Презентация на тему: Органический синтез

Органический синтез
Замена функциональных групп
Реакции нуклеофильного замещения
Механизмы реакций нуклеофильного замещения
Механизмы реакций нуклеофильного замещения : S N 1
Особенности механизма S N 1
Особенности механизма S N 1
Механизмы реакций нуклеофильного замещения: S N 2
Особенности механизма S N 2
Ввод гидроксогрупп и эфиров
Ввод аминогрупп
Поведение различных галогенпроизводных в реакциях замещения
Реакции окисления и восстановления
Окисление спиртов
Окисление спиртов
Восстановление альдегидов и кетонов
Получение аминов
Получение ароматических аминов
Превращение амина в спирт
1/19
Средняя оценка: 4.8/5 (всего оценок: 77)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (198 Кб)
1

Первый слайд презентации: Органический синтез

Реакции, приводящие к замене функциональных групп

Изображение слайда
2

Слайд 2: Замена функциональных групп

Функциональные группы в большинстве случаев являются легкозаменяемыми, то есть, введя какую-либо функциональную группу в молекулу можно легко заменить её на другую, воспользовавшись давно разработанным методом. Это позволяет говорить о синтетической эквивалентности функциональных групп. Заменить функциональную группу можно с помощью реакций замещения и окисления-восстановления.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Реакции нуклеофильного замещения

Реакции нуклеофильного замещения функциональных групп возможны в том случае, если заменяемая функциональная группа вытягивает с атома углерода электронную плотность, то есть, создает мишень для атаки нуклеофила – положительный заряд на атоме углерода. К таким группам относятся галогены (- Cl,-Br), спиртовая группа(- OH ), сульфогруппа (-SO 3 H), нитрогруппа (-NO 2 ). В качестве нуклеофилов в этих реакциях обычно используются частицы с отрицательным зарядом, или неподеленной парой электронов: Гидроксид-анион ( OH - ) – используется для ввода спиртовой группы. Галоген-анионы ( Cl -,Br - ) – используются для ввода галогенов. Аммиак (: NH 3 ) – используется для ввода аминогруппы. Цианид-анион ( CN - ) – используется для ввода цианогруппы.

Изображение слайда
4

Слайд 4: Механизмы реакций нуклеофильного замещения

Выделяют два механизма реакций нуклеофильного замещения – S N 1 и S N 2. На тип механизма нуклеофильного замещения влияют следующие факторы: Стабильность получившегося карбкатиона, например третичные галогеналканы реагируют через стабильный третичный карбкатион, а первичные через активированный комплекс. Природа растворителя, поляризующие растворители (вода) способствуют механизму S N 1, а неполяризующие (эфиры) – S N 2. Сила нуклеофила. Чем сильнее нуклеофил, тем выше вероятность запуска реакции по механизму S N 2.

Изображение слайда
5

Слайд 5: Механизмы реакций нуклеофильного замещения : S N 1

Поскольку связь углерод-галоген сильно поляризована, то может произойти диссоциация на галоген-анион и карбкатион : Затем в реакцию вступает карбкатион и реагент-нуклеофил, образуется продукт реакции:

Изображение слайда
6

Слайд 6: Особенности механизма S N 1

Механизм S N 1 характерен для тех производных, у которых при диссоциации получается стабильный карбкатион и для тех веществ, к молекулам которых нуклеофил подойти не может из-за пространственных затруднений, например для третичных галогенпроизводных. Поскольку реакция протекает через карбкатион, во первых, в присутствии конкурирующих нуклеофилов возможны побочные реакции. Например, в воде присутствуют гидроксогруппы : Если исходное вещество и продукт оптически активны, то возможна смена конфигурации ассиметричных атомов углерода у 5-20% молекул. Возможность смены конфигурации определяется тем, в каком состоянии находится продиссоциировавшее вещество.

Изображение слайда
7

Слайд 7: Особенности механизма S N 1

В третьих, для некоторых карбкатионов возможны перегруппировки, например, если карбкатион стабилизирован мезомерным сопряжением: В четвертых, возможен конкурирующий процесс элиминирования, который тоже протекает через карбкатион.

Изображение слайда
8

Слайд 8: Механизмы реакций нуклеофильного замещения: S N 2

Если нуклеофил в состоянии атаковать молекулу галогенпроизводного, или - же диссоциация до, карбкатиона не протекает, то в этом случае образуется переходное состояние, которое перегруппировывается в продукт реакции: В этом механизме реакции участвуют два вещества, и скорость реакции пропорциональна концентрациям обоих веществ.

