ОРГАНИЧЕСКИЕ ГАЛОГЕНИДЫ

ОРГАНИЧЕСКИЕ
ГАЛОГЕНИДЫ
I
N
N
O
OH
I
O
Ph
O
Противовирусный препарат
«Йодантипирин»
N
H
I
(CH2)12
I
H
N
I
HO
O
O
Медицинские диагностикумы
CH2=CH-Cl
CF2=CF2
Мономеры для полимеров
I
NH2
NH2
[Pd]
+
N
N
R
R
I
друг и галогениды
OAc
RMgBr
N
Ts
Полупродукты органического синтеза
N
Ts
1. Классификация галогенидов
1.1.Производные с галогеном при насыщенном атоме
углерода
А. Алкилгалогениды
CH3Cl,
BrCH2CH2Br
Cl
Б. Циклоалкилгалогениды
Cl
В. Соединения с атомом галогена в -положении к
кратной связи
Аллилгалогениды CH2=CHCH2Cl,
Пропаргилгалогениды
HCC-CH2Cl
Бензилгалогениды ArCH2Br
1. Классификация галогенидов
1.2. Галогенопроизводные с галогеном при
ненасыщенном атоме углерода С (sp2, sp)
А. Соединения с галогеном при кратной связи
Алкенил-, алкинилгалогениды CH2=CHBr, HCCCl
Б. Соединения с галогеном в ароматическом ядре
Арилгалогениды
Cl
Br
I
I
1. Классификация галогенидов
1.3. По характеру галогена различают:
фториды, хлориды, бромиды, иодиды
CH3F, CH3Cl, CH3Br, CH3I
1.4. По числу галогенов: моно-, ди-, три- и
полигалогенопроизводные:
CH3Cl, BrCH2CH2Br
1.5. По положению галогена (Г) в углеродном скелете в
зависимости от характера атома углерода,
с которым связан галоген, алкилгалогениды делятся на:
первичные
R
CH2
вторичные
Г
R
R
CH
Г
третичные
R
R
С
R
Г
2. Номенклатура органических галогенидов
2.1. Тривиальная:
СН3Cl - хлороформ СHI3 -иодоформ
CHBr3 – бромоформ H2C=CСl-CH=CH2 - хлоропрен
2.2. Рациональная: название по углеводородному
радикалу, с которым связан галоген ( по типу
неорганических солей):
•
NaCl
- хлорид натрия
•
CH3CH2-Cl - этилхлорид (хлористый этил)
•
CH2-CH=Cl - винилхлорид (хлористый винил)
•
CH2Cl2
- метиленхлорид
•
C6H5CH2Cl - бензилхлорид (хлористый бензил)
•
C6H5CHCl2 - бензилиденхлорид
2.3. Номенклатура ИЮПАК
Нумеруют углеводород и к его названию прибавляют
название галогена с указанием его положения:
7
Cl
5
1
Cl
4
2
H3C C CH3
6
3
CH3
2-метил-2-хлорпропан
4-изопропил-6-метил-2-хлоргептан
2-метил-2-хлорпентен-2
Cl
Порядок нумерации определяет кратная связь. Галоген
и алкины при нумерации равны по значимости.
