Алгоритм составления синтез с участием малонового эфира

Определить алкогольную группу, которую необходимо ввести в молекулу малонового эфира для получения необходимого вещества.

НАПРИМЕР: Нужно получить пропионовую кислоту

Заместить подвижный α-атом гидроген на натрий.

Алкилировать натрий малоновый эфир

Провести гидролизу метил малонового эфира

Провести декарбоксилирования метилмалоновой кислоты

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1

Разместите по возрастанию кислотных свойств: малоновая, янтарную, щавелевую и глутарового кислоты. Ответ объясните.

Задание 2

Напишите схемы реакций получения янтарной кислоты из соответствующих а) галогенпроизводных углеводородов через стадию образования нитрилов; спирта; гидроксикислоты

Задание 3

Используя малоновый эфир как исходное соединение, предложите схему синтеза пропионовой, масляной и изовалериановой кислоты. Назовите промежуточные продукты.

Задание 4

Приведите схемы и назовите продукты реакций щавелевой кислоты: а) с эквимолярных килькистю NaOH (водн. Р-н); б) с избытком NaOH (водн. р-н); в) с конц. H2SO4, t; г) с СаСl2; д) с КМnО4 (водн. р-н). Какое аналитическое значение реакций (г) и (д)?

ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

1. По строению кислота является карбоновой. Найдите такую кислоту:

A. Муравьиная

B. Акриловая

C. Бензойная

D. Малоновая

E. Уксусная

2. Какая из названных карбоновых кислот является насыщенной?

A. Щавелевая

B. Фталевая

C. Бурштиновая

D. Малеиновая

E. Терефталевая

3. Благодаря особенностям строения кислота проявляет оптическую активность. Найдите такую кислоту:

A. B. C.

D. E.

В результате окисления неизвестной соединения образуется фталевая кислота по схеме.

Найдите это соединение:

A. B. C. D. E.

5. Для получения карбоновой кислоты проводят окисление глиоксаля. Определить полученную кислоту:

A. Уксусная

B. Щавелевая

C. Малоновая

D. Глутаровая

E. Глутаминовая

6. Изучают химические свойства глутаровой кислоты. С каким из предложенных реагентов эта кислота не вступает в реакцию ?

A. С₂H₅OH

B. Br₂, H₂O

C. KMnO₄

D. NH₃

E. CH₃COOH

7. Изучают химические свойства карбоновых кислот. При взаимодействии с раствором FeCl3 образует осадок розово-желтого цвета. Найдите такую кислоту:

A. Фумаровая

B. Щавелевая

C. Бензойная

D. Муравьиная

E. Малоновая

Эталоны ответов:

1.D, 2.D, 3.B, 4.A, 5.B,6.E, 7.C.

Тема №18

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ производные карбоновых кислот

АктуальнОсть темЫ

Функциональные производные карбоновых кислот - это соединения, в которых гидроксил в карбоксильной группе замещен на другие группы -Hal (галогенангидриды), -NH2 (амиды), -NHNH2 (гидразиды), -OC (O) R (ангидриды), -OR (эфиры ), -C=N (нитрилы).

Хлорангидриды и ангидриды карбоновых кислот широко используются в фармацевтической химии как ацилюючи агенты. Эфиры применяются в производстве витаминов, ароматов в парфюмерии, входящих в состав пищевых эссенций. Амиды используют для очистки лекарственных препаратов, нитрилы - в производстве витаминов, синтетического волокна, пестицидов, красителей.

Умение интерпретировать химическое строение и свойства функциональных производных карбоновых кислот необходимы студенту фармацевтического факультета для изучения таких дисциплин, как фармацевтическая химия, токсикологическая химия, фармакология, фармакогнозия. Они позволяют спрогнозировать изменения, которые происходят при хранении лекарств, понять взаимосвязь между их строением и действием на организм, разрабатывать и совершенствовать новые методы синтеза лекарственных веществ.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Общая цель:Уметь интерпретировать химические свойства производных карбоновых кислот для использования в фармацевтических и токсикологических исследованиях.