Изображение слайда
9

Слайд 9: Особенности механизма S N 2

Во первых, атакующий нуклеофил подходит с противоположной стороны молекулы, поэтому при реализации этого механизма в большей степени меняется оптическая конфигурация. Во вторых, на скорость реакции влияет природа нуклеофуга (« сброшеной » частицы), чем проще сбросить нуклеофуг, тем быстрее идет реакция.

Изображение слайда
10

Слайд 10: Ввод гидроксогрупп и эфиров

При замещении одного атома галогена образуется спирт: При замещении 2х атомов – кетон: При замещении 3 атомов – кислота: Поскольку вода – слабый нуклеофил, то используется либо щелочь, либо катализатор – оксид серебра. Аналогично можно ввести не спиртовую группу, а эфирную, реагенты – спирты.

Изображение слайда
11

Слайд 11: Ввод аминогрупп

Если нагревать алкилгалогенид со спиртовым раствором аммиака, первичного или вторичного амина под давлением и при высокой температуре, то образуется смесь солей соответствующих аминов, а также четвертичных солей аммония (реакция Гофмана):

Изображение слайда
12

Слайд 12: Поведение различных галогенпроизводных в реакциях замещения

Первичные алкилгалогениды реагируют по типу S N 2, механизм замещения вторичных алкилгалогенидов зависит от условий реакции, для третичных характерен S N 1. При наличие в молекуле двойной связи, либо системы сопряженных π – связей поведение молекулы зависит от взаимного расположения атома галогена и кратной связи. Если галоген вступает в сопряжение, то реакционная способность уменьшается, реакции замещения идут только в жестких условиях. Таковы арилгалогениды и виниловые галогениды. Если в сопряжение вступает образующийся карбкатион, то реакционная способность возрастает, при этом реакция идет по типу S N 1.

Изображение слайда
13

Слайд 13: Реакции окисления и восстановления

В результате окисления некоторых функциональных групп получается ц епочка из промежуточных продуктов: Эту цепочку превращений можно провести в обратном направлении, воспользовавшись реакциями восстановления. Таким образом, спирт, альдегид и карбоновая кислота могут быть легко превращены друг в друга. Это - же касается аминогруппы и нитрогруппы:

Изображение слайда
14

Слайд 14: Окисление спиртов

Окисление спиртов можно проводить в мягких каталитических условиях. Используются те-же катализаторы, что и при дегидрировании (см. предыдущую лекцию). Промежуточным продуктом окисления являются альдегиды (образуются из первичных спиртов) и кетоны (образуются из вторичных спиртов). Третичные спирты в реакцию не вступают. Если не удалять альдегиды из реактора, то пойдет их дальнейшее окисление до карбоновых кислот.

Изображение слайда
15

Слайд 15: Окисление спиртов

В жестких условиях (перманганат калия, азотная кислота, бихроматы) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот (тоже через альдегиды, но в жестких условиях остановить реакцию окисления невозможно), вторичные до кетонов. Третичные сначала дегидратируются, а затем окисляются по получившейся двойной связи:

Изображение слайда
16

Слайд 16: Восстановление альдегидов и кетонов

Восстановление альдегидов и кетонов осуществляется водородом. В качестве катализатора используются медь или никель:

Изображение слайда
17

Слайд 17: Получение аминов

Восстановление различных производных азота, например нитросоединений или или нитрилов. В этой реакции используется большое разнообразие восстановителей: сульфид аммония ( NH 4 ) 2 S, сероводород, железо с соляной кислотой.

Изображение слайда
18

Слайд 18: Получение ароматических аминов

Важнейшим, с точки зрения органического синтеза, свойством ароматических нитросоединений является их способность к восстановлению до ароматических аминов. Поскольку напрямую провести реакцию аминирования ароматической системы невозможно: Для восстановления нитрогруппы можно использовать большое разнообразие восстановителей.

Изображение слайда
19

Последний слайд презентации: Органический синтез: Превращение амина в спирт

Первичные амины своеобразно реагируют с азотистой кислотой, превращаясь в спирты : Приведенные промежуточные соединения не выделены, а написаны по аналогии с подобными ароматическими соединениями, где они хорошо известны.

Изображение слайда