Пояснения к синтезу

Концентрированная хлорная кислота

Первые стадии реакции идут по типу кротоновой конденсации и включают предварительную перегруппировку ацетофенона в енольную форму:

Формальная структура енола (I) неточно описывает его строение. Атомы цепочки НО-С-СН₂ каждый находятся в гибридном состоянии sp² и при взаимодействии их p_z-орбиталей образуются связывающая, разрыхляющая и несвязывающая молекулярные орбитали. В результате этого электронная пара кислорода оказывается на НСМО, т.е. и на кислороде, и на углероде группы СН₂­, как это показывает структура (II). Этот атом приобретает свойства нуклеофила и атакует связь С=О бензальдегида, разрывая ее:

При высокой температуре и в условиях кислотного катализа промежуточный аналог альдоля отщепляет воду с образованием ненасыщенного кетона, который по уже описанной цепочке реакций конденсируется со второй молекулой ацетофенона. Завершается процесс, очевидно, реакцией окислительной циклизации:

Пиррол

63,0 г (0,3 моль) слизевой кислоты и 90 мл 25 %-ного водного аммиака (уд. вес 0,9 г/мл) тщательно смешивают под тягой в фарфоровой чашке до образования однородной пасты. Густую массу нагревают на кипящей водяной бане при перемешивании до полного удаления воды и образования сухого порошка. Полученный слизевокислый аммоний растирают в порошок, смешивают с 35 мл глицерина в 0,5 л колбе и полученную смесь выдерживают ночь при комнатной температуре. Затем к колбе присоединяют прямой холодильник и смесь осторожно нагревают пламенем газовой горелки до 320 – 330 С. При сильном вспенивании начинает отгоняться пиррол, перегонку продолжают до тех пор, пока отгоняются капли масла. При этом общий объем дистиллата достигнет 90 – 100 мл. Маслянистый пиррольный слой отделяют и водный раствор в делительной воронке экстрагируют 10 мл эфира. Объединенный эфирный раствор и пиррольную фракцию промывают небольшим количеством воды, отделяют с помощью делительной воронки, быстро обезвоживают гидроксидом калия и перегоняют в приборе с дефлегматором (температура кипения 127 – 131°С). Выход 7,5 – 8,0 г (37 – 40 %).

Пояснения к синтезу

Механизм этой реакции не исследован, однако очевидно, что при воздействии высокой температуры происходит декарбоксилирование слизевой кислоты, дегидратация образующегося при этом тетраола, который далее вступает в реакцию конденсации с аммиаком. Видимо, замыкание цикла осуществляется подобно тому, как это происходит при синтезе хинолина (см. ниже

Глицерин необходим для гомогенизации реакционной массы и предотвращения ее местных перегревов. Источником пиррольного азота является аммиак. Растворяя его, глицерин сохраняет аммиак в реакционной системе.

Пиролиз аммонийной соли слизевой кислоты сопровождается сильным вспениванием и выделением дурно пахнущих веществ. Поэтому нагревание надо вести очень осторожно во избежание переброса реакционной масс в холодильник и отгонку проводить под тягой.

1-Фенилпиррол

При нагревании слизевой кислоты с анилином с умеренным выходом образуется 1-фенилпиррол:

К нагретому до 150 °С анилину (121 г, 1,3 моль) (анилин ядовит, работать под тягой!) в один прием добавляют 126 г (0,6 моль) слизевой кислоты. Смесь, перемешивая, кипятят с обратным воздушным холодильником 3 – 4 часа. Затем обратный холодильник заменяют на прямой и отгоняют почти всю жидкость. Дистиллят трижды экстрагируют 80 мл порциями эфира. Эфирную вытяжку последовательно промывают 10 – 20 %-ной соляной кислотой, 5 – 10 %-ным раствором кальцинированной соды (Na₂CO₃), водой и затем обезвоживают плавленым хлористым кальцием. После отгонки эфира продукт перегоняют в вакууме, собирая фракцию с Т_кип 110 – 116 °С (9 мм рт. ст.) или 127 – 135 °С (30 мм рт. ст.).

Сырой продукт плавится при 55 – 60 °С. После двукратной перекристаллизации из смеси этанол-вода (3:1 по объему) получают бесцветны кристаллы с Т_пл 58 – 60 °С и Т_кип 234 °С.

Выход 36 – 43 г (42 – 50%). УФ спектр в этаноле λ_max (lg ε): 253 нм,(4,13).

3,5-Диметилпиразол

В 1 л колбе, снабженной капельной воронкой, термометром и мешалкой, растворяют 65,0 г (0,5 моль) сернокислого гидразина в 400 мл 10%-ного гидроксида натрия. Колбу охлаждают до 15 °С и прибавляют при перемешивании 50,0 г (0,5моль) ацетилацетона, затем еще 1 час перемешивают при 15 ^°С. К содержимому колбы добавляют 200 мл воды, переносят в делительную воронку и взбалтывают со 125 мл эфира. Слои разделяют и водный слой экстрагируют еще четыре раза порциями по 40 мл эфира. Объединенные эфирные вытяжки промывают насыщенным раствором хлорида натрия и сушат поташом. Эфир отгоняют и остаток высушивают в вакууме. Для очистки продукт можно перекристаллизовать из петролейного эфира Выход 37 – 39 г (77 – 81 %). Т_пл 107 – 108 °С.