Химические превращения 4-оксоалкановых кислот

Химические превращения 4-оксоалкановых кислот

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФБГОУ ВПО «СРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

Кафедра органической и биоорганической химии

химические превращения 4-оксоалкановых кислот

КУРСОВАЯ РАБОТА

студентки 2 курса Института химии

Пискуровой Виктории Сергеевны

Научный руководитель

д.х.н., профессор А.Ю. Егорова

Зав. кафедрой

д.х.н., профессор О.В. Федотова

Саратов 2013

Введение

-Кетоноалкановые кислоты, как и многие другие органические соединения, очень важны в жизнедеятельности человека. Они находят широкое применение в производстве смазочных материалов, пластификаторов./1/ Их так же используют для получения насыщенных кислот алифатического ряда, а на основе последних - синтетические моющие средства. Несмотря на широкое практическое применение 4-оксоалкановых кислот, стоит вопрос о разработке наиболее выгодных способов получения. Получить их можно путем расщепления фуранового цикла фурилкарбинолов. Данный способ был изучен М.И. Ушаковым и В.Ф. Кучеровым /2/. Реакция протекает под действием минеральных кислот и, соответственно, приводит к образованию 4-кетонокарбоновых кислот или их сложных эфиров.

Литературный обзор

Получить 4-оксокарбоновые кислоты, как уже упоминалось выше, можно из фурилкарбинолов. Механизм этой реакции нельзя считать окончательно установленным. Наиболее вероятна схема, предложенная Легером (1):

изомеризация    

Кроме этого, ɤ-кетокарбоновые кислоты и их эфиры способны к внутримолекулярной циклизации, которая приводит к образованию 5-алкилзамещенных 3Н-тиолен-2-онов и 3Н-фуран-2-онов. Авторами был разработан способ получения 5-алкил-4-тиолен-2-онов (2а-г) на основе этиловых эфиров ɤ-кетокарбоновых кислот(3) :

1а-и                                    2а-и                3а-и

-3 а, д R= C₃H₇; б R= С₄H₉; в, ж R= iso-C₄H₉; г, з R=C₅H₁₁; е R=C₄H₉; и R= iso-C₅H₁₁; а-г R`= C₂H₅; д-и R`=H; а-г X=S; д-и X=O

-оксоалкановые кислоты и их эфиры так же склонны к реакциям аминирования. Реакции гетероциклизации 4-оксоалкановых кислот под действием ароматических аминов приводят к образованию N-арилзамещенных пиррол-2-онов. (4)

А

-3 a R= C₃H₇; b R=C₅H₁₁; е R=C₄H₉; c R= i-C₅H₁₁;

d R = C₆H₁₃; e R= C₇H₁₅; f R= C₈H₁₇

Атака аммиаком возможна по атому углерода оксогруппы, с образованием интермедиата А либо по атому углерода этоксикарбонильной группы с образованием амидов 4-оксоалкановых кислот.(4)

Аммонолиз эфиров 1e,f приводит в амидам 3e,f, которые были выделены упариванием реакционных смесей. В этих амидах открытая и циклическая формы довольно устойчивы и таутомерное равновесие не устанавливается.(4)

Взаимодействие 4-оксоалкановых кислот 4a-g с ацетатом аммония авторы проводили кипячением в ксилоле или уксусном ангидриде. Целевые N-незамещенные пиррол-2-оны 2a-g с выходами до 70% получены в уксусном ангидриде.(4)

4 a-g                                              2a-g                   3e-g

2,3,4 a R=Pr ; b R=C₅H₁₁ ; c R= i-C₅H₁₁; d R= C₆H₁₃;R= CH; f R= CH; g R= Ph

Использование ксилола позволяет получить соединения 2e-g с выходом до 65% с одновременным выделением амидов 3e-g (20%). В этом случае реакция протекает, вероятно, также через стадию образования амидов 4-оксоалкановых кислот, циклизация которых с лучшими выходами осуществляется в уксусном ангидриде.(4)

Взаимодействие этиловых эфиров 4-оксоалкановых кислот 5а-с с ароматическими аминами при кипячении в ксилоле протекает с образованием целевых 1-арил-5-алкил (арил)-3Н- пирролин-2-онов 2а-с с выходами 63-75%, а также изомерных 1-арил-5-алкил-5Н-пирролин-2-онов 3а-с с выходами 10-35%.

