/
Автор: Курсанова Д.Н.
Теги: химия аналитическая химия химическая промышленность издательство иностранной литературы
Год: 1950
Текст
и*л
Издательство
иностранной
литературы
НОВЫЕ МЕТОДЫ
ПРЕПАРАТИВНОЙ
ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
СБОРНИК
Перевод с английского
А. С. КУРСАНОВОЙ и Т. А. СЛОВОХОТОВОЙ
Под редакцией
ПРОФ. Д. Н. КУРГАНОВА
УХ!’.' ®
Хинич |>..Й
; ! Г X Ч < < X -I , <. ' .» ' 9 I 1
1950
ИЗДАТЕЛЬСТВО
ИНОСТРАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современное развитие препаративной органической химии на-
шло отражение в нашей химической литературе в ряде ориги-
нальных и переводных сборников и монографий. Здесь прежде
всего, необходимо указать на многотомное произведение советских
авторов под редакцией А. Н. Несмеянова и К- А. Кочешкова
«Синтетические методы в области металлоорганических соедине-
ний», представляющее собой наиболее полный и современный
обзор этого раздела химии в мировой литературе, далее сборник
«Синтезы органических соединений», составленный Институтом
Органической Химии АН СССР и включающий ряд новых, разра-
ботанных советскими химиками синтезов и др.
Настоящий сборник, предлагаемый вниманию читателя, по-
священ изложению некоторых современных методов препаратив-
ной органической химии. Он содержит обширный материал по во-
просам применения фтора и фтористого водорода, описание
процессов гидрирования и дегидрирования с помощью металли-
ческих катализаторов, а также описание препаративных методов
биохимического окисления и восстановления.
Книга не лишена существенных недостатков, к которым пре-
жде всего можно отнести замалчивание работ русских химиков
(например, работы Н. Д. Зелинского по каталитической дегидро-
генизации, работы А. Е. Фаворского по окислению и многие дру-
гие) ; в отдельных случаях даже крупные открытия русских хи-
миков произвольно приписываются иностранным авторам.
Другим существенным недостатком сборника является неодно-
родность изложения помещенных в нем статей: если некоторые
статьи представляют довольно обстоятельные и полные обзоры
проблем, то другие — рисуют лишь общую картину, детали ко-
торой остаются не проработанными. Это, например, относится
к статье Неллеса «Реакции замещения у соединений алифатиче-
ского ряда».
Редакция, однако, нашла целесообразным сохранить эту
статью в переводном издании сборника, так как она дает перво-
начальную ориентировку и обильную литературу по этой инте-
ресной и актуальной проблеме современной органической химии.
Очевидно, что исправление указанных выше недостатков по-
требовало бы коренной переработки значительной части текста
сборника, поэтому мы были вынуждены ограничиться лишь
частичным выполнением этой задачи, снабдив перевод соответ-
ствующими примечаниями.
6
Предисловие
С другой стороны, редакцией были исключены статьи на темы,
уже освещенные в нашей химической литературе, а также статьи
по тем вопросам, по которым подготавливаются более подробные
монографии и обзоры. Так, например, выпущена статья Д. Кестера
«Реакции, протекающие при каталитическом, участии фтористого
бора», так как эта тема обстоятельно освещена в монографии
А. В. Топчиева [А. В. Топчиев, Я. М. Паушкина, Соединения фто-
ристого бора как катализаторы в реакциях алкилирования, по-
лимеризации и конденсации, Гостоптехиздат, 1949]. Статьи
«Диеновый синтез» и «Окисление двуокисью селена» (из немец-
кого издания) выпущены вследствие того, что на эти темы в на-
стоящее -время подготавливаются монографии, в которых будет
дан более современный обзор материала. Статьи «Методы рода-
нирования органических соединений» и «Восстановление по Меер-
вейну-Пондорфу» выпущены потому, что более подробные обзоры
помещены в сборниках «Органические реакции». По этим же при-
чинам сокращена статья «Синтезы с помощью диазометана» и из
статьи «Окисление посредством тетраацетата свинца» исключен
обзор по окислению иодной кислотой. Наконец, статью Г. Виттига
«Синтезы с помощью литийорганических соединений» редакция
не сочла целесообразным включить в переводное издание сбор-
ника вследствие того, что эти синтезы более подробно и обстоя-
тельно описаны в I части многотомника «Синтетические методы
в области металлоорганических соединений».
В целом, несмотря на имеющиеся недостатки, сборник «Но-
вые методы препаративной органической химии» содержит инте-
ресный и обильный материал по новым синтетическим методам
в органической химии и представляет интерес для химиков-орга-
ников.
Перевод сборника сделан с дополненного американского из-
дания 1948 г. со сверкой по немецкому изданию 1944 г.
Перевод статей 5—7 сделан Т. А. Словохотовой, статей 1—4,
8 и 9 — А. С. Кургановой.
Проф. Д. Н. Курсанов.
СТАТЬЯ 1
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ФТОРА
В. Бокемюллер
ОПАСНОСТИ, ВСТРЕЧАЮЩИЕСЯ ПРИ РАБОТЕ С ФТОРОМ
И ФТОРИСТЫМ ВОДОРОДОМ
В течение последних 20 лет техническое значение органиче-
ских соединений фтора неуклонно возрастает. Однако наши зна-
ния в области химии этих соединений еще очень невелики по
сравнению с достижениями науки в области химии других орга-
нических галоидопроизводных. Это объясняется тем, что ввести
фтор в органическое соединение труднее, чем бром или хлор,
а также тем, что реакции фторирования часто требуют примене-
ния специальной аппаратуры.
При работе с фтором и фтористым водородом необходимо
соблюдать некоторые предосторожности. Несмотря на то, что
фтор ядовит, опасность отравления при работе с ним незначи-
тельна, так как экспериментатор всегда бывает предупрежден о
его присутствии запахом, несколько напоминающим запах окис-
лов азота. Гораздо большее беспокойство вызывает способность
смесей фтора с парами органических веществ взрываться иногда с
большой силой. Поэтому в тех случаях, когда фторируют жидкие
органические вещества, необходимо избегать накопления боль-
ших объемов смеси фтора с парами органического вещества
в замкнутом пространстве. Это достигается тем, что фтор мел-
кими пузырьками вводят в энергично перемешиваемую жидкость
или применяют специально сконструированные реакционные со-
суды [1,2]*. При фторировании газообразных веществ можно
избежать взрыва или полного сгорания, если вести реакцию на
поверхности медной сетки или в пространстве, заполненном этой
сеткой [3].
Часто причиной несчастных случаев является фтористый водо-
род. Пары горячей 40-процентной фтористоводородной кислоты
уже при кратковременном воздействии производят крайне болез-
ненные ожоги. Экспериментатор не получает своевременно пре-
дупреждения об ожоге, так как боль появляется только через
несколько часов после действия паров. Концентрированная
* Ряд вопросов, затронутых в этой статье, более подробно освещен
в сборнике Химия фтора, Госиноиздат, М., 1948. (Прим, ред.) -----------------
8 ______В. Бокемюллер
80-процентная фтористоводородная кислота и безводный фтори-
стый водород разрушают кожу уже при кратковременном сопри-
косновении с ней. Эти ожоги часто приводят к глубоко проникаю-
щему омертвению тканей, которое вылечивается очень медленно.
Первая помощь заключается в промывании пораженного места
суспензией окиси кальция и последующей обработкой eroi пастой
из глицерина и окиси магния [4] или мазью из стеариновокислого
магния. Впрыскивание раствора глюконатлактобионата кальция
пресекает омертвение тканей и ускоряет их рубцевание.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕАКЦИОННЫХ СОСУДОВ
В работе с фтором успешно применяется аппаратура, изгото-
вленная из магния, меди, нержавеющей стали и монельметалла
[1,2,5]. Особенно удобен никель, так как он, покрываясь защит-
ным слоем фторида, практически почти не реагирует с фтором
даже при 750° [6]. В некоторых случаях употребляется стекло,
но оно не может быть рекомендовано. Для приготовления и
хранения таких соединений, как BrF3, BrFs и C1F7, применяют
сосуды из железа, кобальта, никеля и сплавов этих металлов [7].
Металлы, из которых сделана аппаратура, не должны подвер-
гаться коррозии даже при нагревании до 127°. При работах
с концентрированной фтористоводородной кислотой или безвод-
ным фтористым водородом предпочитают сосуды из меди, мо-
нельметалла или дюралюминия. Реакции с фтористым водоро-
дом при высокой температуре проводят в автоклавах, сделанных
из меди [8] или аллегениметалла * с никелированной обо-
лочкой [9]. Техническая аппаратура для реакций при высокой
температуре с фтором, фтористым и хлористым водородом мо-
жет быть изготовлена из хромникелевой стали [10]. Для лабора-
торных работ в тех случаях, когда, кроме фтористого водорода,
присутствуют и другие минеральные кислоты, лучше всего упо-
треблять платиновые или платинированные сосуды.
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ФТОРА К ДВОЙНОЙ СВЯЗИ
Присоединение фтора к двойной связи принципиально воз-
можно [2], но, несмотря на все меры предосторожности, одновре-
менно с этой реакцией происходит также разрыв углерод-угле-
родной связи. При реакции фтора с органическим соединением
освобождается энергия, превосходящая энергию углерод-угле-
родной связи, поэтому такая реакция, как присоединение фтора
к этилену, не может быть осуществлена прямым взаимодействием
* Аллегениметалл представляет собой хромникелевую сталь, содержа-
щую 17—20% хрома и 7% никеля.
Органические соединения фтора
этих веществ. Если реакцию проводят в растворе или на метал-
лической сетке, т. е. в условиях, при которых теплота, выделяю-
щаяся при реакции, быстро рассеивается, то к двойной связи
присоединяются два атома фтора, причем фторирование не со-
провождается разрушением больших количеств вещества. Таким
образом, в растворе четыреххлористого углерода * при 0° или
в растворе дифтордихлорметана при —78° [1, 11, 12] из тетрахлор-
этилена получают снля.-дифтортетрахлорэтан [13—15]. При фто-
рировании тетрахлорэтилена в газовой фазе над медной сеткой
получается дифтортетрахлорэтан наряду с другими продуктами
реакции [16]. Олефины также присоединяют фтор. Естественно,
что выходы продуктов присоединения фтора уменьшаются за счет
конкурирующей реакции замещения; однако в разбавленных
растворах четыреххлористого углерода скорость реакции -присо-
единения больше скорости реакции замещения [17]. Если реак-
цию проводят в четыреххлористом углероде при 0°, то сам раство-
ритель медленно реагирует с фтором. Вытесненный хлор присо-
единяется к олефинам, вероятно, в виде C1F, на что указывает
образование пентахлорфторэтана — одного из продуктов реакции
фторирования тетрахлорэтилена в этих условиях. Из гексадецена
при присоединении фтора получается 1,2-дифторгексадекан.
Кротоновая кислота присоединяет фтор в цис- и транс- положе-
ниях, причем образуются две диастереомерные а- и '^-дифтор-
масляные кислоты. Из олеиновой и элаидиновой кислот полу-
чаются 9,10-дифторстеариновые кислоты [2]. Присоединение
фтора к олефинам сопровождается интересными побочными
реакциями. Две молекулы олефина могут соединяться, образуя
новую углерод-углеродную связь и одновременно присоединяя
два атома фтора к концам этой системы. При фторировании
тетрахлорэтилена около 20% исходного материала превращается
в 1,4-дифтороктахлорбутан [2, 15]:
2С12С=СС12 % F2—> FCC12CC12CC1.2CC1,F. (1)
Из кротоновой кислоты при этом получается продукт димериза-
ции наряду с более высокими полимерами [2].
В большинстве случаев для реакции присоединения фтора
к двойной связи олефинов лучше избегать применения свобод-
ного фтора. Бокемюллер предлагает употреблять для этой цели
четырехфтористый свинец [18] и дифториодбензол [19], исходными
веществами для приготовления которых служат тетраацетат
свинца и иодозобензол. Недавно был предложен метод, согласно
которому четырехфтористый свинец готовится в реакционной
* Смеси фтора и четыреххлористого углерода взрывчаты и иногда вне-
запно воспламеняются. В качестве растворителей можно применять фтористый
водород, фторсульфоновую кислоту, фторированные углеводороды, а также их
хлорфторпроизводные.
10
В. Бокемюллер
смеси действием фтористого водорода на двуокись свинца [20].
Четырехфтористый свинец и дифториодбензол легко отщепляют
два атома фтора, которые присоединяются к двойной связи. Та-
ким путем, например, из а, л-дифенилэтилена получен а, ^-ди
фтор-of, а-дифенилэтан. При действии толилиодфторида на
антрацен получается 9,10-дифтордигидроантрацен, который раз-
лагается, образуя 9-фторантрацен [21]. Следы фтористого водо-
рода или четыреххлористого кремния оказывают каталитическое
влияние на взаимодействие арилиодфторидов с олефинами.
Ароматические фториды не могут быть получены путем пря-
мого замещения фтором [15]. Некоторые продукты присоедине-
ния фтора к ароматическому ядру, например С6С16р4 и CsChFe,
получены действием фтора на гексахлорбензол [22]. Главными же
продуктами взаимодействия фтора с ароматическими соедине-
ниями являются аморфные фторсодержащие вещества с высоким
молекулярным весом. Эти вещества преобладают и в том случае,
если реакцию проводят при помощи четырехфтористого свинца
и арилиодфторидов. В немногих случаях удается получить инди-
видуальные продукты, например л-фтордиметиланилин [19] и фтор-
бензантрон [21], действием арилиодфторидов на соответствующие
соединения.
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА
К ДВОЙНЫМ СВЯЗЯМ
Фтористый водород присоединяется к двойным связям с не-
ожиданной легкостью. Несмотря на то, что способность галоидо-
водородов к присоединению по двойной связи убывает от йоди-
стого водорода к хлористому, фтористый водород легко присо-
единяется к этилену, пропилену и циклогексену:
СН3—СН=СН2 + HF —> СН3—CHF—СН3. (2)
Для .этих реакций применяют безводный фтористый водород [9];
присутствие катализатора не обязательно. В случае этилена
реакция протекает лучше всего при 90°, однако для его гомоло-
гов температуру реакции лучше держать при 0° или ниже, так
как при более высоких температурах увеличивается скорость
реакции полимеризации. Фтористый водород присоединяется
к пропилену так же, как и другие галоидоводороды, с образова-
нием изопропилфторида. Циклопропан с фтористым водородом
при 26° дает нормальный пропилфторид. В этой реакции обра-
зуются следы изопропилфторида в результате отщепления фто-
ристого водорода от первичного продукта и присоединения в но-
вом направлении. Ненасыщенные кислоты в растворе хлоро-
форма при 10° или при осторожном нагревании присоединяют
таким же образом фтористый водород с образованием соответ-
Органические соединения фтора
11
ствующих фторированных жирных кислот [23]. Так, из ундеци-
леновой и олеиновой кислот получаются фторундециловая и
фторстеариновая кислоты. При реакции олеинового спирта
с фтористым водородом спиртовая группа сохраняется и обра-
зуется фтороктадециловый спирт [23]. Аллиловый спирт раство-
ряется в безводном фтористом водороде с образованием красной
окраски, однако присоединения фтористого водорода к двойной
связи в этом случае не наблюдалось [24].
Приготовление этилфторида
В автоклав из хромникелевой стали с никелированной обо-
лочкой загружают 200 г фтористого водорода [9] и в течение
4 час. при перемешивании вводят 85 г этилена, поддерживая
температуру в 90° и давление от 20 до 25 атм. Реакция заметно
экзотермична. После прибавления всего количества этилена пере-
мешивание и нагревание продолжают еще 1 час. Содержимое
автоклава под давлением сливают сифоном в медный приемник,
охлаждаемый смесью сухого льда и ацетона до —80° и содержа-
щий избыток хорошо измельченного льда для связывания не-
прореагировавшего фтористого водорода. Отводная трубка мед-
ного приемника соединяется через трубку с натронной известью
со стеклянным приемником, охлаждаемым смесью сухого льда
с ацетоном. Реакционную смесь доводят до комнатной темпера-
туры, причем фторид перегоняется в стеклянный приемник. Сырой
продукт получается с выходом 81% от теоретического (считая на
исходный этилен); степень чистоты 95%. Чистый этилфторид
кипит при —37,7°.
Изопропилфторид (т. кип. —10,1°) получается с выходом 61 %
от теоретического при реакции фтористого водорода (избыток
8%) с пропиленом. Температура реакции 0°, продолжитель-
ность 5 час.
Циклогексилфторид
В медную колбу, снабженную мешалкой, вводной и отводной
трубками и охлаждаемую снаружи до —35°, помещают 200 г без-
водного фтористого водорода и при непрерывном перемешива-
нии в течение 75 мин. прибавляют по каплям 400 г циклогексена,
после чего продукты реакции переносят в медный сосуд, содер-
жащий измельченный лед *. Слой циклогексилфторида отделяют
в делительной воронке, моют водой и сушат хлористым кальцием.
Перегонку Необходимо производить под уменьшенным давле-
нием; т. кип. 71—74,5° при 300 мм, выход 80%.
* Осторожно! Пользуются очками и резиновыми перчатками, так как при
смешивании фтористого водорода с водой происходит сильное разбрызгивание.
12 В. Бокемюллер
Циклогексилфторид получают также при взаимодействии
200 г фтористого водорода и 740 г циклогексена при 10°. Выход
в этих условиях составляет 54% от теоретического.
Границы применения этой реакции до сих пор еще не опре-
делены. Этот новый метод является весьма перспективным. Опи-
сания его в литературе носят противоречивый характер. По
имеющимся сообщениям, амилен, стирол, инден и бутадиен при
действии фтористого водорода превращаются в не содержащие
фтора высокополимерные соединения [25, 26], тогда как другие
этиленовые соединения, например коричная кислота, не изме-
няются при действии фтористого водорода [27]. Реакция присо-
единения фтористого водорода обратима; основная задача состоит
в том, чтобы провести реакцию присоединения до конца, избежав
образования смолистых продуктов. Увеличение продолжительно-
сти реакции способствует побочным процессам. Если исходным
материалом для реакции служат монохлоролефины, то полу-
чаются дифторалканы типа RCH2CF2R' [28, 29].
Другой интересной реакцией является присоединение олефи-
нов к ароматическим углеводородам в присутствии фтористого
Еодорода. Бензол реагирует с пропиленом или циклогексеном,
причем с хорошими выходами образуется изопропил- или цикло-
гексилбензол [30]. Тем самым найдена реакция, аналогичная ре-
акции Фриделя—Крафтса, но без участия хлористого алюминия.
Фтористый водород присоединяется также и к алкинам. Аце-
тилен и фтористый водород реагируют с образованием смеси ви-
нилфторида и 1,1-дифторэтана [31]. Утверждение, что в этой
реакции требуется ион ртути [32] как катализатор, вероятно, не-
достаточно обосновано. Установлено, что эта реакция идет и
с безводным фтористым водородом и с водной фтористоводород-
ной кислотой [32]. Реакция протекает очень бурно и неравно-
мерно. При низких температурах реагенты проявляют тенден-
цию накапливаться, не вступая во взаимодействие, а затем вне-
запно и бурно реагируют. Присоединение фтористого водорода
к гомологам ацетилена, как и в случае олефинов, не требует ка-
тализаторов. Так, например, 9,10-дифторстеариновая кислота,
получается пропусканием фтористого водорода в раствор стеа-
роловой кислоты в хлористом метилене при температуре
0—10° [32].
Фтористый водород совершенно так же, как и другие галоидо-
водороды, присоединяется к кетену, количественно образуя фто-
ристый ацетил [33]. Циановая кислота в эфирном растворе при
—78° присоединяет фтористый водород, образуя фторангидрид
карбаминовой кислоты [34]:
ZF
O--Cz
x-NH2.
Органические соединения фтора
13
РЕАКЦИИ ОБМЕНА АТОМОВ ГАЛОИДОВ НА ФТОР
Обмен водорода на фтор в неароматических соединениях воз-
можен и протекает по уравнению (3), однако важного практиче-
ского применения эта реакция не получила [2]:
RH + F2 —> RF + HF. (3)
Замещение атомов галоидов на фтор может быть выполнено
различными путями. Эти методы имеют большое значение для
синтеза алифатических фторидов. Атомы других галоидов в орга-
нических соединениях способны замещаться на фтор при дей-
ствии элементарного фтора. Однако, несмотря на то, что таким
путем из четыреххлористого углерода [13] можно приготовить
даже четырехфтористый углерод, этот способ синтеза четырех-
фтористого углерода не имеет практического значения. Замеще-
ние атомов галоида удобнее производить, пользуясь различными
неорганическими фторидами.
РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ
ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА
При действии фтористого водорода вещества типа RCC13
превращаются в RCF3. Простейшим примером этой реакции слу-
жит ступенчатое превращение метилхлороформа в метилфторо-
форм [35]. Реакция проходит без катализатора при 150° и сопро-
вождается выделением хлористого водорода. Реакция бензотри-
хлорида с фтористым водородом (4) имеет важное техническое
значение [36]. Процесс ведут при 110° под давлением.
С6Н5СС13 4- HF —> C6H5CF3 + ЗНС1. (4)
Производные бензотрихлорида при действии фтористого водо-
рода образуют соответствующие трифториды. Трихлорметильная
группа в о- или п.-положениях к атому хлора в реакцию не всту-
пает. Две трихлорметильные группы, стоящие в о- или п-поло-
жениях одна к другой, превращаются одновременно в трифтор-
метильные группы. В случае хлорированного мезитилена
конечным продуктом реакции является симм,- CBH3(CF3)3. Хлори-
рование о-ксилола останавливается на стадии о-трихлорметилбен-
зальхлорида. При обработке последнего фтористым водородом
все атомы хлора замещаются на фтор *. В этом случае группа
—СНС12 при действии фтористого водорода превращается
* Это соединение гидролизуется серной кислотой с образованием о-три-
фторметилбензальдегида. Хлорированием его получают о-РзСС6Н4СС1Ег,
который после обработки фтористым водородом дает o-FsCCeFUCFs.
14
В. Бокемюллер ___________
в —CHF2. С бензальхлоридом эта реакция не может быть про-
ведена, так как образуются продукты осмоления. Присутствие
группы —СОС1 в м- или л-положениях к группе —СС13 не пре-
пятствует реакции замещения с помощью фтористого водорода
и образованию соответствующего трифторметилбензоилфто-
рида [37]. о-Трифторметиланилин [38] получается согласно сле-
дующей схеме:
Если трихлорметильная группа связана с атомом серы, как, на-
пример, в трихлорметилфенилсульфиде, то замещаются все атомы
хлора [39]:
CeH5SCCl3 4- 3HF —> CeH5SCFg + ЗНС1.
Присутствие в бензольном ядре таких заместителей, как хлор,
метил, нитрогруппа и карбоксил, на реакцию обмена не влияет.
Синтез бензотрифторида
Для реакции употребляется медная колба, снабженная ме-
шалкой, вводной трубкой, доходящей до дна, и второй трубкой —
для выхода образующихся газов [36,40]. В колбу загружают
500 г бензотрихлорида, после чего медленно, в течение 72 час.,
вводят 200 г фтористого водорода. Реакционную смесь все время
перемешивают и охлаждают до 0°. Выделяющийся при реакции
газ представляет собой главным образом хлористый водород
с примесью небольших количеств фтористого водорода и бензо-
трифторида. По мере того как реакция близится к концу, кон-
центрация фтористого водорода и бензотрифторида в газовой
смеси возрастает и их следует собирать в медную ловушку, охла-
ждаемую смесью льда с солью. Качественный состав газа и
относительные количества хлористого и фтористого водорода
в его составе определяются пробой с помощью капли раствора
азотнокислого серебра или хлористого кальция, помещенной
в петлю из нихромовой проволочки. Хотя и имеется возможность
Органические соединения фтора
15-
завершить реакцию на 95%, но экономически выгоднее прекра-
тить ее, когда содержание фтористого водорода в выделяющемся
газе возрастает до 70%. По окончании реакции к реакционной
смеси добавляют небольшое количество фтористого натрия для
удаления избытка фтористого водорода и дают ей нагреться до
комнатной температуры. Смесь оставляют стоять, время от вре-
мени встряхивая, а затем фильтруют и перегоняют. Выход бензо-
трифторида составляет 300 г; т. кип. 103°. Вышекипящие фрак-
ции содержат неполностью профилированный бензотрихлорид и
могут быть использованы для повторной обработки.
Применение фтористого водорода для замещения хлора на
фтор в органических соединениях в большинстве случаев огра-
ничивается веществами, имеющими три атома хлора, связанные
с одним атомом углерода, что имеет место, например, в бензо-
трихлориде. Однако хлористый этилиден [41] и ацилхло-.
риды [36, 42] в подходящих условиях реагируют с фтористым
водородом, образуя соответствующие фториды. Четыреххлори-
стый углерод, хлороформ и гексахлорэтан не могут быть превра-
щены таким путем в соответствующие фториды.
Важное изменение метода ввел Сварте, который заметил, что-
следы пятивалентной сурьмы действуют каталитически на реак-
ции органических галоидопроизводных с фтористым водородом
и с трехфтористой сурьмой. В этих условиях соединения, содер-
жащие по крайней мере два атома брома или хлора, связанные
с одним атомом углерода, обменивают атомы галоида на фтор.
Сварте рекомендует добавлять около 5% пятифтористой сурьмы
или брома. В последнее время обычно прибавляют хлор в коли-
чествах, требующихся для основной реакции. Иногда реакция
происходит при участии одной трехфтористой сурьмы, например
в случае получения бензотрифторида (5). Реакция идет через
промежуточные стадии образования C6H5CCI2F и C6H5CC1F2,
которые легко переходят в бензотрифторид:
СвН5СС13 + SbF3 —> COH5CF3 + SbCl3. (5)
Если эту реакцию вести при комнатной температуре с избытком
бензотрихлорида, то в качестве главного продукта получается
CeHgCClFa [43] с примесью небольшого количества CeHsCC^F..
Присутствие хлора в ядре на реакцию не влияет. Однако этим
методом из о-фторбензотрихлорида не удается получить о-фтор-
бензотрифторид [44], хотя с тг-изомером реакция проходит нор-
мально. Присутствие нитрогруппы в ^-положении реакции не-
препятствует. Три атома хлора в 1,1,1-трихлордиметиловом
эфире легко замещаются на фтор при нагревании с избытком
трехфтористой сурьмы [45]. Ацилхлориды при действии трехфто-
ристой сурьмы образуют соответствующие фториды так же, как.
и при действии на них фтористого водорода.
16
В. Бокемюллер
РЕАКЦИИ С ТРЕХФТОРИСТОЙ СУРЬМОЙ
Синтез п-хлорбензотрифторида
215 г zz-хлорбензотрихлорида смешивают с 200 г (избыток)
сублимированной трехфтористой сурьмы в стеклянной перегон-
ной колбе. Смесь быстро нагревают, чтобы началась реакция,
которая проходит быстро и гладко [44]. Продукт реакции не-
сколько раз промывают 6 н.-соляной кислотой, затем водой, су-
шат над окисью бария и перегоняют, т. кип. 139°; выход
148 г (95%).
Совершенно чистая трехфтористая сурьма употребляется
редко, с примесью же солей пятивалентной сурьмы она является
распространенным реактивом для обмена других галоидов на
фтор.
Как указывалось выше, общим методом получения жела-
тельных количеств пятивалентной сурьмы является введение
в среду реакции хлора или брома в количествах от 5 до 100 мо-
лекулярных процентов. Сварте утверждает, что образующаяся
при этом соль пятивалентной сурьмы представляет собой смесь
галогенов типа SbF3Cl2, однако Руфф считает, что получается
двойная соль SbFs • SbCl5. Скорость реакции обмена галоидов
можно регулировать добавлением соответствующих катализато-
ров: SbCR, Вг2 или С12; применять чистую пятифтористую сурьму
нет необходимости.
Четыреххлористый углерод, смешанный с эквимолекулярным
количеством трехфтористой сурьмы и брома, при 45—50° обра-
зует CFC13 [46, 47], который перегоняется при 24,9°. Если реак-
цию вести при 100° в автоклаве, то главным продуктом оказы-
вается дихлордифторметан.
Это вещество, хладоагент фреон 12, получается с выходом
70%, причем затрачиваются относительно небольшие количества
катализатора [48]. В качестве побочного продукта реакции обра-
зуется хлортрифторметан, но тетрафторметан не образуется вовсе.
Дихлорфторметан и хлордифторметан готовят из хлороформа по
этому же методу [49, 50]. Фторирование бромоформа с помощью
трехфтористой сурьмы дальше образования CHF2Br не идет [51].
Из хлористого метилена получаются CH2FC1 и CH2F2 [50], но его
гомологи типа RCHC12 в этих условиях разлагаются. Эти соеди-
нения можно фторировать при помощи фтористой ртути. Дифто-
рид строения RCF2RZ, где R — алифатический радикал, легко по-
лучается с помощью трехфтористой сурьмы. В качестве промежу-
точного продукта последней реакции образуется RCC1FR'.
Этим же методом из бензофенондихлорида образуется бензо-
фенондифторид [52].
Органические соединения фтора
17
Синтез 2,2-дифторпропана
К охлажденному до 0° дихлорпропану прибавляют также
охлажденный до 0° 25-процентный избыток трехфтористой
сурьмы с примесью 5% (по весу) брома [53]. Стеклянный реак-
ционный сосуд соединен с м'еталлическим холодильником, охла-
ждаемым льдом. Реакция начинается тотчас же и регулируется
по мере надобности охлаждением. К концу реакции сосуд нагре-
вают примерно до 70°. Смесь продуктов реакции проходит через
холодильник, после чего их собирают в газометр с водой или
в приемник, охлаждаемый твердой углекислотой. При быстро
проведенной реакции получается 85% 2,2-дифторпропана
с т. кип. от —0,6 до —0,2° и 10—15% 2-хлор-2-фторпропана
с т. кип. 35,2°. В табл. 1 приведены алифатические соединения,
полученные при помощи трехфтористой сурьмы из соответствую-
щих хлорпроизводных. Таблица иллюстрирует также направле-
ние и степень фторирования этим методом.
Таблица 1
Исходное соединение Производное Ссылка на литературу Исходное соединение Производное Ссылка на 1 литературу
ссц ( CC13F { CC12F2 ( CC1F3 54 HCUC- СНС12 J НС12С—CHC1F 1 1 НС12С-CHF2 J 59
НС12С—СС13 hci2c—cci2f HC12C—ccif2 HC1FC—CC1F« hf2c—ccif2 60
СНС13 I CHC12F 1 i CHC1F, 1 54
СН2С12 ( CH2CIF 1 i CH2F2 1 50
НС12С- СС12-СС13 НС12С—СС12—CC1F21 НС12С—CC1F-CC1F.A HC12C-CC1F-CF3 j 61
Н3С—СС13 1 H3C-CC12F i Н3С—CC1F2 ( H3C—CF3 56
Н3С-СС12-С2Н5 H3C-CF2-C2H5 55
С13С-СС13 C13C-CC1,F FC12C—CCUF FC12C-CC1F2 F2C1C-CC1F2 57,58
С трехфтористой сурьмой легче других реагирует группа
—СС13. Группа —СНС12, если она присоединена к —СС12, реаги-
рует медленно, а группа —СНС1— обычно неспособна фториро-
ваться в этих условиях. В сйстемеЛ—Ч^С^ССЬ атомы хлора обеих
.... '
2 Зак. 1789.
18
В. Бокемюллер
групп способны к обмену. Сначала происходит ступенчатое фтори-
рование группы —СС13 до —CC1F2, затем соседняя группа
—СС12 — превращается в —CC1F—. В каждой группе возможно
последующее замещение, но к этому с большим трудом спо-
собен только один из оставшихся атомов галоида. Если группа
—СС12— присоединена к атому углерода, связанному только
с атомами водорода, то она легко фторируется до —CC1F— или
—CF2—. Моногалоидалканы и соединения, содержащие один или
несколько атомов галоида, связанных с ненасыщенным атомом
углерода, например тетрахлорэтилен, неспособны обменивать
свой галоид на фтор при действии трехфтористой сурьмы.
Дихлор ди фтор производные низших парафинов применяются
как хладоагент в механических холодильниках и в установках для
кондиционирования воздуха, и поэтому патентная литература, ка-
сающаяся этих соединений, очень обширна. Особенно большую
ценность представляет их физиологическая инертность (ядовитый
хладоагент может причинить серьезный вред при утечке).
Треххлористая сурьма, подобно другим неорганическим гало-
генидам, при действии фтористого водорода превращается в трех-
фтористую сурьму [62]. Таким образом, реакцию (6) можно про-
вести, пользуясь относительно небольшими количествами трех-
фтористой сурьмы (с примесью следов пятивалентной сурьмы),
так как в присутствии фтористого водорода трехфтористая сурьма
непрерывно регенерируется [10, 63, 64]:
CC14 + 2HF —> CC12F2 + 2НС1. (6)
Для этой реакции можно применять также и соли хрома [42, 65,
66]. Когда в качестве катализатора употребляется пятихлористая
сурьма, ее действие не ограничивается только обменом атомов
хлора, она может одновременно произвести замещение водорода
или присоединение хлора к двойной связи олефина, восстанавли-
ваясь при этом до треххлористой сурьмы. Атом хлора, введенный
в молекулу таким путем, впоследствии может быть замещен на
фтор [42, 66, 67].
Хотя необходимым условием для реакций обмена при помощи
фтористого водорода или трехфтористой сурьмы и является при-
сутствие в молекуле по крайней мере двух атомов хлора, связан-
ных с одним атомом углерода, хлористые ацилы этим методом
легко превращаются во фтористые:
RCOC1 + HF —> RCOF -f- НС1. (7)
Реакция (7) количественно протекает при растворении хлористого
ацила в безводной фтористоводородной кислоте. Хлористый водо-
род при этом выделяется благодаря своей низкой растворимости
во фтористом водороде. Этот метод [42, 68] имеет важное значе-
ние для приготовления фтористых ацилов с достаточно высокой
Органические соединения фтора 19
температурой кипения, которые легко' отделяются от фтористого
водорода при перегонке. Фтористые ацилы можно также пригото-
вить действием трехфтористой сурьмы на хлористые ацилы. Вы-
ходы фтористых ацилов, получаемые этим методом, незначи-
тельны, однако фтористый бензоил можно получить с выходом
77% от теоретического [69]. В последнем случае в результате кон-
денсации по типу реакции Фриделя—Крафтса получается еще не-
большое количество фтористого бензоилбензоила. Фтористый бен-
зоил * может быть также приготовлен с хорошим выходом (80%)
из KHF2 и хлористого бензоила [70]. Фтористый калий и хлори-
стый ацетил в растворе уксусной кислоты реагируют с образова-
нием фтористого ацетила. Как показывает уравнение (8), фтори-
стый ацетил может быть приготовлен действием фтористого калия
на раствор хлористого бензоила в уксусной кислоте:
СН3СО2Н + СВН-СОС1 —> СН3СОС1 + CeH5CO2H, (8)
СН3СОС1 + KF —> CH3COF 4- КС1.
Фтористый ацетил как более летучий компонент по мере образова-
ния отгоняется от реакционной смеси [71]. Этот метод успешно
применяется для получения фтористого формила.
Сульфонилфториды получаются при нагревании сульфонилхло-
ридов с фтористым цинком [72]. Сульфонилфториды трудно гидро-
лизуются, и поэтому алифатические [72] или ароматические [73]
сульфонилфториды могут быть приготовлены действием водного
раствора фтористого калия на соответствующие сульфонилхло-
риды. Повышенная реакционная способность атома хлора
в 1-хлор-2,4-динитробензоле позволяет заместить его на фтор на-
греванием этого соединения с фтористым калием [74] в рас-
творе нитробензола. Фтористый пикрил получают таким же
способом [75].
РЕАКЦИИ С ФТОРИСТЫМ СЕРЕБРОМ
Фтористое серебро [76] применяется для замещения галоидов
на фтор в галоидных алкилах:
RX + AgF —> RF + AgX.
Фтористое серебро вводят в реакцию в виде раствора или тонкого
порошка в смеси с фтористым кальцием [2, 77]. Этот порошок го-
товят, перемешивая 2 части углекислого серебра с 4 частями фто-
ристого кальция и 1 частью 40-процентной фтористоводородной
* Необходимо подчеркнуть, что этот метод получения фторангидрндов
кислот был открыт выдающимся русским химиком А. П. Бородиным
1Апп. 126, 60 (1863)], который, перегоняя смесь KHF2 с хлористым бензоилом
из платиновой реторты, впервые получили фтористый бензоил. (Прим, ред.)
2*
20 В. Бокемюллер
кислоты. Полученную пасту сушат сначала при 100°, а затем при
140° и растирают в мелкий порошок. Очень важно, чтобы в среде
реакции совершенно отсутствовала влага, поэтому гигроскопич-
ное фтористое серебро перед употреблением сушат. Если реак-
цию желают вести в растворе, то лучшими растворителями для
этой цели служат ацетонитрил [78] и безводный фтористый во-
дород [79].
Применение фтористого серебра невыгодно, потому что вслед-
ствие образования двойного соединения AgF • AgX в реакции
обмена участвует только половина наличного фтора и приходится
брать два эквивалента фтористого серебра. При реакциях с выс-
шими бромистыми алкилами иногда происходит отщепление бро-
мистого водорода и образуется олефин. Образование при этой
реакции олефина подтверждается тем, что при действии фтори-
стого серебра на н-бутилбромид наряду с н-бутилфторидом полу-
чается втор.-бутилфторид [80, 81]. Присутствием олефина в среде
реакции объясняется также образование монофторпроизвод-
ных с удвоенным относительно исходного вещества числом атомов
углерода, например образование децилфторида из н-амил-
бромида [82].
РЕАКЦИИ С ФТОРИСТОЙ РТУТЬЮ
Вместо фтористого серебра выгоднее употреблять фтористую
ртуть [83]. Как и фтористое серебро, фтористая ртуть должна быть
чистой и сухой. Этим методом иодистые алкилы превращаются
с хорошими выходами в соответствующие фториды. Реакции с бро-
мистыми алкилами дают небольшие выходы, а хлористые алкилы
с фтористой ртутью совершенно не реагируют. Йодоформ, реаги-
руя с фтористой ртутью, обменивает все атомы иода, причем обра-
зуется фтороформ с примесью небольших количеств CHFJ2 и
CHF2J [77]. При действии фтористой ртути на бромистый этилен
и бромистый этилиден отщепляется бромистый водород и полу-
чается бромистый винил. Аналогично ведут себя полигалоидные
производные других парафинов.
Синтез фтороформа
Смесь из 33,4 а фтористой ртути, 20 ? йодоформа и 40 а фтори-
стого кальция растирают в реакционном сосуде .и нагревают на
бане до 20° [77], при этой температуре начинается реакция. В даль-
нейшем смесь самопроизвольно разогревается до 150°. Продукт
реакции конденсируют в приемнике с жидким воздухом. При раз-
гонке получают чистый фтороформ с т. кип. —84,4° и с выхо-
дом 45%. Остаток от перегонки содержит CHF2J и CHFJ2.
Органические соединения фтора
21
РЕАКЦИИ С ФТОРНОЙ РТУТЬЮ
Фторная ртуть представляет собой один из лучших реактивов
для замещения брома и иода на фтор. Основным недостатком
является трудность ее приготовления. В то время как фтористое
серебро и фтористую ртуть готовят в водных растворах, един-
ственным удовлетворительным методом приготовления фторной
ртути является действие фтористого водорода на хлорную
ртуть [84]. При взаимодействии с водой фторная ртуть образует
дигидрат HgF2 • 2Н2О, из которого вода не может быть удалена.
Галоидные алкилы реагируют с фторной ртутью гораздо легче,
чем с фтористой [84].
2RX + HgF2 —> 2RF + HgX2. (9)
Реакции с низшими бромистыми или иодистыми алкилами проте-
кают довольно энергично, но легко регулируются. Выходы соот-
ветствующих фторидов получаются почти количественные.
Хлористые алкилы реагируют гораздо медленнее. В реакциях
получения соответствующих фторидов из бромистого этилена и
бромистого этилидена фторная ртуть имеет явное преимущество
перед фтористой. Главными продуктами реакции являются соот-
ветственно BrCH2CH2F и CH3CHF2 с примесью небольших коли-
честв FCH2CH2F и CH3CHBrF; побочными продуктами этой реак-
ции оказываются бутадиен и фтористый бутил. Тетрабромид
ацетилена превращается ступенчатым путем в тетрафторид ацети-
лена. Хлористый метилен и хлороформ при обыкновенной темпера-
туре с фторной ртутью не реагируют и поэтому могут применяться
как растворители. Спирты и эфиры (простые и сложные) нельзя
употреблять в качестве растворителей, так как они препятствуют
реакции обмена.
Удобный способ реакции замещения при помощи фторной ртути
описывают Хенне с сотрудниками [55, 85]. Окись ртути обрабаты-
вают фтористым водородом при комнатной температуре в присут-
ствии вещества, подвергающегося фторированию. Фторная ртуть
или ее моногидрат в момент образования способны реагировать
с большим числом органических галоидопроизводных. Общие
приемы работы достаточно просты. Красную окись ртути приба-
вляют к чистому органическому галоидопроизводному или к его
раствору, помещенному в никелевую колбу. Смесь сильно пере-
мешивают, чтобы воспрепятствовать образованию пасты или ком-
ков. Колбу охлаждают снаружи, а затем в смесь пропускают су-
хой фтористый водород со скоростью, которая позволяет сохра-
нять нужную температуру. Красная краска, свойственная окиси
ртути, постепенно светлеет, и, наконец, реакционная смесь обес-
цвечивается. Это и есть конец реакции. Оптимальная температура
варьирует от —20 до +500. Этим методом обычно получают хоро-
шие выходы. Хлористый метилен и хлороформ, которые не реаги-
22 В. Бокемюллер
руют с чистой фторной ртутью, при обработке этим методом
образуют соответственно фтористый метилен и хлордифторметан.
Фторированию подвергаются группы —СН2Вг, —СНС12 и RCC12R.
Осложняющее реакцию отщепление галоидоводорода с образова-
нием олефина при применении описанного метода не происходит.
Метод позволяет производить замещение галоидов в сложных
эфирах, несмотря на то, что, как упоминалось выше, присутствие
сложных эфиров тормозит фторирующее действие HgF2.
Реакционная способность легко доступной фтористой ртути мо-
жет быть повышена добавлением иода [86, 87]. Иод реагирует
с фтористой ртутью по уравнению (10) с образованием более
реакционноспособной фторной ртути:
Hg2F2 J- J —HgF2 + HgJ2. (10)
Йодистый метил даже при кипячении не реагирует заметным обра-
зом с фтористой ртутью, но в присутствии иода фторирование идет
с прекрасными выходами. Реакцию проводят медленно, прибавляя
вычисленное количество фтористой ртути к раствору иода в из-
бытке йодистого метила или обрабатывая иодом суспензию фтори-
стой ртути в иодистом метиле. Этот метод позволяет производить
замещение на фтор в тех случаях, когда при одном углероде нахо-
дится несколько атомов галоида. Так, из йодистого метилена полу-
чают фтористый метилен, из бромистого этилидена — этилиден-
фторид, а из тетрабромэтана — дибромдифторэтан [83]. Те же
продукты реакции образуются при действии чистой фторной ртути
с той разницей, что в последнем случае получаются худшие выходы
и процесс идет с большими трудностями.
При обработке фтористой ртути хлором в стальном автоклаве
[83] получают фторхлорную ртуть или смесь фторной и хлорной
ртути. Продукт этого взаимодействия реагирует с бромистым эти-
леном с образованием BrCH2CH2F и FCH2CH2F, а также неболь-
ших количеств ВгСН2СН2С1 [83].
В некоторых случаях способный к реакции замещения атом га-
лоида может быть замещен на фтор действием фторида таллия.
При нагревании с фтористым таллием эфирных растворов алкил-
хлоркарбонатов [88], иодацетона [89], бромацетона [90], этилового
эфира бромуксусной кислоты [91] и бензилбромида [91] получаются
соответствующие фториды.
Превращение спиртов в соответствующие фториды не получило
препаративного значения:
ROH-j-HF—>RF-FH2O. (11)
Реакция спиртов с фтористым водородом протекает гораздо труд-
нее, чем с другими галоидоводородами. Фтористый этил получают
из абсолютного этилового спирта и безводного фтористого водо-
рода в запаянной трубке при нагревании до 140° [92]. Реакция
Органические соединения фтора
23
может быть ускорена добавлением катализаторов [93], но в про-
мышленности эта реакция не применяется. Для реакции обмена
гидроксильной группы на фтор используется также способность
безводного фтористого бериллия к образованию оксифторида
[94, 95]. Реакция проводится в избытке фтористого водорода или
в присутствии NaHF2 [уравнение (12)]. Если употребляется NaHF2,
то наряду с основным фтористым бериллием получается Na2BeF4:
RCH2OH 4- 2BeF2 RCH2F -j- BeO • BeF2 %- HF. (12)
ПРИМЕНЕНИЕ СОЛЕИ ДИАЗОНИЯ ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ
ФТОРА В АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Ароматические фториды почти всегда готовят из диазотирован-
ных аминов. В 1886 г. было открыто, что фторбензол можно полу-
чить из анилина с выходом 20% от теоретического [96, 97]. Необхо-
димо отметить, что эта реакция проходит в отсутствие медного
катализатора и иногда присутствие меди или солей закиси меди
даже вредно [98]. Выход фторбензола может быть повышен, если
применять концентрированную (от 50 до 70%) фтористоводород-
ную кислоту [98]. В настоящее время этот метод вытеснен двумя
другими: одним из них является диазотирование амина в безвод-
ном фтористом водороде с разложением образовавшегося фтори-
стого диазония [99], второй заключается в приготовлении нерас-
творимого борфторида диазония [100] и последующем разложении
сухой соли.
СИНТЕЗ ФТОРБЕНЗОЛА
В железный сосуд, снабженный мешалкой и холодильником, по-
мещают 500 г анилина и при охлаждении добавляют 1000 г фтори-
стого водорода [99]. К смеси прибавляют в течение 1 часа 430 г
сухого азотистокислого натрия, поддерживая температуру около 5°.
Затем реакционную смесь нагревают до 30—40°. Скорость выделе-
ния азота легко регулируется изменением температуры. Обратный
холодильник уменьшает потерю фторбензола. Реакционная
смесь состоит из фторбензола, фтористого водорода и фтористого
натрия. Выход фторбензола с т. кип. 85—86° составляет 450 г
(84% от теоретического).
Борфторидный метод приготовления ароматических фторидов
открыт Вальцом и Шиманном [100, 101]. Сухой борфторид диазо-
ния разлагается согласно следующему уравнению:
C6M-N2BF4 —> CeH6F + N2 + BF3. (13)
Борфторид диазония, в противоположность большинству других
солей диазония, сравнительно плохо растворим. Его осаждают,
24
В. Бокемюллер
прибавляя к водному раствору хлористого диазония борофтористо-
водородную кислоту или борфторид натрия. Наличие карбоксиль-
ной или гидроксильной группы в ароматическом ядре повышает
растворимость соответствующих борфторидов диазония, поэтому
ароматические аминокислоты и аминофенолы диазотируют в виде
соответствующих сложных эфиров или метоксильных производных,
которые затем омыляются или деметилируются обычными мето-
дами. Важным свойством борфторидов диазония является их
устойчивость к удару или сотрясению. При нагревании они не
взрывают, но спокойно разлагаются. Однако разложение борфто-
ридов нитрофенилдиазония может протекать очень бурно, и его
лучше вести в смеси с инертными веществами, например песком,
содой или щелочными борфторидами. Разложение можно вести
также под уменьшенным давлением [102].
Выходы при работе борфторидным методом зависят, во-первых,
от растворимости борфторидов диазония и, во-вторых, от того, как
протекает термическое разложение борфторидов. Краткий обзор
этих реакций приведен в табл. 2, материалы для которой взяты из
работ Шиманна [100, 101]; он также успешно применил этот спо-
соб к тетразотированным диаминам, причем в молекулу одновре-
менно вводятся два атома фтора (табл. 3). .
Таблица 2
ВЫХОДЫ БОРФТОРИДОВ ДИАЗОНИЯ И АРОМАТИЧЕСКИХ ФТОРИДОВ
Название соединения 1 Борфторид диазония, О/о Фторид, Название соединения Борфторид диазония, °'о Фторид,
Фторбензол о-Фтортолуол ж-Фтортолуол п-Фтортолуол а-Фторнафталин Р-Фторнафталин п-Фтордифенил о-Дифторбеизол п-Дифторбензол 70 82 76 67 91 90 88 45 63 80 90 87 97 98 69 85 30 61 п-Фторбромбензол о-Фторнитро- бензол п-Фторнитро- бензол п-Фтордиметил- анилин о-Фторанизол .w-Фторанизол п-Фторанизол Этиловый эфир zr-фторбензойной кислоты 64 74 96 56 52 82 85 96 75 18 17 67 64 67 89
Способ Шиманна удобен в лабораторной практике, так как имеет
широкую область применения и не требует специальной аппара
туры. Приготовление борфторидов диазония ведут в колбе, защп-
Органические соединения фтора
25
щенной парафиновым слоем, а термическое разложение — в обык-
новенной стеклянной аппаратуре.
Таблица 3
ВЫХОДЫ БОРФТОРИДОВ ТЕТРАЗОНИЯ И ДИФТОРИДОВ
Название соединения Борфторид тетраз оиия, °;0 Дифто- рид, о!о Название соединения Борфторид тетразония, Дифто- рид,
ж-Дифторбензол 88 44 2,2'-Дифтордифе-
п-Дифторбензол 82 33 НИЛ 84 70
1,5-Дифторнафта- лин 92 54 3,3'-Дифтордифе- нил 4,4/-Дифтордифе- 98 50
ннл 95 85
СИНТЕЗ ФТОРБЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ
В 5-литровую круглодонную колбу помещают 165 г (1 моль)
этилового эфира п-аминобензойной кислоты, 300 мл воды и 204 мл
(2,5 моля) концентрированной соляной кислоты (уд. вес 1,19)
[103]. Смесь нагревают 1 час на паровой бане и время от времени
встряхивают. Колбу с образовавшейся в виде белой пасты соляно-
кислой солью помещают в смесь льда и соли и содержимое охла-
ждают до 0°. В смесь при механическом перемешивании вводят
раствор 72,6 г (1 моль) 95-процентного азотистокислого натрия
в минимальном количестве воды с такой скоростью, чтобы сохра-
нять температуру смеси ниже 7°. Диазотирование заканчивают
тогда, когда реакция с иодкрахмальной бумажкой остается поло-
жительной в течение 10 мин. после прибавления раствора нитрита.
68 г (1,1 моля) борной кислоты растворяют в 133 г (4 моля)
60-процентной фтористоводородной кислоты в свинцовой банке или
в стеклянной чашке, покрытой слоем парафина. В последнем слу-
чае необходимо поддерживать температуру ниже 25°, чтобы не
расплавился парафин.
Охлажденный льдом раствор борфтористоводородной кис-
лоты прибавляют довольно быстро при перемешивании к рас-
твору диазония, поддерживая все время температуру ниже 10°.
Борфторид п-карбэтоксифенилдиазония осаждается в виде плот-
ной пасты. Перемешивание продолжают 20—30 мин., после чего
раствор фильтруют. Кристаллы промывают последовательно
300 мл холодной воды, 300 мл метилового спирта и 200 мл эфира.
После каждого промывания вещество тщательно высушивают от-
сасыванием; Отмытый борфторид сушат в вакуумэксикаторе над
26
В. Бокемюллер
концентрированной серной кислотой (уд. вес 1,84). Сухой борфтр-
рид получается с выходом 198—205 г (75—78% от теоретиче-
ского); температура разложения 93—94°.
Термическое разложение ведут в 2-литровой перегонной колбе.
Вторая перегонная колба емкостью 1 л присоединяется непосред-
ственно к боковому отводу первой и служит приемником. Выде-
ляющиеся газы пропускают через воду, причем фтористый бор по-
глощается водой, а остальные газы уводятся в тягу. Очень важно,
чтобы борфториды, взятые для разложения, были сухими. В при-
сутствии влаги разложение идет очень бурно, образуется много
смолы и понижается выход.
В колбу, приготовленную для реакции разложения, помещают
85 г (0,32 моля) борфторидап-карбэтоксифенилдиазония и верх-
нюю часть ее нагревают горелкой. При появлении белых паров
фтористого бора нагревание прекращают, и разложение продол-
жается самопроизвольно. Подогревание возобновляют только
в случае необходимости. В конце реакции колбу сильно нагревают,
чтобы расплавить все содержимое и закончить разложение. Боль-
шая часть этилового эфира п-фторбензойной кислоты с т. кип.
105—106° остается в колбе, но небольшое количество его попадает
и в приемник. Эфир нагревают 1 час с обратным холодильником
на паровой бане с раствором 56 г едкого кали (1 моль) в 80 мл
‘95-процентного этилового спирта и 120 мл воды. Раствор филь-
труют горячим. п-Фторбензойная кислота осаждается из филь-
трата прибавлением концентрированной соляной кислоты до кис-
лой реакции на конговую бумажку. После охлаждения смеси оса-
док отфильтровывают и сушат. Для очистки п-фторбензойную кис-
лоту обрабатывают горячим разбавленным раствором углекислого
калия (40 г в 400 мл), раствор обесцвечивают активированным
углем (норитом) и фильтруют горячим. Для осаждения фторбен-
зойной кислоты добавляют при перемешивании соляную кислоту.
Смеси дают остыть, осадок фильтруют и сушат. Выход 38—40 г
(84—89% от теоретического); т. пл. 186°.
ДОПОЛНЕНИЕ *
С момента написания статьи Бокемюллера было опубликовано
значительное число работ, посвященных получению и применению
фтора, фтористого водорода и органических соединений фтора
[104]. Кроме того, появилась обстоятельная обзорная статья Биге-
лова [105].
Значительное количество работ посвящено синтезу фторпроиз-
зодных углеводородов, а также соединений, содержащих в своем
составе только фтор и углерод или хлор, фтор и углерод [106—112].
* Этот раздел написан Ч. Киблером.
Органические соединения фтора 27
Эти вещества нашли себе применение как очень устойчивые сма-
зочные масла и консистентные смазки [106, 108], и, кроме того, они
употребляются при разделении изотопов урана [109]. Полностью
фторированные углеводороды получаются фторированием угле-
водородов в присутствии катализатора AgF2 [106], при нагревании
паров углеводородов или фторпроизводных углеводородов с CoF3
[113] и при реакциях CoF3 с хлорпроизводными углеводородов
[109]. Получены также фторпроизводные гетероциклических соеди-
нений [114]. Трифторметилпиридин и трифторметилтриазины обра-
зуются из их трихлорметильных производных, повидимому, так же
легко, как трифторметилбензол из трихлорметилбензола. Воз-
можно, что эти соединения найдут себе применение в качестве
теплопередатчиков.
При полимеризации [115—117] полностью фторзамещенных не-
насыщенных углеводородов, например тетрафторэтилена, полу-
чаются пластмассы, представляющие значительный интерес вслед-
ствие своей термической устойчивости и инертности к химическим
воздействиям. Пластмасса тефлон [116], приготовляемая поли-
меризацией тетрафторэтилена, оказалась особенно полезной при
получении и хранении фтора [118]. Из трихлорфторэтилена могут
быть изготовлены устойчивые полимерные масла, консистентные
смазки и воски [119]. Полимеры желаемого молекулярного' веса
получаются путем полимеризации в растворе в присутствии пере-
кисей, промотирующих реакцию. После полимеризации продукт
обрабатывают CoF3, чтобы профторировать реакционноспособные
конечные группировки молекулы.
Имеется патент на приготовление винилфторидов присоедине-
нием фтористого водорода к ацетиленовым соединениям в присут-
ствии азотнокислой ртути при 20—100° [120]. Метиловый эфир
дифторуксусной кислоты, «-фторгексан и аналогичные соединения
легко получаются реакцией безводного KF с соответствующими
хлорпроизводными в стальном автоклаве при 200—250° [121].
Недавно опубликован новый метод синтеза трифторуксусной
кислоты [122]. Легко доступный гексахлор бутадиен превращается
в трифторуксусную кислоту с выходом около 83% согласно сле-
дующей схеме:
СС12=СС1—СС1=СС12+С12 —> СС13—СС1=СС1-СС13,
СС13-СС1=СС1—СС13 CF3—-СС1=СС1—CF3,
CF3—СС1=СС1—CF3 2CF3—СО2Н.
Хенне с сотрудниками [123] получили ^-кетоэфир или £-дике-
тоны, конденсируя этиловый эфир трифторуксусной кислоты с эти-
ловым эфиром уксусной кислоты, ацетоном и трифторацетоном.
Некоторые хлорфторзамещенные пропаны [124] были синтези-
рованы с целью изучения их физиологической активности. Для
28 П.Бокемюллер .
изучения влияния фтора на силу кислот был синтезирован ряд
фторзамещенных алифатических кислот [125], в которых атом
фтора находился в различных положениях по отношению к карбо-
ксильной группе.
Трифторметилфениловые эфиры [126] получаются нагреванием
соответствующего трифторметилхлорбензола с алкоголятом на-
трия. Реакция идет легче, если трифторметильная группа находится
в о- или п-положениях к атому хлора. Атомы фтора, повидимому,
не реагируют с алкоголятом натрия. Однако Джонс [127] показал,
что атомы фтора в трифторметильной группе легко гидролизуются,
если они стоят в о- или п-положениях к гидроксилу или амино-
группе *.
ЛИТЕРА ТУРА
1. Бокемюллер, Органические соединения фтора, Оборонгиз, 1939.
2. Bocketnilller, Ann., 506, 20 (1939),
3. К. Fredenhagen, Cadenbach, Вег., 67, 928 (1934); Calf ее, Bigelow, J. Am.
Chem. Soc, 59, 2072 (1937).
4. K. Fredenhagen, H. Fredenhagen, Angew. Chem., 52, 189 (1939).
5. Ruff, Die Chemie des Fluors, Berlin, 1920.
6. Wartenberg, Z. anorg. allgem. Chem., 242, 406; (1939).
7. Франц, пат. «03856; С. A., 31, 2760 (1937).
8. Simons, Randall, Archer, J. Am. Chem. Soc., 61, 1795 (1939).
9. Grosse, Linn, J. Org. Chem., 3, 26 (1938).
10. Kinetic Chemicals Inc., ам. пат. 2058453; С. A., 31, 115 (1937).
11. Henne, J. Am. Chem. Soc., 60, 96 (1938).
12. Miller, Bigelow, J. Am. Chem. Soc., 58, 1585 (1936).
13. Ruff, Keim, Z. anorg. allgem. Chem., 201, 245 (1931).
14. Am. пат. 2013030, 2013035; C. A., 29, 6900 (1935).
15. Miller, J. Am. Chem. Soc., 62, 341 (1940).
16. Miller, Calfee, Bigelow; J. Am. Chem. Soc., 59, 198 (1937).
17. I. G. Farbenindustrie A.-G, франц, пат. 786123; С. A., 30, 1192 (1936).
18. Dimroth, Bockemiiller, Ber, 64, 516 (1931).
19. Bockemiiller, Ber., 64, 522 (1931).
20. Henne, Waalkes, J. Am. Chem. Soc., 67, 1639 (1945).
* И. Л. Кнунянц и О. В. Кильдишева [Успехи химии, 15, 985 (1946)] сооб-
щили о новом эффективном способе введения фтора в органические соедине-
ния. Метод основан на реакциях безводного фтористого водорода с а-окисями.
В результате образуются фторгидрины, которые могут служить источником
для получения разнообразных фторорганических соединений;
СН2—CH2 + HF —> FCH2—СН2ОН.
Реакцией, конкурирующей с приведенной выше, является цепная полимериза-
ция окиси этилена с разрывом цепей посредством фтористого водорода или
воды, присутствующей в реакционной смеси. Для подавления этого вредного
направления реакции авторы рекомендуют пользоваться разбавленным (5—6%)
раствором окиси этилена в эфире. Выходы фторгидринов в этих условиях до-
стигают 40% от теоретического. {Прим, ред.)
Литература
29
21. Garvey, Halley, Allen, J. Am. Chem. Soc., 59, 1827 (1937).
22. Bigelow, Pearson, J. Am. Chem. Soc., 56, 2773 (1934).
23. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 799432; С. A., 30, 7585 (1936).
24. Klatt, Z. anorg. allgem. Chem., 222, 225 (1935).
25 K. Fredenhagen, Z. physik. Chem., 164A, 176 (1933).
26. Klatt, Z. physik. Chem., 222A, 291 (1935).
27. Henne, Organic Reactions, N. Y., 1944, т. II, стр. 49—93.
28. Renoll, J. Am. Chem. Soc., 64, 1116 (1942).
29. Henne, Plueddeman, J. Am. Chem. Soc., 65, 1271 (1'943).
30. Simons, Archer, J. Am. Chem. Soc., 60, 2952 (1938).
31. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 641878; С. A., 31, 5809 (1937).
32. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 621977; С. A., 30, 2314 (1936).
38. Eschenbach, герм. пат. 638441; С. А., 31, 1042 (1937).
34. Linhard, Bets, Вег., 73, 177 (1940).
35. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 670130; С. А., 33, 291'1 (1939).
36. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. >575593; С. А., 27, 4813 (1933).
37. I. G. Farbenindustrie A.-G., англ. пат. 465885; С. А., 31, 7667 (1937);
I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 820795; С. А., 32, 3422
(1938).
38. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 805704; С. А., 31, 4342 (1937).
39. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 820796; С. А., 32, 3422 (1938).
40. Simons, Lewis, J. Am. Chem. Soc., 60, 492 (1936).
41. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 670130; С. A., 33, 2911 (1939).
42. Kinetic Chemicals Inc., ам. пат. 2052743; С. A., 31, 700 (1937).
43. Swarts, Bull, classe sci. Acad. roy. Belg., 2, 414 (1900); C., 1900, II, 667.
44. Booth, Elsey, Burchfield, J. Am. Chem. Soc., 57, 2066 (1935).
45. Booth, Burchfield, J. Am. Chem. Soc., 57, 2070 (1935).
46. Swarts, Ber., 26, 681 (1893).
47. Swarts, Bull. sci. Acad. Belg., 24, 309 (1893).
48. Midgley, Henne, Ind. Eng. Chem., 22, 542 (1930).
49. Booth, Bixby, Ind. Eng. Chem., 24, 637 (1932).
50. Henne, J. Am. Chem. Soc., 59, 1400 (1937).
51. Henne, J. Am. Chem. Soc., 59, 1200 (1937).
52. Henne, Leicester, J. Am. Chem. Soc., 60, 864 (1938).
63. Henne, Renoll, J. Am. Chem. Soc., 59, 2434 (1937).
54. Frigidaire Corp., франц, пат. 701324; С. A., 25, 4011 (1939).
55. Henne, Renoll, Leicester, J. Am. Chem. Soc., 61, 938 (1939).
56. Henne, Renoll, J. Am. Chem. Soc., 58, 889 (1936).
57. Locke, Brode, Henne, J. Am. Chem. Soc., 56, 1726 (1932).
58. Booth, Mong, Burchfield, Ind. Eng. Chem., 24, 328 (1932).
59. Swarts, Men. Couronnes Acad. roy. Belg., 61, 1—>94 (1901).
60. Henne, Ladd, J. Am. Chem. Soc., 58, 402 (1936).
61. Henne, Renoll, J. Am. Chem. Soc., 61, 2489 (1939).
62. General Motors .Corp., ам. пат. 2024008; С. A., 30, 1191 (1906).
63. Kinetic Chemicals Inc., герм. пат. 552919; С. A., 26, 5967 (1932).
64. Kinetic Chemicals Inc., ам. пат. 2024095; С. A., 30, 1067 (1936).
65. Imperial Chemical Industries, ам. пат. 2110369; С. A., 32, 3422 (1938).
66. Kinetic Chemical Inc., ам. пат. 2005710; С. A., 29, 5123 (1935).
67. Imperial Chemical Industries, англ. пат. 454577; С. A., 31, 1045 (1937).
68. К. Fredenhagen, Gadenbach, Z. physik. Chem., A164, 201 (1933).
69. С. А. Вознесенский, ЖОХ, 9, 2148 (1939).
70. Tseng, Mai, J. Chinese Chem. Soc., 4, 22 (1936); C. A., 30, 2943 (1936).
71. A. H. Несмеянов, Э. И. Кан, ЖОХ, 4, 1243 (1934).
72. Davies, Dick, J. Chem. Soc., 1932, 483, 2042.
73. Davies, Dick, J. Chem. Soc., 1931, 2104.
74. Gottlieb, J. Am. Chem. Soc., 58, 532 (1936).
75. Leonhard, ам. пат. 2179605; С. A., 34, 1852 (1940).
30
В. Бокемюллер
76. Ruff, Die Chemie des Fluors, Berlin, 1920.
77. Ruff, Ber., 69, 299 (1936).
78. Helf erich, Gootz, Ber., 62, 2505 (1929).
79. R. Fredenhagen, Z. Elektrochem., 37, 684 (1981).
80. Desreux, Bull, classe sci. Acad. roy. Belg., 20, 457 (1934); C. A., 28.
5805 (1934).
81. Desreux, Bull, classe sci. Acad. roy. Belg., 44, 1 (193&); C. A. 29,
'2505 (1935).
82. Swarts, Bull. soc. chem., 35, 1533 (1924); Bull. soc. chim. Belg., 30.
302 (1921).
83. Henne, Renoll, J. Am. Chem. Soc., 60, 1060 (1938).
84. Henne, Midgley, J. Am. Chem. Soc., 58, 884 (1936).
85. Henne, J. Am. Chem. Soc., 60, 1569 (1938).
86. Swarts, Bull, classe sci. Acad. roy. Belg., 22, 781' (1936); C. A., 30,
4153 (1936).
87. Swarts, Bull. soc. chim. Belg., 46, 10 (1937); C. A., 31, 7393 (1937).
88. Goswami, Sarkar, J. Indian Chem. Soc., 10, 537 (1983).
89. P. C. Ray, Sarkar, A. C. Ray, Nature, 132, 749 (1933); C. A., 28, 1015
(1934).
90. P. C. Ray, Goswami, A. C. Ray, J. Indian Chem. Soc., 12, 93 (1935).
91. P. C. Ray, A. C. Ray J. Indian Chem. Soc., 13, 427 (1936); C. A., 30,
8144 (1936).
92. Meslans, Ann. Chim., 7, 94 (1896).
93. Scherer, Angew. Chem., 52, 457 (1939).
94. S. A. Processi Private Industrial!, итал. пат. 343035; С., 1937, II, 2432.
95. Итал. пат. .350412; С., 1939, II, 1735.
96. Wallach, Ann., 235, 255 (1886).
97. Wallach, Hensler, Ann., 243, 219 (1888).
98. Swarts, Bull, classe sci Acad, roy Belg., 1913, 241; C. A., 7, 1703
(1913).
99. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 600706; Friedl., 21, 315; C. A..
28, 7260 (1934).
100. Balz, Schiemann, Ber., 60, 1186 (1927).
101. Schiemann, J. prakt. Chem., 140, 97 (1934).
102. Rleiderer, Adams, J. Am. Chem. Soc., 53, 1577 (1931).
103. Синтезы органических препаратов, сб. 2, стр. 534, Издатинлит, М.„
1949.
104. Ind. Eng. Chem., 39, 235—434 (1947); Ind. Eng. Chem., Anal. Ed., 19,
146—157, 193—196 (1947).
105. Bigelow, Chem. Revs., 40, 51—116 (1947).
106. Cady, Grosse, Barber, Burger, Scheldon, Ind. Eng. Chem., 39, 29C'
(1'947).
107. Couper, Downing, Lulek, Perkins, Stilmar, Struve, Ind. End. Chem., 39,
346 (1947).
108. Grosse, Cady, Ind. Eng. Chem., 39, 367 (1947).
109. McBee и др., Ind. Eng. Chem., 39, 298 (1947).
110. Fowler, Hamilton, Rasper, Weber, Burford, Anderson, Ind. Eng. Chem..
39, 375 (1947).
111. McBee, Lindgreen, Ligett, Ind. End. Chem., 39, 379 (1947).
112. McBee, Bechtol, Ind. Eng. Chem., 39, 380 (1947).
113. Fowler, Burford, Hamilton, Sweet, Weber, Rasper, Litant, Ind. Eng.
Chem., 39, 292 (1947); Benner, Benning, Downing, Irwin, Johnson,
Linch, Parmelee, Wirth, там же, 39, 329 (1947).
114. McBee, Hass, Hodnett, Ind. Eng. Chem., 39, 389 (1947); McBee, Pierce,
Bolt, там же, 39, 391 (1947); Ponterman, Girardet, Helv. Chim. Acta,
30, 107 (1947).
115. Benning, Downing, Plunkett, ам. пат. 2401897 (1946).
Л итература
116. Brubaker, ам. пат. 2393967 (1946).
117. Hanford, Joyce, J. Am. Chem. Soc., 68, 2082 (1946).
118' Renfrew, Lewis, Ind. Eng. Chem., 38, 870 (1946); McBee, там же, 39
237 (1947).
119. Miller, Dittman, Ehrehfeld, Prober, Ind. Eng. Chem., 39, 333 (1947).
120. E. J. du Pont de Nemours, англ. пат. 580910 (1946).
121. Crystzkiewiecz-Troichimowski, Rec. trav. chim., 66, 416 (1947).
122. Henne, Trott, J. Am. Chem. Soc., 69, 1820 (1947).
123. Henne, Newmann, Quill, Staniforth, J. Am. Chem. Soc., 69, 1819 (1947).
124. McBee, Hass, Thomas, Toland, Truchan, J. Am. Chem. Soc., 69, 944
(1947).
125. Henne, Zummerschield, J. Am. Chem. Soc., 69, 281 (1947).
126. McBee, Bolt, Graham, Tebbe, J. Am. Chem. Soc., 69, 947 (1947).
Г27. Jones, J. Am. Chem. Soc., 69, 2347 (1947).
СТАТЬЯ 2
ПРИМЕНЕНИЕ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА
В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ
К. Вихерт
ВВЕДЕНИЕ
Около 10 лет назад фтористый водород стал доступным техни-
ческим продуктом и с тех пор приобретает все возрастающее зна-
чение в органическом синтезе. Фтористый водород, так же как и
другие галоидоводороды, способен присоединяться к олефинам,
образуя фториды. Однако значительно более важное применение
фтористого водорода основано на его мощном дегидратирующем
действии, которое позволяет заменять им серную кислоту во мно-
гих реакциях конденсации. Как известно, основным недостатком
серной кислоты является то, что одновременно с конденсирующим
она оказывает сульфирующее и окисляющее действие, особенно
на вещества ароматического ряда. Фтористый водород свободен
от этих недостатков, он почти никогда не вызывает осмоления и
лишь в редких случаях производит фторирование ароматических
соединений. Далее, фтористый водород с успехом заменяет такие
катализаторы, как BF3, А1С13 и другие галогениды металлов, при
этом преимущество фтористого водорода заключается в том, что
он редко производит конденсацию ароматических ядер и никогда
не вызывает миграцию алкильных групп. Жидкий фтористый во-
дород является прекрасным растворителем для большого числа
органических соединений, что позволяет проводить такие реакции,
как нитрование, сульфирование, фторирование и диазотирование
в гомогенной среде.
Фтористый водород имеет также ряд других преимуществ, кото-
рые делают его применение весьма желательным как в лаборатор-
ных, так и в промышленных процессах. В соответствующих усло-
виях побочные реакции могут быть сведены к минимуму, благо-
даря чему достигаются высокие выходы чистых продуктов реакции.
Применение фтористого водорода позволяет использовать в пре-
паративных целях те реакции, которые не идут под действием
обычных катализаторов или являются экономически невыгодными.
Фтористый водород представляет собой легко сжижаемый газ;
температура кипения жидкого фтористого водорода (19,5°) позво-
ляет проводить реакции в жидкой фазе при атмосферном давле-
нии. Вместе с тем эта температура кипения достаточно низка для
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 33
того, чтобы было удобно удалять фтористый водород из реакцион-
ной смеси простой отгонкой. Эти свойства не только облегчают
выделение продуктов реакции (или неизменившихся исходных
веществ), но также позволяют легко регенерировать фтористый
водород. Устойчивость фтористого водорода делает возможным
применение его в широких пределах температур и давлений. Сле-
дует отметить, что безводный фтористый водород практически не
вызывает коррозии стали, из которой изготовляется аппаратура.
Это свойство делает его весьма удобным для использования
в промышленных процессах [1, 2].
В настоящем обзоре кратко изложены методы приготовления
и свойства фтористого водорода, описаны реакции фторирования,
синтез и расщепление органических соединений с помощью фтори-
стого водорода, а также приведены его свойства как растворителя.
Мы сочли также целесообразным включить в нашу статью патент-
ную литературу.
ПОЛУЧЕНИЕ, ОЧИСТКА И СПОСОБЫ ОБРАЩЕНИЯ
С ФТОРИСТЫМ ВОДОРОДОМ
Характерным методом, служащим для получения небольших
количеств фтористого водорода, является пиролиз бифторида ка-
лия. Выделение фтористого водорода начинается при 400° [3]. До
того как температура достигнет 504°, выделяется около 30% фто-
ристого водорода.. Начиная с этого пункта температура, а также
состав жидкой фазы остаются постоянными и начинает выделяться
осадок твердого фтористого калия. После того как эта темпера-
тура достигнута, нагревание реторты должно быть уменьшено,
в противном случае реакция может стать слишком бурной.
Для получения очень чистого фтористого водорода необходимо
тщательно высушить бифторид калия перед пиролизом. Это дости-
гается нагреванием соли при 150° в струе сухого воздуха, однако
даже после такой обработки следы влаги остаются и первая фрак-
ция фтористого водорода, с которой перегоняется вода, должна
быть отброшена. Симонс [4] высушивал бифторид калия электро-
лизом расплавленной соли, проводя его до тех пор, пока начав-
шееся выделение фтора не указывало на то, что вся вода уже раз-
ложилась.
Промышленный метод приготовления фтористого водорода со-
стоит в обработке плавикового шпата (хорошего качества) кон-
центрированной серной кислотой при температуре 300—800°
в определенных и тщательно соблюдаемых условиях. Серная
кислота может быть заменена фторсульфоновой, фосфорной или
кислыми сульфатами [5]. Другой метод, который, однако, не
представляется особенно ценным, заключается в разложении
3 Зак. 1739.
34
К- Вихерт
фторидов водяным паром при высоких температурах и давлениях.
Реакция протекает по уравнению
CaF24-2H2O —> 2HF-j-Са(ОН)2.
Для этой реакции применялись также и другие соли: фторид же-
леза [6] и тетрафторйд кремния [7].
Сырой фтористый водород, полученный из плавикового шпата,
содержит до 10% примесей, из которых главными являются вода
и четырехфтористый кремний. Другими примесями, присутствую-
щими в меньших количествах, являются серная и фторсульфоно-
вая кислоты, а также сернистый и серный ангидриды. Одним из
наиболее употребительных методов очистки фтористого водорода
служит пропускание его в газообразном состоянии в дымящую
серную кислоту при низкой температуре, которая достигается на-
ружным охлаждением. При этом фтористый водород, вода, серный
ангидрид и фторсульфоновая кислота легко растворяются, а четы-
рехфтористый кремний и сернистый ангидрид не растворяются.
Фтористый водород выделяют нагреванием его раствора в серной
кислоте до 60—100°. После этой обработки он содержит только
следы сернистого ангидрида [8]. Для освобождения от воды и
четырехфтористого кремния особенно ценными оказались методы
фракционированной конденсации или перегонки [9]. При этом под-
бирают такую температуру, чтобы разница в парциальных давле-
ниях паров фтористого водорода и воды была наибольшей [10].
Промышленный метод, в котором фракционирование было ис-
пользовано для очистки газообразного фтористого водорода, полу-
ченного при реакции с фтористым кальцием, позволяет получить
вещество, содержащее 0,1—0,2% воды, менее 0,1% четырехфто-
ристого кремния и только следы двуокиси серы.
Небольшие количества фтористого водорода могут быть очи-
щены в лабораторном масштабе путем присоединения сырого
фтористого водорода к фторидам щелочных металлов при 15
Образующийся при этом жидкий полифторид (NaF-4,5 HF) от-
деляют и разлагают при нагревании [11]. Аналогичным, но не-
сколько более сложным способом можно проводить очистку фто-
ристого водорода, применяя кремнефториды щелочноземельных
металлов [12]. Ни одно из обычных осушающих средств, например
серная кислота, хлористый кальций или фосфорный ангидрид, не
могут применяться для осушения фтористого водорода, так как
они с ним реагируют. Один из методов высушивания заключается
в смешении газообразного фтористого водорода с фтором, который
реагирует с водяными парами, образуя фтористый водород [13].
Более простой способ состоит в прибавлении по каплям тионил-
хлорида к жидкому фтористому водороду:
SOC12 %- 2HF —> SOF2 + 2НС1,
SOF» + Н2О —> 2HF + SO2.
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 35
Образующийся при этом хлористый водород нерастворим во фто-
ристом водороде и выделяется из жидкости. Однако следы серни-
стого ангидрида могут быть удалены, если это необходимо, только
посредством фракционирования. Следы сернистого ангидрида не
всегда необходимо удалять, так как большинству реакций они не
мешают. Однако избытка хлористого тионила следует избегать [14].
Чистый фтористый водород представляет собой прозрачную,
бесцветную, как вода, жидкость, которая кипит при 19,5° и затвер-
девает при —83°. Наименьшая из полученных для него величин
электропроводности [15] равна 1 • 10~5. Жидкий фтористый водо-
род сильно дымит на воздухе, очень гигроскопичен, жадно реаги-
рует как с водой, так и со льдом. Известен ряд гидратов. Вслед-
ствие исключительной склонности фтористого водорода поглощать
воду рекомендуется непосредственно перегонять его в реакционный
сосуд, а не вливать туда в жидком состоянии в тех случаях, когда
реакцию следует проводить с абсолютно сухими веществами.
Для прецезионных работ с фтористым водородом могут слу-
жить только сосуды из платины или из сплава золота и платины.
Во фтористом водороде, находившемся в течение нескольких дней
в серебряной колбе, можно обнаружить фтористое серебро. Можно
применять медные сосуды, однако следует при этом учитывать, что
при нагревании с целью удаления влаги медная колба покры-
вается слоем окиси, с которой фтористый водород реагирует, обра-
зуя воду и фтористую медь. Другими материалами, пригодными
для работ с фтористым водородом, являются некоторые сорта
стали, сплавленный корунд, парафин (удаление пленки влаги
с поверхности парафина невозможно) и прозрачный кварц.
В жидком фтористом водороде растворяется около 1 % кварца за
4 часа, и сосуды, сделанные из него, могут применяться в тех слу-
чаях, когда реакция непродолжительна. Когда применяется без-
водный или почти безводный фтористый водород, для конструиро-
вания промышленных установок рекомендуются следующие мате-
риалы: никель [16], алюминий [17], монельметалл [18], сплав
никеля с медью [19], сварочное железо [20], хром, молибден и ни-
келевая сталь [18, 21, 22].
Коррозирующее действие фтористого водорода на металлы
растет с повышением температуры. Быстрая коррозия нержавею-
щей стали и меди делает аппаратуру из этих материалов неудо-
влетворительной для процессов, где температура превышает 200°.
Для мешалок с успехом применяются свинец, кремнистая бронза,
красная латунь и латунь, содержащая 70% меди, 29% цинка и
1% олова [19]. Для периодических процессов в промышленности
применяют цельнометаллическую аппаратуру, снабженную плотно
пригнанными пробками. Металлические пробки перед употребле-
нием смазывают чистым графитом. Пробки делают также из серы
или сплавленного корунда, покрывая их смесью воска и каучука.
3*
36 К. Вихерт
Обычно органические реакции проводят следующим образом:
фтористый водород перегоняется из генератора или выходит из
стальной бомбы в колбу, погруженную в охлаждающую баню. При
этой операции избегают попадания влаги из воздуха. Если при
реакции необходимо выровнять давление с атмосферным, то вы-
равниватель делается из длинной медной трубки, наполненной гра-
нулированным безводным фтористым калием. Для этой цели
вполне пригоден остаток после получения фтористого водорода из
бифторида калия. Твердые вещества вводят в реакцию в виде таб-
леток, так как в этой форме их можно прибавить достаточно бы-
стро, что уменьшает количество влаги, попадающей в систему.
Жидкости вводят при помощи капельных воронок [23]. После окон-
чания реакции фтористый водород может быть регенерирован и
использован повторно. Регенерация осуществляется посредством
отгонки или испарения в струе сухого воздуха. Остаток раство-
ряют в подходящем растворителе, из которого прибавлением ще-
лочи или карбоната (обычно карбоната кальция) удаляют следы
фтористого водорода. Другой метод обработки реакционной смеси
заключается в том, что ее осторожно выливают на лед, однако
в этом случае регенерация фтористого водорода практически
исключается.
Металлические аппараты перед употреблением высушивают на-
греванием при температуре выше 100° и охлаждают над серной
кислотой. Все реагенты, участвующие в реакции с фтористым
водородом, также должны быть тщательно высушены. Вследствие
того, что некоторые реакции при употреблении 96-процентного фто-
ристого водорода идут в ином направлении, чем при употреблении
безводного фтористого водорода, полное отсутствие влаги является
здесь существенным, так как выходы падают по' мере увеличения
содержания воды. Однако, на значительное число реакций, и
в частности на те, которыми пользуются в промышленности, не-
большая примесь воды не оказывает действия, и поэтому пред-
принимать меры для полного устранения влаги не нужно. Было
показано, что в некоторых случаях вода оказывает каталитиче-
ское действие.
Работать с фтористым водородом надо в резиновых перчатках
.и следить, чтобы кислота не попадала на кожу. Концентрирован-
ные растворы фтористого водорода причиняют болезненные и
трудно заживающие ожоги. Если кислота все же попала на кожу,
го недостаточно промыть это место только водой или щелочью;
его необходимо намазать мазью, содержащей окись магния и гли-
церин (еще лучше глюконат кальция). В случае сильных ожогов
следует сделать возможно быстрее подкожное вливание раствора
глюконатлактобионата кальция. Это необходимо для того, чтобы
возможно быстрее нейтрализовать кислоту и осадить ион фтора,
что уменьшает боль и область ожогов. Если соответствующие
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 37
предосторожности приняты, то серьезных последствий удается
избежать. Некоторые промышленные предприятия, применяю-
щие фтористый водород, выработали хорошие правила безопас-
ности [24].
Газообразный фтористый водород также представляет некото-
рую опасность, так как в больших концентрациях он раздражает
слизистые оболочки, а при продолжительном воздействии причи-
няет ожоги.
СИНТЕЗ ФТОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА К НЕНАСЫЩЕННЫМ
СОЕДИНЕНИЯМ
Присоединение к олефинам
Тенденция галоидоводородов присоединяться к олефинам
уменьшается от йодистого водорода к хлористому, поэтому ранее
считалось, что фтористый водород неспособен присоединяться
к углерод-углеродной двойной связи [25]. Сун и Цзи утверждают,
что по квантовомеханическим причинам такая реакция невоз-
можна [26], однако вопреки этому заключению был разработан
метод получения алкилфторидов, основанный на присоединении
фтористого водорода к алкенам [17, 27].
Изучая прямое присоединение парафиновых углеводородов
к олефинам под влиянием фтористого водорода, Гроссе и Лин об-
наружили, что фтористый водород присоединяется по этиленовой
двойной связи. Эту реакцию они наблюдали на примере этилена,
пропилена и циклогексена в температурных пределах от —60 до
90° и при давлении 3—10 атм [17]. Реакция проводилась следую-
щим образом: в бомбу из специальной хромникелевой стали поме-
щалось вычисленное количество безводного фтористого водорода,
а затем под давлением вводился олефин. Наилучшие выходы
алкилфторидов, полученные для этих олефинов, были следующие:
для фтористого этила 81, фтористого изофенила 62 и фтористого
циклогексила 80%. Присоединение происходит согласно правилу
Марковникова. Присутствие никеля, меди, алюминия, фтористого
бора и стали не оказывает влияния на реакцию, однако в некото-
рых патентах [21] фтористые цинк, алюминий, марганец, медь и
железо рекомендуются как катализаторы.
Одновременно протекают конкурирующие с основной реакцией
реакции образования полимерных углеводородов и полимеров,
присоединивших фтористый водород. Количество .полимеров воз-
растает с повышением температуры, и в некоторых случаях
полимеры являются главными продуктами реакции. Поэтому
38
К. Вихерт
предпочитают вести реакцию при температурах 25—60° [28]. Од-
нако применение катализаторов позволяет проводить присоедине-
ние фтористого водорода при повышенной температуре (этилен
при 100, бутилен при 100—200 и пропилен при 250° [21]. Гросс и
Лин нашли, что полимерные продукты образуются в результате
реакции фтористых алкилов с избытком фтористого водорода. Эта
реакция происходит со всеми фтористыми алкилами, за исключе-
нием фтористого этила. В случае этилена выходы с повышением
температуры возрастают, в случае же двух других олефинов они
понижаются, вероятно, вследствие полимеризации.
Была также изучена реакция фтористого водорода с цикло-
пропаном [17], при этом углеводород постепенно прибавлялся к из-
бытку фтористого водорода. Так как при прибавлении каждой но-
вой порции выделялось большое количество тепла, точный кон-
троль температуры был затруднен. При оптимальных условиях по-
лучается продукт реакции, содержащий 80% н-пропилфторида и
8% изопропилфторида. Образования изосоединения, по крайней
мере частично, можно избежать при надлежащем режиме реакции.
Наилучшие выходы были получены в том случае, если время
взаимодействия углеводорода с фтористым водородом не превы-
шало 15 мин.
Этот же общий метод применялся для получения втор.-бутил-,
трет.-бутил-и трет.-амилфторидов из бутена-1, изобутилена и три-
метилэтилена [29,30]. При взаимодействии циклогексана с цикло-
гексанолом в растворе фтористого водорода образовывался фто-
ристый циклогексил с выходом 61,5% и небольшие количества
дициклогексилового эфира [31].
Применение высоких давлений и температур в этих реакциях
описано в патентной литературе [21, 32]. Высшие члены ряда алке-
нов, повидимому, реагируют легче, чем низшие [21, 28], а некото-
рые растворители, например гексан [26], четыреххлористый углерод
и хлористый метилен [33], оказывают благоприятное действие на
реакцию. Согласно одному из патентов [34], хлор играет роль ката-
лизатора при реакциях присоединения, причем образуются про-
дукты смешанного галогенирования. Возможно, что сначала по
двойной связи присоединяется хлор и что образовавшийся хлори-
рованный углеводород при действии фтористого водорода превра-
щается во фторид.
Пределы применения этой реакции в настоящее время не-
достаточно известны. Были выполнены реакции присоединения
фтористого водорода к бутадиену, децилену и к некоторым кисло-
родсодержащим соединениям, например к рицинолеиновой, унде-
циленовой и олеиновой кислотам, а также к олеиновому спирту.
Однако, согласно Клатту [35], ненасыщенные соединения, у кото-
рых атом кислорода стоит при аллильном углероде, неспособны
ни присоединять фтористый водород, ни полимеризоваться в его
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 39
присутствии. Примерами таких веществ служат аллиловый спирт
и коричная кислота.
В последнее время присоединение фтористого водорода к оле-
финам, содержащим атомы галоидов, было изучено подробнее.
При этом было найдено, что только некоторые типы моногалогени-
рованных олефинов дают хорошие выходы индивидуальных про-
дуктов. Симонс и Плуэддеман предложили разделить моногалоге-
нированные олефины в соответствии с их отношением к фтори-
стому водороду на три типа [36, 37].
Т и п I, RCH = СНХ. Эти вещества неспособны легко реагиро-
вать с фтористым водородом и не дают индивидуальных продук-
тов. При комнатной температуре реакция с заметной скоростью не
идет, при повышенных температурах получаются смеси веществ,
загрязненные продуктами осмоления. Осмоление возрастает с тем-
пературой. 1-Хлорпропен-1 при взаимодействии с фтористым водо-
родом при 100° в течение 4 час. образует 20% 1-хлор-2-фторпро-
пана, 10% 1-хлор-1-фторпропана, 20% 1, 2-дихлорпропана, следы
1,1-дифторпропана и значительное количество смолы. Было выде-
лено также небольшое количество (5%) не вошедшего в реакцию
непредельного соединения. Реакция с 1-хлорбутеном-1, проведен-
ная при 65°, дала еще худшие результаты, чем предыдущая; обра-
зовалось еще больше смолы и было выделено 25% непрореагиро-
вавшего исходного вещества.
Rx
Тип II, рС — СНХ. Эти вещества легко присоединяют
Rz/
фтористый водород при температурах от —23 до 0°. Присоедине-
ние идет по правилу Марковникова, причем образуется только не-
значительное количество смолы. Хлористый изокротил и хлори-
стый металлил образуют с хорошими выходами 1-хлор-1-фтор-
2-метилпропан:
СН,=С—СН2С1 (СН3)2С=СНС1 —(CH3)2CHCHFC1.
I
сн3
В последнем случае хлористый металлил, несомненно, изомери-
зуется в хлористый изокротил, прежде чем происходит присоеди-
нение фтористого водорода [36].
ZR'
Тип III, RCX = C/ . Эти вещества присоединяют фтори-
XR
стый водород с большой скоростью уже при низких температу-
рах [36—38]. Реакция не ограничивается простым присоединением
фтористоводородной кислоты, но происходит также замещение
40
К. Вихерт
атомов галоида на фтор, в результате чего образуются дифтор -
производные с выходами 59—70%:
F
СН.,=СС.,Н5 СН3—С—С2Н5 CH3CF2CoH5 -L НС1.
сГ I
С1
-22U СН3СС12С2Н6
Хлористый водород, освобождающийся в результате реакции
обмена, также присоединяется к двойной связи исходного веще-
ства, давая соответствующие дихлорпроизводные. Выходы послед-
них иногда достигают 25%. Эта реакция, гладко протекающая и
практически не дающая продуктов осмоления, применялась в ряду
монохлоролефинов от 2-хлорпропена-1 до 2-хлороктена-2. Для
предотвращения слишком бурного течения реакции необходимо
принимать особые меры предосторожности.
Предварительно охлажденные до —78° олефин и безводный
фтористый водород смешивают в автоклаве. Реакционной смеси
позволяют медленно нагреваться до конечной температуры 35—46°.
Давление в автоклаве поддерживают от 4 до И атм, выпуская
хлористый водород через конденсатор, охлаждаемый твердой
углекислотой. Возрастание давления используется для измерения
скорости реакции, в соответствии с чем регулируется скорость на-
гревания. Если хлористый водород не удалять постепенно из
сферы реакции, количество дихлорпроизводного возрастает [38].
В противоположность реакции фтористого водорода с моно-
галоидозамещенными олефинами типа III, 1,2-дихлорпропен-2
присоединяет фтористый водород с образованием 1,2-дихлор-
2-фторпропана CH3CC1FCH2C1. Последующее замещение хлора
на фтор сопровождает эту реакцию только в небольшой степени.
Из 1 моля олефина было получено 0,74 моля монофторида,
0,04 моля дифторида и выделено 0,10 моля неизмененного оле-
фина. В этом случае соседний атом хлора так стабилизирует связь
хлора с углеродом, соединенным с атомом фтора, что хлор почти
полностью теряет способность к реакции обмена с фтористым во-
дородом [39].
R\
Асимметричные дигалоидозамещенные олефины /С = СХ2
R''z
при 65° легко соединяются с фтористым водородом, причем реак-
ция замещения идет лишь в незначительной степени. 1,1-Дихлор-
этилен при действии на него 4 молей фтористого водорода при 65°
в течение 3 час. образует 50% 1,1-дихлор-1-фторэтана,
5% 1,1,1-трихлорэтана, следы 1-хлор-1,1-дифторэтана и 15%
смолы. Выделено только 10% неизменившегося олефина. Были
Применение фтористого водорода в органическом синтезе
4Г
изучены также реакции с 1,1-дихлорпропеном-1 [40], 1-хлор-1-фтор-
пропеном-1 [40], 1,1-дихлорбутеном-1 и 1,1-дихлор-2-метилпропе-
ном-1. При повышенной температуре образование смолы стано-
вится преобладающим направлением реакции [36].
Симметричные дигалоидолефины RCX = CXR' дают противо-
речивые результаты. В то время как 1,2-дихлорэтилен не удается
ни при каких условиях ввести в реакцию с фтористым водородом,
цис- и транс- 1,2-дихлорпропены-1 легко присоединяют фтористый
водород при 120°, образуя одно и то же вещество GH3CFCICH2CI
и некоторое количество продукта замещения CH3CF2CH2CI.
транс-Соединение дает несколько более высокий выход продукта
замещения. Фтористый водород присоединяется легче к транс-
1-хлор-2-фторпропену-1, чем к его Zjwc-изомеру. В обоих случаях
продуктом реакции является 1-хлор-2,2-дифторпропан [36].
Трихлорэтилен и его ближайший высший гомолог не вступают
в реакцию с фтористым водородом даже при нагревании до 160°.
Перхлорэтилен и гексахлорпропилен на холоду не присоединяют
фтористого водорода и могут быть выделены из реакционной
смеси в неизмененном состоянии, но при повышенных темпера-
турах начинается реакция замещения в трихлорметильной группе
гексахлорпропилена [36].
Недавно появились сообщения об использовании фтористого
водорода для замещения на фтор атомов галоидов в кремнеорга-
нических хлоридах. Были приготовлены следующие алкилфтор-
силаны:
Таблица 1
Соединение i Выход, Vp !
н-Амилдифторсилан
н-Амилтрифторсилан 40
н-Бутилтрифторсилан 40
Ди-н-бутилдифторсилан 70
Три-и-амилфторсилан 70
Три-н-бутилфтор силан 50
Выходы метил- и фенилфторсиланов не были установлены, но, по-
видимому, они близки к приведенным выше [41].
Присоединение к ацетиленам
До настоящего времени опубликовано лишь небольшое число
работ по присоединению фтористого водорода к соединениям
ряда ацетилена. Гроссу и Лину [42] удалось получить из соответ-
ствующих ацетиленовых соединений с выходами, в среднем
i2 К. Вихерт
достигающими 65%, следующие вещества: 1,1-дифторэтан, 2,2-ди-
фторпропан, 2,2-дифторбутан, ' 2,2-дифторпентан, 2,2-дифтор-
гексан, 3,3-дифторгексан и 2,2-дифторгептан.
RC=CH RCH=CHF RCH2CHF2.
Присоединение всегда идет по правилу Марковникова. Только
в одном случае, при реакции фтористого водорода с ацетиленом,
требующей при комнатной температуре применения высокого
давления и длительного контакта с фтористым водородом, был
получен ненасыщенный продукт — фтористый винил. Другие
представители ряда ацетилена реагируют моментально и пол-
ностью при низких температурах (—70°), причем образуются
только насыщенные дифториды. В качестве побочных продуктов
получаются полимеры алкинов. Винилацетилен не дает мономер-
ного продукта присоединения.
Методика работы, первоначально применявшаяся Гроссе и
Лином для реакции присоединения фтористого водорода к алкил-
ацетиленам, впоследствии была изменена Хенном и Плуэддема-
ном [43], которые показали, что внесенные изменения являются не-
обходимыми для целого ряда синтезов. Согласно предложениям
этих авторов, следует избегать местного перегревания реакцион-
ной массы, так как при этом происходит смолообразование, а также
не допускать образования холодных участков, где вещества
остаются неизмененными.
Низкокипящие алкины, например бутин-1, медленно нагревают
до кипения и образующиеся пары пропускают в жидкий фтори-
стый водород (25-процентный избыток), помещенный в медную
колбу с наружным охлаждением льдом. Через час летучие фрак-
ции отгоняют, остаток выливают на лед и после обычной пере-
работки перегоняют.
Выходы дифторидов достигают в среднем 75%. Реакция сопро-
вождается образованием приблизительно 18% маслообразного
остатка. Пентин-1 и гексин-1 прибавляют к фтористому водороду
по каплям при охлаждении до —50°; реакционную смесь остав-
ляют нагреваться до комнатной температуры и обрабатывают
обычным образом.
В случае высококипящих алкинов реакцию ведут в растворе
эфира или кетона. Образующиеся при этом оксониевые соли
являются прекрасными растворителями как для реагирующих
веществ, так и для продуктов реакции. Вследствие того что
2 моля фтористого водорода, связываемые эфирным кислородом,
в реакции присоединения не участвуют, должен быть взят избы-
ток фтористого водорода. Если вести реакцию достаточно мед-
ленно, то выходы приближаются к 90% и не образуется ни высо-
комолекулярных, ни смолистых веществ.
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 43
Присутствие в молекуле второй тройной связи приводит
к затруднениям. Так, нонадиин-1,8 в кислородсодержащих раство-
рителях образует смесь 2,2,8,8-тетрафторнонана и 2,8-дифтор-
нонандиена-1,8. Гептадиин-1,6 полностью превращается в высоко-
молекулярные вещества.
В патентной литературе описаны реакции с некоторыми за-
мещенными ацетиленами: ацетилендикарбоновой, фенилпропиоло-
вой и стеароловой кислотами; последняя дает 9,10-дифторстеари-
новую кислоту [44]. Если реакцию проводят в газовой фазе, то
пользуются катализатором, представляющим собой галогенид
ртути или окись ртути на угле [45]. Реакция экзотермична, и в не-
которых случаях реакционную смесь необходимо разбавлять
инертным газом или растворителем, например хлористым метиле-
ном или четыреххлористым углеродом. Эти реакции, как правило,
не следует оставлять без наблюдения.
Присоединение к другим ненасыщенным соединениям
Реакции фтористого водорода с другими ненасыщенными
соединениями изучены лишь на немногих примерах. Сильно
экзотермическую реакцию фтористого водорода с кетеном прово-
дят или в газовой фазе, или в индиферентных растворителях [46].
Продукт реакции, фтористый ацетил, представляет собой по-
верхностноактивное вещество:
CH2=C=O-J-HF —> CHSCOF.
Если температура реакции слишком высока, то получаются одни
полимерные вещества.
Недавно был выработан совершенно новый метод [47] получе-
ния фторуксусной кислоты из фтористого водорода, окиси угле-
рода и формальдегида. Избыток окиси углерода прибавляют
к двум другим компонентам, взятым в молярных соотношениях.
Реакцию ведут в отсутствие воды, чтобы не образовалась окси-
кислота, при 160° и при 750 атм:
СО -L- НСНО 4- HF —> CHjFCOOH.
Эта реакция имеет сходство с реакцией получения органиче-
ских кислот из фтористого водорода, окиси углерода и спирта
или галоидного алкила [48]. Присутствие метилового спирта или
воды необходимо для синтеза кислот из галоидных алкилов.
Хотя и было сделано естественное предположение, что промежу-
точными продуктами в этой реакции являются фтор ангидриды
кислот, опыты, поставленные с целью проверки, не дали убеди-
тельных результатов.
Попытки присоединить фтористый водород к хинонам, которые
должны были привести к фторированным гидрохинонам, только
44
К.Вихерт
в одном случае увенчались успехом. Димрот и Хилкин [49] и?
антрадихинона получили 2-фторхинизарин с выходом 75%:
О О
О ОН
к/\/\/
и II
о о
II :
О ОН
Бензохинон в этих же условиях целиком превратился в черное
смолистое вещество [50].
Двойная связь между углеродом и азотом также обладает
способностью присоединять фтористый водород. Линхард и
Бетц [51], пропуская при —80е в эфирный раствор циановой кис-
лоты фтористый водород, получили фтор ангидрид карбаминовой
кислоты:
HNCO 4- HF
h2ncof.
СИНТЕЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ФТОРИДОВ ИЗ ДРУГИХ
ГАЛОИДОПРОИЗВОДНЫХ
В присутствии катализаторов
Простейший способ синтеза органических фторидов, который
заключается в непосредственном замещении атома галоида на
фтор действием одного только фтористого водорода, оказался
эффективным лишь для немногих примеров. В общем случае не-
обходим катализатор, которым могут служить галогениды тяже-
лых металлов. При этом неясно, играют ли эти вещества роль
истинных катализаторов или же фторирование осуществляется
фторидами тяжелых металлов, образующимися при взаимодей-
ствии галогенидов металлов с фтористым водородом:
МрГ1
RC14- HF -----7» RF 4- НС1.
Если справедливо последнее, то сам фтористый водород не про-
изводит непосредственно фторирования, а служит для образова-
ния и регенерации фторирующего агента:
MeC14-HF —> MeF4-HCl,
RCI 4- MeF —> RF 4- MeCl.
Синтез фтористых алкилов может быть выполнен по простой
методике, разработанной Фреденхагеном [52], согласно которой
карбонат серебра растворяют во фтористом водороде, а затем
в раствор вводят хлористый алкил. В результате двух последо-
вательных реакций обмена образуются фтористый алкил и хло-
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 45
ристое серебро. Границы применения этой реакции пока не-
известны.
RC1 + AgF -> RF + AgCl
Симонс и Герман [53] применили безводное фтористое серебро
в растворе фтористого водорода для синтеза ш-дифторацето-
фенона из ш-дибромацетофенона. Дифторид получен с выходом
40%, причем не было никаких указаний на образование сме-
шанного фторбромзамещенного продукта:
C6H5COCHBr2 + 2HF —> C6H6COCHF5 + 2НВг.
Попытка применить ту же реакцию к трихлорацетофенону не
привела, однако, к получению трифторацетофенона, и образова-
лась смесь й-дихлорфторацетофенона (48,7%) и <в-хлордифтор-
анетофенона (8,5%):
нг
С6Н5СОСС13--> C6H5COCC12F 4- C6H5COCC1F2.
Метод фторирования, разработанный Хенном [54], заключается
в том, что фтористый водород вводят в суспензию окйси ртути
в галоидном алкиле. Фторная ртуть HgF2 в момент образова-
ния вызывает реакцию, которая при комнатной температуре идет
моментально и является столь экзотермичной, что нуждается во
внешнем охлаждении, чтобы сохранить возможность управления
ею. Обычно выходы фторзамещенных составляют 70—80%.
Галоидоводород при этом не выделяется.
Повидимому, фтористый водород неспособен замещать три
атома хлора при одном углероде. Исключение представляют со-
единения ряда арилтрихлорметана. Атомы хлора у этих веществ
обычно замещаются даже в отсутствие катализатора. Образова-
ние дифенилдифтордихлорэтана из дифенилтетрахлорэтана по
этому методу происходит при 50—60°, но другие вещества этого
типа реагируют с фтористым водородом только в присутствии
фтористой сурьмы, оказывающей каталитическое действие [55].
В промышленности в качестве катализаторов для реакции
фторирования галоидных алкилов фтористым водородом приме-
няются фториды тяжелых металлов, в особенности фториды
сурьмы. Фторид хрома является истинным катализатором, так
как сам он неспособен фторировать, но промотирует замещение
атомов галоида при действии HF [56]. Реакцию проводят, пропу-
ская смесь галоидного алкила с фтористым водородом над ката-
лизатором, состоящим из угля, 5—15% фтористого хрома и не-
большого количества окиси хрома. Степень фторирования растет
с увеличением относительного количества HF в реакционной
смеси и с повышением температуры (от 350 до 550°).
Для фторирования в газовой и жидкой фазах были разрабо-
таны два различных метода. Для фторирования в газовой фазе
46
К. Вихерт
[18, 34, 57] твердый катализатор укрепляют сеткой и помещают
в трубку, обогреваемую электричеством; над катализатором
пропускают в газообразном состоянии исходные вещества, кото-
рые иногда предварительно смешивают. В качестве катализато-
ров предложены [58] фториды и хлориды следующих металлов;
Na, Си, Ag, Са, Cd, Zn, Hg, Pb, V, Sb, U, Mn, Fe, Ni, Co, Pt
(иодиды и бромиды для этой цели оказались менее подходя-
щими). Хлориды металлов в процессе реакции частично превра-
щаются во фториды.
Реакции замещения требуют более низких температур и идут
с лучшими выходами, если галогениды металлов смешаны в от-
ношении 1 : 10 с веществами, не обладающими специфической
поверхностной активностью. Четыреххлористый углерод не реаги-
рует с фтористым водородом ни в присутствии хлористой меди,
ни в присутствии пористого сплавленного корунда даже при 400°,
но, если смешать оба вещества, фторирование идет легко уже при
250°. В присутствии хлорного железа или древесного угля при
100° вещества реагируют с фтористым водородом весьма мед-
ленно, но в присутствии смеси этих веществ фторирование про-
исходит уже при 70°, причем продукт реакции образуется с вы-
ходом 90% [59]; наиболее благоприятная температура для этих
реакций 250—450° [57]. Присутствие малых количеств воды не
оказывает на фторирование заметного влияния.
При реакциях галоидных алкилов с фтористым водородом
в жидкой фазе в качестве катализатора применяют смесь хлор-
фторидов сурьмы [60—62]. Дихлордифторметан получают в про-
мышленности только этим способом. Катализатор готовится обра-
боткой треххлористой сурьмы фтористым водородом и хлором
при 100° под давлением. Состав продукта этой реакции, плавя-
щегося при 40°, указывает, что он представляет собой смесь
SbFaCh и SbF3Cl2 (14—20% F). Катализатор, содержащий мень-
шее количество фтора, дает ненадежные результаты [18, 61].
Введение в реакционную смесь хлора вместе с фтористым водо-
родом в процессе фторирования необходимо для того, чтобы
часть сурьмы находилась в пятивалентном состоянии, однако
в то же время существенно, чтобы некоторая часть сурьмы.
(10—20%) оставалась в трехвалентном состоянии, в противном
случае давление паров катализатора достигает слишком боль-
шой величины и катализатор улетучивается. Количество фтори-
стого водорода, прибавляемого к реакционной смеси, должно
быть таким, чтобы поддерживать относительное содержание
фтора в катализаторе на желаемом уровне. В редких случаях
реакция бурно протекает уже при комнатной температуре..
Вообще же, лучшими температурными условиями являются
60—70°. Если встречается надобность вести реакцию фторирова-
ния при температуре выше 120°, необходимо поддерживать
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 47
в системе давление по крайней мере 2,7 атм, чтобы сохранять реа-
гирующие вещества в жидком состоянии. Вместо хлора в описан-
ном процессе применялся также пятихлористый фосфор [57].
Когда фторируют бромистые алкилы, то целесообразно пользо-
ваться трехбромистой сурьмой и бромом. Присутствие воды пре-
пятствует фторированию.
Приводим краткое описание промышленного процесса [57].
Хлористый алкил и фтористый водород в отдельности или
предварительно смешанные друг с другом пропускаются снизу
. через сосуд, содержащий жидкий катализатор. После прохожде-
ния через катализатор реагирующая смесь направляется в скруб-
бер, содержащий исходный галоидный алкил. Хотя в некоторых
случаях реакция полностью заканчивается уже при однократ-
ном пропускании газа через катализатор, обычно бывает необ-
ходимо для завершения реакции провести эту обработку по-
вторно. Вещества, неполностью профторировавшиеся, а также
некоторые летучие соединения, содержащие сурьму, поглощаются
в скруббере и возвращаются в реакционную камеру. Давление
регулируется таким образом, чтобы катализатор оставался
в жидком, а продукты реакции — в газообразном состоянии.
В некоторых случаях часть образовавшегося фтористого алкила
возвращается в реакционный сосуд, где он играет роль раство-
рителя для катализатора. Со скруббером соединены поглотитель-
ные башни с водой и негашеной известью, в которых поглощается
галоидоводород из газовой смеси. В заключение продукты про-
ходят через осушитель с концентрированной серной кислотой,
после чего их превращают в жидкое состояние.
Если работают прерывным процессом, катализатор готовится
в самом реакционном сосуде. Галоидный алкил и фтористый во-
дород вводят для реакции туда же, после чего катализатор
регенерируют обработкой фтористым водородом и хлором.
Удобно пользоваться двойным комплектом аппаратуры [18, 62].
В этом случае или приготовляют свежий катализатор в каждом
из двух реакционных сосудов попеременно, или же реакционные
сосуды соединяют последовательно и реакцию начинают в одном
из них, а заканчивают в другом, причем условия реакции в каж-
дом сосуде несколько различны. В первом сосуде поддерживают
температуру 150—160°, а катализатор содержит 10—20% фтора
и 3—10% трехвалентной сурьмы. Во втором — поддерживают-"
температуру 145—155°, а катализатор содержит 6—10% фтора и
10—40% трехвалентной сурьмы. Давление поддерживают
в 3—13,5 атм. Аналогичный метод запатентован для реакции
четыреххлористого углерода с фтористым водородом в присут-
ствии хлорида сурьмы [63].
Здесь мы приводим только несколько примеров примене-
ния этих двух методов. Четыреххлористый углерод при 250е
-48
К. Вихерт
реагирует с фтористым водородом в присутствии катализатора
СиСЬ на угле, образуя 82% трихлорфторметана и некоторое коли-
чество дихлорфторметана. Замена СпС12 на FeCl3 позволяет про-
водить эту реакцию при 150°, причем выходы трихлорфторметана
остаются практически теми же (88%). Реакция с четыреххлори-
стым углеродом в жидкой фазе при 60° в присутствии сурьмя-
ного катализатора приводит к образованию 36% трихлорфтор-
метана и 54% дихлордифторметана. При температуре 300° над
древесным углем из хлороформа получается 10% дихлордифтор-
метана и 60% дихлорфторметана, в то время как, применяя,
сурьмяный катализатор при 18—20°, эти вещества получают
с выходами соответственно 1 и 70%.
Описанными выше методами могут быть профторированы
производные парафиновых углеводородов от метана до бутана,
содержащие один или несколько атомов какого-либо галоида,
а также ненасыщенные соединения, например галоидопроизвод-
ные этилена или аллила. Однако в последнем случае происходит
также насыщение двойной связи. Соединения, образующиеся в ре-
зультате этих реакций, проявляют тенденцию отщеплять при вы-
сокой температуре галоидоводород. Это видно, например, из того,
что при высокой температуре из хлористого этилена наряду
с фторхлорэтаном [18] получаются монохлорэтилен и монофторэти-
лен. Чтобы свести к минимуму эту побочную реакцию, нужно
применять по возможности низкие температуры и давления.
Благоприятное действие оказывает также введение хлора в коли-
честве, большем чем это необходимо. Избыток хлора присоеди-
няется к ненасыщенному соединению и в дальнейшем частично
заменяется фтором. Примером такого типа реакции является син-
тез дифторпентахлорпропана из йодистого аллила.
Атомы водорода в этих условиях обычно также замещаются
на хлор, например из трихлорэтилена [18] образуется дихлор-
тетрафторэтан и трихлортрифторэтан. Однако замещение всех
атомов водорода происходит не всегда, что видно на примере
образования трифтордихлорэтана из тетрахлорэтана [18, 60].
Иногда замещение атомов водорода происходит даже в отсутствие
свободного хлора, что иллюстрируется образованием дифторгекса-
хлорбутана из тетрабромбутана [57]. Однако этого направления
реакции можно избежать, применяя катализатор, содержащий
более 30% трехвалентной сурьмы [18].
Для того чтобы заместить возможно большее число атомов
галоида на фтор, нужно вести процесс при высокой темпера-
туре с избытком фтористого водорода и в присутствии большого
количества катализатора. Гексахлорэтан при 100° дает дифтор-
тетр ахлорэтан, однако при 150° главным продуктом реакции
является трифтортрихлорэтан [57]. Присутствие в молекуле ато-
мов кислорода не препятствует реакции фторирования; так,
Применение фтористого водорода в органическом синтезе
49
фторангидрид трибромуксусной кислоты образует фторангидрид
фторбромуксусной кислоты [57], а из хлорпропилового спирта
образуется фторхлорпроизводное, не содержащее гидроксильной
группы [57].
Как было уже отмечено выше, присутствие воды мешает тем
реакциям, которые ведут с жидким катализатором. В патентной
литературе предложен метод освобождения фтористогб водорода
от влаги, заключающийся в прибавлении к нему четырехфтори-
стого кремния [64]. Четырехфтористый кремний является эффек-
тивным осушающим средством.
То обстоятельство, что описанные выше реакции протекают
с равным успехом как при непрерывных, так и при периодиче-
ских процессах, дает основание думать, что они не являются
истинно каталитическими и что в качестве фторирующего реа-
гента в них действует не фтористый водород, а соединения
сурьмы (согласно механизму, описанному в начале этого раз-
дела). Дальнейшим доказательством такой точки зрения служит
невозможность замещения всех трех атомов хлора на фтор
в трихлорметильной группе во всех упомянутых выше случаях,
что также характерно для фторирующего действия хлорфторида
сурьмы SbF2CI3, приготовленного и изученного Свартсом [65].
Полное фторирование трихлорметильной группы этим мето-
дом возможно в случае арилтрихлорметила и только некоторых
алифатических соединений. Бензотрихлорид и его производные
могут быть превращены в соответствующие трифториды в при-
сутствии как жидких [34], так и твердых катализаторов [18, 66],
но при этом также образуются хлорфториды.
C6H5CC13-|-3HF —> C6H5CF3 + ЗНС1
Галоид в ядре, алкильная или вторая трихлорметильная группы
не оказывают неблагоприятного действия на реакцию. Атом во-
дорода в ядре замещается только в том случае, если в реакции
участвует свободный хлор. Таким путем из бензотрихлорида по-
лучается .и-хлорбензотрифторид [57]:
С1
Трихлорметильная группа в 1,1,1,2-тетрахлорэтане полностью
фторируется фтористым водородом при нагревании до 160° и
соответствующем давлении в присутствии хлорфторида сурьмы,
содержащего только пятивалентную сурьму и 18% фтора. Вы-
ход 1,1,1-трифтор-2-хлорэтана составляет 90% [67].
а3ССН2С1 FbCCH2Cl.
4 Зак. 17S9.
50
К. Вихерт
В отсутствие катализатора
Замещение атомов хлора в трихлорметильной группе с по-
мощью фтористого водорода может быть выполнено как в при-
сутствии катализатора, так и в его отсутствии. Однако устране-
ние из процесса галогенидов сурьмы дает некоторые преиму;
щества. Продукты реакции получаются чище, так как в при-
сутствии катализатора происходит значительное осмоление,
а также замещение в ядре. Кроме того, эти катализаторы го,-
раздо труднее регенерируются, чем фтористый водород.
Удобным лабораторным методом является метод Симонса и
Льюиса [68], которые получали бензотрифторид с выходом до 95%,
пропуская фтористый водород через бензотрихлорид при 0°.
Бензальхлорид в этих условиях в реакцию не вступает [69]. Про-
мышленный процесс может быть проведен методом [70], анало-
гичным только что описанному, или при нагревании компонен-
тов до ПО—160° и давлении 10—14 атм [71, 72]. В последнем
случае реагенты вводятся в стехиометрических отношениях.
Существенным является отсутствие влаги, которая вызывает
гидролиз бензотрихлорида и образование бензойной кислоты.
Находящийся в ядре галоид, алкил или карбоксил не оказы-
вают неблагоприятного влияния на реакцию, однако трихлор-
метилбензонитрил этим методом не фторируется [69].
Производные бензола, содержащие несколько фторметильных
групп, также могут быть получены этим путем, однако синтез
1,2-бис-трифторметилбензола представляет некоторые трудности,
так как хлорирование о-ксилола не дает гексахлорзамещенного
производного. Только пять атомов водорода могут быть заме-
щены на хлор. После обработки пентахлор-о-ксилола фтористым
водородом получается пентафторпроизводное, последний атом
водорода которого может быть замещен хлором. Повторная
реакция с фтористым водородом приводит к гексафториду.
АГСН3 Cb А-СС1, н. А-СРв С1„
Ц/-СН3 -^J-chf2 >
Псевдокумол и дурол ведут себя аналогичным образом [73].
Попытки приготовить пентафторфенилэтан нагреванием
пентахлорфенилэтана с фтористым водородом при 145° и при
повышенном давлении оказались безуспешными, так как послед-
ний атом хлора при ^-углеродном атоме не заменяется на фтор.
Продукт реакции представлял собой смесь 1,1,1-трихлор-2,2- ди-
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 51
фтор-2-фенилэтана (29,8%) и 1,1,2,2-тетрафтор-1-хлор-2-фенил-
этана (51,1 %):
- С6Н5СС12СС13 C6H5CF2CC13H-C6H6CF2CF2C1.
Применение реакции Свартса не дало лучших результатов;
при употреблении фтористого серебра получаются лишь неболь-
шие выходы пентафторпроизводного. При реакции между 1,1,1-трй-
фтор-2,2-дихлорфенилэтаном и фтористым водородом в присут-
ствии пятихлористой сурьмы также получается очень небольшое
количество пентафторида. Экспериментальные данные показы-
вают, что сопротивление к замещению при фторировании у ато-
мов хлора в пентахлорэтане возрастает вместе с увеличением
количества уже вступивших в молекулу атомов фтора, что пер-
вым замещается атом хлора, ближайший к фенильной группе, и
особенно трудно замещается последний атом, стоящий у конеч-
ного углерода. С другой стороны, если конечная группа предва-
рительно полностью профторирована (сначала готовится трифтор-
ацетофенон [74], который затем обрабатывается пятихлористым
фосфором), оставшиеся атомы хлора гораздо легче замещаются
на фтор. В этом случае фторирующее действие оказывает и
фтористый водород в присутствии соединений сурьмы, хотя даже
и в этих условиях соседние атомы фтора делают замещение ато-
мов хлора более трудным, чем в бензотрихлориде:
C6H5COCF3 C6H5CC12CF3 > C6H5CF2CFs.
катализатор
Этим методом можно синтезировать ароматические амины
с трифторметильными группами в о- или л-положениях, предва-
рительно превратив исходное вещество в замещенный фтальимид
для зашиты аминогруппы (.«-производные получают иным спо-
собом). Таким путем из N-трихлорметилфенилфтальимида обра-
зуется п-трифторметиланилин в условиях фторирования фто-
ристым водородом при 150° и соответствующем давлении. Для
отщепления фталевой кислоты и освобождения от нее продукт
реакции перегоняют с водяным паром в присутствии гидразин-
гидрата. Очень существенно вести эту реакцию в жидкой фазе
с небольшим избытком фтористого водорода. В случае необхо-
димости растворителем может служить хлористый метилен. Вы-
ходы обычно очень хорошие [75].
52
К. Вихерт
При реакциях этого типа не является необходимым, чтобы
трихлорметильная группа была непосредственно связана с бен-
зольным ядром. Если трихлорметильная группа связана с ядром
через атом серы, то также происходит фторирование. Так, три-
хлорметилфенилсульфид при нагревании с фтористым водородом
при 50—100° под давлением превращается в соответствующее
трифторпроизводное с выходом 90%. Это вещество может быть
окислено хромовой кислотой в сульфон:
C6H5SCC13 C6H5SCF3 C6H5SO2CF3.
Следующие заместители в бензольном ядре не оказывают не-
благоприятного действия на реакцию: —NO2, —CF3, —SCF3,
—SO2CF3. Отсутствие влаги является для этих реакций столь же
важным, как и для случаев, описанных ранее [76]. Некоторые
алифатические соединения типа 1,1,1-трихлорэтана, содержащие
трихлорметильные группы, с успехом фторируются фтористым
водородом без катализатора при повышенных температурах и
давлениях. Замещение атомов хлора в описанных условиях про-
исходит полностью и быстро. Хлористый этилиден этим же путем
может быть превращен в соответствующий фторид. В присут-
ствии влаги выходы понижаются [77].
Сн3СНС12 —-* CHCHF2.
Реакция замещения хлора на фтор в хлор ангидридах кислот
совершается очень легко. При прибавлении хлорангидрида кис-
лоты к жидкому фтористому водороду происходит бурное выде-
ление хлористого водорода [78]. Аналогично ведут себя иод- и
бром ангидриды. Хлористый водород, который нерастворим во
фтористом водороде, выделяется по мере образований. После
окончания реакции фтористый водород отгоняют, а фторангидрид
кислоты после просушки над прокаленным фтористым калием
подвергают перегонке.
RC9C1 + HF —► RCOF + HC1.
Этот метод испытан на приготовлении фтор ангидридов следую-
щих кислот: уксусной, бензойной [78], хлоруксусной, ж-бромбен-
зойной, ж-нитробензойной и фенилуксусной [14]. Выходы, зави-
сящие от степени летучести фторангидрида, варьируют от 50
апо/.
/W UM /U .
Замещение атомов хлора в группах —СС1з и —СОС1 проис-
ходит одновременно, и соответствующие фторпроизводные полу-
чаются с хорошими выходами. Превращение хлорангидридов
моно- и бис- трихлорметилбензойной кислот, их галоидопроиз-
водных, а также дихлорангидрида трихлорметилизофталевой
кислоты в соответствующие фторпроизводные осуществляется
действием фтористого водорода при 50—150° [79].
Применение фтористого водорода в органическом, синтезе
53
СИНТЕЗ ФТОРИДОВ ИЗ СОЕДИНЕНИЙ,
СОДЕРЖАЩИХ АМИНОГРУППЫ
Ни один из описанных выше методов непригоден для превра-
щения ароматических галоидозамещенных в соответствующие
фториды. Это объясняется инертностью галоида, связанного
с ароматическим ядром. Вплоть до настоящего времени един-
ственным способом приготовления фтористых арилов является
разложение фтористого арилдиазония. Ариламины или их соляно-
кислые соли растворяют в жидком безводном фтористом водо-
роде, раствор фтористоводородной соли амина охлаждают
от 0 до 5° и диазотируют азотистокислым натрием или окислами
азота. Раствор фтористого диазония разлагают нагреванием до
30—40°. После выделения всего азота и отгонки фтористого
водорода фтористый арил обрабатывают сухим фтористым ка-
лием для удаления последних следов фтористого водорода и
влаги, а затем перегоняют [80].
c6h5nh2^ c6h6n2f нагревани% c6H5F + n2.
Таким путем из соответствующих аминов получают фторбен-
зол и лг-фтортолуол с выходами 87 и 82%. Так как при диазоти-
ровании из каждого моля амина образуется 2 моля воды, для
реакции требуется гораздо больший избыток фтористого водо-
рода. Чтобы предотвратить в этих условиях [14] образование
п-аминоазобензола, рекомендуется брать также избыток азоти-
стокислого натрия. Бокемюллер [81] предложил метод диазоти-
рования аминов в водной фтористоводородной кислоте.
Другим способом получения фтористых арилов является реак-
ция диазоаминосоединений с фтористым водородом [82]:
C6H5N=N-NHC6H5 C6H5F + N2 + C6H5NH2.
Фтористые алкилы и аралкилы с помощью реакции диазотирова-
ния получены быть не могут. Фенилдиазометан в эфирном рас-
творе бурно реагирует с фтористым водородом, выделяя азот,
однако в результате получается только небольшое количество
стильбена и вовсе не получается фтористого бензила [83]. Про-
дукты реакции, полученные этим методом из диазогептана, не
содержали фтора. Из реакционной смеси был выделен гептен -1,
а не тетр аде цен [84].
СИНТЕЗ ФТОРИДОВ ПУТЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ ГИДРОКСИЛЬНОЙ
И СУЛЬФГИДРИЛЬНОЙ ГРУПП
Замещение гидроксильной группы на фтор в спиртах дей-
ствием фтористого водорода не имеет широкого препаративного
значения. Как показал Мезланс [85], при реакции этилового
54 К. Вихерт
спирта с фтористым водородом при повышенном давлении при
температуре 140—190° образуется фтористый этил с выхо-
дом 36%. Лучшие выходы получаются при оптимальной темпера-
туре 210—220°. Чтобы предотвратить образование простого
эфира, фтористый водород и этиловый спирт должны быть взяты
в молярных соотношениях 4:1. Пропиловый спирт реагирует
аналогичным образом [85]. Есть указания на то, что даже влаж-
ный фтористый водород реагирует со спиртами, хлорзамещен-
ными спиртами и соединениями, содержащими несколько гидро-
ксильных групп, в отсутствие катализаторов при 100—250° с об-
разованием фторзамещенных углеводородов [32].
Согласно Шереру [69], в присутствии некоторых катализато-
ров при действии фтористого водорода на соответствующие
спирты можно получить с хорошими выходами фтористый метил
и фтористый этил. Образование не содержащих кислорода
веществ при взаимодействии хлорпропилового спирта с фто-
ристым водородом в присутствии хлора и хлорфтористой сурьмы
упоминалось ранее [61]. В другом патенте описано действие
фтористого бериллия как катализатора этих реакций и показано,
что фтористый водород может быть заменен бифторидом на-
трия. Примером служит реакция превращения р'-диокси-
диэтилсульфида в соответствующий дифторид [86] при 105°:
S(C2H4OH)2 + 2NaHF2=8BeF5 —>
—>- S(C2H4F)2 2ВеО • 5BeFs 4- Na2BeF4 4- 4HF.
Клатт [35, 87] показал, что большинство гидроксилсодержащих
соединений уже при растворении в жидком фтористом водороде
замещают свои гидроксильные группы на фтор, образуя фто-
ристые алкилы или ацилы, но обычно выходы получаются очень
низкие. Вместе с тем Клатт сообщает, что при взбалтывании
бензойной кислоты в растворе фтористого водорода с петролей-
ным эфиром он выделил «довольно значительное количество
фтористого бензоила», в случае же коричной и салициловой
кислот, отвечающие им фторангидриды были получены с мень-
шими выходами. Дальнейшее подтверждение образования в этих
случаях фторантидридов заключается в том, что кажущаяся
концентрация кислот в растворе фтористого водорода, опреде-
ляемая методом измерения электропроводности, оказывалась
ниже определенной эбулиоскопически. Если предположить, что
образуются фторангидриды кислот, легко объяснить
RCOOH 4- HF RCOF + Н,0
расхождения величин кажущейся концентрации кислот при из-
мерении различными методами, так как фторангидриды, оказы-
вая то же влияние на точку кипения, что и сами кислоты, по-
нижают электропроводность раствора, не будучи электролитами.
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 55
Спирты ведут себя аналогичным образом, однако в случае фено-
лов определение их концентрации обоими методами дает одина-
ковый результат. Количества образовавшихся фторидов во всех
случаях слишком малы, чтобы они могли быть выделены. Неко-,
торые фтористые алкилы и ацилы подвергаются гидролизу в рас-
творе фтористого водорода, содержащего даже небольшие коли-
чества воды:
[ROH + HF -7-*- RF + Н2О.
В этих случаях, вероятно, равновесие смещено справа налево
водой, образовавшейся в реакции [88].
Фтористый водород реагирует с некоторыми сернистыми
соединениями, замещая сульфгидрильные группы или атомы
серы фтором. Тиоуксусная кислота при прибавлении к жидкому
фтористому водороду бурно выделяет сероводород и образует
фтористый ацетил:
CH3COSH 4- HF —> CH3COF + H2S.
Тиоспирты и тиофенолы в аналогичные реакции не вступают [81].
Фторхлорметаны (CFCI3, CF2C12, CF3C1) могут быть получены
взаимодействием сероуглерода, фтористого водорода и хлора
в присутствии катализаторов, например галоидопроизводных
сурьмы или галоидопроизводных тяжелых металлов. Сера эли-
минируется в виде сероводорода или, если реакцию ведут в при-
сутствии больших количеств водорода и хлора, в виде
дихлорида. Аналогичные реакции наблюдались в случае перхлор-
метилсульфурхлорида [89].
ПРИМЕНЕНИЕ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА
В КАЧЕСТВЕ РАСТВОРИТЕЛЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРИМОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИИ
Растворяющая способность жидкого фтористого водорода
велика и в значительной степени зависит от природы растворяе-
мого в нем вещества. Фреденхаген [88] приводит таблицу раство-
римости исследованных в этом отношении соединений. Как пра-
вило, жидкий фтористый водород растворяет все те вещества^
которые содержат в молекуле кислород или серу, вероятно^
вследствие образования оксониевых или сульфониевых соедине-
ний. Соединения с основными свойстами образуют соли. Во всех
этих случаях продукт присоединения диссоциирует на сложный
органический катион и фтор-анион. Кроме этих веществ, фтори-
стый водород растворяет множество других веществ, причем ме-
ханизм растворения в этих случаях не вполне ясен..Характерным
свойством фтористого водорода как растворителя является то.
56 К. Вихерт
что вещества в нем или растворяются очень хорошо, или прак-
тически не растворяются. Ряд промежуточных значений раство-
римости, свойственный большинству других растворителей, почти
полностью отсутствует в случае жидкого фтористого водорода.
Алифатические углеводороды практически нерастворимы,
ароматические растворимы до 3% при 90° [90]. Было сделано
наблюдение, что растворимость ароматических углеводородов за-
метно повышается в присутствии солей тяжелых металлов, на-
пример цианидов или азидов ртути или азидов и фторидов
серебра. На одну молекулу прибавленной соли растворяется,
вероятно, вследствие комплексообразования, четыре молекулы
углеводорода. Однако присутствие этих солей не оказывает
влияния на растворимость алифатических углеводородов и на
растворимость бифенила [90].
Влияние заместителей на растворимость ароматических соеди-
нений может быть охарактеризовано следующим образом: если
исходное вещество имеет группу (например, гидроксил), способ-
ную присоединять фтористый водород, то отрицательные заме-
стители вызывают уменьшение растворимости. Так, фенолы хо-
рошо растворимы, нитрофенолы растворимы лишь в малой сте-
пени, а тринитрофенол во фтористом водороде нерастворим.
Бензойная кислота растворима хорошо, бромбензойная кислота
нерастворима. Если исходное вещество не имеет заместителей,
к которым способен присоединяться фтористый водород, то от-
рицательные заместители, способные присоединять фтористый
водород, повышают растворимость. Бензол во фтористом водо-
роде растворим плохо, нитробензол — хорошо. В тех случаях,
когда ни исходное вещество, ни заместитель не имеют групп,
способных присоединять фтористый водород, введение замести-
телей всегда понижает растворимость. Так, например, хлор-и бром-
бензолы совершенно нерастворимы во фтористом водороде [81].
Объяснение растворимости многих соединений, например
фталевых кислот, до сих пор не найдено. о-Фталевая кислота
прекрасно растворима во фтористом . водороде, растворимость
изофталевой кислоты составляет 3,5% при 19°, а терефталевая
кислота вовсе нерастворима. Разница в растворимости этих
веществ во фтористом водороде значительно больше, чем в воде.
Все исследованные соединения ряда дифенила (дифенил, окись
дифенилена, л-дифенилсульфоновая кислота) оказались практи-
чески нерастворимыми. Дифрениловый эфир ведет себя анало-
гичным образом [81, 88].
ФТОРИРОВАНИЕ
Большинство органических соединений в жидком или твердом
состоянии реагируют с фтором необычайно бурно. Фторирование
в жидкой фазе удается провести только в том случае, если.
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 57
находят подходящий растворитель, не реагирующий с фтором..
Только немногие растворители удовлетворяют этому условию.
Четыреххлористый углерод заметно реагирует с фтором даже?
при 0°, в результате чего образуются фторированные и хлориро-
ванные продукты [91]. Наилучшими растворителями при реак-
ции фторирования являются употребляющиеся в промышлен-
ности хладоносители CC12F2 и C2F4C12, а также жидкий фтори-
стый водород, который не реагирует с фтором и хорошо его
растворяет. Фторируемое вещество растворяют или суспендируют
во фтористом водороде и в реакционную смесь вводят фтор [92].
Если реакцию проводят с очень нестойким веществом, то лучше
прибавлять фтор по каплям в виде раствора во фтористом водо-
роде. Температура реакции (от —70 до 4-70°) в значительной
степени зависит от свойств фторируемого вещества, а давление
поддерживают таким, чтобы реакционная смесь находилась
в жидком состоянии. Можно вести процесс в присутствии ката-
лизаторов — иода, сурьмы и галоидопроизводных тяжелых ме-
таллов,— которые прибавляют в количествах от 0,1 до 5%. Этим
методом могут фторироваться алифатические углеводороды, про-
стые эфиры и даже дивинилацетилен. В ароматическом ряду
реакция применялась к углеводородам, галоидо-, нитро- и амино-
производным, карбоновым и сульфоновым кислотам, пиридину,
хинолину, антрахинону, бензантрону, индиго и его производным,
бриллиантовому желтому, родамину голубому и фталоцианинам.
В различные фталоцианины и в их соли с тяжелыми металлами
вводилось таким образом до 7 атомов фтора на молекулу [93].
Присутствие небольших количеств воды препятствует реакции,
так как ведет к образованию озона и последующему окислению
органического вещества.
НИТРОВАНИЕ И СУЛЬФИРОВАНИЕ
Симонс с сотрудниками проводили нитрование бензола
100-процентной азотной кислотой в жидком фтористом водороде
при 0°. Выход нитробензола 83%, динитробензол не образуется.
При обработке нитробензола в этих же условиях динитробензол.’
также не образуется [94]. Вести эти реакции довольно затрудни-
тельно, так как приготовление безводной азотной кислоты
сложно и с фтористым водородом она. бурно реагирует (смесь,
нагревается, разбрызгивается, выделяются окислы азота).
Более простой метод, в котором нитрование производится
раствором азотнокислого калия в жидком фтористом водороде,
был предложен Фреденхагеном [95]. Определение молекулярного-
веса и определение электропроводности показывают с достаточ-
ной убедительностью, что растворение нитрата калия во фтори-
стом водороде сопровождается следующей реакцией [15]:
RNO3 + 2HF —> (HNO3• Н)+ + R+ -J- 2F“.
58
К. Вихерт
В этом процессе нитрующая смесь по существу та же, что
в методике Симонса, и, вероятно, азотная кислота реагирует
с фтористым водородом, образуя тот же самый комплексный
катион. Очевидно, что присутствие в растворе иона калия не
может обращать реакцию. Этот реагент имеет то преимущество,
что при его приготовлении наблюдается только слабое разогре-
вание. Так как этот метод еще нигде не описан, то для иллю-
страции его мы приводим два примера [14].
1. Нитрование бензойной кислоты. К раствору
15 г бензойной кислоты в 50 г жидкого фтористого водорода,
находящемуся в платиновой колбе, охлаждаемой льдом, приба-
вляют раствор 13 г азотнокислого калия в 50 г жидкого фто-
ристого водорода. Реакционной смеси дают стоять во льду
в продолжение 30 мин. и время от времени встряхивают. Фто-
ристый водород удаляют, нагревая колбу до 40° и пропуская
через реакционную смесь сухой воздух. Если фтористый водород
желают регенерировать, то его отгоняют. Остаток, представляю-
щий смесь о- и д/-нитробензойных кислот, растворяют в 2н.
водном растворе поташа или едкого кали. Раствор отфильтро-
вывают от фтористого калия, если это оказывается нужным, и
подкисляют разбавленной серной кислотой. Нитробензойные
кислоты экстрагируют эфиром, а эфирную вытяжку обрабаты-
вают диазометаном. После отгонки эфира остается густой желтый
сироп, из которого метиловый эфир л/-нитробензойной кислоты
медленно выкристаллизовывается в виде плотных, бесцветных
призм. Осадок отфильтровывают и промывают небольшим коли-
чеством холодного метилового спирта. Промывную жидкость
прибавляют к фильтрату и оставляют стоять до тех пор, пока
не выделится новая порция кристаллов. Твердые фракции, соеди-
ненные вместе, кристаллизуют из метилового спирта, после чего
эфир плавится при 79,8°. Соединенные фильтраты содержат
эфир о-нитробензойной кислоты, который очищается перегонкой;'
г. кип. 141-—143° при 6 мм.
При омылении эфира д/-нитробензойной кислоты в водном;
или спиртовом растворе получается свободная кислота с выхо-
дом 59—61%. Эфир о-нитробензойной кислоты омыляется гидро-
окисью бария в метиловом спирте, и свободная кислота кристал-
лизуется из воды; выход 25—30%.
2. Нитрование анилина. К 100 г жидкого фтористого
водорода постепенно прибавляют 15 г азотнокислого анилина
в виде таблеток. Каждая новая таблетка должна прибавляться
только после того, как предыдущая порция полностью вошла
в реакцию. Конец реакции узнается по слабому треску. После,
прибавления всей соли анилина реакционную смесь встряхивают
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 59.
и оставляют стоять в водяной бане в течение 30 мин. Фтористый
водород удаляют и оставшийся грязнозеленый раствор выливают
в большой объем воды со льдом. Гидролиз фтористоводородного
л-нитроанилина протекает медленно и заканчивается после при-
бавления углекислого магния. Эта обработка не затрагивает соли
тринитроанилина, который остается в растворе. Нитроанилин
экстрагируют эфиром, очищают возгонкой в вакууме при
150—170° и 7 мм и кристаллизуют из толуола; температура пла-
вления п-нитроанилина 146,3°, температура плавления ацетиль-
ного производного 213°. Водный раствор подщелачивают и три-
нитроанилин экстрагируют эфиром. Кристаллизация из воды дает
продукт с т. пл. 113,7°, ацетильное производное плавится при
152,4°.
Все соединения, обладающие основным характером, ни-
труются просто при растворении их нитратов в жидком фтори-
стом водороде.
Реакция нитрования может быть проведена также и в гете-
рогенных системах. Так можно нитровать углеводороды, которые
или очень слабо растворимы, или вовсе нерастворимы во фто-
ристом водороде. Реакционную смесь в этих случаях рекомен-
дуется взбалтывать в продолжение нескольких часов. В гомо-
генных системах реакция проходит очень быстро при 0° и
заканчивается через несколько минут после смешения компо-
нентов. Вследствие низкой температуры кипения фтористый
водород нельзя применять в случаях реакций нитрования, про-
текающих с большим выделением тепла и нагревающих
реакционную смесь выше 30°. Однако до сих пор такого рода
реакции на практике не встречались.
В табл. 2 перечислены вещества, которые подвергались
нитрованию. Реакцию проводили в эквимолекулярных соотноше-
ниях с помощью азотнокислого калия в растворе фтористого
водорода.
До сих пор еще не имеется возможности установить правило
относительно мест замещения. Отмечено, что иногда нитрование
сопровождается окислением и осмолением органических веществ.
Примерами таких соединений служат антрацен, ализарин и
метилциклогексан. Единственным веществом, которое невоз-
можно нитровать этим методом, является пиридин.
Сульфирование, разработанное Симонсом, проводится анало-
гично нитрованию. Концентрированную серную кислоту раство-
ряют во фтористом водороде и сульфируемое вещество вместе
с этим раствором нагревают в автоклаве. Относительные коли-
чества образующихся сульфокислоты и сульфона зависят от тем-
пературы, при которой проводилась реакция. При 85—90° из
бензола получается 75% бензолсульфокислоты и менее 1% ди-
фенилсульфона, в то время как при 140—150° образуется
€0
К. Вихерт
Таблица 2
НИТРОВАНИЕ ПОСРЕДСТВОМ АЗОТНОКИСЛОГО КАЛИЯ
ВО ФТОРИСТОМ ВОДОРОДЕ
Нитруемое соединение Продукт реакции Выход, О/о
Фенол о-Нитрофенол 41
п-Нитрофенол 47
о-Крезол о-Нитрокрезол 18
а-Нафтол Нитронафтол 20
Гуанидин Нитрогуанидин 83
Уретан Нитроуретан 52
Ацетанилид п-Нитроцетани тид 75
Бензальдегид о-Нитробензальдегид 28
ж-Нитробензальдегид 50
Диэтиловый эфир тере- Диэтиловый эфир 2-нит-
фталевой кислоты ротерефталевой кис-
ЛОТЫ 52
Антрахинон Динитроанчрахинон 35
Фенантрахинон 2-Нитрофенантрахинон 58
4-Нитрофенантрахинон 16
Флуоренон 2-Нитрофлуоренон 30
Динитрофлуоренон 47
Хинолин Нитрохинолин 74
Бензол Нитробензол 75
Нитробензол м- Динитробензол 55
Толуол о-Нитротолуол 20
п-Нитротолуол 20
Динитротолуол 10
о-Ксилол Нитроксилол 21
п-Ксилол 2,3-Динитроксилол 27
2,6-Динитроксилол 27
Нафталин Нитронафталин 6
1,5-Динитронафта лин 30
Тетралин 1,3-Динитротетралин 30
Декалин Нитродекалин 11
40% сульфона.
С6Н6+ H2SO4 C6H5SO3H + Н2О,
c6H6so3H + с6н6 c6H5so2CeH54-H2o.
Несимметричные сульфоны получаются при действии на угле-
водород хлористого сульфонила в растворе фтористого водо-
рода [94]. Затруднения, которые встречаются при применении
безводной азотной кислоты во фтористом водороде, наблюдаются
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 61
и здесь. Концентрированная серная и фтористо-водородная кис-
лоты реагируют очень бурно с образованием фторсульфоновой
кислоты. Это соединение, которое, вероятно, является активным
сульфирующим агентом, образуется и в растворе сульфата калия
во фтористом водороде. Таким образом, этот раствор можно при-
менять для сульфирования, так же как для нитрования применяют
раствор нитрата калия во фтористом водороде. Для сульфирова-
ния требуются более высокие температуры, чем для нитрования
тех же веществ. Нитрование бензола и перегруппировка азотно-
кислого анилина в нитроанилин легко проходит при 0°, в то время
как сульфирование бензола происходит при 100° и под давлением,
а перегруппировка сернокислого анилина в сульфаниловую кис-
лоту требует нагревания.соли в растворе фтористого водорода
с обратным холодильником [14]. Выходы обычно удовлетвори-
тельные.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПЕРЕГРУППИРОВКИ
Некоторые перегруппировки, обычно производимые другими
реактивами, вызываются также и фтористым водородом, трет,-
Бутилбензол в присутствии фтористого водорода при 0° алки-
лирует фенол. Выход трет.-п-бутилфенола 10% [96]. Влияние бо-
лее высоких температур на выходы бутилфенола не изучалось, но
возможно, что при повышении температуры выходы увеличи-
ваются. При бекманновской перегруппировке оксима бензофе-
нона под влиянием фтористого водорода в растворе эфира или
уксусной кислоты получается бензанилид с выходом 72% [96].
Перегруппировка фенилацетата по Фризу в присутствии фто-
ристого водорода при комнатной температуре в растворе пентана
не идет, но при 100° и под давлением образуется и-оксиацетофенон
с выходом 33% [96]. Работая над синтезом монобензоата гидро-
хинона из бензойной кислоты и гидрохинона в жидком фтористом
водороде, Физер и Гершберг [97] пришли к заключению, что при
низкой температуре перегруппировка по Фризу заметным обра-
зом не происходит, однако дальнейшие опыты с рядом сложных
эфиров фенолов показали, что при кипячении с обратным холо-
дильником растворов этих эфиров в жидком фтористом водороде
эта реакция идет и что перегруппировка фенилацетата совер-
шается даже при 0° [14]. Этим методом из сложных эфиров
фенолов были получены оксикетоны со следующими выходами:
из фенилацетата 92% а-оксиацетофенона, из фенилбензоата 95%
п.-оксибензофенона и из фенилсалицилата 40% 2,4'-диоксибензо-
фенона. При реакции Фриза в присутствии фтористого водорода
о-производных не образуется, что отличает этот метод от других.
Если реакционная смесь содержит воду, то выходы заметно
уменьшаются вследствие гидролиза эфиров. При нагревании
’62
К. Вихерт
с обратным холодильником растворов фенола и соответствующих
хлорангидридов кислот во фтористом водороде образуются эти
же оксикетоны. Симонс провел перегруппировку л-толилового
эфира бензолсульфокислоты в условиях, в которых обычно прово-
дят перегруппировку Фриза, причем получил 2-окси-4-метил-
дифенилсульфон. Эта реакция [98] велась под давлением при 100°
и дала выход 10% (ср. перегруппировки, идущие при каталитиче-
ском действии хлористого алюминия или хлористого цинка в рас-
творе нитробензола).
Возможность перегруппировок, которые в некоторых условиях
оказываются обратимыми, должна всегда приниматься во вни-
мание при физических измерениях, например при определении
молекулярного веса, органического вещества эбулиоскопическим
методом в растворе фтористого водорода. Кето-энольная тауто-
мерия, проявляемая резорцином и флороглюцином в растворе
фтористого водорода, может служить примером подобных пере-
группировок [23].
РЕАКЦИИ РАСЩЕПЛЕНИЯ,
ВЫЗЫВАЕМЫЕ ФТОРИСТЫМ ВОДОРОДОМ
ГАЛОИДНЫЕ АЛКИЛЫ
Во время реакций фтористого водорода с галоидопроизвод-
ными предельных углеводородов происходит не только замеще-
ние атома галоида на фтор, но иногда также отщепляется
галоидоводсрод и образуются олефины. Отщепление галоидо-
водородной кислоты обычно вызывается действием высокой тем-
пературы, развивающейся при реакции замещения, и не обусло-
влено непосредственно действием фтористого водорода; но
известно несколько случаев, когда фтористый водород проявляет
каталитическое действие в этом направлении.
Примером подобной реакции, в которой, однако, происходит
отщепление не хлористого водорода, а хлора, является образо-
вание дихлорстильбена из дифенилтетрахлорэтана при 100°
в присутствии фтористого водорода [55]. Если в качестве ката-
лизатора применяют медный порошок, то реакция не идет даже
при нагревании до 160° [99].
При исследовании действия фтористого водорода на третич-
ные галоидные алкилы Симонс сделал неожиданное наблюде-
ние, что из третичного хлористого амила в растворе фтористого
водорода при 0° образуется третичный хлористый бутил. Эта
реакция сопровождается выделением хлористого водорода. Кроме
третичного хлористого бутила, в продуктах реакции ока-
зались небольшие количества гексил-, гептил-, децил- или
ундецил- и пентадецилхлоридов. Все эти вещества не содержали
фтора [100].
Применение фтористого водорода в органическом, синтезе б®
ПРОИЗВОДНЫЕ кислот
Реакция расщепления ангидридов кислот фтористым водоро-
дом, в результате которой образуются фторангидриды кислот,
имеет некоторое препаративное значение. Эта реакция была
-предложена Кольсоном, который синтезировал фторангидриды
уксусной и пропионовой кислот, растворяя фтористый водород
в их ангидридах [101, 102].
(RC0),0 + HF —> RCOF + RCOOH.
Метод, заключающийся в растворении ангидридов кислот
в жидком фтористом водороде, в котором реакция происходит
моментально, а дальнейшая обработка ведется обычным путем,,
был использован Фреденхагеном [88] для синтеза фторангидри-
дов уксусной, хлоруксусной и бензойной кислот. За исключением
тех случаев, когда синтез ангидридов кислот легче, чем синтез
их хлорангидридов, этот метод не представляет преимуществ
перед синтезом фторангидридов из хлорангидридов. Цикличе-
ские ангидриды, например фталевый и малоновый, не реагируют
с фтористым водородом [87].
Амиды кислот и нитрилы также не реагируют с фтористым
водородом [14].
Расщепление сложных эфиров не происходит при действии
совершенно безводного фтористого водорода, однако в присут-
ствии следов воды гидролиз эфиров протекает очень легко. Это
объясняет зависимость выходов в реакции Фриза от содержания
воды в применяемом фтористом водороде. Согласно Фреденха-
гену [88, 103], алкил-, ацил- и гексозилфториды в растворе фто-
ристого водорода чрезвычайно легко гидролизуются при действии
малых количеств воды. Аналогичные наблюдения сделали
Клатт [35] и Симонс [104] в отношении фтористого этила и этил-
ацетата.
Фтористый водород легко реагирует с ацетатами углеводов,
замещая с выходами 30—70% одну из ацетильных групп на
фтор. Примером таких реакций может служить образование
фтортриацетил-/-арабинозы из тетраацетил-Карабинозы с выхо-
дом 65% [105]. Фторацетилгексозы, полученные таким образом,
могут быть превращены с хорошими выходами во фтористые
гексозилы при обработке их метилатом натрия. Этим методом из
фтортетраацетилглюкозы был получен фтористый глюкозил
с выходом 84% [106].
глюкозиды
Попытки расщепления простых эфиров действием фтористого
водорода оказались безуспешными. Все до сих пор изученные
алифатические и ароматические эфиры после продолжительного
<64
К. Вихерт
кипячения их с фтористым водородом практически не измени-
лись [23]. Единственное исключение составляет дифениловый
эфир, который после нагревания его с фтористым водородом
при 210° образует некоторое количество фенола [104]. Тиоэфиры
оказались столь же инертными к действию фтористого водо-
рода [81], однако глюкозидного типа эфирные связи этой инерт-
ности не проявляют.
Фреденхаген нашел, что фтористый водород способен быстро
растворять значительные количества целлюлозы и что в соответ-
ствующих условиях из этого раствора можно выделить глюкозу
с почти количественными выходами. Переход целлюлозы во фто-
ристый глюкозил, который совершается непосредственно, отве-
чает следующему уравнению:
(CeH^OX + xHF —> xCeHnO5F.
Доводом в пользу этого является тот факт, что электропровод-
ность и повышение точки кипения растворов целлюлозы во
фтористом водороде и растворов фтористых глюкозилов той же
концентрации практически одинаковы. Если же приняты спе-
циальные меры к тому, чтобы реакция шла при полном отсут-
ствии влаги, то фтористый глюкозил может быть выделен.
Если из растворов целлюлозы удалить фтористый водород
продуванием воздуха или отгонкой, то в остатке оказывается не
глюкоза и не фтористый глюкозил, а высокомолекулярное, не
содержащее фтора вещество, называемое полиглюкозаном. Он
обладает восстановительными свойствами, которые, однако, для
разных препаратов неодинаковы. Образование этого высоко-
молекулярного вещества объясняется тем, что фториды в рас-
творе фтористого водорода необычайно чувствительны к следам
влаги. Фтористый глюкозил гидролизуется следами влаги, при-
сутствующей в реакционной смеси, а образовавшаяся глюкоза
конденсируется во время удаления фтористого водорода из рас-
твора с образованием полиглюкозана. Вещество, образующееся
при отгонке растворителя от раствора глюкозы во фтористом
водороде, весьма близко к продукту, полученному из целлю-
лозы [107].
Гельфриху [108] не удалось выделить фтористый глюкозил из
раствора целлюлозы во фтористом водороде, однако его работа
относится к тому времени, когда методика получения совер-
шенно безводного фтористого водорода еще не была известна,
а техника работы не была в достаточной степени разработана.
Гельфрих сообщил, что если к раствору целлюлозы через 5 мин.
после его приготовления прибавить воду, то образуется осадок.
Этот факт указывает на то, что взятый в реакцию фтористый
водород не был безводен. Кроме того, метод, которым он сушил
хлопковую вату и прибавлял ее к кислоте, не гарантирует отсут-
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 65-
ствия влаги. Чтобы приготовить фтористый глюкозил, необходимо
сушить хлопковую вату в реакционной колбе, в которую также
следует перегонять фтористый водород. При проведении реакции
необходимо соблюдать все предосторожности, выработанные для
предохранения от влаги.
Исследование растворимого в воде, не содержащего фтора
полиглюкозана было предпринято Гельфрихом, который назвал
это вещество целланом. Это вещество, обладающее слабой вос-
станавливающей способностью, может быть очищено через его
ацетильное производное. Оно напоминает декстроны тем, что
лучше растворимо в горячем пиридине, чем в холодном. Целлан
состоит только из остатков глюкозы, но в образовании связей
между ними принимают участие не во всех случаях одни и те же
гидроксильные группы. Анализы целлана и его ацетильного про-
изводного, а также вращение поляризованного света и раствори-
мость настолько близко совпадали с данными, полученными для
продуктов действия фтористого водорода на глюкозу и целло-
биозу, что Гельфрих также пришел к заключению, что целлан
образовался конденсацией либо глюкозы, либо фтористого глю-
козила, получившегося при расщеплении целлюлозы. Из крах-
мала аналогичным образом был получен амилан, вещество,
весьма близкое к целлану. Другое интересное наблюдение, сде-
ланное Гельфрихом в этой работе, заключалась в том, что как
а- и ^-глюкозы, так и глюкозиды, растворенные во фтористом
водороде, показывают то же самое удельное вращение. Это ука-
зывает на способность к взаимному переходу а- и ^-форм [108].
ОСАХАРИВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
Действие фтористого водорода на целлюлозу явилось основа-
нием для нового способа получения сахара из древесины. Раз-
работаны два метода этой реакции (в жидкой и газовой фазах),
причем оба требуют предварительной сушки древесины. Содер-
жание влаги в реакционной смеси допускается до 2%, при боль-
шей влажности реакция расщепления замедляется. Ограничи-
ваться только древесиной как исходным материалом для реакции
нет необходимости. Сахар может быть получен также из дру-
гого сырья, например соломы, тростника и картофеля.
При реакции в жидкой фазе требуется, чтобы количество
фтористого водорода было по крайней мере равным весу обра-
батываемой древесины. После окончания процесса раствор са-
хара во фтористом водороде декантируют и кислоту отгоняют.
Прореагировавшую древесину экстрагируют водой, раствор
сахара нейтрализуют известью, фильтруют и концентрируют под
уменьшенным давлением. Вес полученного сахара составляет
65% веса исходной сухой древесины. Оставшийся продукт пред-
5 Зак. 1789.
66
К. Вихерт
ставляет собой главным образом лигнин, загрязненный неболь-
шими количествами пентозанов и уксусной кислоты [109].
При реакции в газовой фазе жидкостная зона реакции обра-
зуется вследствие адсорбции фтористого водорода на поверхно-
сти древесины [НО]. Процесс экзотермичен, но перегревания
реакционной смеси не происходит, так как при возрастании тем-
пературы адсорбция фтористого водорода убывает. Это вызывает
замедление реакции и понижение температуры. После окончания
реакции фтористый водород удаляют нагреванием реакционной
смеси или продуванием через нее воздуха. Выделяющийся при
этом фтористый водород пропускают над свежей порцией древе-
сины или регенерируют, предварительно адсорбируя фторидами
щелочных металлов. Продукт реакции обрабатывается, как опи-
сано выше.
Согласно исследованию Майерхофера, Бохунека и Хоха [111],
частички древесины быстро реагируют с поверхности, но одно-
временно с реакцией они уплотняются, образуя на поверхности
защитный слой, затрудняющий проникновение фтористого водо-
рода внутрь частичек. Воздух, содержащийся в клетках древе-
сины, также является препятствием для проникновения газо-
образного фтористого водорода, и поэтому необходимо применять
вакуум. Применение уменьшенного давления содействует также
удалению последних следов влаги из древесины, которая еще
теплой попадает в реакционный сосуд непосредственно из су-
шильной печи. Процесс в газовой фазе требует очень небольших
количеств фтористого водорода; однако если кислоты ^зять
меньше определенного минимального количества, то для полного
расщепления необходима дополнительная обработка разбавлен-
ным раствором минеральной кислоты. Обработка 500 г древе-
сины 360 г 96-процентного фтористого водорода дает 250 г рас-
творимого в воде продукта, имеющего 19,3% восстановительной
способности глюкозы. Если взять 50 г фтористого водорода, то
получающийся продукт реакции требует обработки разбавлен-
ными кислотами, выход сахаристых веществ достигает только
200 г. Таким образом, в данном случае выходы получаются
меньше, чем в жидкофазном процессе, предложенном Фреденха-
геном. То обстоятельство, что жидкофазный процесс требует
больше фтористого водорода, не является существенным недо-
статком, так как фтористый водород почти количественно реге-
нерируется.
Расщепление древесины может быть выполнено просто и
легко в небольшой чашке. Лигнин не растворяется, и на этом
основан новый метод количественного определения лигнина [112].
Эта же реакция является прекрасным способом приготовления
.лигнина [113].
Применение фтористого водорода в органическом синтезе
67
ПРИМЕНЕНИЕ ФТОРИСТОГО ВОДОРОДА КАК
КАТАЛИЗАТОРА В РЕАКЦИЯХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ
Если многие ненасыщенные соединения способны легко при-
соединять фтористый водород (см. стр. 37), то другие соедине-
ния присоединяют его не так легко; при этом они в значительной
степени полимеризуются. В некоторых условиях полимеризация
может стать основным направлением реакции даже для веществ,
способных присоединять фтористый водород. Приведем несколько
примеров легко полимеризующихся веществ: амилен, бутадиен,
изопрен, дипентен, стирол, инден, пиррол, тиофен, тионафтен и
пиперилен [88]. Обычно реакция протекает очень быстро и при-
водит к веществам с большим молекулярным весом. Вещество
с меньшим коэфициентом полимеризации можно получить только
в том случае, если вести реакцию в растворе. Так, например,
стирол при прибавлении его непосредственно к жидкому фто-
ристому водороду образует хрупкий полимер светложелтого
цвета, однако если растворить стирол в бензоле, охладить до
—10° и вводить в этот раствор фтористый водород, то образуется
бесцветное пластическое вещество [114]. Повышение давления
иногда увеличивает склонность некоторых веществ к полимери-
зации.
Для приготовления поликумароновых смол [115] рекомен-
дуется применять вместе с фтористым водородом катализаторы
(фтористый бор, галоидопроизводные тяжелых металлов). Обра-
ботка ненасыщенных жиров и растительных масел фтористым
водородом дает продукты, сходные с продуктами, получаемыми
при их термополимеризации. Вещества, обладающие свойствами
заменителей каучука, образуются при действии жидкого фтори-
стого водорода на маковое, касторовое и льняное масла, а также
на древесную смолу. При пропускании газообразного фтористого
водорода через льняное масло при 20—40° получают масло,
используемое в литографии [116].
Замечательно отношение каучука к фтористому водороду.
Если внести каучук во фтористый водород, он сильно набухает,
делается твердым и ломким и в конце концов окрашивается
в желтый цвет [117]. Полученное вещество содержит 1,5—2,5
атома фтора на каждый остаток изопрена и имеет иодное
число 75, т. е. J/5 иодного числа исходного материала. Так как
это вещество термопластично, оно может служить для изготовле-
ния лаков, устойчивых к действию кислот и щелочей. Оно дает
пленки, весьма напоминающие пленки из непластифицированной
нитроцеллюлозы. Если полимеризацию каучука проводить в рас-
творах п-цимола или бензола, то образуется белый порошок,
5*
68
К. Вихерт
хорошо растворимый в бензине, бензоле и хлорированных угле-
водородах [118]. Полимеризация каучука при действии водного
55-процентного раствора фтористого водорода при температурах
40—100° ведет к образованию веществ со свойствами, близкими
к свойствам кожи [119].
По исследованию Гроссе и Лина [17], все фтористые алкилы
за исключением фтористого этила полимеризуются при комнат-
ной температуре при продолжительном контакте с фтористым
водородом. Полученные при этом продукты тождественны с про-
дуктами, образующимися из соответствующих олефинов. Однако,
по наблюдениям Вихерта [14], фтористые алкилы могут быть вы-
делены из фтористого водорода неизмененными. Бензиловый
спирт и салигенин осмоляются в жидком фтористом водороде,
причем продукты реакции не содержат фтора [35]. Согласно
Калькотту [120], из бензилового спирта образуется 1,2,3,4,5,6-гекса-
фенилциклогексан:
свн5сн2он 5^
С6Н5
сви5-/\-свн5
CeHs-JJ-CeHa
с6н5
Продолжительное нагревание с обратным холодильником рас-
творов уксусного альдегида, ацетона и фурфурола во фтористом
водороде приводит к образованию продуктов конденсации [1, 23].
Клатт [121] предполагает, что при полимеризации ацетона обра-
зуется мезитилен, но Симонс [1] получил при этом только неразде-
лимую смесь полимеров. Ацетон может быть выделен неизменен-
ным из раствора во фтористом водороде только в том случае, если
раствор не нагревался выше комнатной температуры [121].
К числу ненасыщенных соединений, способных полимеризо-
ваться под влиянием фтористого водорода, не относятся те кисло-
родсодержащие соединения, атом кислорода которых находится
в аллильном положении. Примерами таких соединений может
служить аллиловый спирт и коричная кислота, которые с фтори-
стым водородом образуют оксониевые соединения.
ОБРАЗОВАНИЕ СЛОЖНЫХ И ПРОСТЫХ ЭФИРОВ
Реакция этерификации спиртов кислотами в среде фтористого
водорода [31, 97] дает только небольшие выходы (этилацетата
17,5%, монобензоата гидрохинона 9%). Плохие выходы в рас-
творе фтористого водорода зависят от того, что равновесие
реакции смещено в левую сторону. Это подтверждается
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 69
легкостью, с которой эфиры гидролизуются следами влаги,
присутствующей во фтористом водороде:
не
ROH-|-R'COOH R'COORН2О.
С другой стороны, фтористый водород способствует образо-
ванию эфиров фенола из фенола и хлорангидридов кислот. Так,
фенол и хлористый бензоил, растворенные во фтористом водо-
роде, при 0° дают фенилбензоат с выходом 90%. Однако при
этой реакции должна быть учтена возможность перегруппировки
Фриза. Например, при взаимодействии фенола с хлористым аце-
тилом при 0° образуются 20% фенилацетата и 46% и-оксиацето-
фенона [14].
Хорошие выходы сложных эфиров получаются в результате
присоединения кислот к олефинам, растворенным во фтористом
водороде при 0°. При взаимодействии циклогексена с масляными
RCH=CH2 + R'COOH R'COOCH2CH2R
и уксусной кислотами соответствующие сложные эфиры обра-
зуются с выходами 70%. Этерификация уксусной и масляных
кислот октеном идет с выходами 29 и 47% соответственно. В по-
следних случаях одновременно с реакцией этерификации в зна-
чительной степени протекает реакция полимеризации. Попытки
этерифицировать уксусную кислоту триметилэтиленом привели
только к получению полимерных продуктов [31].
Попытки получить простые эфиры конденсацией спиртов
с олефинами в среде фтористого водорода дали плохие резуль-
таты:
RCH=CH2 + R'OH —> RCH2CH2OR'.
Так, при взаимодействии циклогексена с циклогексанолом ди-
циклогексиловый эфир получился с выходом только 12%, глав-
ным же продуктом этой реакции явился фтористый циклогексил
с выходом 61,5%, образовавшийся вследствие присоединения
фтористого водорода к циклогексену. Циклогексен и изопропило-
вый спирт вовсе не образуют соответствующего эфира, однако
продукт реакции содержал 3,5% дициклогексилового эфира и 2%
циклогексанола. Соответствующий простой эфир из пропилена
с этиловым спиртом также не образуется [31].
Конденсация метилового спирта с фенолом в среде фтори-
стого водорода дала хороший выход анизола. Однако все попытки
приготовить аналогичным образом фенетол оказались напрас-
ными: вместо фенетола получился этилфенол. При нагревании
фенола с фтористым водородом под давлением при 200° дифени-
ловый эфир не образуется [122].
7Q
К. Вихерт
АЦИЛИРОВАНИЕ
Ацилирование фенолов и толуола кислотами, ангидридами и
хлорангидридами кислот и эфирами изучено Симонсом [123]. Вы-
ходы, получаемые при действии этих реагентов, приводятся
в скобках в следующих уравнениях:
R — H-j-R'COOH—>RCORz + H2O (31—55%), (1)
R — Н + (R'CO)2O —> RCOR' + R'COOH (27%), (2)
R — Н + R'COCl —> RCOR' + HU (13-45%), (3)
R — H R'COOR" —> R—R" (главный продукт) -f-
+ RCOR'(Meflbi) -f- H,O. (4)
Кислота, получающаяся по уравнению (2), при реакции с аро-
матическим соединением может в свою очередь образовать кетон,
Эти реакции проводят при 100° под давлением, причем ацили-
руемое соединение берут в избытке. Необходимо также присут-
ствие большого количества фтористого водорода. В случае
толуола ацильная группа вступает в п-положение. При реакции
образуются также небольшие количества дикетонов.
В присутствии фтористого водорода как конденсирующего
средства свободные кислоты дают лучшие выходы, чем хлоран-
гидриды; противоположные результаты получаются при приме-
нении хлористого алюминия. Однако Физер показал, что при
ацилировании аценафтена уксусной кислотой или ее хлоранги-
Дридом получаются одинаковые выходы и одинаковые соотноше-
ния количеств изомеров в продукте реакции [124]. Если вместо
кислот пользоваться их ангидридами, то это не приводит к улуч-
шению выходов [97], — факт, делающий неправдоподобным пред-
положение, что ацилирование идет через промежуточную стадию
образования фтор ангидридов, получающихся из кислот или их
производных.
Ацилирование аценафтена было широко изучено Физером.
При реакции с уксусной кислотой образуется 1-ацетоаценафтен
с выходом 25%. Однако при реакции с бензойной и янтарной
кислотами получаются только 3-изомеры с выходами 62—70 и
53% соответственно.
Если реакцию вести под давлением до 4 атм, то выход
1-ацетоаценафтена (5) может быть повышен до 37%; выход
3-изомера (6) составляет 43% [125]:
i I- I ! I !
н* А/Ч1~СОСН3
I ] | + СН,СООН^| II I Ч| II I
'V'y
(5) СОСН3
(6)
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 71
В реакции Фриделя — Крафтса в присутствии хлористого алю-
•миния всегда образуются 3-замещенные изомеры, а 1-замещен-
ные аценафтены этим путем не были получены. Другие реакции
также не приводят к 1-замещенным производным. Физер
объясняет хороший выход 1-ацетоаценафтена двумя причинами:
во-первых, легкостью его образования и, во-вторых, его нерас-
творимостью в реакционной смеси [124].
Кротоновая кислота ацилирует аценафтен в положении 3, но
продукт реакции немедленно циклизуется [120], образуя 1'-ме-
тил-3/-кето-2,3-циклопентанаценафтен (7):
II' I I
HF
I || |+СН3СН=СНСООН —> | || |
\/\^
I
О=сч //СНСН3
I
(7)
Вероятно, аналогичную конденсацию можно провести также с му-
равьиной и малоновой кислотами и с малеиновым и фталевым:
ангидридами.
Аценафтен, тринафтен и гидринден стоят в особом положении
среди других изученных углеводородов, так как образуют ациль-
ные производные с хорошими выходами при комнатной темпе-
ратуре [125]. Выходы не зависят от применяющихся ацилирую-
щих средств. Реакции между нафталином и уксусным
ангидридом, фенантреном и уксусной кислотой требуют нагрева-
ния раствора во фтористом водороде до 50—60° под давлением
и дают плохие выводы ацильных производных. Следующие
соединения ни при каких условиях не вступают в реакцию в при-
сутствии фтористого водорода: бензол и фталевый ангидрид или
бензойная кислота, нафталин и кротоновая кислота или ангидрид
янтарной кислоты, фенантрен и хлористый ацетил или хлор-
ангидрид ^-хлорпропионовой кислоты, антрацен и хлор-
ангидрид хлоруксусной кислоты, 1,2-бензантрацен и янтарная
кислота.
72
К. Вихерт
АЛКИЛИРОВАНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Для алкилирования ароматических соединений в присутствии
фтористого водорода применяются весьма разнообразные реа-
генты: галоидные алкилы и аралкилы [120, 126], олефины и их
производные (аллиловый спирт, галоидные аллилы, коричная и
олеиновая кислоты [120, 126—128], спирты [120, 128, 129], эфиры
простые [120, 128, 129] и сложные [120, 130], циклопропан [131] и
окись этилена [120 128]. Уравнения реакций и выходы продук-
тов, полученных при действии различных алкилирующих реаген-
тов, приводятся ниже:
Ar —H-j-R'Cl — -> Аг —R' + HC1 (10—75%), (8)
Ar —НR'CH = СН2 - -> ArCH2CH2R' (25—98%), (9)
Ar—Н +R'OH — -> Ar — R' + H2O (3-97%), (10)
Ar —H-J-R'OR' — -> Ar — R' + R'OH (20 -76%), (H)
Ar —H-|-R"COOR' — -> Ar — R' + R"COOH (53-750/0), (12)
Аг—Н4-СН2 —СН2 — -> ArCH2CH,CH.. (65O/o), (13)
Аг — Н-|~СН2 — СН2 - -> ArCH2CH2OH. (14)
О
Спирт, образующийся по уравнению (11), может в свою очередь
алкилировать ароматическое соединение. Алкилированию с по-
мощью сложных эфиров сопутствует реакция ацилирования (12).
Симонс [122] нашел, что хлористые алкилы более пригодны
для алкилирования, чем бромистые и иодистые. Легкость, с кото-
рой протекает реакция, возрастает вместе со степенью развет-
вленности цепи. Так, например, третичные хлориды реагируют
при 0°, вторичные — медленно алкилируют при 25°, а для алки-
лирования первичными хлоридами требуются высокие темпера-
туры и давления [126]. Спирты и простые эфиры ведут себя так
же; вторичные и третичные спирты и их эфиры реагируют при
комнатной температуре, а первичные спирты и эфиры, за исклю-
чением бензилового спирта и бензилового эфира, неспособны
алкилировать ароматические соединения ниже 100° [124]. Как
правило, спирты при комнатной температуре дают лучшие выходы,
чем галоидопроизводные [129]. Обратное явление наблюдается
в случае, когда конденсирующим средством служит хлористый
алюминий. По данным Калькотта, олефины, спирты, простые и
сложные эфиры одинаково пригодны для алкилирования. При-
менение олефинов предпочтительно для получения полиалкили-
рованных продуктов [120, 128]. Реакции алкилирования с введе-
нием остатков этила, амила, октила, циклогексила [122, 132] и
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 73
гексила [133] хорошо изучены и дают хорошие выходы с разными
реагентами. Фенол, фенилацетат, хлорбензол и дифениловый
эфир не арилируют даже при 200°. Попытки метилировать орга-
нические соединения метиловым спиртом, иодистым метилом и
метилацетатом оказались также безуспешными [122], несмотря
на то, что аналогичные реакции в присутствии хлористого алю-
миния идут хорошо. Калькотт показал, что для алкилирующих
реагентов необходимо наличие по крайней мере двух атомов
углерода и что наилучшими алкилирующими свойствами обла-
дают производные пропана [120]. Количество алкилирующего
реагента должно меняться в зависимости от того, какая степень
алкилирования желательна. Обычно реакции ведут с молярными
или меньшими количествами реагирующих веществ.
Этот метод применялся для алкилирования углеводородов,
фенолов, их нитро- и аминопроизводных, простых эфиров фено-
лов, ароматических кислот, оксикислот, сульфокислот [120],
а также некоторых ненасыщенных соединений, например цикло-
гексена и триметилэтилена [134]. Если алкилированию подвер-
гается вещество, имеющее две функциональные группы, то зача-
стую в реакцию входят обе группы:
НЕ
С6Н6 + СН2 = СНСН2ОН —> С6Н5СН2СН = СН2 + СвН5СН2СНСН3.
свн5
Аллиловый спирт, взаимодействуя с бензолом, образует 10—20%
аллилбензола и 8—12% 1,2-дифенилпропана. Некоторые веще-
ства дают, однако, лишь один продукт реакции, например корич-
ная кислота образует при реакции с бензолом только 3,3-дифе-
нилпропионовую кислоту с выходом 53 %:
С6Н6 + С6Н5СН = СНСООН (СвН6)2СНСН2СООН.
Карбоксильная группа мешает замещению атома у углерода
в <х-положении [127]. В некоторых случаях реакция с веществами,
имеющими две функциональные группы, сопровождается замы-
канием цикла. Так, при действии хлористого аллила на нафталин
образуется перинафтан [135]:
сн
СН2СН2С1 + | II I — -> I !
I II I
При алкилировании аминов промежуточные N-алкилированные
продукты не образуются, но в некоторых случаях вследствие кон-
денсации двух молекул амина и отщепления фтористого аммо-
ния получаются производные дифениламина. Таким путем при
74
К. Вихерт
алкилировании п-аминофенола изопропиловым эфиром наряду
с нормальным продуктом реакции образуется 4,4'-диокситетра-
изопропилдифениламин с выходом 61%, а из л-анизидина полу-
чается 4,4'-диметокситетраизопропилдифениламин с выходом
50%. Обычно при алкилировании в присутствии фтористого водо-
рода как катализатора образуются те же продукты, что и в при-
сутствии хлористого алюминия, фтористого бора или серной
кислоты:
Г
NH»-HF „ , NH2 • HF
RO-И ' R0_U_R,
I
Rz
Rz Rz Rz Rz
I ............ I I
R'—; NH2 - HF H:NH—,^\-Rz Rz——NH—
RO-M-R' + R/_^Jl_OR > RO-^J-R'R'-I^J-OR
I III
Rz Rz Rz Rz
R = H —, CHj — ; Rz = изо-С1;Н7 -
Кинетика алкилирования толуола третичным хлористым бути-
лом была изучена Спрауером и Симонсом [136], которые изме-
ряли увеличение давления хлористого водорода, освобождающе-
гося при реакции. Недавно эта работа была повторена в более
совершенной аппаратуре, причем была подтверждена справедли-
вость теоретических представлений и уравнений, выведенных
в прежней работе [137]. Было показано, что реакция, идущая до
конца в гомогенной среде, является реакцией первого порядка.
Прибавление малых количеств воды, метилового спирта, эфира
или гексаметилацетона вызывает значительное ускорение реак-
ции. На основании энергетических соображений механизм реак-
ции, предполагающий промежуточное образование ионов или
свободных радикалов, пришлось отвергнуть. Возможно, что
действие фтористого водорода объясняется его тенденцией осу-
ществлять перемещение протона.
Реакция алкилирования с помощью галоидных алкилов или
олефинов требует лишь очень малых количеств фтористого водо-
рода [126]. Большее количество фтористого водорода необходимо в
тех случаях, когда алкилирование ведется кислородосодержащим
веществом, что отчасти объясняется образованием оксониевых со-
единений с фтористым водородом. Фтористый водород нужен
также для связывания выделяющейся в реакции воды [134].
Результаты реакции алкилирования зависят не только от про-
должительности контакта реагирующих веществ с катализатором
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 75
(1^20 час.), но также от количества и степени разбавления
вводимого в реакцию фтористого водорода. В присутствии боль-
шого количества фтористого водорода взаимодействие фенола
с диизобутиленом приводит к образованию только грет.-п-бутил-
фенола, а в присутствии малых количеств 70-процентного фто-
ристого водорода образуется трет.-п-октилфенол с выходом
в 33,3%. Реакции с триизобутиленом идут аналогичным обра-
зом [138]. Калькотт получил только третичные бутилзамещен-
ные [120].
Интересно, что многие из тех веществ, которые в присутствии
фтористого водорода подвергаются конденсации и полимериза-
ции, могут с успехом применяться в реакциях алкилирования.
Хлористый бутил и хлористый амил при взаимодействии с фто-
ристым водородом образуют хлориды с укороченными и с удли-
ненными цепями. Однако при алкилировании бензола они ведут
себя нормально, т. е. при этом не образуется соответственно
амил- и гексилбензолов [126]. Бензиловый спирт быстро осмо-
ляется в присутствии фтористого водорода, но с бензолом он
реагирует, образуя нормальный продукт реакции с выходом
65—70% и не образуя полимеров [129]. Согласно Калькотту,
в реакциях, катализируемых фтористым водородом [120], ни
изомеризации, ни миграции алкильных групп не происходит, но
все-таки Симонсу удалось наблюдать в реакциях, протекавших
при высоких температурах, несколько примеров явлений изоме-
ризации. Алкилирование бензола н-бутиловым спиртом или
н-бутилацетатом при 100° привело к образованию етор.-бутил-
бензола [130], а нормальный пропиловый спирт дал. изопропил-
бензол:
С6Н6+СН3СН2СН,СН2ОН — -> С6Н5СНСН2СН3.
I
сн3
Простые эфиры реагируют таким же образом [129]. Раньше
принималось, что все эти реакции идут через промежуточное
образование олефинов, однако то обстоятельство, что при вза-
имодействии бензола с оптически активным вторичным бутило-
вым спиртом получается етор.-бутилбензол с заметной, хотя и
слабой оптической активностью, говорит в пользу промежуточ-
ного образования катиона в этой реакции * [139]. Возможность ча-
стичной рацемизации, предшествующей алкилированию, подтвер-
ждается тем, что оптически активный спирт в присутствии фтори-
стого водорода подвергается рацемизации [140]. Это также находит
себе объяснение с точки зрения ионного механизма реакции.
* Образование свободного катиона также должно было бы повлечь потерю
оптической активности. Вероятно реакция идет через активированный ком-
плекс. {Прим, ред.)
76
К- Вихерт
Прайс и Маршал исследовали реакцию алкилирования ани-
зола 2-трихлорметилпропеном (15). В присутствии фтористого
водорода реакция привела к образованию вещества (20) с выхо-
дом 38%. Авторы предполагают следующий механизм алкилиро-
вания. Отщепление иона хлора от вещества (15) приводит
к мезомерному иону, изображаемому структурами (16) и (17).
Этот мезомерный ион является общим как для реакции алкили-
рования, так и для аллильной перегруппировки. В отсутствие
анизола образуется вещество (18). В тех же условиях, в каких
проводилась реакция алкилирования анизола веществом (15),
алкилирование веществом (18) дало конечный продукт реакции
с выходом только в 5% [141]. Ранее предполагалось, что реак-
ция алкилирования осуществляется фтористыми алкилами, обра-
СН2=С—СС13 Н,\->
| — сг ’
СН3
(15)
СН2=С—С?С12 +С1( С1СН2С=СС12
СН. СН3
(16)
СН2С=СС12 —-0C’|Hj-
сн3
(17)
(18)
СН3О-
—СН2С=СС1
2
зовавшимися при действии на алкилирующие агенты фтористого
водорода [17, 120]. Этот механизм оказался вероятным для реак-
ций алкилирования олефинами, циклопропаном и окисью эти-
лена. Однако он непригоден для объяснения алкилирующей спо-
собности спиртов и простых эфиров, так как при взаимодействии
с фтористым водородом они образуют фтористые алкилы с боль-
шим трудом. С другой стороны, обращает на себя внимание тот
факт, что олефины являются лучшими алкилирующими агентами,
чем галоидные алкилы [132]. Согласно другим представлениям,
в промежуточную фазу реакции образуются олефины, и алкили-
рование ароматических углеводородов производят именно они.
Однако дегидратация спиртов в тех условиях, в которых прово-
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 77
дят реакции алкилирования, никогда не наблюдалась. Кроме
того, при помощи этого механизма невозможно объяснить алки-
лирующее действие таких веществ, как бензиловый спирт.
В действительности реакция, вероятно, идет через промежу-
точную стадию образования комплексного органического иона.
Этот комплексный ион присоединяется к двойной связи бензоль-
ного ядра с последующим отщеплением протона или воды:
ROH + HF —> ROHa+ + F"
RCOOR' + 2HF —> RCOOH2+ + R/+ + 2F~.
Аналогичный механизм был предложен для реакции Фриделя и
Крафтса [142]. Этот механизм не противоречит приведенным
выше экспериментальным данным [130, 131, 134] и согласуется
с теорией диссоциации органических веществ во фтористом водо-
роде, развитой Фреденхагеном [88].
АЛКИЛИРОВАНИЕ ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Значительное количество работ по исследованию реакции
алкилирования изопарафинов олефинами в присутствии фтори-
стого водорода с целью получения углеводородов с сильно раз-
ветвленной цепью было опубликовано еще до 1941 г. Однако
этот метод для производства высокооктанового авиационного
бензина в промышленности не применялся из-за недостатка
опыта в работе с жидким фтористым водородом [143]. Другими
катализаторами алкилирования являются хлористый алюминий,
серная кислота, хлористый цирконий и фтористый бор, из кото-
рых только два первых нашли себе применение в промышленно-
сти [2, 144]. В настоящее время метод алкилирования изопара-
финов в присутствии фтористого водорода играет важную роль
в производстве высокооктанового топлива. Подробности про-
цесса производства до последнего времени не были опублико-
ваны.
Алкилирование может рассматриваться как присоединение
изопарафина к двойной связи олефина. Реакции проводились
с изобутаном и олефинами, например пропиленом, бутиленами,
пентеном-2, а также с изопентаном и пропиленом [144]:
СН:—сн + н2с=с—сн3 — -* сн3—с—сн2—снсн3.
II II
СН3 СН3 СНз сн3
Алкилирование обычно сопровождается большим числом побоч-
ных реакций, однако правильным выбором условий реакций
побочные процессы молено снизить до минимума, так что выход
7.3
К. Вихерт
на основной продукт алкилирования (продукт присоединения
одного моля изобутана к олефину) может достигать 80% и
больше. Умеренные температуры (20—45°) и высокое значение
отношения количества изопарафина к олефину (1,5 и выше) спо-
собствуют образованию основного продукта алкилирования.
Обычно продукт реакции полностью насыщен, содержит только
следы фтористых соединений (менее чем 0,01%) и кипит в пре-
делах, установленных для бензина. При алкилировании изобу-
тана изобутиленом продукт реакции представляет собой главным
образом 2,2,4-триметил- и 2,3,4-триметилпентаны [2]. Эти реак-
ции осложняются тем, что первичные продукты алкилирования
подвергаются дальнейшему алкилированию, а также тем, что
происходит крекинг продуктов, присоединение фтористого водо-
рода к олефину с образованием фтористого алкила, полимери-
зация олефинов, изомеризация и многочисленные реакции, сопро-
вождающиеся перемещением водорода. Образование фтористых
алкилов не вредит алкилированию, так как известно, что в при-
сутствии достаточного количества фтористого водорода фтори-
стые алкилы в тех же условиях [145] сами способны алкилировать
изобутан и изопентан.
Для получения высокооктанового топлива применяется почти
исключительно изобутан вследствие своей большой реакционной
способности, доступности и высокому октановому числу получаю-
щегося продукта. Ценные продукты алкилирования дают мно-
гие олефины (пропилен, амилен, бутилен), но чаще всего приме-
няется бутилен, так как он легко может быть получен из очищен-
ной бутанбутиленовой фракции, которая содержит оба компо-
нента реакции [146] *.
В производственном процессе жидкий фтористый водород и
жидкий углеводород перемешивают под давлением до образования
эмульсии. Эмульсию продолжают энергично перемешивать для
равномерного распределения и предотвращения полимеризации
олефина. Избыток изобутана препятствует дальнейшему алкили-
рованию олефином образовавшегося первичного продукта. Чтобы
держать температуру в желательных пределах (20—45°), нет не-
обходимости в специальных охладительных установках и доста-
точно охлаждения водой. Фтористоводородная кислота не должна
быть обязательно безводной; обычно концентрация ее поддержи-
вается от 85 до 90 %.
Метод алкилирования в присутствии фтористого водорода
имеет преимущества перед старыми методами по многим причи-
нам. В противоположность аналогичной реакции под влиянием
* Более современный и полный обзор промышленных процессов см.
Hydrofluoric Acid Alkylation, Phillips Petroleum Co., Bartlesville, Oklahoma
(1946).
Применение фтористого водорода в органическом синтезе
79
серной кислоты эта реакция не требует специальных охладитель-
ных установок. Вместо загрязняющих примесей, характерных для
других методов, при работе в присутствии фтористого водорода
в качестве примесей образуются высококипящие полимерные ве-
щества, к которым примешаны фтористые алкилы и которые рас-
творимы во фтористом водороде. При нагревании полимеры
легко разлагаются.
Химическая устойчивость и физические свойства фтористого
водорода позволяют применять его в очень разнообразных усло-
виях (наибольшим образом удовлетворяющих экономическим или
термодинамическим требованиям), не считаясь с тем, как это
отразится на катализаторе. Упругость паров фтористого водорода
достаточно низка, чтобы с помощью только умеренных давлений
поддерживать его в жидком состоянии. Также достаточно низка
его температура замерзания, что позволяет вести реакцию при
более низких температурах, чем это доступно с другими катали-
заторами, которые становятся в этих условиях вязкими. Большин-
ство реакций алкилирования в присутствии фтористого водорода
проводят при температуре около 25°, но для некоторых реакций
предпочитаются более низкие температуры.
Одним из важных преимуществ реакции с фтористым водо-
родом перед другими является незначительность коррозирующего
действия на стальную аппаратуру, применяющуюся для очистки.
Производственный опыт показывает, как велико в этом отноше-
нии превосходство фтористого водорода перед серной кислотой.
Риск при обращении с фтористым водородом не так серьезен,
а на заводах, где работают с ним, выработаны надёжные пра-
вила безопасности.
Было проведено много опытов алкилирования в присутствии
серной кислоты и один в присутствии фтористого водорода ме-
жду мети л циклопентан ом и смесью «-бутенов [147]. При 55—65°
происходит сложная реакция с образованием смеси октанов,
алкилированных циклогексанов с формулой СюН2о и бицикличе-
ских углеводородов, соответствующих метилциклопентилцикло-
гексану. Из продуктов реакции выделена также смесь ненасы-
щенных углеводородов, содержащих в среднем две двойные связи
на молекулу. Рекомендуется применять в качестве катализатора
смеси фтористого бора и фтористого водорода [148].
Присоединение галоидных алкилов к олефинам в растворе
фтористого водорода было испробовано в одном случае, выход
был весьма невысоким. При реакции между третичным хлористым
бутилом и циклогексеном образуются хлористый циклогексил
с выходом 15, фтористый циклогексил с выходом 11,5 и 1-хлор-З-
трет-бутилциклогексан с выходом 11%. Хлористый циклогексил,
вероятно, получается в результате отщепления хлористого
водорода от галоидного алкила и последующего его присоедине-
so
К. Вихерт
ния к циклогексену. Кроме того, была получена неразделимая
смесь хлоролефинов, тождественная смеси, образующейся при
действии фтористого водорода на третичный хлористый бутил [149].
ЗАМЫКАНИЕ ЦИКЛОВ
Реакции замыкания циклов при каталитическом действии фто-
ристого водорода распадаются на две группы: 1) конденсации ве-
ществ, обладающих двумя функциональными группами с много-
кольчатыми ароматическими соединениями, идущие в пери-поло-
жении, и 2) реакции внутримолекулярного ацилирования. На гра-
нице между этими группами находится конденсация кротоновой
кислоты с многокольчатыми соединениями, которую можно рас-
сматривать или как реакцию алкилирования, сопровождающуюся
внутримолекулярной реакцией ацилирования, или как ацилирова-
ние, сопровождающееся внутримолекулярным алкилированием.
В качестве иллюстрации реакций первой группы могут служить
«ери-конденсации многокольчатых ароматических соединений
с акролеином. В зависимости от условий реакции и индивидуаль-
ных особенностей вводимых в конденсацию ароматических соеди-
нений в реакцию могут вступать 1 или 2 молекулы акролеина. Так,
фенантрен (21) дает частично гидрированный перилен (22), а
9,10-дигидроантрацен (23) превращается в частично гидрирован-
ный 3,4-бензопирен (24), как это показано в приведенных ниже
схемах [20]:
(21) (22)
(23) (24)
Положения двойных связей не показаны, так как эти вещества не
были идентифицированы, но были дегидрированы в соответствую-
щие ароматические соединения. Аллильные соединения и произ-
водные акролеина также способны к конденсации такого типа
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 81
[135]. Гидроксильная группа, находящаяся в одном из пери-поло-
жений, не препятствует реакции, что видно из того, что 1,10-три-
МёТилен-9-оксифенантрен (25), являющийся продуктом восстано-
вления бензатрона, дает [20, 150] при конденсации дигидропери-
лен (26);
(25) (26)
Если вести конденсацию с помощью серной кислоты, то в про-
тивоположность реакциям в присутствии фтористого водорода не
удается ввести в конденсацию с одной молекулой ароматического
соединения более 1 моля акролеина. Обычно в реакцию конден-
сации вводится избыток акролеина и 3—16-кратное количество
фтористого водорода. Реакцию ведут при комнатной температуре.
Время, необходимое для завершения реакции, колеблется от 1
до 4 час. Не всегда необходимо пользоваться безводным фтори-
стым водородом, в некоторых случаях для конденсации достаточен
80-процентный. водный раствор фтористого водорода.
Кроме упомянутых уже реакций, известна конденсация акро-
леина с аценафтеном и а- и ^-нафтолами. В случае аценафтена
получается смесь веществ, дающая с серной кислотой характер-
ную окраску цвета бриллиантовой зелени. Индивидуальных про-
дуктов из этой смеси не выделено. Оба изомерных нафтола дают
при реакции с акролеином в присутствии фтористого водорода
один и тот же продукт — иери-нафтенон (27), который образуется
вместо частично гидрированного циклического кетона [20]:
ОН
I
I II 1^
с ГС сно
V/
сн
(27)
ОН
^сн2
сн
\сно
Калькотт считает, что механизм реакций с акролеином заклю-
чает в себе алкилирование с последующей конденсацией, в кото-
рой участвует альдегидная группа. Следует также принять во
внимание возможность образования в этой реакции промежуточ-
ных продуктов конденсации по альдольному типу, как это
6 Зак. 1739.
82
/< Вихерт
предполагают Балли и Шолл [151]. Однако истинный механизм
реакции пока не выяснен и образование альдоля в промежуточной
стадии не доказано.
В патентной литературе описана другая пери-конденсация, со-
провождающаяся дегидрированием. При нагревании в автоклаве
1,1-бинафтила (28) с фтористым водородом образуется [152] пери-
лен (29):
(28) (29)
Взаимодействие кротоновой кислоты с аценафтеном не отно-
сится, как это можно было ожидать из предыдущего, к пери-кон-
денсации. Продуктом этой реакции [97] является 1'-метил-3'-кето-
2,3-циклопентанаценафтен (30) с выходом 62%:
| || | + НООС СН—СН3 -—> | || I
Ч/\^'\СН—сн..
io I
Хсн2
(39)
Аналогичная конденсация с фенантреном дает смесь метилкето-
циклопентанфенантренов с выходом 26%. Физер предполагает,
что эта реакция является ацилированием, сопровождающимся
внутримолекулярным алкилированием [57], однако наблюдение-
Калькотта [20] о том, что реакции алкилирования в присутствии
фтористого водорода идут легче, чем реакции ацилирования, при-
водит к обратному заключению. Таким образом, вопрос о том,
какова последовательность стадий этой реакции, до сих пор окон-
чательно не решен.
Вторую группу реакций замыкания циклов, которую характе-
ризует внутримолекулярное ацилирование, удобно разделить на
две подгруппы: 1) реакции арилкарбоновых кислот и 2) реакции
Ф- или r-арилзамещенных алифатических кислот. К первой под-
группе относятся реакции бензофенон-, дифенилметан- и диметил-
амин-2-карбоновых кислот, которые при замыкании цикла обра-
зуют производные антрахинона, антрена и акридона [16, 97, 153].
Применение фтористого водорода в органическом синтезе 83
Вместо самих кислот могут быть взяты их производные, например
соли, хлорангидриды, эфиры и амиды:
х= —сн2—,
\/\
v'x/V
II
о
—NH—
Конденсацию проводят при комнатной температуре в течение
1 часа. Кислоту растворяют в 10—12-кратном весовом количе-
стве жидкого фтористого водорода. Продукт реакции выделяют,
отгоняя фтористый водород или выливая реакционную смесь на
лед; выходы 58—75%. Если реакцию проводят при 100—130° под
давлением, то выходы обычно получаются выше 80% даже в тех
случаях, когда фтористый водород взят в 3—4-кратном количе-
стве от веса кислоты. Так как жидкий фтористый водород обычно
легко растворяет вещества, способные к этой реакции, то
конденсации идут в гомогенной среде с прекрасными выходами.
В большинстве случаев предпочитают пользоваться фтористым
водородом с возможно меньшим содержанием воды, однако ино-
гда в качестве конденсирующего средства оказывается эффектив-
ным уже 42-процентный водный раствор фтористого водорода.
С повышением содержания воды замечается уменьшение скоро-
сти реакции, и в присутствии значительных количеств воды для
завершения реакции часто бывает необходимым нагревание под
давлением.
В некоторых случаях реакция конденсации не идет в ожидае-
мом направлении, а иногда вовсе не может быть выполнена.
о-Бензоилбензойная кислота не может быть превращена в антра-
хинон действием фтористого водорода [97], хотя некоторые из ее
производных оказались способными к замыканию цикла. В тех
случаях, когда в положении 3 находится аминогруппа, образуется
циклический амид, а ацилирование ароматического ядра не
идет [16].
С*
«4
К. Вихерт
Циклизация 2-(8-метил-2-нафтилметил)-бензойной кислоты
(31) под влиянием хлористого цинка в уксусном ангидриде приво-
дит к ацетату энольной формы метил-1,2-бензантрона (32), а под
влиянием фтористого водорода замыкание кольца .происходит
в ^-положении [125] и в качестве главного продукта образуется
Г-метил-2,3-бензантрон (33):
! [I !i ZnC1a ч I i! I I
чАсоон \А 1СНзС0,г0 V\Aа
НзСА/ Н°с/А
Г-31)
(32)
(31)
(33)
При циклизации 1-(2-карбоксифенил)-перинафтана (34), по-
видимому, происходит миграция двойных связей, так как в реак-
ции с фтористым водородом образуется 4,4'-триметилен-2,3-
бензофлуоренон (35)вместо Г,9-диметилен-1,2-бензатрона.
I il
НООС—
(34)
(35)
Внутримолекулярные реакции ацилирования арилзамещенных
кислот жирного ряда были широко изучены Физером. Эти иссле-
дования охватили производные бензола, аценафтена, дифенила,
фенантрена, пирена, ретена, нафталина и бензантрацена. Таким
путем были получены тетралон, гидриндон, гидрированные кетоны
ряда 1,2-бензантрацена, пирена, бензопирена и трифенилена [97,
153, 154]. Методика проведения реакций была аналогична описан-
ной выше. Фтористый водород вводили в реакцию в 7—30-крат-
ных весовых количествах по отношению к конденсируемой кис-
лоте. Реакция продолжалась 1—26 час.; выходы обычно превы-
Применение фтористого водорода в органическом синтезе
85
шали 70%. Примером может служить реакция внутримолекуляр-
ного ацилирования у-(2-нафтил)-валериановой кислоты (36), ко-
торая циклизуется [155] с выходом 93% в 4-кето-1-метил-1,2,3,4-
тетрагидрофенантрен (37):
сн3
ноос/ хСНо
СН—СНо I I
%\/%/ „„ ^\/\/
! II I -->1 М
(36) (37)
Внутримолекулярные перц-конденсации не приводят к инди-
видуальным продуктам, так как замыкание цикла может происхо-
дить не только в пери-, но и в орто-положении по отношению
к связанному с ароматическим ядром остатку жирной кислоты.
Так, (1-нафтил)-пропионовая кислота дает с выходами 81—93%
смесь изомерных кетонов [156]. Из этой смеси были выделены
81% пери-нафтанона (38) и 6% 4,5-бензгидриндона-2 (39), обра-
зованного замыканием цикла в положении 2:
СН2СН2СООН
(38) (39)
Попытки циклизовать хлорангидриды кислот, приготовленные
действием пятихлористого фосфора, в присутствии хлористого алю-
миния или хлорного олова приводили к циклическим продуктам
с плохими выходами.
Внутримолекулярное ацилирование тетрагидропроизводного
указанной выше нафтилпропионовой кислоты (40) приводит
к ожидаемому кетону (41) с выходом 99%:
СН3
ноос/ \
(40)
Обработка дигидропроизводного (42) фтористым водородом
при 0° в течение нескольких минут приводит к лактону (43),
86
К. Вихерт
образующемуся с выходом 94%; однако если реакционную смесь
оставляют стоять на 16 час., то получают смесь кетонов. Из
смеси были выделены [157] насыщенный кетон (41), дигидро-
«ери-нафтанон (44) и З'-кето-3,4-дигидро-1,2-циклопентанон -
нафталин (45):
СН2СН2СОСН
(42)
Н1-
i |l I
\/\/
(43)
О
О=/х;
(44)
Оказалось, что фтористый водород является чрезвычайно под-
ходящим реагентом для осуществления подобного рода реакций
замыкания циклов. Известны также случаи циклизации посред-
ством фтористого водорода, где применение старых методов не
давало положительных результатов. Примером могут служить кон-
денсации гидрокоричной кислоты в гидриндон и у-(4-метокси-3-фе-
нил)-фенилмасляной кислоты в 7-метокси-8-фенилтетралон [97].
О
но°?
i II <%^1 I i
ноо9 Н;св о
СбНз QT I ii
сн3о-^\ I 2 Нр CH3O-^V\
I II СН2 > I I! I
А/\СН/
Главным преимуществом этих реакций по сравнению с реак-
циями Фриделя и Крафтса и по сравнению с реакциями, происхо-
дящими при действии пятихлористого фосфора или серной кис-
лоты, является удобство их выполнения и простота выделения
продуктов. Очень часто, если исходные вещества были достаточно
чисты, продукты реакции достигают почти аналитической чистоты
п лишь в весьма редких случаях реакция сопровождается обра-
зованием смолистых веществ.
Литература
87
ЛИТЕРА ТУРА
1. Simons, Ind. Eng. Chem., 32, 178 (1940).
2. Linn, Grosse, Ind. Eng. Chem., 37, 924 (1945).
3. K. Fredenhagen, Gadenbach, Z. anorg. allgem. Chem., 178, 289 (1929);
K. Fredenhagen, герм. пат. 490103.
4 Simons, J. Am. Chem. Soc., 46, 2179 (1924); Inorganic Syntheses, N. Y.,
1939, -г. 1, стр. 134.
5. E. I. du Pont de Nemours, ам. пат. 2047210.
6. Sherwin-Williams Corporation, ам. пат. 2167784.
7. Soc. Anonima Process! Privative Ind., итал. пат. 365502; С., 1941, II, 2982.
8. I. G. Farbenindustrie, A.-G., англ. пат. 387614; фанц. пат. 741966.
9. Е. I. du Pont de Nemours and Co., ам. пат. '2018397, 2047210; I. G. Far-
benindustrie, A.-G., англ. пат. 357438; ам. пат. 1851652; Verein fiir
chemische und metallurgische Production, англ. пат. 289383.
10. Bishop, ам. пат. 2088048.
11. I. G. Farbenindustrie, A.-G., герм. пат. 558465.
12. Meyrhofer, ам. пат. 1701225; Buchner, англ. пат. 234852.
13. I. G. Farbenindustrie, A.-G., англ. пат. 363424.
14. Wiechert, неопубликованные наблюдения.
Г5>. К. Fredenhagen, Gadenbach, Z. physik. Chem., A146, 245 (1930).
16. E. I. du Pont de Nemours, ам. пат. 2174118.
17. Grosse, Linn, J. Org. Chem., 3, 26 (1938).
18. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2005710; Hydrofluoric Acid Alkylation,
Phillips Petroleum Co., Bartlesville, Oklahoma, 1946, стр. 267.
19. Holmberg, Prange, Ind. Eng. Chem., 37, 1030 (1945).
20. Calcott, Tinker, W einmay er, J. Am. Chem. Soc., 61, 949 (1939).
21. E. I. du Pont de Nemours, англ. пат. 406284.
22. Feher, Chem. Met. Eng., 50, № 11, 129 (1943).
23. K. Fredenhagen, H. Fredenhagen, Z. anorg. algem. Chem., 243, 39 (1940).
24. K. Fredenhagen, H. Fredenhagen, Angew. Chem., 52, 189 (1939).
25. Бокемюллер, Органические соединения фтора, Оборонгиз, 1939.
26. Edwards, Ann. Arbor, 1945.
27. C. E. Sun, C.-H. Sze, J. Chinese Chem. Soc., 5, 1 (1937); C, 1937, 1,
4217; C. A., 31, 4192 (1937).
28. Univ. Oil Prod. Co., ам. пат. 2220713.
29. Grosse, Wackner, Linn, J. Phys. Chem., 44, 275 (1940).
30. Simons, Bassler, J. Am. Chem. Soc., 63, 880 (1941).
31. Simons, Meunief, J. Am. Chem. Soc., 63, 1921 (1941).
32. Stand. Oil Develop. Co., ам. пат. 2090772.
.33. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 799432.
.34. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2005707.
35. Klatt, Z. anorg. allgem. Chem., 222, 225 (1935).
36. Simons, Plueddeman, J. Am. Chem. Soc., 65, 12711 (1943).
37. Henne, Hinkamp, J. Am. Chem. Soc., 67, 1194, 1198 (1945).
38. Renoll, J. Am. Chem. Soc., 64, 1115 (1942).
.39. Henne, Haeckl, J. Am. Chem. Soc., 63, 2692 (1941).
40. Henne, Whaley, J. Am. Chem. Soc., 64, 1157 (1942).
41. Pearlson, Brice, Simons, J. Am. Chem. Soc., 67, 1769 (1945).
42, Grosse, Linn, J. Chem. Soc., 64, 2289 (1942); Universal Oil Prod, Co.,
ам. пат. 2287934.
43. Henne, Plueddeman, J. Am. Chem. Soc., 65, 587 (1943).
44. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 621977.
45. I. G. Farbenindustrie A-G., герм. пат. 641878.
46. Eschenbach, герм. пат. 638441.
47. E. I. du Pont de Nemours, англ. пат. 527644.
88
К. Вихерт
48. Simons, Werner, J. Am. Chem. Soc., 64, 1356 (1942).
49. Dimroth, Hilcken, Ber., 54, 3056 (1921).
50. Levy, Schultz, Ann., 210, 144 (1881).
51. Einhard, Betz, Ber., 73, 181 (1Й0).
52. K. Fredenhagen, Z. Elektrochem., '37, 684 (1931).
53. Simons, Herman, J. Am. Chem. Soc., 65, 2064 (1943).
54. Henne, J. Am. Chem. Soc., 60, Г569 (1938); Henne, Renoll, Leicester,
там же, 61, 938 (1939); Henne, Organic Reactions, N. Y., 1944,.
том II, стр. 56.
55. E. I. du Pont de Nemours, ам. пат. 2238242.
56. Imper. Chem. Ind., англ. пат. 468447; ам. пат. 2110369.
57. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2062743; 2058453.
58. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2005709; 2005711.
59. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2005707.
60. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2005705; 2005708; 2005713; герм. пат.
Э52919; англ. пат. 720474; Henne, Organic Reactions, N. Y., 1944,
т. II, стр. 56.
61. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2024095.
62. Kinetic Chemicals, Inc., франц, пат. 46349.
63. I. G. Farbenindustrie, A.-G., англ. пат. 370356.
64. General Motors Corporation, ам. пат. 1973069.
65. Swarts, Bull. soc. chim., 35, 1538 (1924).
66. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2005712.
67. Kinetic Chemicals, Inc., ам. пат. 2230925.
68. Simons, Lewis, J. Am. Chem. Soc., 60, 492 (1938).
69. Scherer, Angew. Chem., 52, 457 (1939).
70. Henne, Organic Reactions, N. Y., 1944, т. II, стр. 62.
71. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 575593.
72. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 745293; Kinetic Chemicals, Inc.,
ам. пат. 1967244.
73. I. G. Farbenindustrie A.-G., англ. пат. 465885; франц, пат. 812531;
герм. пат. 668083.
74. Simons, Ramler, J. Am. Chem. Soc., 65, 389 (1943).
75. I. G. Farbenindustrie A.-G., англ. пат. 459890; франц, пат. 805704.
76. I. G. Farbenindustrie, A.-G., франц, пат. 820796.
77. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 670130; франц, пат. 798421.
78. К. Fredenhagen, Gadenbach, Z. physik. Chem., A 164, 201 (1933).
79. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 820796.
80. I. G. Farbenindustrie A.-G., герм. пат. 600706.
81. Bockemiiller, Organische Fluorverbindungen, Stuttgart, 1936, 55;
Edwards, Ann. Arbor, 1945.
82. Klatt, Z. anorg. allgem. Chem., 232, 398 (1937).
83. C. L. Tseng, G. H. Sze, С. E. Sun, J. Chinese Chem. Soc., 4, 485 (1936);
C., 1937, 1, 3789; C. A., 31, 3903 (1937).
84. C. L. Tseng, T. H.-Ho, J. Chinese Chem. Soc., 4, 335 (1936); C., 1936, II,
2894; C. A., 31, 1010 (1937).
85. 'Meslans, Compt. rend., 115, 1080 (1892); 117, 853 (1894); Ann. Chim., 1,
346 (1894).
86. Societa Anonima Processi Privative Industrial!, итал. пат. 343035; С.,
1937, II, 2432.
87. Klatt, Z. anorg. allgem. Chem., 222, 289 (1935).
88. K. Fredenhagen, Gadenbach, Z. physik. Chem., 164, 176 (1933).
89. Imperial Chemical Industries, англ. пат. 463970; Kinetic Chemicals Inc.,
ам. пат. 2004932.
90. Klatt, Z. anorg. allgem. Chem., 234, 189 (1937).
91. Bigelow, Pearson, Cook, Miller, Jr., J. Am. Chem. Soc., 55, 4616 (1933);
Henne, Organic Reactions, N. Y., 1944, т. II, стр. 69.
92. E. I. du Pont de Nemours, франц, пат. 761946; ам. пат. 2013030.
Литература 89
93. Е. I. du Pont de Nemours, ам. пат. 2227628.
94. ’ Simons, Passino, Archer, J. Am. Chem. Soc., 63, 608 (1941).
95. K. Fredenhagen, герм. пат. 529538.
96. Simons. Archer, Randetl, J. Am. Chem. Soc., 62, 485 (1940).
97. L. F. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc., 61, 1272 (1939).
98. Chemische Fabrik von Heyden A.-G., герм. пат. 532403.
99. Онуфрович, Ber., 17, 835 (1884).
100. Simons, Fleming, Whitmore, Bissinger, J. Am. Chem. Soc., 60, 2267
(1988).
101. Colson, Compt. rend., 122, 243 (1896).
102. Colson, Bull. soc. chim., 17, 59 (1897).
103. K. Fredenhagen, Cadenbach, Angew. Chem., 46, 113 (1933).
104. Simons, Archer, J. Am. Chem. Soc., 62, 1623 (1940).
105. Brauns, J. Am. Chem. Soc., 45, 833, 2381 (1923); 46, 1484 (1924)-
48, 2776 (1926); 49, 3170 (1927); 51, 1820 (1929).
106. Helferich, Bduerlein, Wiegand, Ann., 447, 30 (192’6); Helferich, Gootz..
Ber., 62, 2505 (1929).
107. K. Fredenhagen, Helferich, герм. пат. 521340.
108. Helferich, Biittger, Ann. 476, 150 (1929); Helferich, Starker, Peters,
там же, 482, 183 (1930); Helferich, Peters, там же, 494, 101 (1982).
109. К. Fredenhagen, Helferich, канад. пат. 286179; ам. пат. 1883676;
ам. пат. 1883677.
110. I. G. Farbenindustrie A.-G., франц, пат. 711393; швед пат. 70253;
герм. пат. 560535; 585318; 606009.
111. Mayrhofer, Bohunek, Hoch, австр. пат. 147494; 151241; Liters, Holz'
Roh-u. Werkstoff, 1, 342 (1938).
112. Wiechert, Cellulosechemie, 18, 57 (1940); Klatt, Angew. Chem, 48,
112 (1935).
113. Wiechert, Papierfabrikant, 37, 325, 339 (1939).
1Г4. K- Friedenhagen, герм. пат. 524220.
115. F. Hofmann, Stegemann, герм. пат. 492345.
116. К. Fredenhagen, герм. пат. 551787.
117. Staerker, Диссертация, Greifswald (1930).
118. В. F. Goodrich Co., ам, пат. 2168279.
119. I. G. Farbenindustrie A.-G., ам. пат. 2187185.
120. Calcott, Tinker, Weinmayr, J. Am. Chem. Soc., 61, 1010 (1939).
121. Klatt, Z. physik. Chem. A., 173, 115 (1935).
122. Simons, Passino, J. Am. Chem. Soc., 62, 1624 (1940).
123. Simons, Randall, Archer, J. Am. Chem. Soc., 61, 1795 (1939).
124. L. F. Fieser, Kilmer, J. Am. Chem. Soc., 62, 1354 (1940).
125. L. F. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc, 62, 49 (1940).
126. Simons, Archer, J. Am. Chem. Soc, 60, 986, 2952 (1938).
127. Simons, Archer, J. Am. Chem. Soc. 61, 1521 (1939).
128. E. I. du Pont de Nemours, ам. пат. 2275312.
129. Simons, Archer, J. Am. Chem. Soc, 62, 1623 (1940).
130. Simons, Archer, Randoil, J. Am. Chem. Soc, 61, 1821 (1939).
131. Simons, Archer, Adams, J. Am. Chem. Soc, 60, 2955 (1938).
132. Simons, Bassler, J. Am. Chem. Soc, 63, 880 (1941).
133. Spiegler, Tinker, J. Am. Chem. Soc, 61, 1002 (1939).
134. Simons, Archer, Passino, J. Am. Chem. Soc, 60, 2956 (1938).
135. L. F. Fieser, Joshel, Seligman, J. Am. Chem. Soc, 61, 2134 (1939).
136. Sprauer, Simons, J. Am. Chem. Soc, 64, 648 (1942).
137. Pearlson, Simons, J. Am. Chem. Soc, 67, 352 (1945).
138. Simons, Archer, J. Am. Chem. Soc, 62, 451 (1940).
139. Burwell, Jr., Archer, J. Am. Chem. Soc, 64, 1032 (1942).
140. Burwell, Jr., J. Am. Chem. Soc, 64, 1025 (1942).
141. Price, Marshall, J. Org. Chem, 8, 532 (1943).
•90
К. Вихерт
142. Hiickel, Theoretiche Grundlagen der organische Chemie, Leipzig, 1943,
т. I, стр. 591.
143. Gerhold, Iverson, Nebeck, Newman, Trans. Am. Inst. Chem. Eng., 39,
793 (1943).
144. Universal Oil Products Co., ам. пат. 2267730.
146. Universal Oil Products Co., ам. пат. 2307799.
146. Frey, Chem. & Met. Eng. 50, No 11, 126 (1943).
147. Pines, J. Am. Chem. Soc., 67, 1631 (1945).
148. Universal Oil Products Co., ам. пат. 2340557.
149. Simons, Meunier, J. Am. Chem. Soc., 65, 1269 (1943).
150. E. I. du Pont de Nemours, ам. пат. 2145905.
151. Bally, Scholl, Ber., 44, 1666 (1911).
152. E. I. du Pont de Nemours, ам. пат 2250394.
153. L. E. Fieser, Heyman, J. Am. Chem. Soc., 63, 2333 (1941).
154. L. E. Fieser, W. I. Johnson, J. Am. Chem. Soc., 61, 1647 (1939).
L. E. Fieser, Joshel, там же, 61, 2958 (1939); L. F. Fieser, Clapp,
там же, 63, 319 (1941); L. F. Fieser, Daudt, там же, 63, 782 (1941);
L. F. Fieser, Jones, там же, 64, 1666 (1942); Обзор о замыкании
циклов с помощью фтористого водорода, Органические реакции,
сб. 2, стр. 171, Издатинлит, М., 1949.
155. 117. S. Johnson, Goldman, Schneider, J. Am. Chem. Soc., 67, 1357
(1945).
156. L. E. Fieser, Gates, J. Am. Chem. Soc., 62, 2335 (1940); L. F. Fieser,
Novello, там же, 62, 1855 (1940); Lock, Walter, Ber., 75, 11'63 (1942).
157. W. S. Johnson, H. С. E. Johnson, Petersen, J. Am. Chem. Soc., 67,
1360 (1945).
СТАТЬЯ 3
СИНТЕЗЫ с ПОМОЩЬЮ ДИАЗОМЕТАНА *
Б. Эйстерт
ВВЕДЕНИЕ
Диазометан известен каждому органику в качестве метили-
рующего агента для веществ, обладающих кислотными свой-
ствами, например карбоновых кислот, фенолов и соединений
с энольными группами. Эти соединения при действии диазометана
превращаются в свои метильные производные — сложные или
простые метиловые эфиры. Большое преимущество' диазометана,
по сравнению с другими метилирующими средствами, состоит
в том, что он реагирует в нейтральной среде и не образует неле-
тучих побочных продуктов. Многие из реакций диазометана по-
лучили препаративное и аналитическое значения.
Настоящая статья посвящена главным образом самому диа-
.зометану, однако в некоторых случаях описано также поведение
его гомологов и продуктов замещения.
Прежде чем обратиться к разбору отдельных реакций диазо-
метана, нам придется коротко остановиться на его строении.
СТРОЕНИЕ
Для вещества элементарного состава CH2N2 возможны две
формулы: с трехчленным кольцом (1) и «открытая» (2):
Н N
Н.
)C=N=N
Н N
(1)
(2)
* Из этой статьи мы выпустили описание реакций диазометана с галоид-
ангидридами карбоновых кислот, ведущих к получению высших гомологов
исходных кислот и некоторых их производных, так как эта важная реакция
достаточно подробно описана В. Бахманом и В. Струве [Органические реакции,
сб. 1, Госиноиздат, М., 1948, стр. 53]. Описание отдельных методик, относя-
щихся к этому разделу, представляет самостоятельный интерес и помещено
в конце настоящей статьи. (Прим, ред.)
S2
Б. Эйстерт
В пользу каждой из этих формул можно привести убедитель-
ные доводы [1, 2]. Избрать одну из них, отвергнув вторую, неви-
димому, невозможно. Несколько лет назад Бэрш [3] на основании
данных диффракции электронов показал, что в парах диазометана
оба атома азота и углеродный атом находятся на одной прямой.
Тем самым формула (1), казалось, была окончательно опроверг-
нута. Электронная теория, однако, позволяет примирить обе фор-
мулы [4].
Обычные структурные формулы, как известно, должны выра-
зить лишь тот факт, что между атомами, соединенными валентными
штрихами, существуют какие-то (более или менее) тесные взаимо-
отношения. О природе этих валентностей ничего не говорится.
Электронная теория учит, что следует резко различать два вида
валентностей. С одной стороны, существуют истинные связи,
вызванные обобщением электронных пар (ковалентные связи),
с другой — чисто электростатические ионные отношения, как
в молекуле NaCl (электровалентные связи). Атом азота может
обладать лишь четырьмя ковалентными связями; так называемая
пятая валентность азота всегда является ионной. Следуя этой
точке зрения, можно дать электронную интерпретацию фор-
мулы (2), которая, в зависимости от того, считают ли ионной
связью связь среднего атома азота с другим азотом или с атомом
углерода, выражается формулой (4) или формулой (5).
Н, ZN: Н, .. Н,
)CZ :! >C=N=N: )С—N=N:
Н/+ N: Hz + - Hz" +
(3) (Б (5)
Однако можно полагать, что и в формуле (1) только одна связь
между углеродом и атомами азота является ковалентной, а вторая
связь является электровалентной. Таким образом, из формулы (1)
в результате смещения пары электронов мы получаем электронные
формулы (3) или (5), в зависимости от того, какой заряд, поло-
жительный или отрицательный, приобретает углерод.
Этот подход к решению вопроса о строении диазометана полу-
чает более глубокий смысл благодаря тому, что электронные фор-
мулы (3)—(5) отличаются одним лишь распределением электро-
нов, но не распределением атомных ядер; формула (3) также
может удовлетворять условию, согласно которому оба атома азота
и атом углерода должны находиться на одной прямой. Формулы,
отличающиеся одним лишь распределением электронов, согласно
современным воззрениям, представляют собой предельные состоя-
ния мезомерной системы [4]. Таким образом, предельные фор-
мулы (3) — (5) служат для описания единого, однородного диазо-
метана. Его свойства могут быть учтены на основе одной или
Синтезы с помощью диазометана
93
нескольких таких формул. Кроме того, формулы крайних состоя-
ний являются реакционными; особенно в дальнейшем неодно-
кратно встретится формула (5)*.
ПОЛУЧЕНИЕ
Из известных способов получения диазометана для препара-
тивных целей применяются следующие:
1. Синтез из хлороформа и гидразина [5]. По
этому методу получают газообразный диазометан, являющийся
для некоторых целей более пригодным, чем растворы диазометана,
получающиеся при омылении:
СНС13 + H2N — NH, + зкон —> CH2N2 4- ЗКС14- ЗН5О.
2. Щелочное омыление соединений общей
формулы R—N (СН3) NO, где R — группа, легко отщепляю-
щаяся под влиянием щелочи, например ацильная или п-нитрофе-
нильная. Наиболее известными из относящихся сюда методов
являются омыление нитрозометилуретана (R = СООС2Н5) спир-
товой щелочью по Пехману [6] и гидролиз нитрозометилмочевины
(R = CONH2) с помощью водной щелочи по Вернеру [7] или
Арндту и Аменде [8]:
Н6С2ООС — NCH3NO4-KOH —> CH,N24-KHCO34-C2H5OH,
H2N — СО — NCHgNO + кон —> CH2N2 4- KOCN Н2О.
Подобные методы пригодны для получения гомологов диазо-
метана [9]. Диазометан получают также омылением нитрозометил-
бензамида [6] и метил-п-нитрофенилнитрозамина [9]. Исходные
вещества, применяемые обычно для омыления — нитрозометил-
мочевина или нитрозометилуретан— имеют каждый и преимуще-
ства и недостатки.
Твердая нитрозометилмочевина получается очень удобным пу-
тем и не оказывает раздражающего действия на слизистые обо-
лочки. Однако это вещество достаточно устойчиво лишь на холоду,
при повышенной температуре (около 30°) оно иногда без видимой
* Это утверждение следует признать ошибочным. Как это видно из пре-
дыдущей фразы, автор справедливо считает, что предельные структуры (3)—(5)
служат лишь для «описания единого, однородного диазометана». Являясь
лишь средством описания диазометаиа, имеющего одно вполне определенное
химическое строение, эти структуры реально не существуют и, следовательно,
не могут вступать в реакции.
Здесь же нашла себе отражение и другая ошибочная тенденция автора,
заключающаяся в недопустимо упрощенной трактовке химических реакций.
{Прим. ред.)
94
Б. Эйстерт
причины разлагается с образованием метилизоцианата, азота в
воды:
CHjN(NO) —СО—NH2 •—> CH3NCO + N3+H;O.
Заметное разложение может наблюдаться уже при 20° при хра-
нении в течение нескольких месяцев. При этом вместо метилизо-
цианата образуется его тример-М-триметилциануровая кисло-
та [10].
Жидкий нитрозометилуретан действует раздражающим обра-
зом на слизистые оболочки и получается менее удобным путем.
При хранении не изменяется; однако иногда после многолетнего
хранения начинается самопроизвольное разложение [11]. Поэтому
нитрозоалкильные соединения рекомендуется хранить при темпе-
ратуре ниже 20° в темноте и в сосудах из стекла, по возможности
не содержащего щелочных солей.
Все нитрозометилам'иносоединения подвергаются взрыво-
подобному разложению, когда они в неразбавленном виде сопри-
касаются с крепкой щелочью (см. ниже). Поэтому при получении
диазосоединений необходимо следить за тем, чтобы теплота
реакции отводилась достаточным количеством растворителя, при-
чем полезным оказывается перемешивание, а в некоторых слу-
чаях и внешнее охлаждение (применение стеклянных мешалок
требует особой предосторожности, см. стр. 96).
Для получения растворов диазометана целесообразно исходить
не из нитрозометилуретана, а из нитрозометилмочевины [8, 10].
Преимущество последней состоит не только в том, что ее легко
приготовить из очень дешевого исходного сырья, но также в том*
что при опытах с небольшими количествами можно обойтись без
перегонки. При работе с большими количествами можно пере-
гнать продукт реакции и получить при этом более концентриро-
ванные растворы диазометана, чем из нитрозометилуретана, кото-
рые к тому же не содержат метилового спирта и легко могут быть
освобождены от следов воды. Последнее обстоятельство иногда
является весьма желательным, поскольку гидроксильные соедине-
ния могут оказать значительное каталитическое влияние на неко-
торые реакции диазометана (см. ниже). При употреблении
нитрозометилуретана обычно к его эфирному раствору при-
бавляют раствор щелочи в метиловом спирте и перегоняют всю
Нмолто г» Попоны агНтлпя гтапаунттят Пийзлмртлп и иЯРТТ-.
AJ1UVV1V liu|yuiutl X X LX XX '-•j--' '-'/'-Ч-'* * V 1 МП хх xwx^xx-r
спирта. Если при этом смесь нагревают столь быстро, что
нитрозосоединение не успевает полностью разложиться, то могут
произойти сильные взрывы, так как щелочь в этом случае дей-
ствует на концентрированный раствор нитрозосоединения.
Видоизмененный способ омыления нитрозометилуретана, при
котором получается газообразный диазометан, состоит в том, что-
на нитрозосоединение действуют гликолятом натрия [12].
Синтезы с помощью диазометана 95-
Мало известен тот факт, что нитрозометилуретан в спиртовом
растворе в присутствии каталитических количеств углекислых со-
лей щелочных металлов переходит в диазометан и эфир угольной,
кислоты [13]:
,ОС2Н5 ,ОС2Нг,
О=С< + С2Н5ОН —> О=С< ’ + ch2n2 + н,о.
XN(CH3)NO ХОС211-
Эта реакция позволяет применить диазометан в момент обра-
зования в нейтральной среде. При этом к спиртовому раствору
вводимого в реакцию вещества в присутствии небольшого коли-
чества углекислого калия или аналогичной ему соли прибавляют
нитрозометилуретан с таким расчетом, чтобы образующийся
и тут же вступающий в реакцию диазометан не достигал бы слиш-
ком большой концентрации. Этот способ, однако, пригоден лишь
для тех реакций, которые катализируются гидроксильными соеди-
нениями. Подобным же образом для получения диазометана
можно употреблять и другие N-нитрозоалкиламиносоединения.
В последнее время все более широкое применение находит спо-
соб получения диазометана и его гомологов из нитрозо-^-алкил-
аминоизобутилкетонов [14]:
(сн3)2ссн2сосн3 ch2n2 + (ch3)2c=chcochs + h2o.
CH3NNO
Метод дает отличный выход и основан на применении доступных
исходных веществ. * При хранении нитрозоаминокетоны отли-
чаются значительно большей стойкостью по сравнению с выше-
упомянутыми нитрозосоединениями.
Дизамещенные производные диазометана получаются проще
всего окислением гидразонов кетонов [15]:
R4 R\
>C=N—NH3 —> >C=N2
Rz Rz
Диазоуксусный эфир образуется при взаимодействии хлор-
гидрата эфира гликоколя с азотистокислым натрием [16]:
ROOC — СН2 — NH3C1 + NaNOs —> ROOC — CHN2 + 2H2O Ц- NaCl.
СВОЙСТВА
Диазометан — весьма ядовитый желтый газ с т. кип. —23 и
т. пл. —145°. Необходимо указать на опасность, связанную с об-
ращением с этим весьма реакционноспособным соединением.
Диазометан вызывает припадки астмы обычно через короткое
время, причем чувствительность организма по отношению к ди-
азометану усиливается с течением времени. Взрывчатость же
96
Б. Эйстерт
диазометана обычно переоценивают. В разбавленном растворе
на холоду он довольно устойчив. Неразбавленный жидкий диазо-
метан и его концентрированные растворы, напротив, могут взры-
ваться с большой силой, особенно если присутствуют какие-либо
загрязнения. Газообразный диазометан иногда, даже будучи раз-
бавленным азотом, подвергается взрывоподобному разложению,
особенно при температуре 100° и выше.
По Меервейну [17], причиной взрыва газообразного диазоме-
тана часто является шероховатая поверхность стекла. Поэтому
при работе с диазометаном следует отказаться от пользования
шлифами. Не следует применять также стеклянные мешалки, про-
пущенные через стеклянную трубку, так как при трении мешалки
о стекло может образоваться стеклянная пыль или шероховатая
поверхность.
Причиной большинства несчастных случаев при работе с ди-
азометаном является, однако, не сам диазометан, а взаимодействие
неразбавленных нитрозосоединений с крепкой щелочью, что в осо-
бенности может иметь место при получении диазометана по Пех-
ману [6]. Однако взрывчатые промежуточные соединения обра-
зуются иногда и при реакциях самого диазометана.
Растворы диазометана в эфире или диоксане при низких тем-
пературах разлагаются лишь очень медленно. Быстрее разла-
гаются растворы в спирте и особенно в воде. О взаимодействии
с веществами кислотного характера см. ниже. По отношению
к щелочи диазометан более устойчив. Щелочные металлы вызы-
вают взрывы. Порошкообразная медь, а также твердый хлори-
стый кальций и кусочки пористой глины приводят к энергичному
разложению с выделением азота, причем образуются нераствори-
мые белые хлопья состава (СН2)Ж, называемые полиметиленами.
Этот эффект [18], хотя бы в виде побочной реакции, всегда наблю-
дается при действии растворов диазометана на твердые тела.
РЕАКЦИИ С ВЕЩЕСТВАМИ,
ИМЕЮЩИМИ ПОДВИЖНЫЙ ВОДОРОД
Уже упоминавшаяся наиболее известная реакция диазометана
с соединениями типа X — Н, обладающими достаточно подвижным
атомом водорода* протекает по следующей схеме:
X —H + CH,N3 —> X — н < ch2n2 —> ch5n^x- —> CH3X + N2.
(6) (7)
Короткая стрелка указывает направление смещения электронных
пар. Эти реакции диазометана лучше всего описываются форму-
лой (5), в которой углерод обладает свободной парой электронов,
Синтезы с помощью диазометана 97
за счет чего образуется водородная связь с подвижным протоном
соединения (6). Последующая диссоциация приводит к образо-
ванию соли диазония (7). Последняя теряет N2, и анион X соеди-
няется с катионом метилом, образуя соединения СН3Х. Из этой
схемы видно, что диазометан, замещая подвижный атом водорода
на СНз-группу, атакует водород в том месте, в котором он нахо-
дится в момент воздействия диазометана. Это обстоятельство
особенно существенно при определении строения соединений, для
которых предполагается возможность существования таутомерных
форм. Однако при этом необходимо учесть следующее [19]: если
речь идет о наличии кетоно-энольного равновесия, то факт,
что с диазометаном образуется исключительно эфир энольной
формы, еще не отрицает участия кетонной формы в равновесии,
ибо энольная форма всегда является более кислой, чем соответ-
ствующая кетонная; поэтому энольная форма метилируется пре-
имущественно, даже если она присутствует в смеси лишь в не-
большом количестве. Кроме того, эфир энольной формы может
образоваться обходным путем, через реакцию диазометана с кар-
бонильной группой (см. стр. 114). Если же образуется соедине-
ние, метилированное при углероде, то это показывает, что кетон-
ная форма как таковая обладает в достаточной степени кислот-
ными свойствами, чтобы самостоятельно реагировать с диазо-
метаном.
Соединения, способные к энолизации, в этом случае образуют
одновременно производные, метилированные при углероде и
кислороде. Так, эфир метантрикарбоновой кислоты переходит
одновременно как в эфир этантрикарбоновой кислоты, так и
в производное энольной формы — эфир кетенацетальдикарбоно-
вой кислоты [20]:
,(ROOC)2C(CH3)COOR
(ROOC)2CH — COOR + ch2n/ or
\rooc),c=c/
хосн3
Было доказано, что метилированное при углероде произ-
водное не может образоваться перегруппировкой энольной
формы.
Если, наконец, соединение, испытываемое на наличие энольной
формы, дает исключительно производное, метилированное
при углероде, и не образует даже следов эфира энола, то из этого
следует, что данное соединение не способно энолизироваться. Так,
триметилентрисульфон (8) с диазометаном образует исключи-
тельно продукт (9), дважды метилированный при каждом атоме
углерода, что служит доказательством того, что сульфогруппа,
7 Зак. 1789.
98
Б. Эйстерт
вопреки прежним представлениям, не энолизируется [20]:
Точно так же не энолизируется и циануровая кислота (10), так
как она с диазометаном [21] дает исключительно N-метильное
производное (И). Энолизация карбамидной группы вообще пред-
ставляет собой весьма редкое, наблюдающееся лишь в виде исклю-
чения явление [22]. Диазометан оказал ценные услуги при выяв-
лении ряда особенностей, имеющих место в подобных случаях.
В этой связи следует отметить, что синильная кислота при
взаимодействии с диазометаном образует ацетонитрил и метил-
изонитрил [23]:
HCN-|-CH2N2—>N, + CH3 —CN и СМ —СН3.
Трисульфонилметаны (КЗО2)зСН, обладающие в водном рас-
творе сильнокислыми свойствами, метилируются при углероде
[24, 25].
’Далее, необходимо указать на то, что спиртовые гидроксильные
группы, вопреки широко распространенному мнению, также мо-
гут метилироваться с помощью диазометана, если присутствуют
соседние группы, повышающие кислотность гидроксила, в особен-
ности группы типа COOR [26]. Так, например, гладко метили-
руются гидроксильные группы в тартроновой и мезовинной кисло-
тах и их эфирах.
Слабокислые соединения, согласно Меервейну, целесообразно
метилировать не в эфирном растворе, так как эфир из-за своего
«основного» характера оказывает «нейтрализующее» действие,
а в нейтральных растворителях, например в циклогексане.
Так, трихлорэтиловый спирт в растворе гептана под воздей-
ствием диазометана с хорошим выходом превращается в метило-
вый эфир, в то время как в эфирном растворе реакция совершенно,
не проходит [27]. Данный случай является характерным примером
нейтрализации слабокислых соединений эфиром. Поэтому для по-
давления нежелательных побочных реакций гидроксильных групп
* После отщепления протона от кетонной или энольной формы образуется
анион с двумя нуклеофильными центрами. К какому из них присоединится
катион метил, разумеется, не обусловлено первоначальным энольным или ке-
тонным строением метилируемого вещества. (Прим, ред.)
Синтезы с помощью диазометана
99
всегда целесообразно вести реакцию с диазометаном в эфирном
растворе. С другой стороны, метилирование с помощью диазо-
метана и некоторые его реакции присоединения ускоряются под
каталитическим влиянием воды или спиртов: гликоксл в абсолют-
ном эфире вовсе не реагирует с диазометаном; при прибавлении
небольшого количества воды начинается бурная реакция с образо-
ванием бетаина [28]:
H2N - СН2 — СООН(или H3N—СН2 —СОО”) —> (Н3С)8Й — СН2— СООС
Некоторые альдоксимы реагируют с диазометаном с образованием
как О- так и N-метильных соединений [29]. Значение этой реакции
состоит в том, что она позволяет осуществить синтез редко встре-
чающихся изомеров N-метилзамещенных альдоксимов.
Интересно отметить, что диазометан вступает в реакцию с со-
лями аммония или аминов с образованием метиловых эфиров и
выделением аммиака или аминов [30]. Так, пропионовокислый и
хлористый аммоний при взаимодействии с диазометаном обра-
зуют соответственно метиловый эфир пропионовой кислоты и хло-
ристый метил.
Реакция с диазометаном представляет собой удобный путь по-
лучения метиловых эфиров легко лактонизирующихся оксикислот,
эстерификация которых обычными методами связана со значи-
тельными трудностями. Так, у-окси-у-(п-метоксифенил)-масляная
кислота под действием диазометана переходит в метиловый
эфир [31].
РЕАКЦИИ С КАРБОНИЛЬНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
АЛЬДЕГИДЫ
Мейер [32] наблюдал, что альдегиды реагируют с диазомета-
ном с выделением азота; Шлоттербек [33] установил, что из бенз-
альдегида или энантового альдегида и диазометана образуются
соответствующие метилкетоны. Он предполагал, что эта реакция
является общей для всех альдегидов и что их можно «метилиро-
вать» с помощью диазометана, т. е. водород альдегидной группы
обладает по отношению к диазометану подвижностью, подобной
подвижности водорода кислых соединений.
Этот вывод, однако, полностью противоречит всем остальным
опытным данным, согласно которым альдегидная группа не обла-
дает кислотными свойствами, а может быть дегидрирована, т. е.
водород отщепляется не в виде протона, а в виде атома или даже
в виде аниона водорода [4]. Сам Шлоттербек [34] впоследствии
обнаружил несколько случаев, когда полученные им из альдеги-
дов и диазометана вещества по своим свойствам отличались от
продуктов, которым до тех пор на основании осуществленного
иным путем синтеза приписывали строение соответствующих
7-
100
Б. Эйстерт
метилкетонов. Так, например, он считал, что из хлораля и диазо-
метана им был получен «настоящий» 1,1,1-трихлорацетон; по-
скольку этот продукт обладал совершенно иными свойствами, чем
трихлорацетон, описанный Блэзом [35], он предположил, что Блэз
имел в руках вещество с примесями или даже другой продукт. На
самом же деле данные Блэза оказались совершенно верными [36],
а вещество Шлоттербека в действительности имеет другое строе-
ние (см. ниже).
Несмотря на то, что с тех пор был выяснен ход реакции между
диазометаном и альдегидами и зависимость этой реакции от строе-
ния последних, до настоящего времени в литературе все еще вы-
сказываются подобные ошибочные утверждения относительно
строения продуктов реакции, которым, по Шлоттербеку, без даль-
нейшего рассмотрения приписывают строение метилкетонов.
В этом, возможно, виновато и то обстоятельство, что даже в со-
лидных препаративных работах [37] можно найти указания на то,
что альдегиды с помощью диазометана якобы превращаются в со-
ответствующие метилкетоны.
Современные представления о реакции между альдегидами и
диазометаном, основанные на опытах Арндта и Эйстерта [38],
Меервейна, Мозеттига и их сотрудников, можно подытожить сле-
дующим образом:
Механизм реакции заключается не в метилировании СН-
группы, а в присоединении диазометана к карбонильной группе
альдегида. Получающийся при этом продукт присоединения можно
назвать диазонийбетаином (12) (свободная пара электронов угле-
рода диазометана, реагирующего в соответствии с предельной
формулой (5), вступает в незаполненный октет углеродного атома
поляризованной карбонильной группы):
-> R—С С—Н а-окись
I I
Н Н
:О: Н
I I +
R -.С С—N=X:
I I
н н
(12)
О
II
R-С-СН:;
О
II
C-CH2R
1
н
метилкетон
гомолог исходного
альдегида
| CH-N
ф
Нзс-С—CH..—R,
II
О
а также высшие
а-окиси и кетоны
Синтезы с помощью диазометана
101
Продукт присоединения (12), которому иногда приписывали
строение дигидрофуродиазола, в ряде случаев довольно устойчив.
Однако он всегда (в некоторых случаях для этого необходимо
слабое подогревание) обладает способностью отщеплять элемен-
тарный азот. Остающийся после отщепления азота остаток моле-
кулы может стабилизоваться тремя путями: 1) «коротким замы-
канием» с образованием соответствующей ое-окиси; 2) миграцией
альдегидного водородного атома в виде Н-аниона, т. е. с удержа-
нием пары электронов, причем образуется метилкетон, или
3) «анионотропным» перемещением группы R с образованием го-
молога исходного альдегида. Эти три реакции всегда протекают
параллельно, причем преобладание той или иной реакции зависит
от природы группы R. Образовавшийся гомолог альдегида, есте-
ственно, тотчас же продолжает реагировать по той же схеме,
вследствие чего образуются также и высшие окиси и кетоны. Обра-
зование метилкетона отнюдь не основано на перегруппировке пер-
вично образовавшейся окиси; такая перегруппировка, которая,
согласно Тиффено [39], принципиально может иметь место при по-
вышенных температурах, в условиях реакции с диазометаном не
происходит [40].
Между природой группы R и направлением реакции суще-
ствуют, согласно нашим современным представлениям, следующие
зависимости.
Если R — негативирующая группа [4]*, то почти исключи-
тельно образуется соответствующая oe-окись. Так, продукт воздей-
ствия диазометана на хлораль, который Шлоттербек считал 1,1,1-
трихлор ацетоном, в действительности [41] представляет собой окись
1,1,1-трихлорпропилена (13). Из о-нитробензальдегида получают
[42] интересную и способную к разнообразным превращениям
окись о-нитрофенилэтилена (14):
С13С—СНО —> С13С—СН—сн2
(13)
^\/N°2 Z//NO'2
I II _______> I II
^/\сн-сн,
(14)
Если же R является позитивирующей группой, то образование
соокиси отступает на второй план и вместо этого получается
* Негативирующими группами автор называет те заместители, которые
смещают плотность электронного облака связующих электродных пар по> на-
правлению к заместителю: —ИОг, —SO3H, —СООН, —СС1з и др. (Прим, ред.)
102
Б. Эйстерт
соответствующий метилкетон или гомологичный альдегид; послед-
ний, как уже упоминалось, тут же вновь вступает в реакцию
с диазометаном.
Образование метилкетона (с анионотропным перемещением
водорода) или же гомолога альдегида (с анионоидной миграцией
группы R) и продуктов его дальнейшего превращения зависит от
каталитических влияний. В частности, оказалось, что гидроксиль-
ные соединения, например метиловый спирт, способствуют мигра-
ции R. Так, из пиперонала (15) и свободного от спирта диазо-
метана получают ацетопиперон (16); при прибавлении же мети-
лового спирта образуется окись сафрола (18), представляющая
собой продукт воздействия диазометана на образовавшийся пер-
вично [43] пиперонилацетальдегид (17):
Н2С—О
О—
J-CHO - CH,N.
(15)
Без метилового
спирта
(16)
В присутствии
метилового спирта
(18)
Аналогичные превращения имеют место в случае бензальде-
гида и лг-нитробензальдегида: последний, в отсутствие метилового
спирта, в отличие от своего о-изомера дает не окись фенилэтилена,
а почти количественно л-нитроацетофенон. При прибавлении же
большого количества метилового спирта образуются продукты пре-
вращения .и-нитрофенилацетальдегида [40].
Если, следовательно, из альдегида, строение которого удовле-
творяет поставленным выше условиям (т. е. не содержащего нега-
тивирующей группы R), хотят с хорошим выходом получить метил-
кетон, то необходимо полностью удалить гидроксильные соедине-
ния (метиловый спирт); поэтому целесообразно получить диазо-
метан не из нитрозометилуретана по Пехману, а из нитрозометил-
мочевины. Если же прибавить достаточное количество метилового
Синтезы с помощью диазометана
103
спирта, то в реакцию вступают 2 молекулы диазометана и в ка-
честве главного продукта реакции получают гомологичную й-окись.
Следует отметить, что многие альдегиды в отсутствие метило-
вого спирта с диазометаном не реагируют или же реагируют мед-
ленно. В случае альдегидов, образующих главным образом
й-окиси, прибавление метилового спирта не оказывает вредного
действия; образование й-окиси зависит не от каталитических фак-
торов, а от особенностей строения. Для других альдегидов, обра-
зующих либо метилкетоны, либо продукты дальнейшего превраще-
ния образовавшегося первоначально гомолога альдегида, приба-
вление метилового спирта способствует более быстрому течению
второй реакции. При действии диазометана на формальдегид обра-
зуется смесь различных соединений, содержащая около 28% аце-
тона [44]. Ацетальдегид при реакции с диазометаном дает глав-
ным образом ацетон и продукты его дальнейшего превращения;
образование окиси пропилена не имело места ни в присутствии
катализаторов, ни в отсутствие таковых. В то же время среди
побочных продуктов был найден оксикетон СН3 — СН(ОН) —
— СН2 — СО — СН3, образовавшийся в результате воздействия
2 молей ацетальдегида на 1 моль диазометана [45].
Н НН
I I I сн,сно
СН3-С 4- CH.N. —> СН3—С < С—Н 3---->
II II
о о n2
Н Н Н НН
III II
—> СН3—С—С С—СН3 —> СН3—С—С—С—СН3 -Ь n2.
Ill II t I
о n2 о -> н о н он
Соответствующий побочный продукт был выделен еще Шлот-
тербеком [34] при реакции хлораля с диазометаном. В настоящее
время установлено, что главным продуктом этой реакции является
окись 1,1,2-трихлорэтилена.
о-Нитропиперонал образует с диазометаном, как и о-нитробенз-
альдегид, соответствующую й-окись. В то же время с диазоэтаном
образуется о-нитропиперонилэтилкетон [46]. Вопрос о том, реаги-
руют ли высшие диазоалканы во всех случаях по нормальной
схеме и дают ли они кетоны также и с альдегидами R — СНО, со-
держащими негативирующую группу R, требует дальнейшего
изучения.
Влияние пространственных факторов на направление реакции
(образование й-окиси или кетона) впервые наблюдалось на при-
мере взаимодействия стероидных альдегидов с диазометаном [471.
В то время как ^-оксиальдегиды с эфирным раствором диазо-
метана образуют метилкетоны, стереоизомерные й-оксиальдегиды
104
Б. Эйстерт
при совершенно одинаковых условиях медленно превращаются
в смесь Цис- и транс-окисей.
В ряду сахаров с помощью диазометана можно осуществить
переход альдоз в кетозы; так, например, воздействием диазометана
на тетраацетат альдегидо-</-арабинозы был получен тетраацетат-
1-дезоксикето-</-фруктозы [48].
СН3СООСН2-(СНОСОСН3)3СНО + ch2n2 —>
—> СНЬСООСН2—(СНОСОСН3)3СОСН3+ n2.
Реакция альдегидов с диазометаном интересна не только
в препаративном отношении, но и тем, что она позволяет вы-
явить очень тонкие особенности строения. Как уже упоминалось,
реакция принимает различные направления в зависимости от того,
находится ли нитрогруппа в о- или .и-положенпп по отношению
к альдегидной группе. Таким образом, внедрение лишнего атома
углерода полностью изменяет характер влияния заместителя на
направление реакции. Подобное обращение влияния заместителя
имеет место не только тогда, когда «внедряющийся» атом угле-
рода является звеном ароматического кольца, но и тогда, когда
«внедряется» СН2 группа. В то время, как о-нитробензальдегид
образует исключительно й-окись, из о-нитрофенилацетальдегида
(19) (в отсутствие метилового спирта) с хорошим выходом полу-
чают о-нитрофенилацетон (20). Пиперонал в отсутствие метило-
вого спирта дает соответствующий ацетофенон, в то время как из
гомопиперонала (пиперонилацетальдегида) образуется производ-
ное окиси этилена — окись сафрола (18):
Н2С—О Н2С—О
о_А
। и -> । II
^/^СНО сн3
(15) (16)
Синтезы с помощью диазометана
105
II! — I )
ХСН2СО—СН3
(19) (20)
Таким образом, здесь, невидимому, сказывается влияние заме-
стителя, распространяющееся альтернирующим образом даже че-
рез насыщенную метиленовую группу.
Подобное влияние заместителей, повидимому, быстро затухает
с увеличением расстояния; так, п-нитробензальдегид с диазомета-
ном дает в примерно равных количествах соответствующую
«-окись и ацетофенон [40]. Как известно, введение заместителей,
в п-положение обычно оказывает то же влияние, что- и введение их
в о-положение. Однако в случаях взаимодействия ароматических
альдегидов с диазометаном это правило, повидимому, в полной
мере не выполняется. Систематическое исследование реакции аль-
дегидов с диазбметаном, несомненно, приведет еще к целому ряду
интересных результатов.
Уместно сделать несколько указаний на реакции, с помощью
которых можно открыть или охарактеризовать производные окиси
этилена. Наиболее известными способами являются кислотный
гидролиз их до гликолей и присоединение галоидоводородных
кислот с образованием галоидгидринов. В случае ct-окисей, чув-
ствительных по отношению к кислотам, эти реакции не приводят
к цели. В этом случае галоидгидрины или их ацильные производ-
ные удобно получить непродолжительным нагреванием «-окисей
в пиридине с газообразным хлористым водородом или галоид-
ангидридами кислот [42].
Другая характерная реакция состоит в присоединении уксус-
ного ангидрида в присутствии следов безводного хлорного же-
леза [49]. При этом с разогреванием образуются диацетильные
производные гликолей. Для открытия окисей может служить
также их способность присоединять в присутствии воды диметил-
амин с образованием аминоспиртов [50].
КЕТОНЫ
После того как было выяснено, что реакция альдегидной
группы с диазометаном является не реакцией альдегидного во-
дорода, а реакцией карбонильной группы, были предприняты по-
пытки отыскать соответствующую реакцию также и в ряду ке-
тонов. Арндт и Эйстерт [51] нашли, что кетоны с негативирую-
щими группами R, как и следовало ожидать, с очень хорошим
106
Б. Эйстерт
выходом превращаются в соответствующие окиси. В присутствии
воды или метилового спирта Меервейну и его сотрудникам [52]
удалось ввести в эту реакцию также и обыкновенные кетоны, на-
пример ацетон. При этом они получили одновременно окиси и
гомологи кетонов. Следовательно, кетоны реагируют с диазоме-
таном. по схеме, соответствующей реакции альдегидов:
:О: II
I I
R—С <- C-N=N:
I I
R' П
О
- > R—С—С—Н
R' Н
О н
II I
- > R—С—С—Rz
Н
О и
II I
- > С -С—R
I I
R' Н
Гомологичные кетоны, естественно, вновь могут реагировать
с диазометаном, образуя высшие кетоны и окиси. В случае раз-
ных заместителей R и R' преимущественное образование одного
из двух гомологов кетонов зависит от относительного сродства
заместителей к электрону. Так как смещение является анионо-
тропным, т. е. происходит с захватом электронной пары, то пре-
имущественно будет мигрировать та группа, которая обладает
большим сродством к электрону (например, СНз мигрирует легче,
чем СС13 [40]). В табл. 1 на некоторых примерах показано влия-
ние группы R на выходы различных возможных продуктов реак-
ции.
Наряду с большим или меньшим количеством других
соединений каждый неэнолизирующийся кетон, следовательно,
дает с диазометаном окись, имеющую дополнительную
СН2-группу.
В случаях энолизирующихся кетонов, естественно, с диазоме-
таном реагирует прежде всего «кислая» энольная форма с обра-
зованием метилового эфира энола. От кислотности энола зави-
сит, -станет ли образование энольного эфира единственной реак-
цией или же (и в какой степени) будут иметь место и другие
параллельные реакции. Бензоилуксусный эфир образует исключи-
тельно метиловый эфир энольной формы, ибо здесь энольная
форма обладает сильно выраженными кислотными свойствами.
В то же время равновесный ацетоуксусный эфир с диазоме-
таном. кроме энольного эфира (эфира метоксикротоновой ки-
слоты) , являющегося главным продуктом реакции [53], образует
Синтезы с помощью диазометана
107
также [54] небольшое количество получаемой из кетоформы
окиси (21):
СН3—С—-СН2—COOR СН3—С=СН—COOR
о J. ch2n, он I ch2n2
CHg—C—CH,-COOR CH3—C=CH—COOR
|/° и осн3
(21)
При замене одного из «х-атомов водорода ацетоуксусного эфира
на метильную группу кислотность энольной формы уменьшается
настолько, что образование окиси становится главной реакцией
Таблица 1
Исходное соединение а-Окись Кетон
СН3СОСН ацетон СН3 >с СН2 СН» \о/ окись йсилглг.-диметилэтилена (примерно 40°;о) СН3СОСН2СН3 метилэтилкетон (примерно 2(Р|о)
СН3СОСН2С1 монохлорацетон СНЗХ )С СН2 асн/ \о/ окись хлоризобутилена (примерно 65о/о) С1СН2СОСН2СН3 хлорметилэтилкетон (небольшое количество)
СН3СОСС13 1,1,1-трихлорацетон сн3, V сн2 СС13 \q/ окись 1,1,1-трихлоризобу- тилена (примерно 90°jo) С13ССОСН2СН3 трихлорметилэтилкетон (следы)
ROOC. )СО ROOCZ эфир мезоксалевой кислоты ROOC. >с СН2 ROOCZ \о/ окись эфира асилглг.-этилен- дикарбоновой кислоты
HN—СО ОС у со HN- СО аллоксан Н3С—N-CO ОС ^>с СН2 Н3С -N- СО ° диметилуреид окиси асимм.- этилендикарбоновой кислоты
108
Б. Эйстерт
С другой стороны, если карбонильное соединение дает с ди-
азометаном исключительно л-окись, несмотря на то, что гипотети-
ческая энольная форма должна быть достаточно кислой, чтобы
образовать энольный эфир, то это указывает на отсутствие вся-
кой энолизации. Этим путем Арндт [56] смог показать, что пиро-
виноградная кислота и ее эфиры (22) в нейтральной среде
существуют исключительно в виде кетоформы и не эноли-
зируются. С диазометаном они не дают и следов энольного
эфира.
В то же время можно предсказать теоретически и показать
экспериментально на примере эфира (23), что энольная форма
эфира пировиноградной кислоты должна быть достаточно кис-
лой, чтобы быстро образовать с диазометаном эфир энольной
формы. Вместо этого из эфира пировиноградной кислоты наряду
с небольшими количествами продуктов альдольной конденсации
получается соответствующая окись — эфир-1,2-эпоксиметакрило-
вой кислоты (24):
н3сч Н3С у,-(
)С О -L CH,N,—> N»4- )С—СН, )С=С—COCR
ROOCZ ' " ROOCZ \ / " J—< |
О / \ он
(22) (24) (23)
Циклические кетоны также реагируют с диазометаном по об-
щей схеме, причем получаются соответствующие окиси и наряду
с ними гомологи кетонов с расширенными циклами: миграция R
или R' в этих случаях приводит к расширению кольца.
Мозеттиг и Бургер [57] из циклогексанона (25) и диазометана
в эфирном растворе получили одновременно окись метиленцикло-
гексана (26), суберон (27) и циклооктанон (28):
Н2 с н2 с Н2 с н,с- -СН,
Н2С СН, Н2С СН, н2с 1 сн2
1 1 - -> 1 1 4- 1 4- 1 1
Н,С с=о н,с с—сн2 с=о Н2С со
с7 С О Н,С СН, 1 H.C- 1 -сн2
н. А Но к / \ /
(25) (26) Н2
(27) (28)
Эта реакция была далее
[58] и перенесена на другие
разработана различными авторами
циклические кетоны. При этом ока-
Синтезы с помощью диазометана
109
залось, что не все циклические кетоны претерпевают расширение
кольца с равной легкостью. Выход циклического кетона из цикло-
гексанона достигает для суберона 63%, уменьшается для цикло-
октанона до 45%, циклононанона и циклодеканона до 20%, про-
ходит затем через минимум и увеличивается существенно, лишь
начиная с 15-членного кольца [59]. Эти данные находятся в соот-
ветствии с представлениями Циглера [60] и его работами по син-
тезу циклических кетонов.
Кетен также реагирует с диазометаном с «расширением
кольца» [61]. При действии избытка кетена на диазометан обра-
зуется циклопропанон (29), который можно выделить в форме
гидрата или же (в присутствии метилового спирта) в виде полу-
ацеталя; гидрат при стоянии изомеризуется, образуя пропионо-
вую кислоту. С избытком диазометана из кетена получают цикло-
бутанон (30):
Н2С=С=О + CH2N2 —> Н2С-С=О
Хсн,
или
Н2С—с
/ОН
хон
(29)
Н.,С=С=О + 2CHoN, —> Н,С-С=О
I I
Н,С—сн.
V
СНз—СНо—СООН
(30)
Взаимодействие диазометана с циклобутаноном еще не иссле-
довано; циклопентанон дает главным образом суберон. Таким
образом, реакция' с диазометаном позволяет построить много-
членные циклические системы, исходя из простейших соединений
(кетен).
В ряду циклических кетонов изменить существенным образом
соотношение между окисью этилена и гомологичным кетоном
прибавлением или удалением метилового спирта не удается.
Здесь, невидимому, вообще действуют другие правила, чем у ке-
тонов с открытой цепью, что, возможно, связано с простран-
ственными отношениями. Так, например, а-хлорциклогексанон
образует почти количественно ct-хлорсуберон и лишь незначитель-
ное количество окиси [58]. В то же время метилцикло-
гексаноны дают, как и следовало ожидать, смеси изомерных
метилсуберонов и соответствующих окисей [58]. Реакция расши-
рения кольца была проведена также и с ароматическими цикли-
ческими кетонами. Так, например, флуоренон вступает в реакцию
но
-Б. Эйстерт
с диазометаном, образуя главным образом 9-метоксифенантоеи
[62].
й-Тетралон реагирует с диазометаном с образованием нового
8-членного кольца. Продукт реакции, строение которого оконча-
тельно еще не доказано, повидимому, представляет собой £-ке-
тон [63]:
II
//\/\ //\/
| | 4- ch2n2 —>- | ]
\/\/
Диазоэтан и высшие диазоалканы относятся к циклическим
кетонам аналогично диазометану. Реакция здесь протекает боль-
шей частью с достаточной скоростью уже без добавления мети-
лового спирта; образование окисей при этом имеет второстепен-
ное значение [58].
При взаимодействии циклогексан-1,4-диона и диазометана
была получена смесь различных соединений, среди которых с не-
сомненностью присутствовала соответствующая ди-й-окись [64].
Формулы, предложенные для других продуктов реакции, пред-
ставляются довольно мало вероятными. Можно предполагать, что
эти вещества представляют собой гомологи с расширенными
циклами и окиси.
Эфир индан-1,3-дион-2-карббновой кислоты (31) дает с диа-
зометаном эфир [65] 1,4-диоксинафталин-2-карбоновой кислоты,
или соответствующее 4-метоксисоединение (32):
О
II
(31) (32)
Синтезы с помощью диазометана
Ill
Осталось невыясненным, образуется ли наряду с этим cz-окись.
Изатин (33) при помощи диазометана превращается [66] в 2,3-
диоксихинолин (35) или его метиловый эфир (36). Было пока-
зано [67], что наряду с этим образуется также и ожидаемая
окись (34).
(36)
(35)
Аналогичным образом ведет себя N-оксиизатин [68], из кото-
рого образуется главным образом Ы-метокси-2,3-диоксихинолив
и его 3-метиловый эфир.
Интересно отметить, что при действии диазометана на произ-
водное индандиона (31) метиленовая группа внедряется между
атомами углерода 1 и 2, а в случае изатина и N-оксиизатина —
между карбонильной группой в положении 3 и бензольным ядром.
Причина такого различного поведения состоит в том, что расши-
рение кольца основано на анионотропной миграции групп, свя-
занных с реагирующим карбонилом. Мигрирует всегда та группа,
которая обладает большим сродством к электрону. В случае про-
изводного индандиона (31) это группа СН—COOR, в случае же
изатина — бензольное кольцо (в формулах это указано стрел-
ками).
Следует указать на различное отношение к Диазометану ге-
тероциклических систем, содержащих азот, кислород и серу.
В то время как изатин претерпевает расширение кольца и обра-
зует а-окись, кумарандион и тиокумарандион превращаются
112
Б. Эистерт
Изатин можно рассматривать и как о-хинон. Из других о-хи-
нонов ближе исследовался [68] лишь фенантренхинон, образую-
щий с диазометаном в эфирном растворе в присутствии неболь-
шого количества метилового спирта моноокись (31). Добавляя
большее количество метилового спирта, получают маслянистый
продукт, являющийся, согласно Бильтцу [70], метиленовым эфи-
ром фенантренгидрохинона:
Метиленовый эфир получается также из бензила [70]:
Камферхинон реагирует с диазометаном, образуя соединение не-
известного строения, содержащее на две метиленовые группы
больше, чем исходный кетон [71].
В реакциях между л-хинонами и диазометаном участвует
большей частью не карбонильная группа, а двойные углеродные
Синтезы с помощью диазометана
113
связи (см. ниже). Имеются, однако, данные, согласно которым
дурохинон реагирует с диазометаном с расширением кольца, об-
разуя, вероятно, гомологическое соединение [72].
Как было показано на нескольких примерах [73], алифатиче-
ские се-оксикетоны и их эфиры особенно легко вступают в реак-
цию с диазометаном. При этом получают главным образом соот-
ветствующие се-окиси и наряду с ними продукты взаимодействия
2 молей оксикетона с 1 молем диазометана, представляющие со-
бой циклические кетоацетали:
СН2ОСН3 СН,ОСН3
RCOCH2OCH3 ——R—L + R—С----О. ,R
I /О | >С<
CHf СН2—0х ХСН2ОСН3
Метилкетоны или гомологи альдегидов и продукты их даль-
нейшего превращения при этих реакциях не образуются.
В то же время бензоилкарбинол и его метиловый эфир с диа-
зометаном медленно превращаются в гомологичный фенацетил-
карбинол, который затем легко вступает в дальнейшее взаимо-
действие с диазометаном, образуя алифатические л-оксикетоны,
окись и циклические ацетали:
СЬН5СОСН2ОН + CH2N2 —> СвН5СН2СОСН2ОН
CHN,
СН2ОН
С6Н6СН2—
I/O
сн/
СН2ОН
I
с6н6сн2—с—ох ,СН2СвН5
1 /с\
сн2—СИ ХСН2ОН
Кетозы, например пентаацетат кето-с?-фруктозы, при дей-
ствии диазометана с хорошим выходом превращаются в at-оки-
си [74]:
СН2ОСОСН3 СН2ОСОСН3
I |/°\
с=о с—сн2
I + CH,N„ —> |
(СНОСОСН3)3 " (СНОСОСН3)2
I I
СН2ОСОСН3 СН2ОСОСН3
Диазоуксусный эфир иногда реагирует с карбонильными со-
единениями не так, как диазометан. Так, например, при взаимо-
действии аллоксана с диазоуксусным эфиром последний присо-
единяется к карбонильной группе с образованием диалурилдиазо-
уксусного эфира [75]:
zNH—СОЧ .NH-CO. .ОН
0С( >С0 + N2CHCOOC2H5 —> 0С<
-NH—COZ ^NH—СО/ \CN,COOC,H-,.
8 Зак. 1789.
114
Б. Эйстерт
Согласно предварительному сообщению Меервейна [76], в при-
сутствии катализаторов в реакцию с диазометаном вступают
также и некоторые эфиры, амиды карбоновых кислот и окись
углерода; он получил из этилового эфира трихлоруксусной кис-
лоты и диазометана смесь соединений, однако подробно ее не ис-
следовал [77].
НЕПРЯМОЕ МЕТИЛИРОВАНИЕ НЕЭНОЛИЗИРУЮЩИХСЯ КЕТОНОВ
С ОБРАЗОВАНИЕМ ЭФИРОВ ЭНОЛЬНЫХ ФОРМ
Кетоны общей формулы RSO2CH2COR' с диазометаном с хо-
рошим выходом образуют соответствующие метиловые эфиры
энола, не обнаруживая каких-либо признаков энолизации [78].
Эту реакцию также следует рассматривать как реакцию карбо-
нильной группы (а не соответствующего энола). Здесь диазоме-
тан присоединяется не к атому углерода карбонильной группы
(как это имеет место при образовании окиси, см. выше), а к кис-
лороду, причем диазометан реагирует в соответствии с формулой
(3) *•
R—SO2-CH2—С—R' R—SO2—СН=С—R'
: О СН2—N=N : * О-СН2—Н -J-: N=N:
Продукт присоединения отщепляет молекулярный азот, после
чего протон СНг-группы, активированной соседней сульфогруп-
пой (однако не в такой степени, чтобы реагировать с диазомета-
ном), переходит к метилену диазометана, причем образуется эфир
энольной формы.
Таким образом, реакция карбонильной группы с диазомета-
ном может осуществляться следующими путями:
1. Образование эфира энольной формы: а) из энольной формы,
если карбонильное соединение способно энолизироваться; б) «не-
прямым» метилированием, если карбонильное соединение неспо-
собно энолизироваться, но рядом с карбонилом находится доста-
точно кислая СН-группа.
2. Образование cf-окиси: а) у соединений, способных энолизи-
роваться, образование сб-окиси имеет место наряду с реакцией
образования энольного эфира, если энольная форма обладает
лишь слабокислотными свойствами; б) у неспособных к эноли-
зации соединений окись образуется наряду с гомосоединениями
(см. выше). Образованию окиси особенно способствует наличие
«позитированного» атома по соседству с карбонилом.
3. Образование гомологов карбонильных соединений проис-
ходит наряду с образованием сб-окисей главным образом у
* См. примечание на стр. 93 (Прим, ред.)
Синтезы с помощью диазометана
115
неэнолизирующихся соединений. Катализируется гидроксильными:
соединениями.
4. Образование С-метильного производного (если кетонная
форма обладает достаточной степенью кислотности) у соедине-
ний, способных к энолизации, имеет место наряду с реакцией
образования энольного эфира.
ТИОКАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Тиокарбонильные соединения по отношению к диазометану
обнаруживают лишь небольшое сходство с карбонильными соеди-
нениями. Тиоальдегиды и алифатические тиокетоны, как из-
вестно, в мономерной форме неустойчивы. Ароматические тио-
кетоны, по имеющимся в настоящее время данным, могут
реагировать следующим образом.
Большинство тиокетонов, например тиобензофенон, 4-тиохро-
моны и др., реагируют таким образом, что 2 молекулы кетона
присоединяют одну СН2-группу, образуя метиленовый эфир
1,2-димеркаптана [79]:
2(СбН5)2С=8 -f- CH2N2 —> (С6Н5)2С—С(СвН6)2 —> (С6НВ)2С=С(С6Н6)2
S S (38)
(37)
Метиленовый эфир (37) при нагревании или при обработке
фениллитием переходит в тетраарилэтилен (38).
Производные этиленсульфида, образование которых соответ-
ствует образованию се-окисей из кетонов, до настоящего времени
были получены [80] лишь при взаимодействии диазометана с тио-
кетоном Михлера (39) и при реакции дифенилдиазометана [81]
с 9-тиоксантоном (40):
(CH3)2N—(CH3)2N-^_^x
32 c=s + ch2n2—> n2+ 2Z c-ch2
(CH3)2N— (CH3)2N-^ W
о/_^>C=S (Cff5)gCNM- n2+ о/ ^>C-C(C6H6)2
A—S
(40)
Производные этиленсульфида, кроме того, образуются при
действии диазометана и его гомологов на производные тионуголь-
ной кислоты, например на ариловые и тиоариловые эфиры
8*
116
Б. Эйстерт
тионугольной кислоты и ее хлор ангидриды [82]:
C6H5O-C-OCSH6+R2CN2 —> N2+CeH6O-C-OCeH5
s sf I
XCR2
В то время как карбонильная группа угольной кислоты и кар-
боновых кислот не реагирует с диазометаном, C=S-rpynna про-
изводных тионугольной кислоты (находящаяся под влиянием
электростатического эффекта ароксигруппы) ведет себя при-
мерно как нормальная кетогруппа; точно так же и C=S-rpynna
тиокетонов ведет себя как обыкновенная кетогруппа лишь тогда,
когда она находится под влиянием сильного электростатического
эффекта [4], например в тиокетоне Михлера (39) или 9-тиоксан-
тоне (40).
ДИАЗОМЕТАН И ВЕЩЕСТВА
С КРАТНЫМИ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫМИ СВЯЗЯМИ
К ацетилену диазометан присоединяется [83] с образованием
пирзола (41); с этиленом он образует [84] пиразолин (42):
H-CsC—Н + CH2N2 —> Н—С=С—Н
I I
Н—С N—Н
V
(41)
НН НН
II II
Н—С=С—Н 4- ch2n2 —> н—с—с-н
н—А А-н
% /
N
(42)
При этих реакциях один атом водорода метиленовой группы
диазометана перемещается, как это видно из приведенных схем,
к более отдаленному N-атому диазогруппы. К подобным реак-
циям [85] относится также и происходящая при комнатной тем-
пературе изомеризация винилдиазометана (43) в пиразол (44):
Н—С=СН2 н—с=с—н
I —> I I
Н—C=N2 Н-С N—Н
ч /
(43) N
(44)
Замещенные этилены также могут присоединить диазометан
с образованием пиразолинов; однако наряду с этим в зависимо-
сти от природы заместителей получаются также и другие про-
Синтезы с помощью диазометана
117
дукты реакции. Подытоживая имеющиеся в этой, пока еще мало
исследованной области данные, можно сделать вывод, что реак-
ции двойной углерод-углеродной связи с диазометаном сходны
с реакциями карбонильной группы. Реакция, повидимому, и здесь
начинается присоединением к поляризованной двойной связи
электронной пары, принадлежащей атому углерода диазометана
(5). При этом образуется сначала диазонийбетаин (45):
н
R—СН
II “I- CH2N2 —*
R'— СН
CH2ft=N:
R—С «-
R'—С Г
Н
(45)
Первичный продукт присоединения (45) может стабилизо-
ваться с миграцией одного из протонов СН2-группы диазометана,
образуя пиразолиновое кольцо. Однако соединение (45) может и
отщепить молекулярный Na (аналогично первичному продукту
присоединения диазометана к карбонильной группе); после от-
щепления Na остаток может либо образовать «коротким замы-
канием» трехчленное кольцо [в данном случае триметиленовое
кольцо (47)], либо превратиться путем анионотропного смещения
водорода в «метильное» производное (46), либо же дать путем
анионотропной миграции R гомолог исходного непредельного со-
единения (48):
н
I
—> R—С------С—Н
II I
R' — С Н
Н (46)
Н
(49)
v.11.8
Б. Эйстерт
• Все эти превращения были осуществлены экспериментально,
однако их условия, как указано выше, до сих пор систематически
еще не исследовались. Признаки того, что образованию пиразо-
.лина предшествует присоединение диазометана, приводящее
.к «неустойчивому диазоангидриду», были замечены уже Пехма-
ном [86]. Эти первичные продукты присоединения устойчивы в те-
чение некоторого времени, особенно если R' обладает поляризуе-
мой двойной связью,- т. е. главным образом в том случае, когда
R' — карбонильная группа. В этом случае присоединением диа-
зометана в положение 1,4 образуются диазонийэнолбетаины (50),
распадающиеся через карбенийбетаины (45):
R—СН=СН—C—R' + CH2N2 —> R—СН-СН=С—R'
II t I-
О СН2 : О :
+ N=N:
(50)
Ауверс [87] доказал, что метиленовая группа диазометана при
реакции с сецВ-непредельными эфирами и кетонами присоеди-
няется всегда к g-атому углерода. Следовательно, из акрилового
эфира и диазометана по схеме (50)—(45)—(49) получается эфир
пиразолин-5-карбоновой кислоты (51). Из бензальацетофенона (52)
соответственно образуется [88] 4-фенил-5-бензоилпиразолин (53):
Н»С=СН—COOR + CH2N2 —► Н2С---СН—COOR
I I
С N—Н
(51)
CGH5—СН=СН-СО-С6Н6 + CH2N2 —> С6Н5-СН—СН-СО-С6Н5
/-ОЧ 1 I
(э2) НС NH
"Ч /
N
(53)
Эфиры фумаровой кислоты мгновенно присоединяют диазо-
метан, образуя эфиры пиразолиндикарбоновой кислоты [83, 88].
Пиразолины распадаются, как правило, при нагревании с вы-
делением азота, причем образуются производные циклопропана
[89]. В некоторых случаях при воздействии диазометана на оле-
фины получается не соответствующий пиразолин, а непосред-
ственно производное циклопрапана. Так, бифениленэтилен с
Синтезы с помощью диазометана
119
диазометаном дает [90] производное циклопропана (54):
СН2
II
/X /Сч
Н2С——;СН2
(54)
Эта реакция была использована [91] при синтезе туяна (55):
Н3(\ ,СООС,Н5 Н.(\ .СООС2Н5
)С<
Н2С---С—С8Н7
Н2С----с—С3Н7
н»сч ,н
омыление и
декарбоксилирование
Н2<
сн2
-С3Н7
(55)
Она была осуществлена также с соединениями ряда пиррола
[92] и с окисью мезитила [93].
Приводящая к «метильному замещенному» (46) реакция оле-
финов с диазометаном наблюдалась [94] в случае производного
нафтохинона:
О
^\/"\/СН(СбН5)2
о
^\/\/сн(с6н6)2
\/\/ \/\/\СНч
II II 8
о о
При взаимодействии диазометана с производными л-пирона,
содержащими отрицательный заместитель в положении 5, проис-'
ходит аналогичное метилирование [95] в положении 6:
СН8ООСч СН3ООСх ,4
I Lo + Il Lo
б7 сн/ о
Если группа СООСН3 в положении 5 отсутствует, то соответ-
ствующая реакция не имеет места. Метиловый эфир л-цианкро-
тоновой кислоты также метилируется диазометаном, образуя ме-
тиловый эфир изопропилиденциануксусной кислоты [96].
120
Б. Эйстерт
Подобным же образом реагирует с диазоуксусным эфиром
индол, превращаясь в этиловый эфир 3-индолилуксусной кислоты
[97]:
СН,СООС2Н5
N N
Н Н
Образование гомологов (48) с анионотропной миграцией
группы R наблюдалось наряду с остальными реакциями пока
лишь в случае реакций диазометана с ароматическими соедине-
ниями. Так, из бензола и диазоуксусного эфира, по Бухнеру [98],
был получен эфир норкарадиенкарбоновой кислоты (56), превра-
щающийся при нагревании в эфиры фенилуксусной (57) и цикло-
гептатриенкарбоновой (58) кислот:
Н
СН,- COOR
| || + n2chcoor —> N2 + |
СН—COOR
(57)
Н
(56)
;сн—coor
(58)
Вполне вероятно, что при дальнейшем систематическом иссле-
довании реакций диазометана с олефинами будут найдены дру-
гие случаи, в которых образуются «метильные замещенные» (46)
или «гомосоединения» (48), и что эти реакции смогут быть ис-
пользованы в препаративных целях.
Следует указать на интересный синтез азулена (59), при кото-
ром продукт взаимодействия индана с диазоуксусным эфиром
омыляется и затем нагревается с палладием на угле. При этом
происходит одновременно декарбоксилирование и дегидрирова-
ние и образуется циклическая система азулена [99]:
омыление, затем
нагревание с палла-
дием на угле
4*
Синтезы с помощью диазометана
12Г
Сопряженные диены обычно присоединяют диазометан в по-
ложении 1,2, причем получаются 5-винилпиразолины, которые
при известных условиях могут реагировать дальше, образуя дипи-
разолины. Так, бутадиен с 1 молем диазометана дает 5-винил-
пиразолин, а с 2 молями — 5,5'-дипиразолин [100]:
Н2С сн—сн=сн2 Н2С—сн—сн—сн.,
II —> I I II
НС NH НС NH HN сн
'W \ / \
N N N
Н2С=СН—СН=СН2
Соответственным образом присоединяется и диазоуксусный
эфир. При нагревании образуются соответствующие производные
циклопропана. В тех случаях, когда атомы углерода в положении 1
и 4 соединены с отрицательными группами, например СООС2Н5,
происходит 1,4-присоединение диазометана. Так, муконовая кис-
лота присоединяет диаэометан в положении 1,4, причем отщеп-
ляется азот и образуется [101] эфир Д4-циклопентен-1,3-дикарбо-
новой кислоты ;(60):
СН=СН—COOR СН—СН----COOR
| +CH2N2 —► N2+ || \сн2
СН=СН—COOR CH—CH----COOR.
(60)
ДИАЗОМЕТАН И СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ
Раствор трифенилметила быстро обесцвечивается диазомета-
ном с выделением азота; при этом два трифенилметиловых
остатка соединяются с метиленовой группой диазометана, обра-
зуя гексафенилпропан [102]:
2(CeH5)3C + CH2N2 —> (С6Н6)3С- СН2— С(С6Н6)3+ N2.
Повидимому, аналогичным образом ведут себя и другие ра-
дикалы, а также и те вещества, для которых на основании опыт-
ных данных принято считать, что они при известных условиях
могут распадаться на свободные радикалы, как, например, неко-
торые ароматические дисульфиды [103]:
С6Н6- S—S— C6HS + CH2N2 —► N2 + С6Н5- S—СН2—S—С6Н5.
В связь с этой реакцией может быть поставлено также и об-
разование метиленовых эфиров из диазометана и тиокетонов, о
котором упоминалось на стр. 115.
2(C6H5)2C=S + CH2N2 —>- N, + (С6Н-),С-С(С6Н5)2
S S
ЧСН2
122
Б. Эйстерт
Подобные параллели проводились главным образом Шенбер-
гом [104], предложившим «бирадикальные» формулы как для
тиокарбонильной группы, так и для диазометана. Магнитные из-
мерения показали, однако, что ни тиокетоны, ни диазометан не
имеют парамагнитных свойств; они, следовательно, не являются
настоящими свободными радикалами [105, 106].
Первичным продуктом термического распада диазометана
является свободный метилен, химическая природа которого про-
является в том, что при его действии, так же как при действии
свободного радикала метила, исчезают зеркала таких металлов,
как Те, Se, Sb и As, но не Zn, Cd, Tl, Pb, Bi [107]. Однако все
же свойства свободного метилена ближе к свойствам весьма
реакционноспособной молекулы, чем к свойствам свободного ра-
дикала [108]. Согласно современным теоретическим взглядам, это
объясняется тем, что две «свободные валентности» метилена не
являются двумя независимыми электронами, а представляют со-
бой два электрона с антипараллельными спинами *, т. е. симво-
лизируются парой электронов и незаполненным октетом:
н\
и
н 7
Интересную реакцию диазометана представляет собой взаи-
модействие диа^ометана с комплексным соединением хлористого
цинка и эфира [109]:
(C2H6)2O + ZnCl2+ 2CH2Nr—> Н5С2—С2НБ + С1-СН,—СН2—Cl -ф 2N2 -fZnO.
При этом из метиленовых групп двух молекул диазометана
образуется 1,2-дихлорэтан, в то время как две этильные группы
эфира, соединяясь, образуют бутан.
ДРУГИЕ РЕАКЦИИ ДИАЗОМЕТАНА
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДИАЗОГРУПП
Диазокетоны восстанавливаются сероводородом до гидразо-
нов замещенных глиоксалей [НО]:
RCOCHN2 + H2S —> RCOCH=NNH2 -ф S.
Диазоуксусный эфир в слабощелочном растворе восстанавли-
вается водородом в присутствии палладия до этилацетата [111];
в присутствии амальгамы алюминия или цинковой пыли в уксус-
ной кислоте диазоуксусный эфир восстанавливается до аммиака
и глицина [112].
* То есть два спаренных электрона. (Прим, ред.)
Синтезы с помощью диазометана
123
РЕАКЦИИ С МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
.Диазометан присоединяет 2 молекулы фенилмагнийбромида,
образуя продукт, превращающийся при гидролизе в 1-фенил-
2-бензилгидразин [1131:
CH2N2 + C6H6MgBr —> ch2=n-n-c6h6 SH^gBr^
MgBr
—> C6H5CH,N----N— C6H5 —> CeH5CH2NHNHC6H5.
MgBr MgBr
При взаимодействии бензил- или бутилмагнийхлорида с диа-
зометаном в результате ряда сложных реакций после гидролиза
получают метилбензил-(или метилбутил-)-гидразин [113]:
CH2N2 + CeH5CH2MgCl —>• CH8NHNHCH2C8H5,
CH2N2 + C4H8MgBr —> ch8nhnhc4h9.
При реакции дифенилдиазометана с фенилмагнийбромидом
в результате «нормального присоединения» после гидролиза об-
разуется фенилгидразон бензофенона [ИЗ]:
(C6Hs)2CN, + C6H5MgBr—> (C8H5)2C=N—N—С8Н5—>• (CeH3)2C=NNH(C6H5)
I
MgBr
При пропускании газообразного диазометана в эфирный рас-
твор треххлористого мышьяка образуются Cl2As—СН2С1 и
C1As(CH2C1)2 [И4]. Подобным же образом реагирует и сулема
[И5].
ПЕРЕГРУППИРОВКИ
Иногда диазометан, не вступая непосредственно в реакцию,
действует дегидратирующим образом. Так, диацетилацетон под
действием диазометана превращается в диметилпирон [116].
Были отмечены также случаи образования лактонов под дей-
ствием диазометана [117]. Замыканием кольца может сопрово-
ждаться и реакция диазометана с псевдомочевой кислотой [118].
С другой стороны, воздействие диазометана в присутствии
метилового спирта иногда может привести к расщеплению лакто-
нового кольца с образованием метилового эфира оксикислоты.
Так, например, валеролактон образует при реакции с диазомета-
ном метиловый эфир 4-оксипентановой кислоты [119]. В этих же
условиях легко осуществляется разрыв азлактонового кольца [120]:
С6Н5СН=С---N C6H5CH=CNHCOC6H5.
I II 1
о=с с—с6н5 <Ьоосн3
о
124
Б. Эйстерт
Кумариновое кольцо под действием диазометана расщепляется
с одновременным метилированием карбоксила и фенольного гид-
роксила; наряду с этим одна молекула диазометана присоеди-
няется к двойной связи [119]:
N
м \н2
^\/\ ^^/СН-СНСООСНд.
! !i Lo—*1 il
^ОСНз
Интересное превращение представляет собой реакция диазоме-
тана с сахарной кислотой, сопровождающаяся разрывом одного
лактонового кольца и одновременным замыканием другого [121].
Следует отметить, что при действии диазометана на аце-
тильные соединения в присутствии гидроксилсодержащих соеди-
нений ацетильные группы заменяются частично или полностью
на метильные [122]. В отсутствие гидроксилсодержащих соедине-
ний ацетильные группы не затрагиваются.
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ МЕТИЛИРОВАНИЯ ДИАЗОМЕТАНОМ
В случае самопроизвольно разлагающихся соединений, диазо-
метан может ускорить разложение, метилируя продукты распада
и тем самым связывая их. Так, например, при действии диазоме-
тана на нитромочевину в результате метилирования продуктов
распада образуются диметилнитрамид и метиловый эфир изо-
циановой кислоты [123]. п-Толуолсульфгидроксамовая кислота
под действием диазометана дает наряду с нормальным продук-
том метилирования также и метильное производное продукта
распада — метиловый эфир п-толуолсульфиновой кислоты [124].
Диазометан вступает в реакцию с хлористым нитрилом (С1—
NO2), образуя хлорнитрометан [125]. Были исследованы также
реакции диазометана с азо-[126] и нитрозосоединениями [127].
Было отмечено, что диазометан на солнечном свету реагирует
с соединениями типа R—Н [128]. Так, например, тетрагидрофу-
ран в этих условиях образует смесь 2- и 3-метилтетрагидрофура-
нов.
Данные о некоторых других реакциях диазометана приведены
в справочнике Губена [129].
Наконец, необходимо упомянуть о так называемом изодиазо-
метане, образующемся в форме натриевой соли при взаимодей-
ствии трифенилметилнатрия с диазометаном [130]. Диазометан,
следовательно, представляет собой слабую кислоту. Анион на-
триевой соли, образующейся при действии трифенилметилнатрия
Синтезы с помощью диазометана
125
имеет меэомерное строение, описываемое формулами (61) и (62):
H2CN2+(C6H5)3CNa —> (СвН5)3СН + [н—С—N=N H-C=N=NNa+.
(61) (62)
При осторожной подкислении натриевой соли наряду с исход-
ным диазометаном получают изодиазометан HC=N=N—Н в за-
висимости от того, присоединяется ли протон к углероду или
к азоту.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ВЕЩЕСТВ
И НЕКОТОРЫЕ СИНТЕЗЫ С ПОМОЩЬЮ ДИАЗОМЕТАНА
НИТРОЗОМЕТИЛМОЧЕВИНА [10, 131]
100 г хлоргидрата метиламина и 300 г мочевины растворяют
в 400 мл воды и нагревают раствор в течение 3 час. до слабого
кипения. Затем раствор энергично кипятят в течение 15 мин.
К раствору, содержащему теперь, кроме избыточной мочевины,
метилмочевину и хлористый аммоний, прибавляют 110 г азотисто-
кислого натрия. Раствор охлаждают до —10° и медленно вли-
вают при энергичном помешивании в охлажденную льдом с солью
смесь 600 г льда и ПО г концентрированной серной кислоты.
Нитрозометилмочевина сразу же выпадает в виде кристаллов.
Через некоторое время кристаллы отсасывают и промывают во-
дой. Препарат лучше всего сушить на пористой глине в не слиш-
ком теплом месте; выход НО—122 г. Рекомендуется хранить пре-
парат в коричневых бутылях в холодильнике. При температу-
рах, превышающих 20°, может произойти внезапное разложение
(образование метилизоцианата). При хранении в течение не-
скольких месяцев при температуре ниже 20° продукт также под-
вергается заметному разложению, причем образуется N-триме-
тилциануровая кислота. Старые препараты очищают перекри-
сталлизацией из метилового спирта. Аналогично получаются и
другие нитрозоалкилмочевины.
НИТРОЗОМЕТИЛУРЕТАН
Получение метилуретана [132]. В 2-литровую
колбу, снабженную двумя капельными воронками, термометром
и механической мешалкой, помещают 300 мл эфира и 186 г
33-процентного водного раствора метиламина. Смесь охлаждают
примерно до 5° и при хорошем перемешивании прибавляют по-
степенно по каплям 217 г этилового эфира хлоругольной кислоты,
причем температура не должна подниматься выше 5°. После
внесения половины хлоруголйного эфира одновременно со внесе-
126
Б. Эйстерт
нием второй половины прибавляют через вторую капельную во-
ронку по каплям охлажденный раствор 80 г чистого едкого натра
в 120 мл воды. Затем смесь оставляют стоять на 15 мин., отде-
ляют эфирный слой и экстрагируют водный слой эфиром. Объ-
единенный эфирный раствор дважды взбалтывают с 5 г поташа,
эфир отгоняют и остаток перегоняют в вакууме; т. кип. 55—60°
при 12 мм-, выход 180 г (бесцветное масло).
Нитрозирование метилуретана [133]. 3-литровую
колбу снабжают термометром, капельной воронкой, достигающей
дна колбы, и трубкой для отвода газов. В колбу вносят 103 г
метилуретана, 300 мл эфира, 100 г льда и раствор 325 г азотисто-
кислого натрия в 500 !мл воды. В течение 1 часа через капельную
воронку прибавляют сначала быстро, а затем медленнее охлаж-
денный раствор 215 г концентрированной азотной кислоты
в 300 г ледяной воды. К концу прибавления азотной кислоты
выделяются окислы азота. Смесь оставляют стоять в течение
3 час., поддерживая температуру ниже 15°. Рекомендуется время
от времени взбалтывать, однако перемешивание осуществляется
уже выделяющимися газами. При этом эфирный слой принимает
сначала красную, затем иссиня-зеленую и, наконец, зеленую
окраску. Водный слой отделяют от эфирного раствора * и
промывают последний дважды водой, затем для разрушения окис-
лов азота холодным разбавленным раствором соды до прекраще-
ния выделения углекислоты. Эфирный слой высушивают сульфа-
том натрия и отгоняют эфир, причем содержимое колбы не сле-
дует нагревать выше 45°. Остатки эфира удаляют в вакууме.
Остаток составляет примерно 100 г. Перегонка не требуется.
Если перегонка оказывается неизбежной, ее следует проводить
весьма осторожно, избегая перегрева; т. кип. 59—61° при 10 мм.
Хранить нитрозометилуретан следует в коричневых склянках.
ПОЛУЧЕНИЕ НИТРОЗО-0-МЕТИЛАМИНОИЗОБУТИ ЛМЕТИЛКЕТОНА
[14, 134]
125 мл 30-процентного водного раствора метиламина поме-
щают в колбу емкостью 1 л, снабженную механической мешал-
кой, термометром и капельной воронкой. После охлаждения до
+5° при хорошем перемешивании через капельную воронку при-
бавляют 98 г свежеперегнанной окиси мезитила с такой ско-
ростью, чтобы температура не поднималась выше 20°. После
этого смесь без охлаждения оставляют стоять в течение 30 мин.
Затем раствор охлаждают до 10° и добавляют по каплям 100 мл
ледяной уксусной кислоты с такой скоростью, чтобы темпера-
* Осторожно! Эфирный раствор обладает сильно раздражающим действием
на кожу.
Синтезы с помощью диазометана
127
тура не поднималась выше 15°. К раствору при перемешивании
без охлаждения прибавляют по каплям раствор 83 г азотисто-
кислого натрия в 125 мл воды, так чтобы температура держалась
между 25 и 35°. После прибавления нитрита перемешивание
прерывают и смесь оставляют стоять не менее 6 час. При этом
нитрозосоединение выделяется в виде маслянистого слоя. Верх-
ний слой отделяют и водный слой дважды экстрагируют эфиром.
Объединенный эфирный раствор промывают разбавленной уксус-
ной кислотой и высушивают над хлористым кальцием. Затем
отгоняют эфир при 50°; последние порции эфира отгоняют в ва-
кууме, не поднимая температуру выше 100°. Остаток достаточно
чист для дальнейшего превращения в диазометан; выход
ПО—128 г. При необходимости получить более чистый продукт
остаток перегоняют в вакууме; т. кип. 119° при 5 мм. Вещество
следует хранить в коричневой склянке.
Аналогичным образом получают и другие нитрозо-₽-ал-
киламиноизобутилметилкетоны.
ГАЗООБРАЗНЫЙ ДИАЗОМЕТАН
Из гидразина и хлороформа [5]. В круглодонную
колбу емкостью 500 мл, снабженную капельной воронкой, труб-
кой для введения азота и обратным холодильником, помещают
горячий раствор 75 г едкого кали в 180 мл абсолютного спирта
и прибавляют раствор 15 г гидразингидрата в 50 мл абсолютного
спирта. Пропуская через прибор слабый ток азота, к смеси ме-
дленно по каплям прибавляют раствор 40 г хлороформа в 50 мл
абсолютного спирта, причем начинается бурная реакция. Пары
диазометана, выходящие через обратный холодильник, либо
улавливают в охлажденном эфире, диоксане или в другом рас-
творителе, либо используют тут же для дальнейших превраще-
ний. После прибавления хлороформа весь диазометан вытес-
няют из прибора с помощью азота; выход 2—3 г.
Из нитрозометилуретана и гликолята на-
трия [12, 135]. В колбу, снабженную капельной воронкой,
трубкой для введения газов, отводной трубкой и механической
мешалкой, помещают 6-процентный раствор металлического на-
трия в гликоле. Пропуская через прибор ток азота, медленно по
каплям прибавляют нитрозометилуретан, причем на каждые
10 мл раствора гликолята прибавляют не более 5 мл нитрозо-
соединения. Спокойное выделение диазометана должно на-
чаться немедленно; в противном случае прерывают прибавление
нитрозосоединения, выжидая начала реакции. Выделяющийся
диазометан сначала пропускают через небольшую пустую про-
мывальную склянку, охлажденную льдом, и затем либо улавли-
128
Б. Эйстерт
вают в растворителе, либо непосредственно используют для даль-
нейших реакций.
Из н и т р о з о-р-м е т и л а м и н о и з о б у т и л к е т о н а [14].
В круглодонную колбу емкостью 150 мл, снабженную трубкой
для введения азота, капельной воронкой и хорошим змеевиковым
холодильником, помещают раствор 0,6 г натрия и 20 мл цикло-
гексанола. После вытеснения воздуха азотом смесь нагревают на
водяной бане до 75—80° и через капельную воронку прибавляют
постепенно смесь 0,2 моля нитрозо-р-метиламиноизобутилметил-
кетона и 60 мл чистого анизола. После начала реакции давление
понижают до 300—400 мм. Проходящие через холодильник,
охлажденный льдом, пары поступают в U-образную трубку, за-
полненную кусочками плавленого едкого кали; пары улавливают
при охлаждении в растворителе; выход 5,5 г. Аналогичным об-
разом (с несколько худшим выходом) получают и высшие диазо-
алканы.
РАСТВОРЫ ДИАЗОМЕТАНА
Из нитрозометилмочевины без перегонки
[8, 136]. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, подслоем
из 500 мл промытого эфира осторожно помещают 70 мл
45-процентного водного раствора едкого кали. При температуре
4-5° и энергичном перемешивании порциями прибавляют 35 г
порошкообразной нитрозометилмочевины. Каждую порцию при-
бавляют после растворения предыдущей. После прибавления
нитрозометилмочевины содержимое колбы выливают в дели-
тельную воронку и немедленно отделяют эфирный раствор от
нижнего щелочного слоя. Эфирный раствор пропускают через
складчатый фильтр, после чего раствор без всякой дополнитель-
ной обработки может быть использован для дальнейших реак-
ций. Раствор содержит 0,25—0,3 моля диазометана. Соответ-
ственным образом получают также и высшие гомологи диазоме-
тана. Выход последних, однако, обычно несколько ниже выхода
диазометана. Вместо эфира применяют также диоксан, тетра-
гидрофуран (не смешивающийся с концентрированной щелочью)
или бензол; в последнем случае слои разделяются с трудом. При-
менение хлороформа не рекомендуется, поскольку он обладает
слишком высоким удельным весом и концентрированная щелочь
собирается в верхнем слое. При работе с хлороформом наблю-
дались взрывы, вызванные соприкосновением твердого нитрозо-
соединения с концентрированной щелочью.
Из нитрозометилмочевины с перегонкой
диазометана [8, 136]. Полученный согласно вышеуказан-
ной прописи эфирный раствор диазометана может быть подверг-
Синтезы, с помощью диазометана
129
нут непосредственной перегонке. Для этого реакционную смесь,
без предварительного отделения щелочного слоя, в слабом токе
азота нагревают до 50° на водяной бане. Перегоняющиеся пары,
состоящие вначале главным образом из диазометана, улавли-
вают в эфире, охлажденном льдом (форштосс холодильника
опускают в эфир).
Реакционную смесь перегоняют до тех пор, пока не начинает
переходить бесцветный эфир, что обычно наблюдается после от-
гонки около 2/з эфира. Ни в коем случае не следует перегонять
весь эфир. Полученный таким образом раствор окончательно
высушивают плавленым едким кали. Раствор содержит следы
метиламина, но не содержит ни метилового спирта, ни аммиака.
Высушивание нельзя производить с помощью щелочных метал-
лов, так как в этом случае могут произойти взрывы.
Для получения высших диазоалканов в качестве раствори-
теля применяют диизопропиловый эфир, обладающий более вы-
сокой температурой кипения.
Из нитрозометилуретана [137]. К смеси 50 мл
абсолютного эфира и 10 мл нитрозометилуретана, нагреваемой
на водяной бане до слабого кипения, медленно по каплям приба-
вляют 15 мл 25-процентной спиртовой щелочи (раствор едкого
кали в метиловом спирте), пропуская одновременно слабый ток
азота. Выделяющиеся пары улавливают в эфире, охлажденном
льдом, опуская форштосс холодильника в эфир. Перегонку про-
должают до тех пор, пока содержимое колбы остается бесцвет-
ным. В случае вспенивания перегонку немедленно прерывают
охлаждением; выход диазометана 1,8—2 г. Раствор содержит
метиловый спирт.
Получение диазоалканов из нитрозо-р-ме-
т ил а м и н о из о б у т и л м етил кетона [14, 134]. 2 г натрия
растворяют в 66 г горячего циклогексанола. Застывающую
при охлаждении воскоподобную массу размельчают и помещают
в 2-литровую круглодонную колбу, прибавляя к алкоголяту
300 мл сухого эфира. К смеси при 10° прибавляют раствор 52 г
нитрозо-р-метиламиноизобутилметилкетона в 600 мл сухого
эфира, после чего колбу в слабом токе азота медленно нагревают
на водяной бане до 50°. Для освобождения от образовавшейся
окиси мезитила пары сначала проводят через короткий холодиль-
ник, температуру которого поддерживают при 35°, затем конден-
сируют в другом холодильнике, охлаждаемом льдом, и улавли-
вают в эфир. Перегонку продолжают до тех пор, пока капли де-
стиллата не станут бесцветными. Выход диазометана составляет
10—11 г. Таким же образом с несколько меньшим выходом мо-
гут быть получены и другие диазоалканы.
9 Зак. I7S9.
130
Б. Эйстерт
РЕАКЦИИ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ДИАЗОМЕТАНОМ
В МОМЕНТ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ В РАСТВОРЕ
МЕТИЛОВОГО СПИРТА
Превращение циклогексанона в циклогеп-
танон [138]. В 2-литровую трехгорлую колбу, снабженную
мешалкой, термометром и капельной воронкой, помещают 500 мл
циклогексанона, 500 мл метилового спирта и 1—2 г мелкоизмель-
ченной соды. К смеси при перемешивании прибавляют в один
прием 10 мл нитрозометилуретана. Через некоторое время, когда
начало реакции становится заметным по повышению темпера-
туры, реакционную смесь охлаждают водой. Затем при постоян-
ном перемешивании и охлаждении по каплям (со скоростью при-
мерно 150 капель в минуту) продолжают прибавление нитрозо-
метилуретана, поддерживая температуру 20—25° охлаждением
ледяной водой. Раствор принимает желтую окраску. Появление
зеленой или красной окраски указывает на то, что взрывчатый
промежуточный продукт достиг опасной концентрации. В этом
случае немедленно прерывают прибавление нитрозометилуретана
и выжидают, пока раствор снова примет желтую окраску. Всего
в течение 6 час. прибавляют 600 г нитрозометилуретана. Затем
перемешивание продолжают еще в течение 30 мин., фильтруют и
от фильтрата отгоняют эфир и образовавшийся метиловый эфир
угольной кислоты. Остаток подвергают фракционированной пере-
гонке. Получают примерно 75 г окиси пентаметиленэтилена
с т. кип. 148° (15% от теоретического) и около 320 г циклогепта-
нона с т. кип. 180—181° (63% от теоретического).
Этот метод применим также для карбонильных соединений,
чувствительных к щелочам (в том числе и для альдегидов).
Превращение 3, 3, 5-т ри мет и л циклогексанона
в 3,3,5- и 3, 5, 5-т р и м е т и л ц и к л о г е п т а н о н [139].
К охлажденной до 0° смеси 225 г метилового спирта и 80 г
50-процентного водного едкого кали прибавляют 100 г 3, 3, 5-три-
метилциклогексанона (дигидроизофорона). Затем при энергич-
ном перемешивании и температуре 0° отдельными порциями при-
бавляют 74 г нитрозометилуретана, причем после прибавления
каждой порции выжидают, пока раствор не обесцветится. Рас-
твор оставляют стоять на несколько часов. Образовавшийся циа-
нистый калий отфильтровывают, фильтрат нейтрализуют уксус-
ной кислотой, метиловый спирт выпаривают, остаток промывают
водой и сушат поташом. При фракционированной перегонке
в вакууме после отделения головной фракции, состоящей из ди-
тидроизофорона, в качестве первой фракции получают окись
с т. кип. 64—68° при 11 мм и затем смесь двух изомерных три-
метилциклогептанонов (карбонил в положении 5 или 6), перего-
Синтезы с помощью диазометана 131
няющуюся при температуре 70—95°. Смесь разделяют обработ-
кой раствором бисульфата, с которым реагирует лишь 3,5,5-три-
метилциклогептанон.
РЕАКЦИИ С КАРБОНИЛЬНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
В ОТСУТСТВИЕ МЕТИЛОВОГО СПИРТА
При проведении подобных реакций альдегид или кетон при-
бавляют в твердом или растворенном виде к раствору 1,5 моля
диазометана и смесь оставляют стоять, пока весь диазометан не
прореагирует. В некоторых случаях для завершения отщепления
азота от первоначально образовавшегося диазонийбетаина тре-
буется нагревание до 30—50°. Особенно это относится к альдеги-
дам R—СНО с позитивированным R.
ПОЛУЧЕНИЕ ДИАЗОКЕТОНОВ [140]
К раствору 2,2—3 молей диазометана при температуре 0—10°
прибавляют при перемешивании 1 моль хлорангидрида кислоты
либо в неразбавленном виде (по каплям или порциями в виде
тонкого порошка), либо в виде раствора. Реакция обычно сопро-
вождается бурным выделением азота. С большинством хлоран-
гидридов алифатических кислот реакция, повидимому, проходит
мгновенно, однако обычно смесь оставляют стоять на 1—2 часа
при комнатной температуре. Для завершения реакции с хлоран-
гидридами ароматических и других малоактивных кислот тре-
буется 2 часа или более; некоторые диазокетоны кристаллизуются
из раствора по мере образования или при охлаждении до 20°.
Обычно их выделяют, испаряя растворитель в вакууме при
20—30°. Как правило, сырые диазокетоны, содержащие следы
хлорметилкетонов, могут быть использованы для дальнейших
превращений без предварительной очистки. Во многих случаях
для дальнейшей работы может быть использован и непосред-
ственно полученный раствор диазокетонов.
Если исходят из карбоновых кислот, содержащих основные
группы, например из пиридин- или хинолинкарбоновых кислот,
превращаемых с помощью хлористого тионила в соответствующие
хлорангидриды, то следует учесть, что при этом имеют дело
с хлорангидридами не самих кислот, а их хлоргидратов. Следо-
вательно, при реакции с диазометаном следует брать больший
избыток последнего, для того чтобы превратить весь хлористый
водород в хлористый метил [141].
ПРЕВРАЩЕНИЕ ДИАЗОКЕТОНОВ В а-ХЛОРКЕТОНЫ [142]
Для превращения диазокетонов в хлоркетоны сырые диазо-
кетоны растворяют в диоксане или ледяной уксусной кислоте,
прибавляют избыток концентрированной соляной кислоты и
132
Б. Эйстерт
нагревают до прекращения выделения азота. В некоторых слу-
чаях целесообразно применять раствор хлористого водорода
в ледяной уксусной кислоте или в эфире.
ПОЛУЧЕНИЕ МЕТИЛКЕТОНОВ[143]
Для превращения диазокетона в метилкетон к раствору ди-
азокетона в хлороформе прибавляют 47-процентный раствор иоди-
стоводородной кислоты. При этом выделяются азот и иод
с выделением значительного количества тепла. По окончании
реакции смесь разбавляют водой, хлороформенный слой отде-
ляют, промывают водой, разбавленным раствором тиосульфата
натрия и еще раз водой и высушивают. Для выделения метил-
кетона растворитель отгоняют.
ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИМЕТИЛКЕТОНОВ [144]
Диазокетон при слабом подогревании растворяют в диоксане
или спирте и прибавляют по каплям разбавленную серную кислоту.
Тотчас же начинается бурное выделение азота. Требуется лишь
незначительное количество кислоты (но не менее 1 моля воды).
По окончании реакции смесь ненадолго нагревают до кипения и
выделяют оксиметилкетон.
ПОЛУЧЕНИЕ ЭФИРОВ ОКСИМЕТИЛКЕТОНОВ [145]
Для получения уксусного эфира оксиметилкетонов сырой диазо-
кетон порциями по 5 г при 50—60° вносят в ледяную уксусную
кислоту (500—750 мл уксусной кислоты на 1 моль диазокетона).
Немедленно начинается выделение азота, которому способствует
прибавление кусочков пористой глины. Реакция экзотермична,
вследствие чего время от времени смесь приходится охлаждать.
Когда выделение азота становится менее энергичным, смесь на-
гревают в течение 1 часа до кипения, прибавляя 0,1 моля
уксуснокислого калия для превращения в ацетат остатков хлор-
кетона. После остывания смесь вливают в воду и выделяют
эфир оксикетона. Эфиры n-толуолсульфокислоты и оксикетонов
получают нагреванием диазокетонов с чистой п-толуолсульфокис-
лотой в бензоле. Этот метод был применен для превра-
щения 21-диазопрогестерона в прегнен-4-ол-21 -дион-3,20-тозило-
вый эфир [146].
85 мг 21-диазопрогестерона и 106 мг л-толуол сульфо кислоты,
перегнанной в высоком вакууме, нагревают до 50°. В течение
10 мин. выделяется около 6 мл газа. Смесь разбавляют эфиром,
промывают водой до нейтральной реакции и сушат. Раствори-
тели отгоняют и остаток перекристаллизовывают из смеси эфира
и пентана; выход 60 мг; бесцветные листочки с т. пл. 170—171°.
Синтезы с помощью диазометана
133
Разлагая 21-диазопрогестерон аналогичным образом безвод-
ной фосфорной кислотой, получают дезоксикортикостеронфос-
форнокислый натрий [146].
ПРЕВРАЩЕНИЕ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ В АЛЬДЕГИД [147]
Превращение стеариновой кислоты в стеа-
риновый альдегид. 10 г стеариновой кислоты превращают
с помощью 5 г чистого хлористого тионила в хлорангидрид стеа-
риновой кислоты. Прибавлением сырого хлорангидрида к эфир-
ному раствору 2,2 моля диазометана получают 9,6 г диазокетона.
При реакции диазокетона с ледяной уксусной кислотой выделяют
чистый уксуснокислый эфир стеароилкарбинола с выходом 89%.
9,3 г ацетоксикетона растворяют в 50 мл абсолютного изо-
пропилового спирта и прибавляют насыщенный раствор изопро-
пилата алюминия в изопропиловом спирте [148]. В течение 3 час.
через колонку отгоняют 50 мл жидкости, заменяя время от вре-
мени свежими порциями отогнанный изопропиловый спирт. По
окончании отгонки ацетона содержимое колбы выливают
в 10-процентную серную кислоту; смесь взбалтывают, выпавший
нона декан- 1,2-диол отсасывают, промывают разбавленной кис-
лотой для удаления остатков алюминия и перекристаллизовывают
из ледяной уксусной кислоты; выход 6,5 г.
К раствору 0,1 моля гликоля в сухом бензоле прибавляют
несколько капель ледяной уксусной кислоты и затем при 50—60°
мелкими порциями 1,8 г тетраацетата свинца [149]. При этом
немедленно начинается выделение формальдегида. Смесь на-
гревают в течение 3 час. до 50°, после чего прибавляют избыток
тетраацетата свинца до тех пор, пока иодкрахмальная бумажка
больше не дает посинения. Бензольный раствор тщательно про-
мывают водой для удаления свинца. Бензол отгоняют и остаток
перекристаллизовывают из эфира; выход стеаринового альдегида
0,8 г; т. пл. 63°. Во многих случаях вместо бензола можно при-
менять также и ледяную уксусную кислоту.
ПРЕВРАЩЕНИЕ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ
В ЕЁ БЛИЖАЙШИЙ ГОМОЛОГ
Превращение сс-н афтой ной кислоты в а'-н а-
фт и л уксусную [140]. 19 г хлорангидрида а-нафтойной кис-
лоты в 50 мл безводного эфира прибавляют к 500 мл эфирного
раствора диазометана, полученного из 35 г нитрозометилмоче-
вины. Смесь на несколько часов оставляют стоять при 20—25°,
после чего эфир отгоняют в вакууме; выход нафтоилдиазометана
18 г. Раствор 15 г этого диазокетона в 100 мл диоксана приба-
вляют при 50—60° по каплям при перемешивании к смеси,
134
Б. Эйстерт
состоящей из 2 г окиси серебра, 5 г углекислого натрия, 3 г тио-
сульфата натрия и 200 мл воды. Для полного отщепления, азота
смесь перемешивают еще в течение 1 часа. К концу перемешива-
ния температуру поднимают до 90—-100°. Затем раствор охла-
ждают, разбавляют водой и, не фильтруя, подкисляют разбавлен-
ной азотной кислотой. Выпавшую кислоту перекристаллизовы-
вают из воды; выход 10—12 г; т. пл. 130°.
ПРЕВРАЩЕНИЕ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ В ЭФИР
ГОМОЛОГИЧНОЙ кислоты
Превращение а-нафтойной кислоты в этило-
вый эфир й-н а ф т и л у к с у с н о й [140]. 10 г диазокетона
(0,05 моля) растворяют в 150 мл спирта. При 55—60° приба-
вляют несколько капель суспензии окиси серебра в спирте, кото-
рую приготовляют непосредственно перед употреблением, оса-
ждая окись серебра из 10 мл 10-процентного раствора азотнокис-
лого серебра с помощью едкого натра. Затем окись серебра
отсасывают и смешивают после промывания водой с 30 мл спирта.
Тотчас же становится заметным выделение азота и образование
серебряного зеркала. Когда выделение азота становится менее
энергичным, прибавляют еще небольшое количество суспензии
окиси серебра. Таким же образом мелкими порциями приба-
вляют все приготовленное количество суспензии. Реакционную
смесь в течение непродолжительного времени нагревают до ки-
пения, прибавляют животный уголь и фильтруют. После отгонки
спирта остаток перегоняют в вакууме; получают 8—9 г искомого
эфира с т. кип. 175—178° при 11 мм. Эфир омыляется при ки-
пячении в течение 1 ‘часа с 0,1 н. раствором едкого натра.
ПРЕВРАЩЕНИЕ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ В АМИД
ГОМОЛОГИЧНОЙ кислоты
Превращение а'-н а ф т о й н о й кислоты в а-наф-
ти л ацетамид [140]. 30 мл 20-процентного водного раствора
аммиака вносят в раствор 5 г диазокетона в 100 мл дпоксана
и при 55—60° прибавляют 5 мл 10-процентного раствора окиси
серебра. Смесь нагревают до прекращения выделения азота и
разбавляют водой. Выпавший амид отфильтровывают и пере-
кристаллизовывают из этилового спирта; выход 4,2 г: т. пл. 181°.
Для превращения амида в а-нафтилуксусную кислоту его
омыляют кипячением с 20-процентным раствором едкого кали.
Превращение <х-н а ф т о й н о й кислоты в ct-н а ф-
ти л ацета ни л и д. За диазокетона добавляют мелкими пор-
циями к 20 г кипящего анилина, выжидая после прибавления
Литература
135
каждой порции, пока не прекратится выделение азота. По окон-
чании добавления диазокетона смесь ненадолго нагревают до ки-
пения, охлаждают и выливают в разбавленную соляную кислоту.
Выпавший анилид отфильтровывают и перекристаллизовывают
из метилового спирта; т. пл. 156°.
Анилиды могут быть получены также методом, описанным
для получения а-нафтилацетамида (вместо аммиака упо-
требляется амин).
ЛИТЕРА ТУРА
1. Curtius, J. prakt. Chem., 39, 107 (1880).
2. Thiele, Ber., 44, 2622 (1911).
3. Boersch, Monatsh., 65, 331 (1936).
4. Eistert, Tautomerie und Mesomerie, Stuttgart, 1938; Muller, Neuere
Anschauungen der organischen Chemie, Berlin, 1940.
5. Staudinger, Kupfer, Ber., 45, 501 (1912).
6. Pechmann, Ber., 27, 1888 (1894); 28, 855 (1895).
7. Werner, J. Chem. Soc., 115, 1098 (1919).
8. Arndt, Amende, Angew. Chem., 43, 444 (1900); Arndt, Scholz, Angew.
Chem. 46, 47 (1933).
9. Noelting, цитировано no Bamberger, Muller, Ber., 33, 101 (1900).
10. Arndt, Loewe, Avan, Ber., 73, 6(6 (1940).
11. Weygand, Organisch-chemische Experimentierkunst, Leipzig, 1938, стр. 9.
12. Meerwein, Burneleit, Ber., 61, 1845 (1928).
13. Meerwein, герм. пат. 679309; 27, С. A. 4546 (1933).
14. Adamson, Kenner, J. Chem. Soc., 1935, 286; 1937, 1561; 1939, 181.
15. Curtius, Thun, J. prakt. Chem., 44, 161 (1891); Curtius, Rauterberg,
там же, 44, 192 (1891); Curtius, Pflug, там же, 44, 535 (1891);
Curtius, Lang, там же, 44, 544 (1891).
16. Curtius, Ber., 16, 2230 (1883).
17. Meerwein, частное сообщение.
18. Arndt, Amende, Ender, Monatsh., 59, 218 (1932).
19. Arndt, Rev. faculte aci, univ. Istanbul, 1, № 4, 7 (1936).
20. Arndt, Martius, Ann., 499, 247, 268, 274 (1932).
21. Palazzo, Scelsi, Gazz. chim. ital, 38, 1, 664 (1908).
22. Arndt, Eistert, Ber., 71, 2040 (1938); Biltz, Ber., 72, 807 (1939).
23. Pechmann, Ber., 28, 857 (1895); Peratoner, Palazzo. Gazz. Chim. ital.,
38, 1, 102 (1908).
24. Arndt, Eistert, Ber, 74, 423, 427, 432 (1941).
25. Bohme, Marx, Ber, 74, 1667 (1941).
26. Schmidt, частное сообщение; Merkel, диссертация. Heidelberg. 1940;
Schmidt, Zeiser, Ber, 67, 2Г2О, 2127 (1934).
27. Meerwein, Bersin, Burneleit, Ber.. 62, 1006 (1929).
28. Biltz, Paetzold, Ber., 55, 1009 (1922).
29. Thompson, Baer, J. Am. Chem. Soc, 62, 2094 (1940)
30. Frankel, Katchalski, J. Am. Chem. Soc, 65, 1670 (1943): 66, 763 (1944).
31. Soffer, Hunt, J. Am. Chem. Soc, 67, 692 (1945).
32. Meyer, Monatsh, 26, 1300 (1905).
33. Schlotterbeck, Ber, 40, 479 (1907).
34. Schlotterbeck, Ber, 42, 2559 (1909).
35. Blaise, Bull. soc. chim, 15, 736 (1914).
36. Arndt, Amende, Ender, A'lonatsh, 59, 214 (1932).
37. Weygand, Organisch-chemische Experimentierkunst, Leipzig, 1938,
стр. 505; Meyer, Synthese der Kohlenstoffverbindungen, Wien, 1938,
t. I, стр. 119.
136
Б. Эйстерт
38. Arndt, Eistert, Ber., 68, 196 (1935).
30. Tiffeneau, Ann. chim. phys., 10, 322 (1907); Compt rend., 145, 811
(1907).
40. Arndt, Amende, Ender, Monatsh., 59, 204 (1932).
41. Arndt, Eistert, Ber., 61, 1118 (1928).
42. Arndt, Eistert, Partale, Ber., 61, 1107 (1928).
43. Mosettig, Ber., 61, 1391 (1928); 62, 1271 (1929).
44. Caronna, Gazz. chim. ital., 66, 772 (1936).
45. Pohls, диссертация, Marburg, 1931.
46. Mosettig, Czadek, Monatsh., 57, 291 (1931).
47. Prins, Reichstein, Helv. Chim. Acta, 24, 945 (1941).
48. Wolfram, Weisblat, Zophy, Waisbrot, J. Am. Chem. Soc., 63, 201 (1941).
49. Knoevenagel, Ann., 402, 135 (1914).
50. Knorr, Ber., 32, 729 (1'899); Bodforss, Die Athylenoxyde, Stuttgart, 1920.
5-1. Arndt, Eistert, Ber., 61, 1121 (1928); Arndt, Eistert, Ender, там же, 62,
44 (1929).
52. Meerwein, Burneleit, Ber., 61, 1840 (1928); Meerwein, Bersin, Burneleit,
там же, 62, 999 (1929); Bergmann, Magat, Wagenberg, там же, 63,
2580 (1930).
53. Pechmann, Ber., 28, 1626 (1895); Degner, Pechmann, там же, 30, 646
(1897).
54. Arndt, Loewe, Severge, TUregtm, Ber., 71, 1640 (1938).
55. Arndt, Loewe, Beyer, Ber., 74, 1460 (1941).
56. Arndt, Ozansoy, Ostiinyar, Rev. faculte sci, univ. Istanbul, 4, 1—2, 83
(1939).
57. Mosettig, Burger, J. Am. Chem. Soc., 52, 3456 (1930).
58. Giraitis, Bullock, J. Am. Chem. Soc., 59, 951 (1937); Kohler, Tishler,
Potter, Thompson, там же, 61, 1057 (1939); Meerwein, герм. пат.
579309; С. А., 27, 4546 (1933); Robinson, Smith, J. Chem. Soc., 1937,
371; Adamson, Kenner, там же, 1939, 181. Barbier, Helv. Chim. Acta,
23, 523 (1940); Steadman, J. Am. Chem. Soc., 62, 1606 (1940);
Qudrat-i-Khuda, Chosh, J. Indian Chem. Soc., 17, 19 (1940).
59. Schroeder, диссертация, Harvard, 1939; Pauli, диссертация, Marburg,
1934; Pohls, диссертация, Marburg, 193-1.
60. Ziegler, Aurnhammer, Ann., 513, 43 (1934); Ruzicka, Brugger, Pfeiffer,
Schinz, Stoll, Helv. Chim. Acta, 9, 499 (1926).
61. Lipp, Koster, Ber., 64, 2823 (1931); Lipp, Buchkremer, Seeles, Ann., 499,
20 (1932).
62. Schultz, Schultz, Cochran, J. Am. Chem. Soc., 62, 2902 (1940); Cook,
Schoental, J. Chem. Soc., 1945, 288.
63. Thompson, J. Am. Chem. Soc., 66, 156 (1944).
64. Vincent, Thompson, Smith, J. Org. Chem., 3, 603 (1939).
66. Hantzsch, Czapp, Ber., 63, 566 (1930); Arndt, там же. 63, 1180- (1930).
66. Heller, Ber., 52, 742 (1919); 59, 706 (1926).
67. Arndt, Eistert, Ender, Ber., 62, 48 (1929).
68. Arndt, Amende, Ender, Monatsh., 59, 2-10 (1932).
69. Schonberg, Moubasher, Mostafa, J. Chem. Soc., 1941, 348.
70. Blitz Paetzold Ann 433 71 81 H923); Fieser, Hartwell, J. Am. Chem.
Soc.* 5777479* (‘1935)*.™’
71. Rupe, Hafliger, Helv. Chim. Acta, 23, 139 (1940).
72. Smith, Pings, J. Org. Chem., 2, 95 (1937).
73. Pauli, диссертация, Marburg, 1934.
74. Wolfram, Weisblat, Waisbrot, J. Am. Chem. Soc., 63, 632 (1941).
75. Biltz, Kramer, Ann., 436, 154 (1924).
76. Meerwein, Burneleit, Ber., 61, 1844 (1928).
77. Meerwein, частное сообщение; Meerwein, Burneleit, Ber.. 61, 1844 (1928).
Литература
137
78. Arndt, Amende, Ender, Monatsh., 59, 209 (1932); Arndt, Martius, Ann.,
499, 248 (1932).
79. Schonberg, Cernik, Urban, Ber., 64, 2577 (1931); Schonberg, Kalt-
Schmitt, Schulten, там же, 66, 245 (1933).
80. Bergmann, Magat, Wagenberg, Ber., 63, 2576 (1930).
81. Schonberg, Nickel, Ber., 64, 2325 (1931).
82. Schonberg, Vargha, Ann., 483, 176 (1930).
83. Pechmann, Ber., 31, 2950 (1898); Buchner, там же, 21, 2637 (1888); 22,
842 (1889); Hiickel, Datow, Simmersbach, Z. physik. Chem., A. 186,
159 (1940).
84. Azzarello, Atti accad. Lincei, 14 II, 285 (1905).
85. Adamson, Kenner, Chem. Soc., 1935, 289; Hurd, Lui, J. Am. Chem.
Soc., 57, 2656 (1935).
86. Pechmann, Seel, Ber., 32, 2292 (1899).
87. Auwers, Cauer, Ann., 470, 284 (1929); Auwers, Konig, Ann., 496, 27, 252
(1932); Auwers, Ungemach, Ber., 66, 1206 (1933).
88. Smith, Pings, J. Org. Chem., 2, 23 (1937); Smith, Howard, J. Am. Chem.
Soc., 65, 159, 165 (1943); Mattel, Ber., 74, 1680 (1941).
89. Buchner, Ann., 273, 229 (1893); Gotkis, Cloke, J. Am. Chem. Soc., 56,
2710 (1934).
90. Wieland, Probst, Ann., 530, 277 (1937).
91. Guha, Krishnamurthy, Ber., 70, 2113 (1937); Rydon, J. Chem. Soc., 1936,
829.
92. Fischer, Staff, Z. physiol. Chem., 234, 105 (1935).
93. Adamson, Kenner, J. Chem. Soc., 1937, 1551.
94. Fieser, Hartwell, J. Am. Chem. Soc., 57, 1479 (1935).
95. Fried, Elderfield, J. Org. Chem., 6, 577 (1941).
96. Young, Andrews, Lindenbaum, Cristol, J. Am. Chem. Soc., 66, 810 (1944).
97. Jackson, Manske, Can. J. Research, 13, 170 (1935).
98. Braren, Buchner, Ber., 33, 684, 3453 (1900); 34, 982 (1901); Buchner,
Hediger, там же, 36, 3502 (1903); Buchner, Scheda, там же, 37, 931
(1904); Ruzicka, van Veen, Ann,, 468, 148 (1929); Drake, Sweeney,
J. Org. Chem. 11, 67 (1946).
99. St. Pfau, Plattner, Helv. Chim. Acta, 22, 202 (1939); Plattner, Wyss,
там же, 23, 907 (Г94О).
100. Muller, Roser, J. prakt. Chem., 133, 291 (1932); Heide, Ber., 37, 2101
(1004); Staudinger, Muntwyler, Ruzicka, Seibt, Helv. Chim. Acta, 7,.
390 (1924).
101. Guha, Sankaran, Ber., 70, 2109 (1937); Guha, Hazra, J. Indian Inst.,
Sci., 22A, 263 (1939).
102. Schlenk, Bornhardt, Ann., 394, 183 (1912).
103. Schonberg, Rupp, Gumlich, Ber., 66, 1932 (1933); Stolle, Henke-Stark,
Perrey, там же, 62, 1112 (1929).
104. Schdnberg, Rupp, Gumlich, Ber., 66, 1936 (1933); Schonberg, Vargha,
Ann., 483, 179 (19130).
105. Muller, Miiller-Rodloff, Ber., 68, 1279 (1'905); Ann., 517, 147 (1935).
106. Clow, Thompson, Trans. Faraday Soc., 33, 898 (1937).
107. Rice, Glasebrook, J. Am. Chem. Soc., 56, 2381 (1934).
108. Caronna, Sansone, Atti congr. intern, chim., 3, 77 (1939).
109. Pearson, Purcell, Saigh, J. Chem. Soc., 1938, 409.
110. Wolff, Ann., 394, 24 (1912).
111. Wienhaus, Ziehl, Ber., 65, 1464 (1932).
112. Curtius, J. prakt. Chem., 38, 440 (1888); Staudinger, Gaule, Siegwart,.
Helv. Chim. Acta, 4, 212 (1921); Darapsky, Prabhakar, Ber., 45, 1656
(1912).
113. Coleman, Gilman, Adams, Pratt, J. Org. Chem., 3, 99 (1938).
114. Г. И. Враз, А. Я. Якубович, ЖОХ, П, 41 (1941).
Б. Эйстерт
115. Hellerman, Newman, J. Am. Chem. Soc.. 54, 2859 (1932).
116. Collie, Reily, J. Chem. Soc., 121, 1984 (1922).
117. Alder, Stein, Ann., 525, 193 (1936).
118. Biltz, Klemm, Ann., 448, 154 (1926).
119. Spencer, Wright, J. Am. Chem. Soc., 63, 2017 (1941).
120. Fischer, Hofmann, Z. physiol. Chem., 245, 139 (1937).
121. Schmidt, Zeiser, Dippold, Ber., 70, 2402 (1937); Schmidt, Kraft, там же,
74, 33 (1941).
122. Hersig, Tichatschek, Ber., 39, 268, 1557 (1906); Biltz, там же, 64, 1146
(1931).
123. Degner, Pechmann, Ber., 30, 648 (1897).
124. Arndt, Scholz, Ann., 510, 68 (1934).
125. Steinkopf, Kdhnel, Ber., 75, 1323 (1942).
126. Muller, Ber., 47, 3001 (1914); Jolies, Atti congr. intern, chim., 3, 220
(1939); Gazz. chim. ital., 68, 496 (1938).
127. Pechmann, Ber., 28, 800 (1895); Staudinger, Miescher, Helv. Chim. Acta,
2, 556 (1919).
128. Meerwein, Rathjen, Werner, Ber., 75, 1610 (1942).
139. Houben, Die Methoden der organischen Chemie, 3-е изд., Leipzig, , 1941,
т. IV, стр. 871.
130. Midler, Disselhoff, Ann., 512, 250 (1934); Muller, Kreutzmann, там же,
512, 264 (1934).
131. Синтезы органических препаратов, сб. 2, стр. 373, Издатинлит, М., 1949.
132. Синтезы органических препаратов, сб. 2, стр. 587, Издатинлит, 1949.
133. Синтезы органических препаратов, сб. 2, стр. 376, Издатинлит, М., 1949.
134. Redematin, Rice, Roberts, Ward, Organic Synthese, Wiley, 1945, XXV,
стр. 28.
135. Burneleit, диссертация, Konigsberg. 1929.
136. Синтезы органических препаратов, сб. 2, стр. 174, Издатинлит, М., 1949.
137. Houben, Die Methoden der organischen Chemie, 3-е изд., Leipzig, 1990,
t. Ill, стр. 157.
138. Kohler, Tishler, Potter, Thompson, J. Am. Chem. Soc., 61, 1059 (1939).
139. Varbier, Helv. Chim. Acta, 23, 523 (1940); Stoll, Scherrer, там же, 23,
943 (1940).
140. Arndt, Eistert, Ber., 68, 204 (1935); 69, 1805 (1936).
141. Dornow, Ber., 73, 1'56 (1940)..
142. Wolff, Ann., 394, 23 (1912); Staudinger, Becker, Hirzel, Ber., 49, 1978
(1916).
143. Wolfram, Weisblat, Zophy, Waisbrot, J. Am. Chem. Soc., 63, 201 (1041);
Wolfram, Weisblat, Waisbrot, там же, 63, 632 (1941); Wolfrom,
Waisbrot, Brown, там же, 64, 1701, 2329 (1942); Wolfrom, Brown,
Evens, там же, 65, 1021 (1943); Wolfrom, Brown, там же, 65, 1516
(1943); Wolfrom, Olin, Evans, там же, 66, 204 (1944); Wolfrom,
Thompson, Evans, там же, 67, 1793 (1945).
144. Arndt, ,Eistert. Partale. Ber., 60, 1364 (1927); Arndt, Angew. Chem., 40,
1099 (1927); Arndt, Amende, Ber., 61, 1122 (1928); Arndt, Eistert,
Amende, там же, 61, 1949 (1928); Bradey, Robinson, J Chem. Soc.,
1928, 1310.
145. Bradley, Robinson, J. Chem. Soc., 1928, 1541; Bradley, Schwarzenborn,
там же, 1928, 2904; И. А. Преображенский, M И. Кабачник, Вег.,
66, 1542 (1933).
146. Reichstein, Schindler, Helv. Chim. Acta, 23, 669 (1940).
147. Grundmann, Ann., 524. 31 (1936): Schopf. Brass, Jacoby, Jorde, Moznik,
Neuroth, Salzer, Ann., 544, 35 (1940).
148. Meerwein. Sibmid, Ann.. 444, 221 (1925); Ponndori, Angew. Chem. 39,
138 (1926); Verley, Bull, soc. chim.. 37, 537; 871 (1925); 41, 788 (1927).
149. Criegee, Kraft, Ann., 507, 159 (1933).
СТАТЬЯ 4
ОКИСЛЕНИЕ ПОСРЕДСТВОМ ТЕТРААЦЕТАТА
СВИНЦА
Р. Криге
ВВЕДЕНИЕ
Тетраацетат свинца впервые получен Яквелином [1]. Правиль-.
ная формула его была установлена в 1896 г. Хатчинсоном и
Поллардом [2], которые предложили удобный метод синтеза
этого вещества и подробно изучили его свойства. В дальнейшем
эти исследования были продолжены Кольсоном [3], в работе ко-
торого описаны свинцовые соли других жирных кислот. Прак-
тическое применение тетраацетата свинца найдено Димро-
том [4], который с хорошими результатами использовал его
в органической химии как окислитель, заменяющий перекись
свинца.
Существенное преимущество тетраацетата свинца по сравне-
нию с перекисью свинца заключается в том, что его легко полу-
чать химически чистым, и поэтому реакции можно вести с теоре-
тически вычисленными количествами этого реагента. Однако еще
более важным преимуществом является способность тетраацетата
свинца растворяться в органических растворителях (уксусная
кислота, бензол, хлороформ, тетрахлорэтан, нитробензол). Это
свойство позволяет вести окисление в гомогенной среде, и таким
образом исключается то различие в скоростях реакции, которое
проявляют отдельные препараты перекиси свинца с неодинаковой
структурой поверхности. Тетраацетат свинца не следует, однако,
рассматривать только как растворимый заменитель перекиси
свинца, так как при его применении происходят такие реакции
окисления, которые с другими окислителями удаются лишь с тру-
дом или совсем не удаются.
СИНТЕЗ ТЕТРААЦЕТАТА СВИНЦА
Во всех методах приготовления тетраацетата свинца исходным
материалом служит сурик, который реагирует с уксусной кисло-
той по следующему уравнению:
РЬ3О48СН3СООН —> РЬ(ОСОСНД4 + 2РЬ(ОСОСИ3),-у 4Н2О.
140 Р. Криге
Таким образом, рационально используется только Vs свинца.
Было бы выгоднее исходить из перекиси свинца, однако она удо-
влетворительно растворяется в уксусной кислоте только в свеже-
осажденном состоянии. Путь для лучшего использования свинца
был предложен Кольсоном [3]. Он обрабатывал хлором маточ-
ный раствор, оставшийся после отделения тетраацетата свинца,
превращая таким образом половину диацетата свинца в тетра-
ацетат, а другую половину — в РЬС12:
2РЬ(ОСОСН3)2 л- С13 —> РЬ(ОСОСНа)4 Д- РЬС1,. .
Оспер и Дизи [5] вели реакцию, прибавляя одновременно сурик
и хлор к смеси уксусной кислоты с ее ангидридом. Образующийся
при этом хлористый свинец отделяли, пользуясь его плохой рас-
творимостью в горячей уксусной кислоте. Тетраацетат свинца
приходилось несколько раз перекристаллизовывать для освобо-
ждения от хлора. Если в препарате имеется примесь хлористого
свинца, то одновременно с окислением может птти хлорирование,
что особенно часто случается при реакциях с ненасыщенными
соединениями.
При высоких температурах вода, образующаяся при взаимо-
действии сурика с уксусной кислотой, способна вызывать гидро-
лиз тетраацетата свинца. Во избежание гидролиза температуре
не дают подниматься выше 60°, особенно в конце реакции. Для
ускорения реакции путем повышения температуры рекомендуют
добавлять к уксусной кислоте уксусный ангидрид, который связы-
вает воду [6, 7]. Однако в противоположность уксусной кислоте
уксусный ангидрид не вполне устойчив по отношению к окисле-
нию, и поэтому выходы получаются меньше. Лучшим методом
приготовления является способ Димрота и Швейцера [8], согласно
которому сурик прибавляют через сито в уксусную кислоту при
55—65° при энергичном механическом перемешивании. Для при-
готовления больших количеств этот метод [9] был несколько из-
менен [10].
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
ТЕТРААЦЕТАТА СВИНЦА
В настоящем обзоре описаны только реакции окисления с по-
мощью тетраацетата свинца. Однако следует отметить, что те-
траацетат свинца может быть использован также для определения
содержания воды в некислотных растворителях, в особенности
в спиртах [11]. Далее, в определенных условиях он может этери-
фицировать спирты [9, 12] и, наконец, находит себе применение
в химии сахаров для замещения галоидов на ацетатную
группу [13]. Когда тетраацетат свинца реагирует как окислитель,
он теряет две ацетатные группы, которые или присоединяются
Окисление посредством тетраацетата свинца
141
к углерод-углеродной связи, или замещают атомы водорода на
ацетатную группу, или производят дегидрогенизацию, отнимая
2 атома водорода и соединяясь с ними. Такого рода дегидрогени-
зация может происходить без разрыва или с разрывом углерод-
углеродных связей.
Образующийся при всех этих реакциях диацетат свинца легко
растворим в уксусной кислоте, но осаждается бензолом, хлоро-
формом и др. Отделение продуктов реакции от этих растворите-
лей обычно не встречает трудностей. В случае если при реак-
ции образуются нерастворимые в воде продукты, их можно вы-
делить, вылив реакционную смесь в воду. Если продукты реакции
растворимы в воде, свинец выделяют обычным путем. Избыток
тетраацетата свинца можно разрушить прибавлением к реак-
ционной смеси щавелевой кислоты или гликоля.
ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
С ПОМОЩЬЮ ТЕТРААЦЕТАТА СВИНЦА
Вследствие своего высокого, хотя еще точно не измеренного
окислительного потенциала, тетраацетат свинца может перево-
дить все окислительно-восстановительные системы в их окислен-
ное состояние [4]. Так, все гидрохиноны могут быть окислены
в соответствующие хиноны и все лейкокрасители — в красители.
Труднодоступные ди- и трихиноны (последние только в раство-
рах) рядов антрахинона и нафтохинона могут быть получены
этим методом [14]:
О ОН
li !
^\/\/^
\/\/\^
Il I
о он
Индиго таким путем легко переходит в дегидроиндиго [15].
Все эти окислительные процессы проводят в уксусной кислоте
или в бензоле при комнатной температуре. Однако в случае низ-
кой растворимости исходных веществ в конце реакции рекомен-
дуется нагревание. Выходы количественные.
Дегидрогенизация гидроароматических соединений протекает
менее гладко. Д2-Дигидронафталин тем не менее дает нафталин
с выходом 70%. Однако в случае Д’-изомера реакция идет иначе.
Тетралин, а также циклогексен и циклогексадиен вовсе не обра-
зуют нафталина или соответственно бензола [9]. С другой
стороны, Эрдтман [16] нашел, что производное тетралина (I),
142
Р. Криге
имеющее метокси- и карбоксильные группы,
(1)
сравнительно гладко дегидрируется в производное нафта-
лина. Дегидрогенизация 9,10-дигидроантрацена, проводимая
в растворе бензола при 70°, дает только 25% нормального
продукта реакции, так как сам антрацен реагирует с окисли-
телем.
Дегидрогенизация гетероциклических соединений, согласно
Хану [17], протекает более успешно. Йохимбин дает 50—60%
тетрадегидроиохимбина. Шёпф [18] нашел, что тетраацетат
свинца применим для дегидрогенизации сложных производных
дигидропиримидина. Диацетилдигидро-у, у-дипиридил (2), по
Димроту [19], подвергается дезацетилированию и переходит
в у,у-дипиридил (3), однако соответствующее тетрагидропроиз-
водное (4) в тех же условиях претерпевает расщепление и обра-
зует пиридин:
CHS—СО-
н
СНа—CO-N'/" J)N—СО—CH.J —> 2Х<^ Ч
х =/
Аналогичное расщепление происходит при взаимодействии
производных дигидроакридина (5) с тетраацетатом-свинца в рас-
творе уксусной кислоты, однако в бензольном растворе де-
гидрогенизация с образованием вещества (6) происходит без
Окисление посредством тетраацетата свинца
143
расщепления [20]:
СН3СО—СН—COOR
уксусная кислота
СНз\/\/\/\/СНз
СН.
сн.
\/\/\^
N
СН3/ хо-со—сн
СН3СО—C-COOR
Снз\ Z\ /СНз
СН;
(5)
N
I
си,.
(6)
Солянокислый бензальдегидимин ,CeHsCH = NH • HCI гладко пре-
вращается в бензонитрил C6H5CN. Реакция в растворе уксусной
кислоты идет с выделением тепла, поэтому колба с реакционной
смесью должна охлаждаться [21].
Дегидрогенизацию спиртов в альдегиды и кетоны проводят не
в уксусной кислоте, а в растворе бензола. Присутствие пиридина,
служащего для связывания образующейся в реакции уксусной
кислоты, повидимому, способствует процессу. Так, бензиловый
и коричный спирты, гераниол и флуоренол дают прекрасные вы-
ходы соответственно бензальдегида, коричного альдегида, цитраля
и флуоренона [22]. Дальнейшее распространение этого метода
представляется весьма ценным и многообещающим. Скорость
реакций окисления спиртов во много раз меньше, чем скорость
реакций окислительного расщепления гликолей. Реакции окис-
ления спиртов не сопровождаются вредными побочными про-
цессами, имеющими место при окислительном расщеплении гли-
колей.
ЗАМЕЩЕНИЕ ВОДОРОДА НА ГРУППУ — ОСОСН3
Прямое замещение атома водорода на гидроксильную группу
осуществимо только в редких случаях. При применении тетра-
ацетата свинца эта реакция обычно выполнима, так как гидро-
ксильная группа одновременно ацетилируется, что защищает ее
от дальнейшего окисления. Однако водородный атом, подвер-
гающийся замещению, для успешного проведения этой реакции
должен быть активирован соседними заместителями. Предель-
ные углеводороды не вступают во взаимодействие с тетраацета-
том свинца, в то время как в ароматических ядрах реакция за-
мещения часто оказывается возможной. Бензол устойчив
144
Р. Криге
к действию рассматриваемого окислителя, нафталин с ним мед-
ленно реагирует, а из антрацена получаются те же продукты,
что и при действии перекиси свинца и уксусной кислоты [23],
а именно: 9-антролацетат и 10-оксиантронацетат.
Согласно наблюдениям Физера [24], реакция протекает го-
раздо лучше с многоядерными системами. Так, 1,2-бензантра-
цен (7) в растворе уксусной кислоты при 100° замещается в по-
ложении 10, причем образуется 1,2-бенз-10-антранилацетат.
1,2,5,6-Дибензантрацен (8), возможно, вследствие пространствен-
ных затруднений, устойчив к действию тетраацетата свинца. Этим
свойством можно воспользоваться для очистки его от более легко
окисляющегося хризена (9):
(8)
3,4-Бензопирен (10) и его производные реагируют еще легче.
В растворе бензола при 20° реакция завершается в течение
30 мин. Выход продукта реакции (11) составляет 85%:
(Ю) О—СО—СН3
(П)
Следует отметить, что склонность ароматических углеводородов
к окислению тетраацетатом свинца изменяется параллельно из-
менению их канцерогенности.
Смит и Хойн [25] указывают, что присутствующие в ядре за-
местители оказывают влияние на дальнейшее замещение. Так,
производное нафталина (12), проходя, вероятно, промежуточную
стадию (13), образует производное нафтохинона (14):
ОН ' ОН О
^\А ^\/woco“CHj a7v°
I III I II I I II I
с6н5 CeH5 свнг>
(12) (13) (14)
Окисление посредством тетраацетата свинца
145
Систематические исследования о влиянии заместителей до на-
стоящего времени отсутствуют.
Насыщенные боковые цепи реагируют легче водородных ато-
мов ядра и всегда в «-положении. Толуол, дифенил- и трифенил-
метан образуют с возрастающей легкостью ацетаты бензилового
спирта, бензгидрола и трифенилкарбинола [8]. В первых двух
случаях получаются выходы 20 и 35% соответственно, и реак-
ция проходит только при нагревании. Тетралин (15) замещается
в насыщенном ядре (16) [9]. Аналогично ведут себя аценаф-
тен (17) [22, 26] и метилхолантрен (18) [27]. Последний, ре-
агируя в растворе смеси бензола с уксусной кислотой при 0°, об-
разует два продукта — (19) с выходом 46% и (20) с выходом 7%,
который получается, вероятно, через промежуточную стадию об-
разования диацетоксисоединения. Метильная группа в производ-
ном бензантрацена (21) окисляется гораздо труднее, и потому
выходы продукта (22) получаются меньшими:
В олефинах, у которых метиленовая группа находится рядом
с двойной связью, замещение происходит в этой группе. В этих
случаях может происходить одновременно присоединение к двой-
ной связи и замещение в аллильном положении. Так, напри-
мер, циклопентен [28], циклогексен и инден образуют эфиры
10 Зак. 1789.
146
Р. Криге
соответствующих ненасыщенных спиртов (23) — (25) с выходами
приблизительно 20%:
6—СО—СН3
О—СО—сн3
О—CO-CHg
(23)
(24)
(25)
Этим же путем ОН-группа может быть введена в различные тер-
пены, но при этом получаются менее удовлетворительные резуль-
таты [29]. Легко реагирует только камфен (26), который, согласно
Хюккелю [30], образует энолацетат камфениланового альдегида
(27) с выходом 75%. Реакция этого олефина замечательна тем, что
здесь происходит замещение водорода при двойной связи:
/\ZH*
I - |/снз
\ /хсн3
(26)
•СН—О—СООСН3
(27)
Многие кетоны, эфиры а-кетокислот и эфиры дикарбоновых кис-
лот вступают в реакцию замещения легче углеводородов. Ацетон
образует ацетаты окси- и диоксиацетона, а ацетофенон образует
бензоилкарбинол [8]. Несмотря на мало удовлетворительные вы-
ходы, этот метод нашел себе применение в химии половых гормо-
нов для превращения группы СОСН3 в группу СОСН2ОН [31, 32].