3. Оптическая изомерия
O
N
талидомид
Тератогенность (способность вызывать
аномалии развития)
O
O
N
H
O
зеркало
C
C
а
б
Хиральные молекулы
3. Оптическая изомерия
Явление оптической изомерии было открыто в 1815г. Ж. Б. Био
Электромагнитные
колебания
луча обычного света
Плоскополяризованный свет –
свет, колебания которого
совершаются в одной из
возможных плоскостей
Био (Biot) Жан Батист
(21.04.1774–3.02.1862)
Обнаружить оптическую активность можно с использованием поляриметра
Оптически активное вещество вращает плоскость поляризованного света
Если вращение плоскости поляризации совершается вправо (по часовой
стрелке), то вещество является правовращающим (обозначается «+, d»),
если вращение происходит влево – то левовращающим (обозначается «-, l»)
Величина вращения () – число градусов, на которые поворачивается анализатор
поляриметра для получения максимума прохождения света
Открытие энантиомерии (зеркальной изомерии)
1848г. Высшая школа г. Париж
СOOHCH(OH)CH(OH)COOH
COOH
H C OH
HO C H
COOH
(+) винная кислота
COOH
HO C H
H C OH
Луи Пастер
27.12.1822 – 28.09.1895
COOH
(-) винная кислота
Оптически неактивная винная кислота существует в виде двух типов
кристаллов, которые являются зеркальными изображениями друг друга
Молекулы, несовместимые с их зеркальными изображениями,
называются диссимметричными, или хиральными
Термин "хиральность" (от греческого cheir - рука) означает, что два
предмета находятся в таком отношении друг к другу, как левая и правая
рука, т.е. представляют собой зеркальные отображения
Основы стереохимии
Вант-Гофф Якоб Хенрик
(1852-1911)
Нобелевская премия по химии 1901г.
зеркало
C
C
а
б
Хиральные молекулы
Атом углерода, связанный с 4-мя различными заместителями называется
асимметрическим атомом углерода, или хиральными центром
Соединения, имеющие в структуре хиральный центр, могут существовать в
виде двух стереоизомеров, являющихся зеркальными отображениями друг
друга:
такие стереоизомеры
называются оптическими
изомерами, или
энантиомерами
Энантиомеры - пространственные изомеры, называемые также
зеркальными изомерами, оптическими изомерами,
оптическими антиподами
Энантиомерам присущи одинаковые физические свойства, за исключением
направления вращения плоскости поляризованного света. Один изомер
вращает луч поляризованного света вправо, а другой- влево.
Физические свойства энантиомеров 2-метилбутанола-1
Свойство
Удельное вращение
Температура кипения
Плотность
Показатель преломления
(+, d)-Изомер
+5,756°
128,9 °С
0,8193
1,4107
(-, l)-Изомер
-5,756°
128,9 °С
0,8193
1,4107
Энантиомеры имеют одинаковые химические свойства и отличаются лишь
реакционной способностью по отношению к оптически активным реагентам
Совокупность равных количеств энантиомеров называется рацемической
смесью. Рацемическая смесь оптически неактивна.
Рацемат невозможно разделить обычными синтетическими приемами.
3. Оптическая активность органических соединений
• Энантиомерия особенно распространена среди
природных биологически активных соединений: αаминокислоты, углеводы, стероиды и др.
• При этом, как правило, эти соединения существуют в
одной энантиомерной форме (одного из оптических
изомеров). Например, почти все природные αаминокислоты существуют в виде
левовращающих l-энантиомеров.
• Напротив, природные углеводы представлены
правовращающих или d-энантиомерами.
4. Методы получения органических галогенидов
4.1. Реакции радикального галогенирования углеводородов
Cl , h
CH4 2
HCl
CH3Cl
Cl2
- HCl
CH3 + Cl2
CH2Cl2
h
o
100 C
Cl2
- HCl
CHCl 3
Cl2
- HCl
CCl4
CH2Cl
хлористый бензил
Прямое галогенирование алканов и
гомологов бензола – наиболее
распространенный промышленный
метод получения галогенопроизводных
4. 2. Реакции присоединения галогенов и
галогеноводородов (AdE и AdR )
H3C
CH
CH3

CH2 + HBr
CH
(A E )
CH3
Br
бромистый изопропил
H3C
CH
CH2 + HBr
ROOR
CH3 CH2 CH2Br

бромистый пропил
Br
HC
H2C
CH + 2Br2
CH
CH
(A R )
Br
HC CH
Br
Br
тетрабромэтан
CH2 + HCl
H3C
CH CH CH2Cl
1-хлор-2-бутен
H 3C
CH
CH
CH2
Cl
3-хлор-1-бутен
H2C
CH2 + Cl2
CH2
Cl
HC
CH + HCl
HgCl2
H2C
CH2 _ HCl H2C
Cl
CH
Cl
CHCl
промышленный метод
4.3. Замещение гидроксильной группы спиртов
Замещение гидроксильной группы на атом галогена в спиртах
происходит под действием галогеноводородов,
галогенидов фосфора или серы
-H2O
C
C
OH + HX
C
+X
C
OH2
X
наиболее легко образуют галогениды третичные спирты, (дают
наиболее стабильные карбокатионы). Вторичные и особенно
первичные спирты реагируют гораздо трудней.
