44
Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова, г . Москва Органическая химия Курс лекций для студентов фармацевтического факультета Бауков Юрий Иванович профессор кафедры химии 1 Белавин Иван Юрьевич профессор кафедры химии

Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова,

г. Москва

Органическая химия

Курс лекций для студентов фармацевтического факультета

Бауков Юрий Ивановичпрофессор кафедры химии

1

Белавин Иван Юрьевич

профессор кафедры химии

Page 2: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Лекция 10

� Соединения с гидроксильной группой и их производные. Спирты, фенолы, простые эфиры

Исходный уровень к лекции 10– Спирты, фенолы, простые эфиры

(школьный курс)Исходный уровень к лекции 11– Амины

(школьный курс)

2

Page 3: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Соединения с группой ОН и их производные.Спирты, фенолы, простые эфиры

33

○ Основы реакционной способности спиртов

● Приложение: справочный и дополнительный материал к лекции 10

•••• Фенолы

● Спирты

○ Кислотно-основные свойства

○ Примеры реакций нуклеофильного замещения

○ Механизмы реакций нуклеофильного замещения

•••• Простые эфиры

o Реакции с участием нуклеофильного центра

o Реакции с участием электрофильного центра

o Реакции элиминирования

Page 4: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Соединения с гидроксильной группой и их производные

4

R O R'

спирты фенолы

R O H Ar O H

простые эфиры

� Спирты – производные алифатических углеводородов, вкоторых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильной группой ОН.

Спирты

� Спиртовая группа ─ одна из наиболее распространенныхфункциональных групп.

� Функциональная группа – атом или группа атомов, опреде-ляющая принадлежность органического соединения к опре-деленному классу и одновременно его химические свойства.

Page 5: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Классификация спиртов

по числу гидроксильных групп −−−− одноатомные и многоатомные

в зависимости от строения радикала −−−−первичные, вторичные, третичные

5

C2H5 OH

этанол

CH2 CH CH2

OH OHOHCH2 CH CH2 OH (C6H5)3C OHCH2 CH2

OHOH

Одноатомные спирты Многоатомные спирты

CH3CHCH2OH

CH3

CH3CH2CHCH3

OH

(CH3)3COH

Первичный спирт Вторичный спирт Третичный спирт

Page 6: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Физические свойства

Основные способы получения

• Т. кип. этанола C2H5OH (78,3°С) значительно выше, чем у имеющегоодинаковую с ним молекулярную массу диметилового эфираCH3OCH3 (–24°C), не ассоциированного за счет водородных связей.

• За счет межмолекулярных водородных связей спирты ассоциированыи гидратированы в водных растворах; низшие спирты (метанол,этанол, пропанолы) хорошо растворимы в воде.

– гидратация алкенов в присутствии кислотных катализаторов(лекция 06);

– присоединение к алкенам H2SO4 с последующим гидролизом(лекция 06);

– гидролиз галогенопроизводных углеводородов(лекция 09).

6

O HR

………… O HR

…………O HR

O HH

O HH

…………O HR

…………

Page 7: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Основы реакционной способности спиртов

1. Основные свойства (протонирование). 2. Кислотные свойства. 3. Субстраты в SN реакциях (нуклеофильное замещение).4. Реагенты в SN реакциях (спирты как нуклеофилы).5. Реакции элиминирования (Е) (дегидратация).6. Атом Н, удаляемый при окислении.

7

H C C О HH

δδδδ+ δδδδ+δδδδδδδδ+ δδδδ+ααααββββ

1

4

25

3

6

Page 8: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Кислотно-основные свойства спиртов *

• Нейтральность одноатомных спиртов.• Электроноакцепторные заместители в органическом радикалеувеличивают кислотность, электронодонорные −−−− уменьшают.

(CH3)3COH CH3CH2OH CH3OH CCl3CH2OH (CF3)3COH CH3COOH

pKa 18.0 16.0 15.5 12 6.5 4.76

спирт алкоголят (алкоксид) натрия

Спирты как слабые ОН-кислоты

C2H5OH HOCH2CH2OH HOCH2CH(OH)CH2OH

pKa 16.0 14.8 13.5

8

R—OH + NaOH R—ONa + H2O

этоксид натрия

2 C2H5OH + 2 Na 2 C2H5ONa + H2

* О более высокой кислотности многоатомных спиртов ихелатообразовании с их участием см. Приложение

Page 9: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Cпирты как n-основания

−−−− при действии сильных минеральных кислот

−−−− при взаимодействии с кислотами Льюиса

� Таким образом спирты, проявляя слабые кислотные и слабыеосновные свойства, являются амфотерными соединениями.

