восстановление железом
- •Восстановление алкоголятами алюминия (метод Меервейна-Понндорфа-Верлея)
- •Восстановление гидридами металлов
- •Восстановление по Кижнеру-Вольфу
- •Восстановление соединениями серы
- •Восстановление сульфидами щелочных металлов
- •Восстановление нитрогруппы серой в щелочной среде
- •Восстановление сернистой кислотой и ее солями
- •Восстановление дитионитом натрия
- •Каталитическое восстановление водородом
- •Восстановление на никелевых катализаторах
- •Восстановление на платиновых и палладиевых катализаторах
- •3. Электролитическое восстановление
- •Глава 9. Методы окисления
- •1. Синтез алкенов методами каталитического и окислительного дегидрирования
- •2. Синтез альдегидов с использованием методов окисления и дегидрирования
- •3. Окислительные методы получения кетонов
- •4. Окислительные методы получения карбоновых кислот
- •5. Окисление непредельных углеводородов
- •6. Окисление ароматического цикла
6. Сульфирование растворами триоксида серы в инертных растворителях
Сульфирование концентрированной серной кислотой, олеумом и чистым серным ангидридом имеет ряд существенных недостатков:
1) дезактивациянекоторых субстратов (аминов, азолов, пиридина и т. п.);
2) окисление иразрушениелабильных и ацидофобных соединений (углеводов, стероидов, фурана, пиррола, индола и т.д.);
3) необходимость утилизациибольшого количества серной кислоты. Особенно часто эти методы оказываются непригодными для введения сульфогруппы в молекулу лекарственного вещества.
Сульфирование неводными растворами и комплексами серного ангидрида позволяет решить большинство этих проблем.
Сульфирование растворами триоксида серы в инертных растворителях наиболее универсальный и перспективный метод, которыйпозволяет сульфировать самые различные субстраты — от очень активных (например, фурана, тиофена и пиррола) до инертных (например, азолов) исоздавать практически безотходную технологию.
В качестве растворителя используют жидкий сернистый ангидрид, полигалогеналканы (дихлор-, тетрахлорэтан, метиленхлорид) и некоторые другие соединения.
Активность серного ангидрида зависитот полярности среды, которая влияет на поляризацию молекулы триоксида серы и величину +заряда на атоме серы:
Варьируя растворитель или состав смеси растворителей можно менять сульфирующую активность SO3.
Сульфирование аренов растворами сульфотриоксида в инертных растворителях идет по механизму электрофильного замещения (SE), при этом:
в полярных средах (например, жидкомSO2, 1-фтор-2-хлорэтане), а также в неполярных средах при большомизбытке SO3, механизм принципиально не отличается от рассмотренного в разделе 2;
в неполярных средах (1,2-дихлорэтан, 1,1,2,2-тетрахлорэтан)и мольном соотношении реагентов реакция идетпо пиросульфатной схеме. В качестве электрофила помимоSO3выступает продукт его взаимодействия с образовавшейся сульфокислотойArSO3SO3H— пиросульфат.
В этом случае кроме первой быстрой стадии наблюдаются еще две медленные. Причем вторая, где сульфирующим агентом является арилпиросульфат, характеризуется некоторым уменьшением концентраций сульфокислот, а третья — медленным достижением 80—95 % превращения субстрата в целевой продукт.
Сульфирование аренов растворами триоксида серы в сернистом ангидриде (полярном растворителе) применяется в синтезе поверхностно-активных веществ (алкиларенсульфонатов). Чаще всего сульфируют алкилбензолы с минимально разветвленной алкильной группой С10—С16. В этом случае продукты сульфирования имеют хорошую биологическую разлагаемость:
Ароматические соединения, как правило, хорошо растворяются в диоксиде серы, поэтому реакция протекает в гомогенной среде. Процесс ведут при температуре кипения сернистого ангидрида (при –10 °С). Реакция сильно экзотермическая (217 кДж/моль), отвод тепла осуществляется за счет испарения растворителя.Избыток серного ангидрида составляет обычно не более 5 %.
Частичное окисление SO2 в SO3 осуществляется техническим кислородом в блоке 1. Продукты окисления после охлаждения и конденсации в холодильнике 2 собирают в сборнике 3 в виде 10—15 %-ного раствора SO3 в жидком SO2. Этот раствор и раствор алкилбензола в жидком SO2 подают на мешалку в центр тарелки реактора 4. Реактор представляет собой охлаждаемый через рубашку сосуд, внутри которого расположена тарелка с бортиком (стакан), охлаждающими змеевиками и мешалкой. Частично прореагировавшая смесь стекает через бортик тарелки на охлаждаемую стенку корпуса аппарата. Здесь в падающей тонкой пленке жидкости реакция завершается, и большая часть SO2 удаляется через верх реактора. Жидкость, выходящая из нижней части реактора, еще содержит 5—7 % SO2, и для удаления последнего ее подогревают и направляют в вакуумный испаритель 6, после чего она стекает в сборник и поступает на дальнейшую переработку. Газообразный SO2 возвращается в блок 1.
Рис. 2. Схема сульфирования аренов серным ангидридом в жидком SO2
1 — блок окисления SO2 в SO3; 2 — холодильник; 3 — сборник; 4 — реактор; 5 — подогреватель; 6 — испаритель
Сульфирование растворами SO3 в неполярныхрастворителях (дихлорэтане, метиленхлориде и других) широко используютв синтезе лекарственных веществ. В разработке этого метода активное участие приняли профессор Б.В. Пассет с сотрудниками. С помощью растворовSO3в неполярных растворителях сульфируют как ароматические субстраты, так и полисахариды:
1. Сульфирование карбоциклических аренов (бензола, нафталина и др.). В синтезедиазолина заменаH2SO4 раствором серного ангидрида в дихлорэтане позволила увеличить выход1,5-нафталин-дисульфокислотыпочти вдвое:
2. Сульфирование ароматических аминов (Б.В. Пассет с сотр.). Вотличие от «метода запекания»,сульфирование растворамиSO3 — процессодностадийный, идет при20—30 °С(против 180 °С)без деструкции субстрата вследствие отсутствия высокой температуры и кислотности среды, позволяет сократитьвремяреакции до 1 часа и создавать практическибезотходное производство, так как дихлорэтановый фильтрат, содержащий непрореагировавший серный ангидрид, и исходный амин возвращаются в цикл.
Например, при синтезе сульфаниловой кислоты краствору анилина в дихлорэтане постепенно, при хорошем перемешивании и температуре не выше 30 °С, прибавляют растворSO3в ДХЭ (3 моль на 1 моль анилина), после чего выдерживают 0,5—1 ч. Выпавший осадок отфильтровывают. Дихлорэтановый фильтрат, который не содержит исходного амина, после увеличения концентрации серного ангидрида вновь используют для сульфирования. Бесцветный твердый продукт сульфирования растворяют в воде и нейтрализуют раствором аммиака. Высвободившийся анилин отгоняют с водяным паром, а раствор аммониевой соли упаривают до получения концентрированного раствора и выделяют сульфаниловую кислоту при подкислении серной кислотой и охлаждении. Выход сульфаниловой кислоты составляет 48—49 % на загруженный анилин и 96—98 % на вступивший в реакцию (с учетом возврата).
Метод применим и к замещенным аминам.
3. Сульфатирование полисахаридов (Б.В. Пассет с сотр.). В полигалогенидах (ДХЭ и метиленхлориде) при температуре 0—5 °С реакция идет практически без деструкции полисахарида с образованием ценных биологически активных продуктов (декстрансульфата, ронасана, сульфата альгиновой кислоты и др.) с выходом до 80 %. Механизм реакцииSN2, нуклеофилом является кислород спиртового гидроксила, поэтому большое значение имеют строение и надмолекулярная структура молекулы полисахарида (пространственные факторы).