2, 3 ,5 а R= CH, Ar= CH; b R = CH, Ar = CH; c R= i-CH, Ar = CH

При проведении реакции в мягких условиях, в растворе этилового спирта, выходы соединений 2а-с и 3а-с в каждом случае в сумме не более 18%, поскольку реакция проходит через стадию образования промежуточных енаминов А и инаминов В, циклизация которых вследствие снижения активности атома азота затруднена. (5)

На основе 4-оксоалкановых кислот возможен синтез 5-алкил(арил)-3-арилиден-3Н-фуран-2-онов. Синтез проводится при обработке 4-оксоалкановых кислот эквимолекулярным количеством альдегидов в присутствии ацетата натрия.

,3 а R=CH, б R= CH, в R=CH₇, г с д R= CH-i; 2 а R=C₆H, Ar= CH; б R= CH, Ar= CH; в R=CH,Ar= CH; г R= CH, Ar= CH; д R=CH, Ar= CH-Cl-o; е R=CH, Ar= CH-NO-o; ж R= CH, Ar= CHN(CH); з R=CH, Ar= фурил-2; и R= CH, Ar= фурил-2; к R= CH-i, Ar= фурил-2; л R= CH, Ar= α- NO-фурил-2; м R= CH, Ar= 5-йодфурил-2.

Схема образования соединений 2а-д на основе 4-оксоалкановых кислот (3а-д) предполагает первоначальную лактонизацию кислот в 3Н-фуран-2-оны (1а-д), вступающие в последующую реакцию конденсации с альдегидами, без выделения промежуточных продуктов.

Следует отметить, что возможно неоднозначное протекание процесса. Однако альтернативное направление реакции, первой стадией которой является конденсация альдегидов по метиленовой группе β-положения кислоты, характеризующегося большей С-Н кислотностью, чем α-метиленовое звено, и последующая лактонизация продукта, приводящая к образованию 5-алкенил-4-арилидентетрагидрофуран-2-она (4), не реализуется.(6)

Кроме этого, были синтезированы гетероциклические системы ряда бензопирролоимидазолов и пирролохинозолинонов реакцией 1,4-оксоалкановых кислот с 1,2-бинуклеофилами. (7)

1       R= Ph; 2 R=4-Me-C₆H₄

кетоноалкановый кислота фурилкарбинол синтез

Цель исследования и обсуждение результатов

Ацилирование по Фриделю-Крафтсу служит удобным методом введения ацильной группы в ароматическое ядро, что приводит к образованию арилзамещенных кетонов. Целью настоящей работы является получение 4-(4-метоксифенил)-4-оксобутановой кислоты. В качестве ацилирующего агента использовали ангидрид янтарной кислоты в присутствии кислоты Льюиса.

В качестве кислоты Льюиса использовали безводный хлорид алюминия, который был взят в стехиометрическом избытке, поскольку катализатор уходит из реакции, образуя комплекс янтарным ангидридом. Происходит образование донорно-акцепторного комплекса. Образовавшаяся электрофильная частица ацилирует анизол преимущественно по пара-положению, вследствие стерических затруднений. В результате чего образовавшийся замещенный алюминий дихлорид гидролизуется в слабокислой среде с образованием 4-(4-метоксифенил)-4-оксобутановой кислоты. Физико-химические характеристики полученного соединения соответствуют литературным данным.

Экспериментальная часть

В ходе работы мы использовали:

Синтез 4-(4-метоксифенил)-4-оксобутановой кислоты.

В трехгорлую колбу объемом 1л., снабженную механической мешалкой и обратным холодильником помещают 34г янтарного ангидрида и 250 мл анизола. При перемешивании через третье горло, закрытое пробкой на шлифе, порциями вносят 100 г тонкоизмельченого безводного хлорида алюминия.

Происходит выделение HCl, смесь разогревается. По окончании прибавления хлорида алюминия при перемешивании смесь нагревают в течении 1 часа. Далее к охлажденному раствору приливают 150 мл холодной дистиллированной воды. Происходит разогревание. В охлажденную колбу приливают 50 мл концентрированной HCl. Твёрдый продукт охлаждают, промывают холодной смесью 50 мл концентрированной HCl и 150 мл воды, а затем фильтруют и промывают водой. Образовавшиеся светло-желтые кристаллы перекристаллизовывают из горячей воды. Раствор фильтруют, после охлаждения фильтрата выпадают белые кристаллы кислоты.

Выход: 30г. (44,3%) Т.пл. 156-157°С .

Инструкция по охране труда и технике безопасности

Работа с легколетучими растворителями

При работе с легколетучими растворителями всегда нужно иметь под рукой листовой асбест, песок и другие средства тушения. На рабочем столе и соседних столах не должно быть открытого пламени. Особую осторожность следует соблюдать при работе с эфиром. При отгонке эфира водяную баню следует наливать водой, нагреваемую в стороне от места работы с эфиром. К приемнику присоединяют резиновую трубку, конец которой опущен под рабочий стол.

При возникновении пожара надо немедленно удалить легковоспламеняющиеся вещества и тушить пламя, накрывая его влажным одеялом или засыпая песком.

На рабочем мете нужно иметь количество растворителя, не превышающего суточную потребность. Большое количество хранить в сейфе или специально отведенных местах.

Работа с кислотами и щелочами

Крепкие кислоты, щелочи и крепкие их растворы при попадании на тело могут вызвать сильные ожоги. Поэтому при работе с ними следует соблюдать следующие меры предосторожности:

а) работать в очках и резиновых перчатках;

б) обеспечить удобное хранение кислот и щелочей;

в) приливать кислоту в воду, а не наоборот;

г) при переливании из склянки в склянку пользоваться воронкой.

При ожогах кислотой обоженное место промыть большими порциями воды и обработать 2% раствором бикарбоната натрия. При ожогах щелочью обработать пораженное место раствором борной кислоты. При попадании кислоты (или щелочи) в глаза промыть водой и обратиться к врачу.

Первая помощь при острых отравлениях химическими веществами

Концентрированные кислоты

симптомы отравления: при вдыхании паров - насморк, чихание, кашель, жжение в горле; при попадании брызг в глаза - резкая боль, слезотечение; при попадании на кожу - ожоги.

Первая помощь: обильное промывание водой, затем 2% раствором соды, затем опять водой, закапывание в глаза новокаина, альбуцида.

Работа с электроприборами

Работа с электрическими и электронагревательными приборами требует особенно внимательного и точного соблюдения правил по технике безопасности. Это связано с тем, что при особых условиях (большая влажность, отсутствие исправной изоляции), поражение может быть нанесено током при напряжении 36В или даже 12В.

Первым и необходимым условием безопасности является устройство защитного заземления. Работать разрешается только при исправном оборудовании.

В целях безопасной работы категорически запрещается:

1. Проверять на ощупь наличие напряжения и нагрев токоведущих частей прибора.

2. Применять для соединения блоков и приборов провода с поврежденной изоляцией.

3. Снимать кожух прибора, включенного в сеть 220В.

При поражении электрическим током человека, необходимо отключить установку с помощью выключателя, освободить пострадавшего от действия электрического тока, оказать ему первую помощь.

Выводы

1.  Обобщены литературные данные, посвящённые синтезу и свойствам 4-кетокарбоновых кислот.

2.      Поведен синтез 4-п-анизол-4-оксобутановой кислоты.

.        На основании литературных данных предложен возможный механизм реакции.

Список использованных источников

1.      База патентов СССР <http://patentdb.su/>, Способ получения кетоалкановых кислот http://patentdb.su/5-745891-sposob-polucheniya-ketoalkanovykh-kislot.html

.        А.А. Пономарёв, В.А. Седавкина. Синтез ɤ- кетонокарбоновых кислот и ɤ-лактонов из фурилалкилкарбинолов. -ЖОХ , 1961. - т.31. -С. 984-985

.        В.А. Седавкина, Н.А. Морозова, А.Ю. Егорова, И.Г. Остроумов. Синтез и реакции конденсации 5-алкил-3Н-тиолен-2-онов и 5-алкил-3Н-фуран-2-онов по метиленовой группе гетероцикла. - ХГС,1987. - №4.-С. 451

.        А.Ю. Егорова, В.А. Седавкина, З.Ю. Тимофеева. Синтез и строение 5-алкил(арил)пиррол-2-онов. - ХГС, 2001. - №5. -С. 602-603

.        А.Ю. Егорова, В.А. Седавкина, З.Ю. Тимофеева. Гетероциклизация производных 4-оксоалкановых кислот в 1,5-дизамещённые пирролин-2-оны. - ХГС, 2001.- №6. - С. 755,757-758.

.        А.Ю. Егорова, П.В. Решетов, Н.А. Морозова, В.А. Седавкина. 3-арилиденпроизводные 3Н-фуран-2-онов. Синтез и взаимодействие с малеиновым ангидридом. - ХГС, 1997. - № 8. -С. 1043-1044.

.        В.А. Гринёв. Реакции электрофильного замещения в ряду бензопирролоимидазолонов и пирролохиназолинонов. - Автореферат, 2011. -С. 6.