Конкретные цели

Уметь:

1. Интерпретировать состав и строение функциональных производных карбоновых кислот;

2. Составлять схемы извлечения функциональных производных карбоновых кислот;

3. Описывать химические свойства функциональных производных карбоновых кислот;

4. Составлять химические реакции, свойственные функциональным производным карбоновых кислот.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

1. Основные теоретические вопросы:

1. Классификация и номенклатура функциональных производных карбоновых кислот;

2. Связь электронного строения с реакционной способностью.

3. Способы добычи и химические свойства хлорангидридив, ангидридов, амидов, гидразидов, нитрилов;

4. Сравнительная характеристика ацилюючих свойств карбоновых кислот и их функциональных производных;

5. Реакции идентификации функциональных производных карбоновых кислот.

6. Значение органических карбоновых кислот в качестве лекарственных веществ.

2. Основные термины и их определения

К важнейших функциональных производных карбоновых кислот относятся: галогенангидриды, ангидриды, эфиры, амиды, гидразиды, гидроксамовые кислоты, нитрилы и др.

Ацилгалогенидов - это такие производные карбоновых кислот, в которых гидроксильная группа, входящая в состав карбоксильной, замещена на атом галогена.

Способы получения. Хлор и бром ангидриды могут быть получены при действии галогенуючого реагента на карбоновые кислоты:

Химические свойства. Галогенангидриды - сильные электрофильные реагенты, сильнее карбоновые кислоты. Галогена в этих соединениях присуща значительная подвижность. В результате ацилирования образуются:

- Карбоновые кислоты:

– гидроксамовые кислоты:

– амиды:

– эфиры:

–ангидриды:

В подобных реакциях в молекулу нуклеофилы вводится ацильных группа, поэтому такие реакции называют реакциями ацилирования, а галоген ангидриды карбоновых кислот - ацилирующими агентами.

Ангидридами называют производные карбоновых кислот, в молекулах которых атом водорода карбоксильной группы замещен на ацильную группу.

Способы получения. Дегидратация карбоновых кислот. При пропускании паров кислоты над соответствующим катализатором (пентаоксид фосфора, трифторуксусный ангидрид) происходит выделение воды - реакция дегидратации:

уксусный ангидрид

янтарный ангидрид

Взаимодействие галогенангидридов с солями карбоновых кислот:

Химические свойства. Ангидриды карбоновых кислот имеют менее выраженный Электрофильное характер, чем галогенангидриды, но большую електрофильнисть, чем соответствующие карбоновые кислоты.

Ангидриды карбоновых кислот также используются как ацилюючы реагенты:

уксусная кислота

N–метиламид уксусной кислоти

Етилацетат

Эфиры - производные карбоновых кислот, в молекулах которых гидроксильная группа, входящая в состав карбоксильной группы, замещена на остаток спирта или фенола -OR.

Способы получения:

1. Взаимодействие галогенангидридов и ангидридов карбоновых кислот со спиртами и феноксид щелочных металлов:

2. Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами (реакция этерификации):

Химические свойства. Эфиры - типичные электрофилы. Из-за + М-эффекта атома кислорода, связанного с углеводородным радикалом, они обнаруживают менее выраженный Электрофильное характер по сравнению с галогенангидриды и ангидридами кислот.

Эфиры вступают в реакции нуклеофильного замещения.

1. Кислотный гидролиз эфиров - последовательность обратных преобразований, противоположных реакции этерификации:

Щелочной гидролиз. Гидролиз в присутствии водных растворов щелочей проходит легче, чем кислотный. В отличие от кислотного, щелочной гидролиз необратимый:

2. Взаимодействие с аммиаком (аммонолиза) и его производными протекает аналогично щелочной гидролиза:

3. Реакция переэтерификации (алкоголизм сложных эфиров) катализируется как минеральными кислотами, так и щелочами. В реакции спирт с большей молекулярной массой выдавливает из эфира более летучий спирт

4. Эфирная конденсация Кляйзена характерна для эфиров карбоновых кислот, содержащих атомы водорода в α-положении. Реакция протекает в присутствии сильных оснований:

ацетоуксусный эфир

Амидами называют производные карбоновых кислот, в молекулах которых гидроксильная группа карбоксила замещена на аминогруппу.

