Медицинская биохимия (стр. 28 )

Вопросы для подготовки к  занятию

Строение анилина. Природа влияния аминогруппы в ароматическом кольце. Физические свойства ароматических аминов. Кислотно-основные и нуклеофильные свойства ароматических аминов. Сравнение с алифатическими аминами. Электрофильное замещение в ароматическом кольце ароматических аминов: скорость, глубина протекания реакций; реакции со слабыми электрофилами. Продукты неполного восстановления нитросоединений: нитрозобензол, фенилгидроксиламин, гидразобензол, азобензол, азоксибензол — особенности строения, свойств, получения, применения.

Строение и номенклатура азо - и диазосоединений. Получение солей арендиазония, механизм реакции диазотирования. Амфотерность диазосоединений. Реакции солей арендиазония с выделением азота: SR, SN1, восстановление. Реакции восстановления без выделения азота. Реакции азосочетания (SЕ), особенности протекания этих реакций с фенолами и ароматическими аминами.

Содержание  занятия

Обсуждение вопросов по теме занятия. Контроль усвоения темы. Лабораторная работа.

Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них

Вопрос 1. Приведите механизм алкилирования п-толуидина хлорэтаном. Объясните направление реакции.

Ответ. Молекулы галогеналканов обладают электрофильными свойствами, а в молекуле п-толуидина (как и в молекулах всех ароматических аминов) имеется два нуклеофильных центра. Это атом азота и бензольное кольцо. Нуклеофильные свойства азота выражены значительно сильнее, чем у бензольного кольца, и алкилирование по азоту протекает обычно легко, без катализаторов. (Хотя щелочная среда повышает активность нуклеофила.)

Попытки проведения алкилирования по Фриделю-Крафтсу в бензольное кольцо, используя в качестве катализаторов кислоты Льюиса, успехами не увенчаются, так как катализатор будет взаимодействовать с атомом азота. В результате этого аминогруппа будет дезактивирована и, кроме того, в бензольном кольце из электронодонора превратится в электроноакцептор, что привёт к понижению электронной плотности на ароматическом кольце и его дезактивации по отношению к электрофилам:

Поэтому механизм данной реакции — бимолекулярное нуклеофильное замещение в ряду галогеналканов, где нуклеофилом является ароматический амин:

Вопрос 2. В чём различие нитрозирования первичных, вторичных и третичных ароматических аминов? Поясните на примере нитрозирования анилина, N-этиланилина и N, N-диэтиланилина. Приведите схемы превращений.

Ответ. Нитрозирование — это взаимодействие с нитрозирующими частицами: NO+, NOCl, H2ONO+ или N2O3. Эти частицы образуются из азотистой кислоты HNO2 при действии на неё сильной кислоты (обычно HCl или H2SO4). Однако ввиду нестабильности азотистой кислоты для нитрозирования используют её соли (нитриты) с большим избытком соляной или серной кислоты. Нитрозирование первичных и вторичных ароматических аминов протекает по атому азота. При этом из первичных аминов образуются соли арендиазония, например:

Действие нитрозирующих частиц на вторичные амины приводит к образованию N-нитрозоаминов, например:

.

Третичные ароматические амины, в отличие от первичных и вторичных нитрозируются по ароматическому кольцу (обычно в п-положе-ние), что приводит к образованию п-нитрозоаминов, например:

Вопрос 3. Какие превращения претерпевает бензолдиазонийхлорид а) при добавлении к нему холодного водного раствора щёлочи,
б) при нагревании этого щелочного раствора, в) при добавлении раствора йодида калия? Приведите механизмы реакций.

Ответ. Бензолдиазонийхлорид — диазосоединение, которое в кислой среде находится в форме соли диазония. При изменении рН диазосоединения переходят в арендиазогидроксиды (в нейтральной среде) и затем в арендиазоаты (в щелочной среде). Так для бензолдиазонийхлорида при добавлении щёлочи происходят следующие превращения:

Однако при нагревании соли арендиазония со щёлочью происходит разложение катиона диазония по механизму SN1:

При действии йодидов также происходит разложение катиона арендиазония. Однако, если реагент обладает мягкими основными свойствами, то реакция осуществляется по механизму SR:

Вопрос 4. Приведите механизм реакций взаимодействия п-толуолдиазонийхлорида с п-толуидином в нейтральной (рН = 7) и слабокислой среде (рН = 5).