4.3. Замещение гидроксильной группы спиртов
Порядок активности галогенводородов:
HI > HBr > HCl >>HF
Для получения бромидов чаще всего используют HBr,
которая получается в момент реакции между NaBr и H2SO4
3 CH3CH2OH + PCl3
3 CH3CH2Cl + H3PO3
CH3CH2OH + SOCl2
CH3CH2Cl
- SO2, -HCl
тионил
Для замещения гидроксила на хлор
хлорид
чаще всего используют
PCl3, PCl5, POCl3 , POCl2 , SOCl2.
В этом случае реакция легко идет и
с первичными спиртами
4.4. Получение дигалоидалканов из карбонильных
соединений
Эти реакции позволяют получать геминальные дигалоидалканы
из альдегидов или кетонов и PCl5, PBr5, SF4
R
F
SF4
C
F
R
R
R
C
R
O
PCl5
Cl
C
R
Cl
4.5. Прямое галогенирование ароматического кольца
Cl
NO2
+ Сl2 _FeCl3
NO2
+ Сl2 _FeCl3
HCl
HCl
Cl
нитробензол
Cl
HO
+ HO
+ SO2Cl2 _
HO
SO2
+ Br2
FeBr3
В лабораторных условиях вместо
хлора, удобно использовать
более мягкий хлорирующий агент
SO2Cl2 - хлористый сульфурил
CH3
CH3
CH3
Cl
Br
+
o-бромтолуол
Br
п-бромтолуол
Бромирование происходит
труднее, чем хлорирование
4.5. Прямое галогенирование ароматического кольца
R
R
[I+]
I
Суперэлектрофильные иодирующие агенты:
NO2
Barker I.R.L.,Waters W.A., 1951: I2/Ag2SO4/H2SO4/H2O/1000С/>1ч, 60%
Тронов Б.В., Новиков А.Н., 1960: I2/H2SO4/HNO3/AcOH/CCl4/ 1000С, 15ч, 61%,
Чайковский В.К. и др., 1999: ICl/Ag2SO4/H2SO4)/200С/15 мин, 74%
Olah G.A et al., 1993: NIS/CF3SO3H/200С/2ч, 86%
Me4N+ICl-/Ag2SO4/H2SO4/200C/15 мин,96%
Иодирование в отсутствие растворителя («Зеленая химия»):
Краснокутская Е.А., Филимонов В.Д., Лесина Ю.А., Горлушко Д.А. // ЖОрХ. – 2005. –
Т. 41, вып. 6. - С. 876-880.
Краснокутская Е.А., М.Е. Трусова, В.Д. Филимонов. // ЖОрХ. – 2005. – Т. 41, вып.
12. – С. 1788-1789.
Yusubov M.S., Tveryakova E.N., Krasnokutskaya E.A., Perederyna I.A., Zhdankin V.
// Synth. Comm. – 2007. – Vol. 37. - P. 1259-1265
4.6. Косвенный метод введения галогена в
ароматическое кольцо через соли диазония
NH2
Этот метод широко используют
в лабораторной практике,
он подчас более универсален,
чем прямое галогенирование
N2 Cl
NaNO2/HCl
00C
R
R
Br
N2 Cl
KBr/Cu2Br2
-N2
R
Cl
KCl/Cu2Cl2
-N2
R
-N2 KI
R
I
R
Не выделяя диазониевую соль, можно проводить ее замещение
на различные галогены по реакции Зандмейера
(действие галогенидов на соли диазония в присутствии солей Cu)
4.7. Косвенный метод введения галогена в
ароматическое кольцо через соли диазония
Фтор легко ввести в кольцо через реакцию Шимана
N2 Cl
N2 BF4
NaBF4
t
-N2
-NaCl
R
F
R
R
Хлористоводородная соль диазония переводится в тетрафторборидную, а последняя при
нагревании до ~ 1000C разлагается до
соответствующего фторбензола
Новые методы диазотирования-иодирования ароматических и
гетероциклических аминов
ArNH2
NaNO2, KI, p-TsOH
ArI
(70-90%)
MeCN, 200C, 10-120 min
NH2
NH2
NH2
NH2
I
OMe
NH2
I Br
I
I
Br
I
NH2
NH2
Cl
Br
NH2
NH2
NO2
Cl
NO2
Et
NO2
Et
NO2
COMe
NO2
Cl
30 мин, 84%
NH2
NH2
NH2
NO2
Cl
30 мин, 90%
NH2
NH2
NH2
NH2
COOH
NH2
COMe
OMe
60 мин, 75%
NH2
O
NH2
H2N
NH2
I
NH2
N
Ph
NO2
Cl
S
NH2
N
NH2 O
Krasnokutskaya E.A., Semenischeva N.I., Filimonov V.D., Knochel P. //
Synthesis – 2007. - № 1. – P. 81-84.
NH2
N
Синтез ароматических полииодидов
NH2
I
NH2
[I+]
NaNO2, KI, p-TsOH
R
R
R
MeCN
I
I
50-90%
70-95%
NH2
NH2
I
I
NH2
I
I
I
NO2
O
I
O
I
NH2
I
O
COMe
NH2
I
NH2
NO2
F
I
I
O
I
I
I
I
I
I
I
NO2
I
COMe
NH2
I
I
I
F
I
I
I
NO2
I
NO2
Cl
I
I
I
O
O
I
NO2
I
I
I
O
I
I
I
NO2
I
O
Cl
O
I
NH2
I
I
I
I
I
O
NH2
NO2
I
NO2
NO2
NH2
NH2
NH2
Первый пример иодо-дезаминирования
ароматических аминов без растворителя
NaNO2, KI, p-TsOH (NaHSO4)
ArNH2
20 C, 20-30 мин
NO2
I
I
I
72 %
40-87%
I
NO2
I
ArI
0
68 %
O
I
87 %
83%
67 %
I
O
I
75 %
O
HN
O
Cl
I
I
N
H
41 %
I
Cl
Cl
63 %
Ph
81%
COOH
O
I
I
70%
I
76 %
O2N
40 %
NO2
Gorluschko D.A., Filimonov V.D., Krasnokutskaya E.A., Semenischeva N.I.,
Go B.S., Hwang H.Yu., Cha E.H., Chi Ki-Whan. Tetr. Lett., 2008, № 49, P. 1080-1082.
Filimonov V.D., Semenischeva N.I., Krasnokutskaya E.A., Tretyakov A.N., Hwang H.Yu.,
Chi Ki-Whan. Synthesis, 2008, № 2, P. 185-187.
5. Физические свойства органических
галогенидов
• Галогенопроизводные углеводородов - бесцветные
газы или жидкости со своеобразным запахом;
• в воде практически нерастворимы и в большинстве
случаев тяжелее ее.
• При введении в молекулу углеводородов атомов
галогена вместе с увеличением молекулярного веса,
увеличиваются toкип, toпл, d.
• Эти константы возрастают при переходе от
фторпроизводных
к
иодпроизводным,
от
моногалогенидов к полигалогенидам.
• При переходе к полигалогенидам снижаются
горючесть,
воспламеняемость
органических
галогенидов. Например, ССl4 - применяется для
тушения пожаров.