Способы получения. Амид получают в результате взаимодействия галогенангидридов, ангидридов или эфиров карбоновых кислот с аммиаком, первичными или вторичными аминами; при нагревании аммонийных солей карбоновых кислот, при гидролизе нитрилов.

Химические свойства. Амиды - очень слабые электрофилы и практически не вступают в реакции с нуклеофильными реагентами.

Амфотерность амидов.

1. Основные свойства. Амид можно рассматривать как производные аммиака, у которого атом водорода замещен на ацильный остаток, поэтому основные свойства -NH₂ группы значительно снижены. Амид образуют соли только с сильными минеральными кислотами.

2. Кислотные свойства. По сравнению с аммиаком амиды имеют большую кислотность и проявляют свойства NH -кислот.

3. Дегидратация. При нагревании незамещенных амидов с сильнымы водоотнимающими средствами (Р₂О₅ или РОСl₃) образуются нитрилы:

4. Расщепление замещенных амидов в первичных аминов. Реакция получила название "перегруппировка Гофмана":

5. Восстановление амидов под действием алюмогидрида лития LiAlH4 проходит к образованию аминов:

Гидразиды - производные карбоновых кислот, в которых гидроксильная группа карбоксильную размещена на остаток гидразина, алкил- или арилгидразина.

Способы получения. Гидразида получают при действии гидразина на хлорангидрида, ангидрида, эфиры:

Химические свойства. По химическим свойствам гидразиды во многом напоминают амиды. Они проявляют более выраженными основными и нуклеофильными свойствами, чем амидов. Уже с разбавленными кислотами они образуют соли, ацилируются, реагируют с карбонильными соединениями, азотистой кислотой:

азид уксусной кислоты

Нитрилы - органические соединения, содержащие одну или несколько цианогрупп, -C≡N, связанных с углеводородным радикалом.

Способы получения

1. Дегидратация амидов сильными водоотнимающих средствами:

2. Взаимодействие галогеналканов с цианидами:

Химические свойства

1. Присоединение нуклеофильных реагентов. Гидролиз нитрила проходит при нагревании с водными растворами кислот или щелочей с образованием амидов, которые гидролизуются к кислотам:

2. Восстановление нитрилов алюмогидридом лития или водородом протекает в соответствующие аминов:

Граф логической структуры

ФУНКЦІОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Галоген-ангидриды

Ангидриды

Амиды

Эфиры

Гидразиды

Нитрилы

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Нуклеофильное замещение

Нуклеофильное присоединение

Кислотно-основные свойства

восстанавливающие свойства

Замещение α–углеродного атома

Специфические реакции

ИДЕНТИФИКАЦИЯ

ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВАХ

4. Исочники информации

1. Черных, В. П. Органическая химия: в 3–х кн. Кн.2. Углеводороды и их функциональные производные: учебник для фармац. вузов и фак. / В. П. Черных, Б. С. Зименковский, И. С. Гриценко. – Х.: Основа, 1993, с. 400-428.

2. Лекции по органической химии В. П. Черных: Учеб. пособие для студ. вузов. – Х.: Издательство НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 289-312.

3. Черных, В. П. Общий практикум по органической химии / В. П. Черных, И. С. Гриценко, З. И. Коваленко. – Х. : Изд–во НФАУ; Золотые страницы, 2002, с. 297-309.

4. Сборник тестов по органической химии / Под редакцией чл.-корр. НАН Украины, проф. Черных В. П. – Харьков: Изд-во НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 209-225.

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1

Назовите природные соединения. Определите к какому классу они относятся.

а) б)

в) г)

Задание 2

Составьте формулы следующих соединений: а) N-фенил бенз гидразид; б) ацетонитрил; в) изопропиловый эфир метатолуиловои кислоты; г) малеиновий ангидрид

Задание 3

Напишите схемы преобразований, которые дают возможность с бензойной кислоты получить ее: а) бромангидрид; б) ангидрид; в) нитрил; г) этиловый эфир; д) амид; е) гидразид

Задание 4

Закончить уравнения реакций:

а)

б)

в)

г)

ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

1. В списке веществ, нужно отобрать в соответствии с методикой проведения фармацевтических исследований, одна называется этиловый эфир валериановой кислоты. Найдите это вещество:

A. B.

C. D.

E.