9

R OH + BF3 R OH

BF3

R OH R OH

Hспирт ион алкилоксония

H+

ZnCl2 R OH

ZnCl2R OH +

Page 10: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

10

(CH3)3C BrCH3OH + (CH3)3C OCH3 + HBr

метанол

Спирты как реагенты–нуклеофилыв реакциях нуклеофильного замещения

� Спирты как нуклеофилы легко реагируют с наиболее активными третичными галогенопроизводными; в случае менее активных первичных алкилгалогенидов нужно использовать более сильные нуклеофилы –анионы спиртов (алкоксиды).

Реакции с участием нуклеофильного центра

О-Алкилирование −−−− синтез симметричных и несимметричных простых эфиров

Page 11: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

• Осложнение −−−− образование продуктов элиминирования (т.е. алкенов)в случае вторичных и третичных алкилгалогенидов.

11

CH3CH2CH2Br+CH3CH2CHONa

CH3

втор-бутоксид натрия

пропилбромид

CH3CH2CHOCH2CH2CH3

CH3

втор-бутилпропиловый эфир

CH3CH2CH(OH)CH3; t oC

NaBr

CH3CH2CH2CH2Br+CH3CH2ONa CH3CH2OCH2(CH2)2CH3

этоксид натрия бутилбромид бутилэтиловый эфир, 80%

CH3CH2OH; 75 oC

NaBr

алкоксид натрия

RONa + R'Hal R O R'алкил-галогенид

простой эфир

NaBr+CH3CH2 Br CH3CH2OCH2CH3CH3CH2O Na +

• Спирты как нуклеофилы в виде алкоксидов; алкилирующие средства−−−− галогенопроизводные RHal, диалкилсульфаты (RO)2SO2, алкилсульфонаты ROSO2R’.

Page 12: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

−−−− использование диалкилсульфатов и алкилсульфонатов

12

CH3 OH + HO S OH

O

OH2O

CH3O S OH

O

Oметилгидросульфат

CH3 O CH3

диметиловый эфир

2 CH3O S OH

O

Oметилгидросульфат

t

H2SO4

CH3O S OCH3

O

Oдиметилсульфат

SO3

CH3(CH2)2CH2ONa + SO2

CH3O

CH3Oбутоксид натрия диметилсульфат

+ CH3 S O C2H5

O

Oизобутоксид натрия

(CH3)2CHCH2ONat

CH3C6H4SO2ONa

Page 13: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

О-Ацилирование

� Реакции с карбоновыми кислотами и их производными (галогенангидридами и ангидридами).

� Реакции с неорганическими кислотами. *

13

CH3OH

метилбензоат

H2O+ C6H5COOHH C6H5C

O

OCH3+

бензойная кислота

* О реакциях многоатомных спиртов с минеральными кислотмисм. Приложение

+ CHCO

Cl

CH3

CH3CHOH

CH3

CH3

изобутирилхлорид изопропанол

CH3CH2OH + H2SO40 oC

Page 14: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

� Реакции с галогенангидридами и ангидридами неорганическихкислот (реагируют более активно, чем кислоты).

14

2 CH3CH2OH + SO2Cl2 2 CH3CH2OHC2H5O S OC2H5

O

Oдиэтилсульфат

SO3

2 HCl

3 CH3CH2OH + P(O)Cl3 (C2H5O)3P O

триэтилфосфат 3 HCl

CH3OH ClSO2OH+

+ SOCl2C OHR

R'R"

C ClR

R'R"

+бензол

Page 15: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Реакции с участием электрофильного центра(реакции нуклеофильного замещения)

• Связь С─О в спиртах полярна и способна к гетеролитическому разрыву.

R─OH R─Halспирт алкилгалогенид

15

R─OHR─Hal

спирталкилгалогенид

спирты

R Cl + NaOH R OH + NaClH2O

• Типичный пример SN-реакции ─ синтез спиртов из алкилгалогенидов.

Как осуществить обратный процесс?

Y + +C Y Xδδδδ+

Cδδδδ –

X

Page 16: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Синтез алкилгалогенидов из спиртов

−−−− взаимодействие спиртов с галогеноводородами или их концентри-рованными водными растворами

� НО−−−− ─ плохая уходящая группа; сопряженная ей кислота Н2О ─ слабая;

� Н2О ─ хорошая уходящая группа; сопряженная ей кислота Н3О+

─ сильная.

16

R OH + HClH+

R Cl + H2O

R OH R OH

H

H+

R Cl + H2O+ R OH

HCl

Page 17: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Схемы механизма реакций спиртов с HHal(SN1 и SN2)

при любом механизме первая стадия ─ протонирование спирта

� Обращение конфигурации в случае оптически активных спиртов.

(1)

(2)

17

CH3OH + HBr H+CH3Br + H2O

H+

H3C OHδδδδ+

быстро

H3C OH

H

δδδδ+

Бимолекулярное нуклеофильное замещение SN2

CH3 + Br H2OBr– + H C

H

H

δδδδ+O

H

H

переходное состояние

C

H

HH

Br– OH

H

Page 18: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Примеры SN2 реакций спиртов

18

+ HBr (конц.)

+ H2O

пропанол-1 1-бромопропан, 80%

CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2BrH2SO4, кипячение

CH3(CH2)10CH2OH + CH3(CH2)10CH2Br + H2O

додециловый спирт додецилбромид, 99%

HBr (газ)

100 oC

CH3(CH2)10CH2OH HCl+ CH3(CH2)10CH2Cl + H2O

додециловый спирт додецилхлорид, 80%

ZnCl2

160 oC, 12 час

Page 19: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

� Рацемизация в случае оптически активных спиртов.

(1)

(2)

(3)

19

трет-бутил- бромид

(CH3)3COH + HBr (CH3)3CBr + H2O

трет-бутиловый спирт

(CH3)3C Br(CH3)3C

карбокатион

Br–

быстро

Мономолекулярное нуклеофильное замещение SN1

(CH3)3C OHбыстро

H+

OH

H(CH3)3C

(CH3)3C– H2O

медленно

OH

H(CH3)3C

Page 20: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Примеры SN1 реакций спиртов

� По механизму SN2реагируют первичные спирты, третичные спирты, а также спирты аллильного и бензильного типов, −−−− по механизму SN1, вторичные −−−− по смешанному механизму.

Перегрупировки карбокатионов

20

CH2 CH CH2 OH CH2 CH CH2 ClHCl+ + H2Oаллиловый спирт аллилхлорид

H+ (H2SO4)

(CH3)2CHOH + HBr

(конц.)

(CH3)2CHBr + H2O

2-бромопропан, 80%пропанол-2

кипячение

C

CH3

CH3

CH3

CH2 OH + HBr

неопентиловый спирт

– H2O

нагревание

Page 21: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Реакции с участием СН-кислотного центра(реакции элиминирования)

� Реакции отщепления (элиминирования) могут протекатькак по мономолекулярному E1, так и по бимолекулярномуE2 механизму.

Дегидратация спиртов *

−−−− особенно легко по E1

21

H C C OH C C + H2Ot°, H +

� По механизму Е1 протекает отщепление воды от третичных спиртов в сильнокислой среде (например вприсутствии H2SO4 или H3PO4).

* Особенности дегидратации многоатомных спиртов см. Приложение

Page 22: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

22

Мономолекулярное элиминирование E1

2-метилпропен (изобутилен)

(CH3)3COH + H2O

трет-бутиловый спирт

CH2 CCH3

CH3

H+

схема механизма (три стадии)

CH2 CCH3

CH3

H CH2C

CH3

CH3

быстро

– H+

(CH3)3C OH

H(CH3)3C OH H CH2C

CH3

CH3быстро

H+

– H2O

медленно

Page 23: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

(идет в более жестких условиях)

� побочные продукты −−−− простые и сложные эфиры

� В реакциях отщепления воды от спирта наблюдается преимущест-венное отщепление водорода от атома углерода, содержащегоминимальное число атомов Н, т. е. от «наименее гидрогенизированного»атома углерода.

Соблюдение правила Зайцева

23

CH3CH2CH CHCH3

H OH

CH3CH2CH CHCH3 + H2O

пентанол-2 пентен-2, 80%

50% H2SO4, 100 oC

+ H2OCH3CH2OH CH2 CH2H2SO4 (конц.), 175 оС

Бимолекулярное элиминирование E2

Page 24: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Окисление спиртов

� Более мягкие условия окисления по сравнению с углеводородами (для первичных и вторичных спиртов).

� Дегидрирование −−−− особый случай окисления; субстрат теряет два атома водорода.

� При окислении первичных спиртов нужно быстро выделятьальдегид для предотвращения его окисления в карбоновую кислоту.

Катализаторы −−−−металлическая медь или смесь оксидов меди и хрома (330–350 °С).

24

CH3CH2OH CH3COOHCO

CH3

Hуксусный альдегид уксусная кислотаэтиловый спирт

H2Cr2O7 H2Cr2O7

CO

RH

первичный спирт

R CH2OH + H2

альдегид

катализатор

+ H2CH OHR

R'C

R

R'O

вторичный спирт кетон

катализатор

* Об окислении спиртов в организме см. Приложение

Page 25: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Фенолы и их производные

− одноатомные фенолы

− многоатомные фенолы

антисептики (бактерицидное действие)

25

� Фенолы – производные ароматических углеводородов, вкоторых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильной группой ОН.

OH

фенол(карболовая кислота)

о-, м-, п-крезолы("трикрезол")

CH3

OH

ββββ-нафтол

OH

OH

OH

HO OHOHHO

Page 26: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

� Фенолы по сравнению со спиртами более сильные кислоты.

� В отличие от спиртов фенолы фактически не проявляют основных свойств.

26

фенолят(феноксид) натрия

ONaNaHCO3

OH

фенол

NaOH

– H2O

п-нитрофенол

OH

NO2

фенол п-крезол

OH OH

CH3

pKa 7,1 10,0 10,2

Уменьшение кислотности

Кислотные свойства фенолов

Page 27: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

CH2OH

OH

CH2OH

ONa

CH2ONa

ONa

аааа )) ))NNNNaaaaOOOOHHHH

бббб )) ))NNNNaaaa ммммееееттттаааа----ГГГГииииддддррррооооккккссссииии----ббббееееннннззззииииллллооооввввыыыыйййй ссссппппиииирррртттт

• реакция а) — хемоселективна;• реакция б) — нехемоселективна.

� Хемоселективность – предпочтительность протеканияреакции по одной из родственных функциональных групп.

Сравнение реакционной способности ОН-группы в спиртах и фенолах

27

Page 28: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

� Фенолы −−−− слабые нуклеофилы; в качестве нуклеофилов они обычноиспользуются в виде феноксид-ионов ArO −−−−.

� Осуществляется под действием активных ацилирующих агентов−−−− хлорангидридов или ангидридов кислот.

28

Реакции с участием нуклеофильного центра

О-Ацилирование

О-Алкилирование

+C6H5OH CH3CH2Br C6H5OC2H5 + NaBrфенилэтиловый эфирфенол

NaOH

+ CH3 S O C2H5

O

O

C6H5OH C6H5OC2H5 +NaOH, 100 oC

+C6H5OH (CH3CO)2O

фенол

H2SO4, 90 oC

Page 29: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

• Обнаружение фенола

29

Реакции электрофильного замещения

Галогенирование

+ SO2Cl2

сульфурил-хлорид

4-хлоронафтол-1(основной продукт)

OH

Cl2-хлоронафтол-1

+ Cl

OH

нафтол-1

OH

OH

фенол

+

2,4,6-трибромофенол, 100%(осадок белого цвета)

3 Br2

OH

Br

Br

Br

2,4,4,6-тетрабромо-циклогексадиен-2,5-он

("тетрабромфенол") осадок белого цвета

H2O

3 HBrBr 2

HBr

Page 30: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

• Осложняется склонностью фенолов к окислению HNO3.

30

Сульфирование

Нитрование

SO3HOH OH

SO3H2-гидроксибензол-сульфоновая кислота

4-гидроксибензол-сульфоновая кислота

20 oC более высокая

температура

OH

+ H2SO4

OH+

OH

NO2

OH

O2Nфенол о-нитрофенол, 40% п-нитрофенол, 12%

20% HNO3

0 5 oC

Page 31: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

−−−− спиртами и алкенами в присутствии H2SO4 или H3PO4

� Промежуточная стадия в синтезе антисептика тимола из м-крезола.

� Осложняется образованием нерастворимых фенолятов алюминия

� Обходной путь −−−− перегруппировка Фриса (1908).

31

С-Алкилирование

С-Ацилирование

OH

SO3HCH3

+ (CH3)2CHOHH2SO4

OC(O)CH3

CH3

м-толилацетат 4'-гидрокси-2'-метил-ацетофенон, 80%

AlCl 3 (1:1), 20 oC

Page 32: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

реакция Кольбе (1860)

� Основной способ получения салициловой кислоты.

реакция Раймера−−−−Тимана (1876)

� Региоселективная реакция, приводящая к орто-изомерам.

32

Карбоксилирование

Формилирование

OH

+ CHCl3

салициловый альдегид, 30% фенол

OH

CH O

NaOH, 70 oC

ONa

феноксид натрия

+ CO2

салицилат натрия салициловая кислота

125 oC, 5 атм H2O, H+

Page 33: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

(наряду с другимипродуктами)

� Нафтолы окисляются легче фенолов.

� Еще легче окисляются двухатомные фенолы −−−− пирокатехин и гидрохинон.

33

Окисление фенолов

OH

H

фенол

O

Oп-бензохинон

K2Cr2O7, H+

OH

OH

O

O

Ag2O

OH O

O

CrO3

Page 34: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

34

Восстановление фенолов

+

OH

фенол

OH

3 H2

циклогексанол

Ni, 130 150 oC, 5 20 атм

OH

OH

пирокатехин

OH

OH

+ 3 H2

Ni, 120 150 oC

Page 35: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

35

� Простые эфиры – соединения, в которых атом кислородасвязан с двумя углеродными радикалами.

� Простые эфиры практически не смешиваются с водой.

– их можно рассматривать также как производные спиртов или фенолов, в которых атом водорода гидроксильной группы замещен алкильным или арильным радикалом.

R O R' Ar O R RRRR OOOO OOOO HHHH RRRR OOOO OOOO RRRRгидропероксиды пероксиды

(рассмотрены в лекции 03)

HHHH2222CCCC CCCCHHHH2222OOOO

CCCCHHHH2222 CCCCHHHH OOOOHHHH

CCCCHHHH2222 CCCCHHHH OOOORRRRCCCC CCCC

OOOO

35

Простые эфиры −−−− производные спиртов и фенолов

Page 36: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

� Простые эфиры подобно спиртам – слабые n-основания.

Образование оксониевых солей

CH3CH2 O CH2CH3 + H2SO4 O HCH3CH2

CH3CH2HSO4

диэтиловый эфир диэтилоксонийгидросульфат

H3O+ +HSO4+O HCH3CH2

CH3CH2HSO4 + H2O CH3CH2 O CH2CH3

� Простые эфиры – малореакционноспособные соединения,инертные к щелочам, большинству кислот и другим реагентам.

36

Основные свойства простых эфиров

Основы реакционной способности простых эфиров

� Образующиеся нестойкие оксониевые соли легко гидролизуются избытком воды.

эфират трифторида бора (C2H5)2O + BF3 (C2H5)2O BF3

Образование эфиратов с кислотами Льюиса

Page 37: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Расщепление эфирной связи по реакции нуклеофильного замещения *

−−−− жесткие условия (HBr, HI при кипячении)

реакция SN2 типа

37

* Особенности нуклеофильных реакций 1,2-эпоксидов см. Приложение

метилбромид

CH3 Br + C6H5OHCH3 OC6H5 + HBr

фенолметилфениловый эфир

H+

CH3 OH

C6H5

CH3 O C6H5 + C6H5OHCH3 Br

промежуточныйион метилфенилоксония

плохаяуходящая группа

хорошаяуходящая группа

H+Br –

(CH3)C O CH3 + HBr (CH3)3CBr + CH3OH

трет-бутилметиловый эфир трет-бутилбромид, 100%

CH3COOH, 20 oC

Page 38: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

38

Особенности нуклеофильных реакций 1,2-эпоксидов

C CO

H

HH

H

этиленоксид

NaOH

2) H2O

NH3 (1:3)

NH3 (1:1)

HOCH2CH2OH

1) RMgXRCH2CH2OH

O

HOCH2CH2

HOCH2CH2

диэтиленгликоль

2-аминоэтанол

первичный спирт

триэтаноламин

N(CH2CH2OH)3

H2NCH2CH2OHH2O

H2O, H+

HCl

HCN

ROH, H+

HOCH2CH2OH

ClCH2CH2OH

ROCH2CH2OH

CH2 CHCN

этиленгликоль

эфиры этиленгликоля (целлозольвы)

акрилонитрил

2-хлороэтанол

Приложение (справочный и дополнительный материал)

Page 39: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

• Несколько более высокая кислотность полиолов по сравнению содноатомными спиртами.

Образование внутрикомплексных (хелатных) соединений

� Качественные реакции на полиолы, содержащие виц-диольныйфрагмент.

39

мононатрий-гликолят

HOCH2CH2OH + Na HOCH2CH2ONaH2

этиленгликоль

этиленгликоль гликолят меди(II)(синее окрашивание)

CH2

CH2

OH

OH2 + Cu(OH)2 2 Na+2 NaOH

– 4 H2O

2–CH2

CH2

O

O

CH2

CH2

O

OCu

глицерин глицерат меди(II)(синее окрашивание)

CH2

CH

OH

OH

CH2 OH

2 + Cu(OH)2 2 Na+2 NaOH

– 4 H2O

2–CH2

CH

O

O

CH2

CH

O

OCu

CH2 CH2OH HO

Page 40: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

40

сосудорасширяющеесредство;

динамит −−−− А. Нобель, 1861глицерин

CH2

CH

OH

OH

CH2 OH

CH2

CH

O

O

CH2 O

NO2

NO2

NO2тринитрат глицерина (нитроглицерин)

3 HNO3 (H2SO4)

– 3 H2O

Реакции многоатомных спиртов с минеральными кислотами

CH2

CH

OH

OH

CH2 OH

глицерин αααα-глицерофосфат ββββ-глицерофосфат

H3PO4

– H2O

CH2

CH

O

OH

CH2 OH

P OHO

OHCH2

CH

OH

O

CH2 OH

P OHO

OH+

BHO

HOOH

C OH

C OH

CHO

CHO+ + H+

цис-1,2-диол боратный комплекс

3 H2O

C O

C OB

CO

CO

• Комплексы используются при хроматографировании и приэлектрофорезе полиолов.

• транс-Диолы подобных комплексов не образуют.

Page 41: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

Глицерин

Этиленгликоль

41

1,4-диоксан (диоксан)

CH2

CH2

OH

OH

CH2

CH2

HO

HOO

O

+

этиленгликоль этиленгликоль

H2SO4

– 2 H2O

диоксин

O

O Cl

Cl

Cl

Cl

1

2

3

4 5 6

78

910

6

полиэфир 18-краун-6

CH2

CH2

OH

OH

этиленгликоль

OO

O

O OO

K+

OO

O

O OO

комплекс полиэфира 18-краун-6 с ионом калия

– 6 H2O

K+

Особенности дегидратации многоатомных спиртов

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

CH2 CH CO

H

глицерин акролеин

– 2 H2O

t°CH2

C

CH OH

Page 42: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

42

Медико-биологическое значение спиртов, фенолов, простых эфиров

o Этанол CH3CH2OH – антисептическое средство, используетсяв качестве обеззараживающего средства и для приготовления настоек.

o Бутиловые и амиловые спирты – основные компонентысивушных масел.

o Фенол (карболовая кислота) – применяется как дезинфицирующее средство (первый антисептик, введенный в хирургию) .

o Крезолы (смесь 2-, 3- и 4-метилфенолов) – применяются как дезинфицирующие средства.

o Метанол CH3OH – сильный яд.

� Введение ОН-группы повышает растворимость вещества вводе и увеличивает его физиологическую активность.

� Введение ОН-группы в ароматическое ядро приводит кпоявлению антисептических свойств.

42

Page 43: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

43

o Диэтиловый эфир (C2H5)2O – средство для ингаляционногонаркоза, используется для приготовления настоек иэкстрактов; при хранении на воздухе образует взрывчатый гидропероксид (см. лекцию 03).

o Эпоксиды предполагаются в качестве промежуточных продуктов при ферментативном окислении кислородом связей С=С.

o Бутилвиниловый эфир СН2=СН–О–С4Н9 используется дляполучения полимера, применяемого как ранозаживляющеесредство (винилин, «бальзам Шостаковского»).

CH2 CH

OC4H9

n

43

Page 44: Органическая химияobo-chemistry.rsmu.ru/fileadmin/rsmu/img/lf/coboh/... · и их производные 4 r o r' спирты фенолы r o h ar o h простые

44

� Субстрат теряет два атома водорода, что эквивалентно потере двухпротонов и двух электронов (2Н+ и 2е–) или протона и гидрид-иона(Н+ и Н–).

Окисление спиртов в организме

восстановленная форма окисленная форма

НАД+ + Н субстрат Н НАДН + субстрат + Н+

атом водорода, отщепляющийся в виде протона

C OНАДН + + H+

атом водорода, переносимый в виде гидрид-иона

НАД+ + Н C OH