Ответ. При взаимодействии солей арендиазония с ароматическими аминами (или фенолами) протекает реакция азосочетания. Однако для осуществления сочетания с аминами необходима слабокислая среда (обычно рН = 4?5). А в нейтральной среде сначала образуются триазены, которые затем переходят в азосоединения — продукты реакции азосочетания. Например, для взаимодействия п-толуолдиазонийхлорида с п-толуидином:

Контрольные вопросы и задачи

Сравните основные свойства следующих соединений: бензиламин, этиламин, аммиак, N-этиланилин, п-этиланилин. Объясните. Определите преимущественное направление реакции взаимодей-ствия 1) с концентрированной серной кислотой, 2) с бромной водой следующих ароматических аминов: а) о-толуидина,
б) м-толуидина, в) п-толуидина. Приведите механизмы реакций. Приведите схемы и механизмы реакций превращения следующих аминов при взаимодействии с азотистой кислотой:
а) м-броманилина, б) N, N-диметиланилина. Какие из перечисленных аминов образуют соли диазония:
1) п-нитроанилин, 2) N-этиланилин, 3) п-анизидин, 4) триметил-амин, 5) п-толуидин, 6) N, N-диметиланилин, 7) N-метиланилин, 8) п-этиланилин, 9) сульфаниловая кислота, 10) N, N-диэтил-анилин, 11) о-толуидин, 12) диметиламин, 13) дифениламин,
14) N, N-диметил-п-аминоанилин, 15) 2,4-динитроанилин,
16) триэтиламин. Приведите механизм реакции для наиболее реакционноспособного амина. Из анилина получите: а) п-нитроанилин, б) N, N-диэтиланилин. Какой из аминов будет проявлять более сильные оснoвные свойства? Дайте объяснение. Какие из перечисленных ароматических соединений вступают в реакции азосочетания с бензолдиазонийхлоридом: 1) о-толу-идин, 2) N, N-диэтиланилин, 3) толуол, 4) м-динитробензол,
5) о-фенилендиамин, 6) п-ксилол, 7) N-метиланилин, 8) о-толуол-сульфокислота, 9) п-толуидин, 10) диметиламин, 11) N, N-ди-метиланилин, 12) п-нитротолуол, 13) м-толуидин, 14) N, п-ди-этиланилин, 15) бензиламин? Приведите схемы превращений. Назовите продукты реакций. Приведите механизм реакции для наиболее реакционноспособного соединения. Назовите соединение, определите диазосоставляющую и азосоставляющую, приведите механизм реакции его образования:

Лабораторная работа

образование триброманилина

В пробирку поместите 1 каплю анилина и 5–6 капель воды, хорошо взболтайте и прибавьте несколько капель бромной воды до появления белого осадка 2,4,6-триброманилина.

Реакция бромирования анилина протекает количественно и используется в фармацевтическом анализе для открытия анилина и ряда его производных.

Напишите схему реакции бромирования анилина.

Занятие 30.  ароматические альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные

Вопросы для подготовки к занятию

Номенклатура ароматических оксосоединений, строение бензальдегида. Реакции нуклеофильного присоединения, механизм, отличие реакционной способности от алифатических оксосоединений. Особенности реакций электрофильного замещения по сравнению с незамещённым бензолом. Примеры. Бензоиновая конденсация и другие специфические реакции ароматических оксосоединений.

Номенклатура аренкарбоновых кислот и их производных, строение бензойной кислоты. Кислотные свойства аренкарбоновых кислот, их амидов и имидов. Реакции нуклеофильного замещения в ацильной группе. Особенности реакций электрофильного замещения по сравнению с незамещённым бензолом.

Содержание  занятия

1. Обсуждение вопросов по теме занятия.

2. Контроль усвоения темы.

Типовые обучающие вопросы и эталоны ответов на них

Вопрос 1. Для м-фторбензальдегида приведите механизмы реакций: 1) с уксусным альдегидом, 2) с ацетоном, 3) с уксусным ангидридом.

Ответ. Исходное вещество — м-фторбензальдегид — типичный ароматический альдегид. Его взаимодействие с другим карбонильным соединением может протекать по-разному в зависимости от структуры этих соединений, в частности наличия ?-водородного атома в молекуле хотя бы одного из этих веществ. В молекуле м-фторбензальдегида такой атом водорода отсутствует (как и в любом другом ароматическом альдегиде), но в молекуле уксусного альдегида такие атомы есть. Поэтому в присутствии разбавленной щёлочи м-фторбензальдегид и уксусный альдегид будут вступать в реакцию альдольной (и кротоновой) конденсации: