РефератыХимияФуФуран. Тиофен. Пиррол

Фуран. Тиофен. Пиррол

Введение


1. Фуран


1.1. Получение


1.2. Свойства


2. Тиофен


2.1. Получение


2.2. Свойства


3. Пиррол


3.1. Получение


3.2. Свойства


3.2.1. Кислотно-основные свойства


3.2.2. Реакции электрофильного замещения


3.2.3. Восстановление


Введение


Гетероциклическими называют соединения, содержащие циклы, включающие один или несколько гетероатомов. Наиболее устойчивыми являются пяти- и шестичленные циклы.


Гетероциклические соединения встречаются во многих природных соединениях и производятся в больших масштабах в промышленности. В данной главе мы будем рассматривать главным образом гетероциклические соединения, обладающие ароматическим характером. Такие гетероциклы называют гетероароматическими.


Существуют пятичленные, шестичленные и т.д. гетероциклы, обладающие ароматическим характером. Наиболее изученными из них являются пяти- и шестичленные соединения, поскольку их производные особенно распространены в природе и часто являются промышленными продуктами. В циклы этих соединений могут входить один, два и большее количество гетероатомов, причем как одинаковых, так и разных. Большинство из них имеют традиционные названия.








Большое значение имеют такие соединения, в которых указанные гетероциклы сконденсированы с другими кольцами.



Урацил Тимин Цитозин Индол Хинолин


1. Фуран


1.1. Получение


Наиболее доступным производным фурана является фурфурол. Его получают из растительных отходов, содержащих пентозаны, обработкой их разбавленной серной кислотой с последующей перегонкой с водяным паром.


(26)


Пентозаны Пентоза Фурфурол


Каталитическим декарбоксилированием фурфурола получают фуран:


(27)


Фурфурол Фуран


1.2. Свойства


Фуран проявляет ацидофобные свойства. При действии концентрированной серной кислоты он полимеризуются. Разбавленные кислоты вызывают гидролитическое расщепление кольца с образованием 1,4-дикарбонильных соединений.


(28)


Фуран вступает в обычные для ароматических соединений реакции электрофильного замещения, причем легче, чем бензол.





(М 3)





При атаке электрофила по b-положению образуется катион, в котором положительный заряд делокализуется лишь на два атома, в то время как при атаке по a-положению – на три:





Они проходят также легко, как и в фенолах, но проводить их следует лишь в нейтральной и щелочной среде. Так, действие галогенидов в спиртовых растворах приводит к полному замещению атомов водорода:





(29)


Моногалогенпроизводные фурана можно получить лишь через меркуропроизводные, из которых получают также многие другие монопроизводные:






Нитрование фурана проводится ацетилнитратом в пиридине, а сульфирование -- комплексом триоксида серы с пиридином.


(33)


a-Нитрофуран


(34)


a-Фурансульфокислота





(35)


Фуран a-Ацетилфуран


Фуран ведет себя как 1,3-диен в реакциях диенового синтеза:


(36)


Упр.10.
Составьте схему реакции получения фурфурола из пентозанов.


Упр.11.
Напишите реакции фурана с веществами:


(а) пиридинсульфотриоксидом, (б) ацетилнитратом, (в) уксусным ангидридом,


(г) бромом. Опишите механизмы этих реакций? Почему фуран нельзя сульфировать серной кислотой и ацилировать хлористым ацетилом.


Семикарбазоном 5-нитрофурфурола является фурацилин - средство для полоскания горла.


2. ТИОФЕН


Тиофен содержится в каменноугольной смоле и является спутником коксохимического бензола (присутствует в количестве 0,5%). По ряду физических и химических свойств тиофен очень близок к бензолу: температура кипения тиофена 84о
С, бензола 80о
С; запах чистого тиофена напоминает запах бензола, очень близка их склонность к реакциям нуклеофильного замещения. Тиофен - наиболе аромаатический из пятичленных гетероциклов.


2.1. Получение


В промышленности тиофен производят по реакции ацетилена с сероводородом при 400о
С или из н-бутана и серы в газовой фазе:





(37)


2.2. Свойства


Тиофен, в отличие от фурана и пиррола, не дает с обычными кислотами тиониевых солей и, следовательно, в кислой среде не утрачивает ароматических свойств. Он не обладает ацидофобностью.


Тиофен легко вступает в характерные для ароматических соединений реакции электрофильного замещения. Механизм этих реакций аналогичен механизму соответствующих реакций фурана:





(М 4)


Поскольку тиофен, в отличие от фурана, не чувствителен к воздействию кислот, эти реакции могут о

существляться в присутствии протонодонорных реагентов. Нужно иметь в виду, что атом серы может быть окислен азотной кислотой. Поэтому тиофен нельзя нитровать азотной кислотой, а только ацетилнитратом.


