Глава 3. Методы получения органических галогенидов
Методов полученияорганических галогенидовмного. Кроме собственно«галогенирования» — процесса замены атома водорода в молекуле органического соединения на галоген (Hlg) — используются и другие методы образования связиC–Hlg.Выбор метода и условий проведения реакции зависит как от природысубстрата, так и от природы вводимогогалогена(фтор, хлор, бром, иод).
Органические галогениды, благодаря высокой химической активности, широко используются в синтезе новых соединений, в том числе и БАВ. Они вступают в реакции нуклеофильной замены атома галогена, элиминирования, образования металлорганических соединений, и т.д.
Соединения, содержащие галоген, часто биологически активны: алифатические галогениды нередко обладают наркотическими, а арилгалогениды — антимикробными свойствами. В связи с этим, в состав молекулы многих лекарственных соединений входит один или несколько атомов галогена (хлороформ, хлоралгидрат, бромизовал, дииодтирозин, левомицетин, фторурацил и т.д.). Биологическую активность галогенидов связывают, с одной стороны, с их высокой растворимостью в жировых тканях и липидах и, с другой стороны, с высокой химической активностью (в частности, алкилирующей).
Увеличение числа атомов галогена в молекуле соединения, как правило, приводит к увеличению его токсичности.
1. Галогенирование ароматических соединений
Схема и механизм галогенирования аренов
Общая схема реакции может быть представлена следующим образом:
Иногда вместо галогена используются гипогалогенные кислоты:
При иодировании используются окислители или хлориод.
В качестве катализаторов процесса галогенирования чаще всего используют кислоты Льюиса (FeCl3и др.), концентрированную серную кислоту, иод.
Галогенирование аренов протекает как реакция электрофильного замещения атома водорода.
Электрофильными частицами (Е+) обычно являются галоген-катион, поляризованный комплекс галогена с кислотой Льюиса и поляризованная молекула галогена, а в случае гипогалогенных кислот — катионHlgOH2+или галоген-катион. Их образованию способствуют катализаторы или растворитель.
Механизм образования электрофильных частицзависит от взятого катализатора и других условий проведения реакции.
1. Катализ кислотами Льюиса.В промышленности чаще всего реакцию проводят в присутствиигалогенида железа (III), который, как правило, получают прямо в реакционной массе при добавлении в неежелеза.
При хлорировании аренов в этих условиях электрофильной частицей являетсяхлорид-катион. Прибромировании (а также и иодировании) в присутствииFeBr3 и других малоактивных кислот Льюиса, образование катиона галогена идет в незначительной степени, а основной атакующей частицей являетсяполяризованный комплекс, например:
Аналогично протекает катализ другими кислотами Льюиса.
2. Катализ серной кислотой:
3. Катализ иодом:
При использовании каталитических количеств иода арены хлорируются, так как образуется катион Сl+, а при соотношениях близких к эквимолекулярным образуетсяI+и идетиодирование.
4. Каталитическое влияние растворителя.Роль электрофильной частицы может выполнять иполяризованная молекула галогена.
Степень ее поляризации зависит от полярности растворителя. В связи с этим галогенирование активных субстратов (ароматических аминов, фенолов, полиалкилбензолов типа мезитилена, нафталина, и т. п.)молекулярным хлором и бромом возможно и без катализатора.В воде при комнатной температуре амины и фенолы образуют тригалогенпроизводные.
Однако в неполярном растворителе при низкой температуре (–70 °С) даже при избытке галогена получаются лишь монозамещенные фенолы. Бромирование фенолов в этом случае идет исключительно в о-положение. Для получения монозамещенных первичных аминов их предварительно ацилируют по аминогруппе.