(38)


Тиофен a-Нитротиофен


Тиофен легко на холоде сульфируется концентрированной серной кислотой c образованием тиофен-2-сульфокислоты:



(39)


a-Тиофенсульфокислота


Поскольку бензол в аналогичных условиях не сульфируется, эта реакция используется для очистки бензола от тиофена.


В отличие от фурана тиофен замещает на хлор и бром лишь два атома. С иодм в присутствии оксида ртути замещается только один атом водорода.



(40)


2,5-Дибромтиофен


При бромировании тиофена N-бромсукцинимидом образуется 2-бромтиофен:


(41)


Реакцию Фриделя-Крафтса в случае тиофена приходится осуществлять не с AlCl3
, а с более мягко действующими SnCl4
или SiCl4
. Возможно также ацилирование тиофена:





(42)


Тиофен почти совсем не обнаруживает ненасыщенного характера и не полимеризуется под действием кислот. Гидрирование тиофена в присутствии палладиевого катализатора приводит к образованию тиофана, в присутствии же никелевого катализатора гидрирование сопровождается десульфурированием:





(43)


Тиофан


Тиолан может быть окислен в сульфоноксид (сульфан) или в тиоландиоксид (сульфолан)





Упр.12.
Промышленный синтез тиофена осуществляется пропусканием (1 сек) через раскаленную трубку при температуре 600о
С смеси серы с бутаном, бутадиеном или бутенами. Напишите соответствующие реакции.


Упр.13.
Напишите следующие реакции тиофена: (а) сульфирования (серной кислотой и хлорсульфоновой кислотой), (б) нитрования (ацетилнитратом), (в) ацилирования (фталевым ангидридом), (г) хлорирования (хлористым сульфурилом), (д) бромирования (бромом). Опишите механизм этих реакций.


3. ПИРРОЛ


Пиррольное кольцо входит в структуру многих важных природных соединений, таких как гемин, хлорофил и др.


3.1. Получение


Пиррол содержится в каменноугольной смоле и костном масле. В лаборатории его можно получать сухой перегонкой аммонийной соли слизевой кислоты или перегонкой сукцинимида с цинковой пылью:



(46, 47)


Пиррол может быть получен действием аммиака на фуран в присутствии оксида алюминия (рнакция Юрьева):





(48)


3.2. Свойства


Пиррол представляет собой бесцветную темнеющую на воздухе жидкость с т. кип. 131о
С. Характерной для соединений ряда пиррола является их способность окрашивать в красный цвет смоченную в соляной кислоте сосновую лучину. Отсюда и название “пиррол” [“красное масло”].


3.2.1. Кислотно-основные свойства


Пиррол, как и фуран, проявляет ацидофобные свойства. При действии кислот он протонируется и полимеризуется. Пиррол является слабым основанием и одновременно очень слабой кислотой, более слабой, чем фенол. Он реагирует с КОН при сплавлении:





(49)


Пирролкалий Пиррол Пирролмагнийгалогенид


Пирролкалий реагирует с диоксидом углерода с образованием калиевой соли


пиррол-2-карбоновой кислоты:


(50)


Пирролкалий Пиррол-2-карбонат калия


Пирролмагнийбромид реагирует с алкилгалогенидами образуя 2- и


3-алкилпирролы:





(51)


Пирролмагнийбромид a-Этилпиррол b-Этилпиррол


3.2.2. Реакции электрофильного замещения


Пиррол очень реакционноспособен по отношению к электрофильным реагентам. Механизм этих реакций аналогичен механизму соответствующих реакций фурана:


(М 4)



(52)


Пиррол a-Пирролсульфокислота



(53)


a-Нитропиррол



(54)


При проведении реакций электрофильного замещения следует избегать слишком кислой среды, в которой пиррол полимеризуется. Пиррол с заместителями второго рода более устойчив, чем сам пиррол и электрофильное замещение уже будет требовать катализатора.


3.2.3. Восстановление


При гидрировании пиррола в присутствии платинового катализатора образуется пирролидин:


(55)


Пирролидин


Упр.14.
В лабораторных условиях пиррол получают нагреванием аммонийной соли слизевой кислоты Н4
NOOC(CHOH)4
COONH4
. Напишите соответствующие уравнения реакций.


Упр.15.
Напишите уравнения реакций, протекающих при действии на пиррол:


(а) хлористого сульфурила; (б) брома; (в) иода (в избытке в присутствии KI);


(г) пиридинсульфотриоксида, затем Ba(OH)2
; (д) п-нитрофенилдиазонийхлорида;


(е) уксусного ангидрида в присутствии SnCl4
; (ж) HCl; (з) амида натрия;


(и) металлического калия; (к) фениллития; (л) н-бутиллития; (м) СН3
MgI

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Фуран. Тиофен. Пиррол

Слов:1278
Символов:12460
Размер:24.34 Кб.