Сложные эфиры ct-кетокислот реагируют в мягких условиях.
Из ацетоуксусного эфира при 30° получают ацетат <х-оксиацето-
уксусного эфира СНзСОСН(ОСОСНз)СООСгН5 с выходом 40%.
Этилбензоилацетат дает аналогичный продукт с выходом 45%. Ма-
лоновый эфир окисляется труднее, образуя ацетат эфира тартро-
новой кислоты. Простейшие жирные кислоты не реагируют замет-
ным образом с тетраацетатом свинца. Однако в уксусном ангид-
риде при температуре его кипения окислению подвергаются обе
СНз-группы и образуется ангидрид о-ацетилгликолевой кислоты.
Индуцированное окисление низших жирных кислот в эфиры соот-
ветствующих «-оксикислот происходит в исключительно мягких
условиях при совместном окислении циклопентадиена. Нитрилы
и алифатические нитросоединения в реакцию, повидимому, не
вступают [22]. В ряду гетероциклических соединений Зи-
дель [33, 34] воспользовался тетра ацетатом свинца для
окисления вещества (28), принадлежащего к ряду пиррола. В этом
Окисление посредством тетраацетата свинца
147
случае замещение происходит и в ядре и в боковой цепи:
ПРИСОЕДИНЕНИЕ ДВУХ АЦЕТИЛИРОВАННЫХ
OH-ГРУПП к ДВОЙНЫМ СВЯЗЯМ
Взаимодействие простых алифатических олефинов с тетрааце-
татом свинца до сих пор не исследовано. Что касается циклооле-
финов, то здесь в большинстве случаев происходят одновременно
реакции замещения в аллильном положении и присоединения по
двойной связи. Присоединение по двойной связи в большинстве
случаев происходит одновременно в цис- и транс-положение. Од-
нако систематическое стереохимическое исследование этой реак-
ции до сих пор отсутствует. Окисление циклопентена при 50° при-
водит к диацетату циклопентан-1,2-диола [28] с выходом 18%. Со-
ответственно циклогексен дает смесь стереоизомерных ацетатов
циклогександиолов [9]. Индивидуальные ацетаты транс-диолов
были получены при окислении индена (29) с выходом 18% и
Д'-дигидронафталина (30) с выходом 45%:
(29)
'/ X-j-O-CO-CHs
О-СО-СНз
О-СО-СНз
//\А/°-со-СНз
I II 1->1 II I
Х/Х/ \/\/
(30)
Однако и в этих случаях не исключено одновременное образова-
ние цас-изомеров. Когда в молекуле присутствуют положительные
10*
148
Р. Криге
заместители, особенно СН3О-группы, то присоединение обычно
происходит легче. Анетол (31) [8, 9] и метиловый эфир изоэвге-
нола (32) [9] реагируют в уксуснокислом растворе уже при ком-
натной температуре и образуют с хорошим выходом смеси ацета-
тов стереоизомерных диолов. Фишер получил из ацеталя (33)
в растворе бензола при 50° с выходом 80% вещество (34), а из
него диоксиацетон [35]. Гельфрих [36] получил из глюкозена (35)
при комнатной температуре в бензольном растворе производное
5-кетоглюкозы с выходом 60%. Цервас [37] в аналогичных усло-
виях синтезировал производные фруктозы, исходя из ненасыщен-
ного производного стирацита:
^ч/сн=сн-сн3
(31)
сн3ох/;х/сн=сн-сн3
СНзО/^/
(32)
Н2С|--|С=СН2
о о
о—со—сн3
Н2С—с—сн2-о—со-сн3
А А
сн2
. СН—О—СН» j сн—о—сн3 сн=о
I I II I
О (СН—О—СОСН3)3 —> О (СН-О—СОСН3)3 —> (СН—О—СОСН3)3
I С I С-О—СОСН3 С=О
II I I
СН2 СН2—О—СОСН3 СН2ОН
(35)
Ненасыщенные соединения с отрицательными заместителями труд-
нее вступают в реакцию с тетраацетатом свинца. Кротоновый аль-
дегид СН3СН = СН — СНО начинает заметно реагировать при 80°
и образует продукт реакции [22] несимметричного строения. Осо-
бый интерес представляет поведение кислоты (36), получаемой из
циклопентадиена и малеинового ангидрида. Она не дает диаце-
тата диоксикарбоновой кислоты, но образует непосредственно
дилактон (37). Возможно, что в промежуточной фазе образуется
свинцовая соль кислоты (36) и реакция в дальнейшем протекает
Окисление посредством тетраацетата свинца
149
как внутримолекулярное присоединение:
(37)
co
соон ( „со
соон (сн3 СООкРЬ' со
о'
-1-CO
(36)
Поведение соединений с сопряженными двойными связями изу-
чено довольно подробно [9]. Они вступают в реакцию с тетрааце-
татом свинца гораздо легче, чем простые олефины. Скорости
реакций в зависимости от индивидуальных свойств веществ ме-
няются в широких пределах, быстро возрастая в ряду диметил-
бутадиен, циклогексадиен и циклопентадиен (38). Два первых
вещества присоединяют ацетатные группы главным образом
в положение 1,2. Присоединение к циклопентадиену происходит
в 1,2- и 3,4-положения, приводя в обоих случаях к смеси цис-
и транс-изомеров [38]. Состав смеси находится в зависимости от
растворителя. Окисление циклопентадиена, а в меньшей степени
и циклогексадиена и анетола сопровождается окислением уксус-
ной кислоты в гликолевую. Последняя реакция замечательна
тем, что она идет в условиях, в которых ни сама уксусная кис-
лота, ни ее производные не окисляются. Главными продуктами
окисления циклопентадиена является смесь эфиров (39) и (40).
Аналогичные продукты получаются при окислении тетрапропио-
натом и тетрабутиратом свинца, в то время как с тетрабензоатом
свинца образуется с хорошим выходом нормальный продукт реак-
ции (41) в транс-форме:
ij ij ij j О COCHg
I J—HI I
\/\o—COCH2—OCOCH3
(3S) (39)
СН2СО—О—)—О— C.CCH-J
СН3СОО
(40)
г~О—СО—С6Н6
!—о—со—свн5
(41)
150
Р. Криге
Ацетат эргостерола Вз может служить примером более сложного
диена. Он дает триацетат эргостадиентриола [39—43]. Отноше-
ние к тетраацетату свинца соединений, содержащих кумулиро-
ванные двойные связи, было изучено Лафоржем и Акре [44]. За-
мещенные аллены, как показывают нижеследующие уравнения,
образуют сс-оксикетоны:
НН НН
R—С=С=С—R РЬСОСОСН^ R_(}=C-C-R
СН3—С—О О—С—СН3
II II
О о
НН НН
__R—С=С___С—R пеРегРУппиРэвка ; R—C_С—С—R
II I ' II I
О О Н о о
НН н
Эта реакция может быть использована для идентификации соеди-
нений с кумулированными связями.
РАСЩЕПЛЕНИЕ ГЛИКОЛЕЙ
ПОСРЕДСТВОМ ТЕТРААЦЕТАТА СВИНЦА
Одним из наиболее важных типов реакций, осуществляемых
с помощью тетраацетата свинца, является расщепление углерод-
ной цепи между соседними углеродами, связанными с гидро-
ксильными группами [45]. Реакция протекает в самых мягких
условиях, т. е. в разбавленной уксусной кислоте или в бензоле
при комнатной температуре; при этом образуются альдегиды или
кетоны:
\с—ОН ^;С=О
| + РЬ(ОСОСН3)4 = +РЬ(ОСОСН3)24-2СН3СООН.
\с—он \с=о
Скорость реакции в инертных растворителях значительно выше,
чем в ледяной уксусной кислоте [11]. Замечательно, что приба-
вление метилового спирта или воды тоже сильно увеличивает
скорость реакции [46]. Недавно Байер, Гросхейнтц и Фишер вы-
работали препаративный метод расщепления гликолей с помощью
тетраацетата свинца в водной среде [47, 48].
В последующем изложении будут рассмотрены только сиртезы
карбонильных соединений. Вопросы механизма реакции [11,
49—51] и многочисленные аналитические приложения расщепле-
Окисление посредством тетраацетата свинца
151
ния диолов в целях их идентификации, количественного опреде-
ления и установления конфигурации, а также расщепление при-
родных продуктов с аналитическими целями рассматриваться не
будут. Однако следует упомянуть недавно открытый Физером и
его сотрудниками [52, 53] метод использования тетраацетата
свинца как алкилирующего средства.
Окислительное расщепление алифатических гликолей ведет
к образованию простых альдегидов или кетонов. Так, при оки-
слении эфира винной кислоты легко получается эфир глиоксале-
вой кислоты, труднодоступный при получении другими мето-
дами [54]:
ROOC—СНОН—СНОН—COOR —> 2ОСН—COOR.
Диоксистеариновая кислота может служить исходным материа-
лом для получения альдегида пеларгоновой кислоты и альдегида
азелаиновой кислоты [55—57]. Расщепление простых «-эфиров
глицерина RO—СН2—СНОН—СН2ОН ведет к получению простых
эфиров гликолевого альдегида ROCH2CHO, применяемых в иар-
фюмерии [58]. Часто удается получать карбонильные соединения,
исходя из олефинов, присоединив по двойной связи две гидроксиль-
ные группы и окислив полученный гликоль тетраацетатом свинца:
\с—ОН ^>С=О
^С—ОН ^>с=о.
В этом случае осуществляется то же окислительное расщепление,
что и при действии озона, однако выходы обычно гораздо лучше.
Таким способом Эрдтман[59] и Шпет [60] синтезировали гомопи-
перонал (43), исходя из сафрола (42), а Шёпф [61, 62] этим же
путем получил гомоизованилин (44) и гомопротокатеховый альде-
гид (45):
/Оч ZCH2CH=CH2 zo. /ч ,сн2—сно
сн2 | || —> сн2 | ||
\0/^/ Xo/'V'
(42) (43)
НО^^/СНг—СНО НО^^СНг—СНО
СН3О/Ч^/ но/4^/
(44) (45)
Робинзон [63] еще раньше получил тем же методом левулиновый
альдегид из метилгептанона. Два новых метода, пригодных для
152
Р. Криге
синтеза труднодоступных альдегидов, были разработаны Герш-
бергом [64] и Грундманном [65]. По Гершбергу, действуя на
галоидный алкил R—Вт хлористым аллилмагнием, получают
R—СН2—СН=СН2. Далее, по двойной связи этого вещества,
пользуясь методом Прево [66], присоединяют две гидроксильные
группы и, действуя тетраацетатом свинца [67], получают альде-
гид R—СН2—СНО. Грундманн нашел метод превращения карбо-
новых кислот в соответствующие им альдегиды с помощью гли-
кольного расщепления, что не всегда легко выполнимо прямым
путем. Способ Грундманна заключается в следующем ряде ре-
акций:
R—СООН —> R-COC1 —> R—СО—CHN2 —> R-СО—СН2-ОСОСН8 —>
—> R— СН(ОН)СН2ОН —> R—СН=О.
Расщепление гликолей имеет особенно большое значение для по-
лучения некоторых редких углеводов и их производных. При
этом оказалось целесообразным исходить из таких веществ, кото-
рые имеют только два свободных гидроксила при соседних
углеродах, так как в противном случае реакция осложняется.
Так, d-глицериновый альдегид, ранее трудно доступный, легко
может быть получен расщеплением гликолей. Дибензоильное
производное этого вещества может быть получено из тетра-
бензоилманнита [68], а сам углевод [48, 69—71] синтезируют из
диацетонового производного маннита:
сн2он
но—с—н
но-с-н
н—(L-он
I
н—с—он
'I
СНо0Н
сн8 о-сн2
>с< I
сн3 о—с—н
но—с—н
н—с—он
Н—С—СН8
Н2С—OZ ^СНз
Из ацеталя глицеринового альдегида, синтезируемого в одной из
стадий этой реакции, посредством вторичного расщепления может
быть получено важное вещество, полуацеталь глиоксаля
ОСН—CH(OC2Hs)2 [72]. Окислением бензальарабита (46) Штей-
гер и Рейхштейн [73] синтезировали один из представителей ред-
ких тетроз— d-треозу (47). /-Ксилоза (48) может быть получена
Окисление посредством тетраацетата свинца
153
из 2,3-бензальсорбита (49) [74—76] или из диметиленсорбита [77].
Производное d-арабинозы получают из 2,4-дитозилманнита [78] *.
СН2ОН
СН2ОН СН=О Н-С—о
но—С—н сн=о НО—С—H НО—с—н ^снсвн6
1 О—С— н но-с—н н—с—он H—С—О'/
свнБнс/ Н-С-ОН н—с—он но—с—н 1 н—С —он
Хо-сн2 1 СН2ОН СН2ОН сн2он
(46) (47) (48) (49)
Некоторые гетероциклические альдегиды (50)—(52) [79] полу-
чаются при конденсации углеводов или аминоуглеводов с ацето-
уксусным эфиром и с о-фенилендиамином. При этом остаток
углевода (СНОН)3СН2ОН, входящий в боковую цепь, подобно
тому как это наблюдал Кун в случае лактофлавина [80, 81], отщеп-
ляется, заменяясь альдегидной группой.
^CO°R
онс/'х(/\:н3
(50)
й—rCOOR
онс/\/\снг
н
(51)
N
I II I______Г но
N
(52)
В случае, когда окислению тетраацетатом свинца подвергаются
циклические гликоли, образуются диальдегиды, дикетоны или
кетоальдегиды. Заслуживает специального внимания, что диаль-
дегиды, которые другими методами синтезировать очень трудно,,
могут быть получены этим способом, хотя выходы диальдегидов
непостоянны вследствие нестабильности этих веществ. Диальде-
гиды глутаровой и адипиновой кислот образуются при расщепле-
нии циклопентандирла [82] и циклогександиола [45, 83]. 1,2-Ди-
окситетралин образует диальдегид (53) [84], гидриндендиол —
диальдегид гомофталевой кислоты (54) [85], камфоргликоль —
диальдегид (55) [86]. Нафталиндиальдегид (56) в гидратирован-
ном состоянии может быть получен из аценафтендиола [И, 87]..
Альдер [88] из соответствующего диоксисоединения получил лак-
тон, отвечающий гидратированной форме диальдегида (57).
В других случаях, например при окислении метилового эфира
хинной кислоты [47], некоторых глюкозидов [48] и при синтезе
ауксинглутаровой кислоты [89], образующиеся в промежуточные:
* Тозил — остаток п-толуолсульфокислоты CHaCcHgSOs. (Прим. ре<>.).
154
Р. Криге
стадии диальдегиды не были изолированы и непосредственно
превращались в дикарбоновые кислоты.
ОНС СНО
^/СНО сно
UxChz'H!
(53) -
/''jj— сно
I II .сно
^/хсн2
(54)
Н\| 1/СНз
ОНс/^/^СНО
Н3С сн3
(56)
СНдОС
(55)
СОСНд
НООС—j-г—СООН
ОНС—СНО
(57)
W
(58)
V"XCO-C6H6
I /СО-С6Н5
(59)
Циклические двутретичные гликоли легко окисляются до дике-
тонов. Эта реакция может быть осуществлена при помощи мно-
гих окислителей, но тетраацетат свинца дает лучшие результаты,
особенно если в молекуле присутствуют и другие группы, спо-
собные окисляться. Таким образом, из соответствующего произ-
водного аценафтена был получен перы-диацетилнафталин (58)
[11]. Аналогичным образом легко получается соответствующее
дибензоильное производное, а также дибензоилдифенил (59).
Куну [90] удалось, не затрагивая двойных связей, окислить нена-
сыщенный гликоль группы каротина до ненасыщенного дикетона.
При окислении эргостандиентриола [91] образуется кристалличе-
ский полициклический кетоальдегид.
Окислительное расщепление не ограничивается сс-гликолями.
а-Оксикислоты реагируют довольно хорошо по уравнению
R—СНОН—СООН —> R—СНО + СО2
с образованием альдегидов или кетонов и углекислоты [11, 92—95].
Особенно широко применимой реакцией этого типа является рас-
щепление карбоновых кислот R—СН2—СООН, которое ведут че-
рез стадии R—СНВг—СООН, R—СНОН—СООН, R—СНО и
R—СООН. Таким образом, оказалось возможным избежать
более сложного старого метода, заключавшегося в пре-
вращении «-оксикислоты через ее эфир в третичный гликоль
R—СНОН—С(СН3)2ОН и в окислении последнего тетраацетатом
свинца. Это расщепление впервые применили Каррер [96] и
Рауднитц [97] к пергидрокрокетину и пергидронорбиксину, а за-
тем Кегл [98] при определении строения ауксинглутаровой кис-
Литература
155
лоты. Реакция была тщательно изучена с препаративной точки
зрения Менделем и Коопсом [99].
Расщепление ct-оксикетонов и а-оксиальдегидов не про-
текает столь гладко. Рейхштейн [100] воспользовался этой
реакцией для расщепления производных стерина строения
R—СО—СНОН—СН2ОН и R—СНОН—СО—СН2ОН, превра-
щающихся в R—СООН и R—СНО [101].
Еще большее значение может иметь приложение гликольного
расщепления к группе азотсодержащих веществ, однако оно еще
мало изучено. В соединениях, окисляющихся тетраацетатом
свинца, группы —NH2 и —NH эквивалентны группе —ОН. Так,
се-диамины, я-аминоспирты и ct-аминокислоты окисляются тетра-
ацетатом свинца [21, 102]. Однако ожидаемые в результате реак-
ции имины R—CH=NH обычно подвергаются дегидрогенизации и
образуются нитрилы. Так, фенилглицин СбНзСЩННг)—СООН
в мягких условиях образует бензонитрил. Если атом водорода,
связанный с азотом, замещен, например, тозильной группой, то
реакция останавливается на стадии образования имина. В проти-
воположность тозильным производным, ацетильные и бензоильные
производные аминокислот и диаминов вовсе не вступают в реак-
цию, возможно вследствие того, что они реагируют исключи-
тельно в таутомерной форме*. На этом основании Кноопу [94]
удалось отделить серин СН2ОН—CH(NH2)—СООН от изосерина
CH2(NH2)—СН(ОН)—СООН. Бензоильное производное только
последнего из этих соединений реагирует с тетраацетатом свинца.
Способность защищать аминогруппу не распространяется на
карбэтоксильный остаток, вследствие чего Карреру [103] удалось
окислить соответствующее производное глюкозоимина (60) после
кипячения в бензольном растворе в течение 8 час.:
СООС2Н5
I
Н—С—NH—СООС2Н5
НО—С—Н СООС2Н5 СООС2Н5
I —> I —> I
н—С----О CH=N—СООС2Н5 СН(ОН)—NH—СООС2Н
Н-С—ОН ^CHCeHj
сн2—oz
(60)
ЛИТЕР л ТУР л
1. Jacquelin, J. prakt. Chem. 53, 151 (1851).
2. Hutchinson, Pollard, J. Chem. Soc., 69, 212 (1895).
3. Colson, Compt. rend., 136, 575, 1664 (1903).
4. Dimroth, Friedemann, Kammerer, Ber., 53, 454 (1920); Dimroth, Hilcken.
там же, 54, 3050 (1921).
156
Р. Криге
5. Oesper, Deasy, J. Am. Chem. Soc., 61, 927 (1939).
6. Hellmuth, диссертация, Wurzburg, 1930.
7. Clenahan, Hocket, J. Am. Chem. Soc., 60, 2061 (1938).
8. Dimroth, Schweizer, Ber., 56, 1375 (1923).
9. Criegee, Ann., 481, 236 (1930).
Ю. Mendel, Rec. trav. chim., 59, 720 (1940).
11. Criegee, Kraft, Rank, Ann., 507, 159 (1933).
12. Montignie, Bull. soc. chim., 1, 1280 (1934).
13. Ohle, Marececk, Ber., 63, 612 (1930).
14. Zahn, Ochwat, Ann., 462, 72 (1928).
15. Heller, Ber., 69, 563 (1934).
16. Erdtmann, Ann., 513, 229 (1934).
17. Hahn, Kappes, Ludwig, Ber., 67, 686 (1934).
18. Schopf, Oechster, Ann., 523, 1 (1936).
19. Dimroth, Frister, Ber., 55, 1223 (1922).
20. Criegee, диссертация, Wurzburg, 1925.
21. Bollinger, диссертация, Marburg, 1936.
22. Criegge, ие опубликовано.
23. Meyer, Ann., 379, 67 (1911).
24. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc., 60, 1893 (1938); 61, 1565 (1939).
25. Smith, Hoehn, J. Am. Chem. Soc., 61, 2619 (1939).
26. Brown, Fee, J. Am. Chem. Soc., 67, 874 (1945).
27. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc., 60, 2542 (1938).
28. Dane, Eder, Ann., 539, 207 (1939).
29. Ward, J. Am. Chem. Soc., 60, 325 (1938).
30. HUckel, Hartmann, Ber., 70, 959 (1937).
31. Erhard, Ruschig, Aumuller, Ber., 72, 2035 (1939); Angew. Chem., 52,
363 (1939).
32. Reichstein, Montigel, Helv. Chim. Acta, 22, 1212 (1939).
33. Siedel, Moller, Z. physiol. Chem. 259, 113 (1939).
34. Siedel, Winkler, Ann., 554, 162 (1943).
35. Fischer, Baer, Feldmann, Ber., 63, 1732 (1930).
36. Helf erich, Bigelow, Z. physiol. Chem., 200, 263 (1931).
37. Zervas, Papadimilrin, Ber., 73, 174 (1940).
38. Criegee, Beucker, Ann., 541, 218 (1939).
39. Yun Hwang Chen, Ber., 70, 1433 (1937).
40. Christiani, Anger, Ber., 72, 1124 (1939).
41. Windaus, Riemann, Z. physiol. Chem., 274, 206 (1942).
42. Windaus, Z. physiol. Chem., 276, 280 (1942).
43. Windaus, Riemann, RUggeberg, Ziihlsdorff, Ann., 552, 142 (1942).
44. La Forge, Acree, J. Org. Chem., 6, 208 (1941).
45. Criegee, Ber., 64, 260 (1931).
46. Criegge, Buchner, Ber., 73, 563 (1940).
47. Baer, Grosheintz, H. O. L. Fischer, J. Am. Chem. Soc., 61, 2607 (1939)
48. Grosheintz, J. Am. Chem. Soc., 61, 3379 (1939).
49. Criegee, Sitzberg. Ges. Beforder. Ges Naturw. Marburg, 69, 25 (1934);
C„ 1934, II, 2515; C. A., 29, 6820 (1935).
50. Criegee, Agew. Chem., 50, 153 (1937).
51. Bell, Sturrock, Whitehead, J. Chem. Soc., 1940, 82.
52. Fieser, Chang, J. Am. Chem. Soc., 64, 2043 (1942).
53. Fieser, Clapp, Daudt, J. Am. Chem. Soc., 64, 2052 (1942).
64- Weygand, Organic Preparations, N. Y., 1945, стр. 455.
55. Sabetay, Bull. soc. chim., 2, 1744 (1935).
56. Scanlan, Swern, J. Am. Chem. Soc., 62, 2305 (1940).
57. Hilditch, Jasperson, Nature, 147, 327 (1941).
58. Chi-Yi-Hsing, Kon-Jen Chang, J. Am. Chem. Soc., 61, 3589 (1939).
59. Erdtmann, Robinson, J. Chem. Soc., 1933, 1530.
Литература
157
60. Spath, Kuffner, Kesztler, Ber., 69, 382 (1936).
61. Schoph, Salzer, Ann., 544, I (1940).
62. Schoph, Ann., 544, 30 (1940).
63. Blount, Robinson, J. Chem. Soc., 1933, 1511.
64. Hershberg, Helv. Chim. Acta, 17, 351 (1934).
65 Grundmann, Ann., 534, 189 (1936).
66. Prevost, Compt. rend., 196, 1129 (1933); 197, 1661 (1933).
67. Butenandt, Peters, Ber., 71, 2688 (1938).
68. Brigl, Gruner, Ber., 66, 931 (1980).
69. H.O.L. Fischer, Baer, Helv. Chim. Acta, 17, 622 (1934).
70. Baer, H. O. A, Fischer, J. Biol. Chem., 128, 463 (1939).
71. Baer, H. O. L. Fischer, J. Am. Chem. Soc., 61, 761 (1939).
72. H.O.L. Fischer, Helv. Chim. Acta, 18, 514 (1935).
73. Steiger, Reichstein, Helv. Chim. Acta, 19, 1016 (1936).
74. Vargha, Ber., 68, 18 (1985).
75. Vargha, Ber., 68, 1377 (1935).
76. Michel, Hasse, Ber., 68, 1582 (1935).
77. Appel, J. Chem. Soc., 1935, 425.
78. Muller, Ber., 67, 880 (1934).
79. Muller, Vargha, Ber., 72, 1993 (1939).
80. Kuhn, Rudy, Wagner-J our egg, Ber., 66, 1950 (1933).
81. Kuhn, Rudy, Weygand, Ber., 68, 625 (1935).
82. Schopf, Lehmann, Ann., 518, 1 (1935).
83. Kennedy, Robinson, J. Chem. Soc., 1932, 1429.
84. Blount, J. Chem. Soc., 1933, 553.
85. Blount, Robinson, J. Chem. Soc., 1933, 955.
86. Haflinger, Helv. Chim. Acta, 23, 90 (1940).
87. Blount, Weissberger, J. Chem. Soc., 1936, 336.
88. Alder, Schneider, Ann., 524, 189 (1936).
89. Kogi, Erxleben, Z. physiol. Chem., 235, 181 (1935).
90. Kuhn, Brockmann, Ann., 516, 95 (1935).
91. Huang Mihlon, Ber., 72, 854 (1939).
92. Oeda, Bull. Chem. Soc. Japan, 9, 8 (1934); C. A„ 28, 2700 (1934).
93. H. O. L. Fischer, Ber., 65, 1009 (1932).
94. Knoop, Z. physiol. Chem., 239, 30 (1936).
95. Klenk, Clarenz, Z. physiol. Chem., 257, 268 (1939).
96. Karrer, Helv. Chim. Acta, 15, 1399 (1932).
97. Raudnitz, Perchel, Ber., 66, 901 (1933).
98. Kogi, Erxleben, Z. physiol. Chem., 227, 51 (1984).
99. Mendel, Coops, Rec. trav. chim., 58, 1133 (1939).
100. Reichstein, Helv. Chim. Acta, 19, 1114 (1936).
101. Baer, J. Am. Chem. Soc., 62, 1597 (1940).
102. Leonard, Rebenstorf, J. Am. Chem. Soc., 67, 49 (1945).
103. Karrer, Mayer, Helv. Chim. Acta, 20, 407 (1937).
СТАТЬЯ 5
ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИЯ В ПРИСУТСТВИИ СЕРЫ,
СЕЛЕНА И МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ
П. Платтнер
ВВЕДЕНИЕ
В течение последних 25 лет было установлено, что дегидроге-
низация является чрезвычайно полезным вспомогательным мето-
дом при изучении строения природных органических соединений*.
Впервые этот метод был применен при исследовании политер-
пенов: с 1921 г. он систематически использовался и совершен-
ствовался в этом направлении Ружичкой [1]. Еще раньше было
известно, что углеводороды ряда нафталина, например кадален
[2, 3] и эйдален [3], могут быть получены из некоторых сесквитер-
пенов при дегидрогенизации последних в присутствии серы. Та же
реакция, примененная к таким простым терпенам, как лимонен и
терпинен, привела к образованию п-цимола.
Валлах [4], а позднее Земмлер [5] высказали предположение
о том, что сесквитерпены являются гидрированными производ-
ными нафталина. Ружичка, проведя дегидрогенизацию сесквитер-
пенов, дал прямое экспериментальное подтверждение этой гипо-
тезы. В дальнейшем строение сесквитерпенов было окончательно
установлено: кадален оказался 1,6-диметил-4-изопропилнафтали-
ном [6], а эйдален — 1-метил-7-изопропилнафталином [7]. Резуль-
таты, полученные при работах в области сесквитерпенов, дали
основание для дальнейшего применения дегидрогенизации.
Превращение таких дитерпенов, как абиетиновая, d-пимаро-
вая и агатендикарбоиовая кислоты, в производные фенантрена
открыло путь к установлению строения этих соединений. То же
оказалось возможным сделать и в химии тритерпенов; резуль-
таты дегидрогенизации некоторых тритерпенов показали, что они
являются гидрированными производными пицена [8].
Успешное приложение этого метода не ограничивается, од*
нако, только химией политерпенов. Так, например, дегидрогени-
зация холестерина и холевой кислоты сыграла важную роль
в определении структуры стеринов. Результаты таких экспери-
* Н. Д. Зелинский в 1912 г. впервые применил дегидрогенизацию для опре-
деления строения природных соединений; этот метод описан в примечании ре-
дактора к стр. 171 (Прим, ред.)
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 159
ментов в 1932 г. привели Розенгейма и Кинга [9] и Виланда и
Дана [10] к формулированию в то время новых, а теперь обще-
признанных положений химии стеринов. Дегидрогенизация
в значительной мере обусловила успехи, достигнутые за послед-
ние несколько лет в области химии стеринов и желчных кислот,
половых гормонов, витаминов D, сердечных аглюконов и канцеро-
генных углеводородов. Этот же метод был с успехом применен
при исследовании других природных продуктов, таких как алка-
лоиды, и, вероятно, область его применения может еще расши-
риться в будущем. Хотя за последние несколько лет реакция
дегидрогенизации во все возрастающей степени используется при
синтезе полициклических ароматических соединений, она попреж-
нему имеет особое значение для определения строения природных
органических соединений.
Применение дегидрогенизации для выяснения структуры моле-
кулы опирается на следующие соображения [1]:
Установление структуры алициклических соединений с высо-
ким молекулярным весом обычными методами анализа чрезвы-
чайно трудно и требует большой затраты времени. Если же эти
вещества могут быть превращены однозначным способом в род-
ственные ароматические соединения, то такие вопросы, как отно-
сительное расположение колец и заместителей, могут быть ре-
шены сравнительно легко. Отметим также, что вследствие деги-
дрогенизации уменьшается число возможных изомеров, что в свою,
очередь облегчает исследование. Кроме того, родоначальные аро-
матические соединения обладают ярко выраженными типическими
свойствами (например, характерными спектрами поглощения),
благодаря чему их значительно легче идентифицировать, чем ги-
дрированные производные. Выяснив же строение кольцевой си-
стемы, можно приступить и к установлению положения углерод-
углеродных двойных связей и заместителей, а также к выяснению
стереохимических отношений,
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИИ
Дегидрогенизация рассматривается здесь главным образом как
вспомогательный метод при определении строения органических
соединений. Вследствие этого может быть опущено исчерпываю-
щее обсуждение теоретических основ реакции образования нена-
сыщенных и ароматических систем из более полис гидрированных
соединений. Рассмотрение продуктов дегидрогенизации ограни-
чено почти исключительно ароматическими соединениями, т. е. про-
изводными бензола и конденсированных ароматических систем,
и полностью дегйдрогенизованными гетероциклическими соеди-
нениями с 5- и 6-членными кольцами, такими как тиофен и пири-
дин [11]. Азулен [12], ядро которого состоит из пяти- и семичленных
160
П, Платтнер
колец, представляет дополнение к этим хорошо изученным
ароматическим системам и имеет исключительный теоретический
интерес. В противоположность азулену, изолированные пяти- и
семичленные кольца вообще не дегидрируются, даже если они
сконденсированы с бензольным кольцом, как, например, в индане.
Алифатические соединения с двойными связями также не могут
быть получены из соответствующих предельных соединений обыч-
ными методами дегидрогенизации, за исключением нескольких
специальных случаев.
Свойства реагентов или катализаторов, с помощью которых мо-
гут быть дегидрированы соединения, не дегидрирующиеся в обыч-
ных условиях, будут кратко рассмотрены в каждом отдельном
случае. Реакции окисления, которые на основании их вероятного
механизма раньше относили к классу дегидрогенизационных про-
цессов, в настоящей статье не приведены.
РАЗЛИЧНЫЕ МЕТОДЫ ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИИ
И ДЕГИДРИРУЮЩИЕ АГЕНТЫ
Реакция дегидрогенизации используется в химической практике
уже давно. В настоящее время почти полностью вышли из упо-
требления два ранее применявшихся метода дегидрогенизации:
1) метод исчерпывающего бромирования Байера и Филлигера
[13], оказавший большие услуги при исследовании ряда терпенов,
и 2) деструктивная дегидрогенизация с помощью двуокиси мар-
ганца и серной кислоты [14, 15].
Каталитическая дегидрогенизация в паровой фазе в присут-
ствии никелевых катализаторов как общий метод была введена
Сабатье и Сандераном [16] в начале нашего столетия. Н. Д. Зе-
линский [17] систематически исследовал реакцию дегидрогениза-
ции в присутствии металлов платиновой группы и значительно
усовершенствовал этот метод.
Дегидрогенизация в присутствии никелевых катализаторов
требует очень высокой температуры, вследствие чего эта реакция
сопровождается расщеплением молекулы с выделением углерода
и другими побочными процессами. Платина и палладий [17] как
катализаторы дегидрогенизации имеют значительные преимуще-
ства перед никелем, причем оказывается, что в их каталитических
свойствах нет большой разницы *. Другие металлы платиновой
* Нельзя согласиться с автором, сводящим разницу между дегидрогени-
зацией в присутствии никеля по Сабатье и Саидерану и дегидрогенизацией
в присутствии платины или палладия по Н. Д. Зелинскому лишь к разнице
в температуре реакции. При одной и той же температуре (около ЗОО9) реакция
под влиянием никеля и под влиянием платины или палладия идет с прибли-
зительно одинаковой скоростью, однако в присутствии последних двух процесс
идет гладко, и продуктами реакции являются водород и ароматический угле-
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pi и др. металлов 161
группы, такие как рутений, родий, иридий и осмий, были изучены
Н. Д. Зелинским и М. Б. Туровой-Поляк [18, 19].
Систематическое использование серы в качестве дегидрирую-
щего реагента было введено Ружичкой [1—3]. Еще задолго до
работ Ружички, Кюри [20], Кэльбе [21] и Вестерберг [22] приме-
нили серу для дегидрогенизации розина и образующейся из него
абиетиновой кислоты и получили таким образом ретен. Однако
общее значение этого метода в то время не было оценено [1].
Использование селена для дегидрогенизации было введено Диль-
сом [23] и быстро получило признание. Селен по сравнению с се-
рой обладает рядом преимуществ, но относительно высокая тем-
пература, необходимая при проведении дегидрогенизации в при-
сутствии селена, вызывает различные осложнения.
Кроме этих общепринятых реагентов, иногда употребляют и
некоторые другие [24]. Интересно отметить, что активированный
уголь, который часто применяется как носитель для катализато-
ров платиновой группы, сам по себе может служить дегидрирую-
щим средством [25—27]. При соответствующих условиях даже
атмосферный кислород [28], двуокись селена [29], концентриро-
ванная серная кислота [30] и т. д. могут действовать как де-
гидрирующие реагенты. Использование для дегидрогенизации
диалкилсульфидов вместо серы было предложено Риттером и
Шарпом [31]. Хлоранил (тетрахлор-п-бензохинон) был введен как
мягкий дегидрирующий агент Арнольдом и Коллирзом [32] и за-
тем использован для дегидрогенизации тетрагидрокарбазола и его
производных [33] и для приготовления 2,3-дифенилнафталина из
соответствующего 3,4-дигидросоединения [34]. Однако попытки
применить эти реагенты в других случаях не имели успеха, и во-
прос о возможности их использования при исследовании природ-
ных веществ остается открытым.
МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ
О механизме реакции дегидрогенизации известно очень немно-
гое. Исследование этого вопроса весьма трудно, так как де-
гидрогенизация очень редко протекает без побочных реакций рас-
щепления, образования новых или перегруппировки прежде
существовавших углерод-углеродных связей. В большинстве
водород [Н. Д. Зелинский, Избранные труды, Изд. АН СССР, т. II, стр. 45—58,
62—64 и др.], тогда как в присутствии никеля 30—70% образовавшегося аро-
матического углеводорода распадается до метана. Н. Д. Зелинскому в даль-
нейшем удалось найти способ приготовления никелевого катализатора (откла-
дывая его на окиси алюминия), при котором он по своим каталитическим свой-
ствам приближается к палладию [Избранные труды, т. II, стр. 60—62]. Таким
образом, честь открытия дегидрогенизационного катализа как весьма совер-
шенного препаративного и аналитического метода принадлежит Н. Д. Зелин-
скому. (Прим, ред.)
1 1 Зак. 1789.
162
П. Платтнер
случаев реакция сопровождается процессами, происходящими под
влиянием высокой температуры, как, например, отщепление чет-
вертичной метильной группы. Были сделаны попытки [35, 36] раз-
дельного исследования термического разложения и дегидрогени-
зации, но выработанные при этом методы исследования оказались
недостаточно эффективными для целей определения строения и
не нашли общего применения. Механизм реакции каталитической
дегидрогенизации, вероятно, коренным образом отличается от
механизма дегидрогенизации в присутствии серы и селена. Однако,
если судить по конечным продуктам реакции, эти три основных
метода различаются главным образом по температуре, при которой
протекает дегидрогенизация. Поэтому описание различий этих
методов может быть опущено. Особенности отдельных реагентов
будут отмечены там, где это будет необходимо в ходе детального
обсуждения.
Первоначально применение реакции дегидрогенизации ограни-
чивалось почти исключительно областью углеводородов, но с недав-
него времени она во все увеличивающихся размерах применяется
и в области соединений, содержащих такие функциональные
группы, как гидроксил. Во многих случаях продукты дегидроге-
низации этих веществ отличаются от продуктов дегидрогенизации
соответствующих углеводородов; это обстоятельство позволяет из
рассмотрения результатов дегидрогенизации сделать более общие
выводы. Так как на процесс дегидрогенизации часто в значитель-
ной степени влияет присутствие функциональных групп, то их
поведение в реакциях будет изложено в первую очередь.
ПОВЕДЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП
Нетрудно предвидеть, что гидроксильные группы, связанные
с третичным углеродным атомом, легко отщепляются во время
дегидрогенизации. В общем случае продукты дегидрогенизации
третичных спиртов идентичны продуктам дегидрогенизации соот-
ветствующих углеводородов. Это может быть показано на при-
мерах образования эйдалена из эйдосмола при прямой дегидро-
генизации серой [3] и из 2- (оксиизопропил)-8-метил-1,2,3,4-
тетрагидронафталина при дегидрогенизации селеном [37]. При1
каталитической дегидрогенизации в присутствии палладирован-
ного угля легко отщепляются третичные гидроксильные группы,
присоединенные непосредственно к насыщенной кольцевой
системе [38, 39].
Вторичные гидроксильные группы часто отщепляются с обра-
зованием воды еще до начала дегидрогенизации. Для того чтобы
избежать вспенивания, образующуюся воду лучше осторожно уда-
лить из реакционного сосуда до начала дегидрогенизации, как
рекомендовано Ружичкой и сотрудниками в случае дегидрогениза-
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 163
Ции холевой кислоты в присутствии селена. Состав продуктов
реакции от этого не изменяется [40]. Так как дегидрогенизация
в присутствии селена протекает при сравнительно высоких темпе-
ратурах, во многих случаях отщепляются вторичные гидроксиль-
ные группы, и продуктами реакции оказываются почти исключи-
тельно углеводороды. Так, например, при дегидрогенизации
андростендиолов посредством селена образуются производные
циклопентенофенантрена [41]. Среди продуктов дегидрогенизации
тритерпенов оказались такие углеводороды, как 1,2,5,6-тетраме-
тилнафталин, образование которого должно быть объяснено ре-
тропинаколиновой перегруппировкой [42, 43] согласно формулам
(1)-(3):
. н3с ch2r
нХ'сНз
(4)
164
П. Платтнер
Как оказалось, ацетаты тритерпеновых спиртов ведут себя
иначе, так как при их дегидрогенизации ретропинаколиновая
перегруппировка в значительной степени подавлена [44, 45]. Хотя
в общем углеводороды являются главными продуктами дегидро-
генизации, проводимой в этих сравнительно жестких условиях,
однако в продуктах реакции обычно можно обнаружить и некото-
рые количества кислородсодержащих продуктов, например, фено-
лов. В качестве наиболее интересного примера подобного тече-
ния реакции следует упомянуть об образовании 1,8-диметил-2-
оксипицена (4) при дегидрогенизации амирена [42, 43]. Строение
продукта дегидрогенизации было подтверждено синтезом его мети-
лового эфира [46]. Таким образом, было достоверно установлено
относительное расположение 24 атомов углерода и гидроксильной
группы этого тритерпена. Триметилнафтол [47, 48], позднее оказав-
шийся оксиагаталеном (5), образуется при дегидрировании боль-
шинства тритерпенов [49, 50]. Следует отметить также образование
7-окси-1-метилфенантрена из дитерпенового спирта тотарола [51]
и образование 9-фенантрола из 9-оксиоктагидрофенантрена [52].
Примером этого направления реакции [53], проведенной в очень
мягких условиях, является превращение неоэргостерина (7) в про-
изводные нафтола (8). Вторичная гидроксильная группа, защи-
щенная посредством метилирования, может быть сохранена даже
при дегидрогенизации в присутствии селена [54].
Циклические кетоны при дегидрогенизации очень легко пре-
вращаются в фенолы. Эта реакция была основательно изучена
Дарценсом и Леви [55], которые получили фенол из циклогекса-
нона и л-нафтол из а-тетралона при дегидрогенизации с серой и
селеном. Ружичка [56] исследовал дегидрогенизацию транс-^-де-
калона и 3-метилциклогексанона. Хорнинг [57] получил с выхо-
дом 26—29% соответствующие фенолы из некоторых алкилцикло-
гексанонов при нагревании с серой в течение 1 часа. Согласно
Физеру, Герсбергу и Ньюмену [58], соответствующие оксибензпи-
рены получаются из кетонов (6) с выходом около 20% при нагре-
вании с серой до 220—230°; однако в присутствии селена при
310—320° главным продуктом является 1,2-бензпирен; при этом
могут быть обнаружены только следы оксисоединений:
Известно большое число примеров образования фенолов при ка-
талитической дегидрогенизации циклических кетонов. При де-
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 165
гидрогенизации 7- метилтетралона-1 в присутствии палладия полу-
чается 1-метилнафтол-1 [59], из пиперитона над никелем [60] или
палладием [61] — тимол и из кетогексагидрохризена также в при-
сутствии палладия — хризенол [62, 63].
Некоторые случаи дегидрогенизации этого типа были детально
исследованы Линстедом и Михаэлисом [64]. ct-Тетралон, аг- и ас-
^-тетралолы, транс-а- и транс-[--декалоны, цис- и транс-^-дека-
лоны [61] дают соответствующие нафтолы с выходами 12—60%
наряду с различными количествами нафталина. Соединения, более
близкие по степени ненасыщенности к ароматическим, могут быть
дегидрированы в более мягких условиях и дают соответственно
больше нафтола и меньше нафталина. Исследование было распро-
странено также на кетоны ряда терпенов [65], которые могут быть
с хорошими выходами превращены в тимол и карвакрол.
Кетогруппа, находящаяся вне цикла, часто не затрагивается
дегидрогенизацией, проводимой при сравнительно мягких усло-
виях. Согласно Барбо [66], ^-ацетилтетралин может быть превра-
щен при действии серы в метилнафтилкетон с выходом 70 %. Инте-
ресно отметить, что антрахиноны легко получаются при дегидро-
генизации гидрированных антрахинонов, особенно при действии
серы [67]. Джонсон и сотрудники [68] превратили 3-кето-3,4-ди-
гидро-1,2-циклопентенонафталин в 4,5-бензгидриндон-1 при де-
гидрогенизации серой в течение 1 часа при 220°.
Каталитическая дегидрогенизация некоторых кетонов (произ-
водных тетрагидронафталина) исследовалась Ньюменом и сотруд-
никами [69, 70], которые дегидрировали в довольно жестких усло-
виях над палладированным углем следующие соединения: метил-
2-(5,6,7,8-тетрагидронафтил)-кетон, метил-(5,6,7,8-тетрагидро-
нафтоил-2) -пропионат, метил-1 - (1,2,3,4-тетрагидронафтил) -кетон,
1- (1,2,3,4-тетрагидро)-нафтилпропанон-2 и 1- (1,2,3,4-тетрагидро-
нафтил-1) -бутанон-3.
Результаты показали, что направление реакции зависит в зна-
чительной степени от положения карбонильной группы в боковой
цепи и по отношению к гидрированному ядру. Карбонильные
группы в двух первых вышеназванных соединениях восстанавли-
вались в метиленовые группы; в последних трех соединениях кар-
бонильные группы не восстанавливались. Метил-1-(1,2,3,4-тетра-
гидронафтил)-кетон и 1-(1,2,3,4-тетрагидронафтил-1-)-бутанон-3
не поддавались дегидрогенизации, большая часть этих исходных
продуктов осталась неизменной после обработки дегидрирующими
реагентами. 1-(1,2,3,4-Тетрагидронафтил)-пропанон-2 был гладко
дегидрирован в 1-нафтилпропанон-2 с выходом 84%.
На основании того факта, что фенолы часто получаются как
продукты дегидрогенизации циклических кетонов, легко понять,
почему свободные и особенно метилированные фенольные гидро-
ксильные группы часто не затрагиваются при дегидрогенизации.
166
П. Платтнер
Особенно это справедливо для случая дегидрогенизации серой
[71—74]. Для дегидрогенизации в присутствии селена описаны слу-
чаи элиминирования гидроксильных и метоксильных групп [72, 75],
так же как и примеры сохранения этих групп [76—80], причем
показано, что повышение температуры дегидрогенизации выше
300° способствует их отщеплению. Особенно убедительно подтвер-
ждают это примеры, данные Коном и Ружичкой [81].
В общем вероятность отщепления фенольного атома кислорода
при дегидрогенизации тем больше, чем выше температура реакции.
В настоящее время нет определенных данных, говорящих о влия-
нии расположения атомов кислорода на легкость их отщепления.
Примеры дегидрогенизации соединений, содержащих первич-
ную гидроксильную группу, немногочисленны. При дегидрогениза-
ции [82] абиетинола (9) Ружичка и Мейер [83, 84] получили ре-
тен (10), который образуется также и из абиетиновой кислоты и из
метилабиетена (11)*. С другой стороны, если от абиетинола вна-
чале отщепляется вода, то главным продуктом является гоморе-
тен [83], представляющий собой 1-этил-7-изопропилфенантрен [85,
86]. Подобные отношения наблюдались также при дегидрогениза-
ции cf-пимаровой кислоты [85—87]. Следовательно, при отщепле-
нии воды от абиетинола (9) происходит ретропинаколиновая
перегруппировка, в результате которой образуется соедине-
ние (12):
н:;с сн.2он сн3
сн3
I
Н3С сн> сн
\/ II
(11) (12)
* Метилабиетен был получен нз абиетинола через соответствующий аль-
дегид, который восстанавливался по Кижнеру.
Дегидрогенизация в присутствии Ь, i>e, Ni, Pt и др. металлов 167
Эта перегруппировка не происходит при прямой дегидрогени-
зации. Не имеет места ретропинаколиновая перегруппировка
с образованием этильного производного также и при дегидрогени-
зации гедерагенина [88]. По этой причине из продуктов реакции
нельзя выделить производных [89], которые соответствовали бы
гоморетену и гомопимантрену (1-этил-7-метилфенантрен).
В связи с дегидрогенизацией гедерагенина интересно отметить,
что при этом не происходит миграции одной из геминальных ме-
тильных групп, приводящей в некоторых других случаях к образо-
ванию 1,2,5,6-тетраметилнафталина [42, 43], который не обра-
зуется, если одна из геминальных метильных групп несет атом
кислорода. Последнее справедливо не только для дегидрогениза-
ции самого гедерагенина, но и для соответствующего альдегида,
гипсогенина [88, 90].
Ньюмен и сотрудники [69, 70] исследовали поведение некото-
рых первичных спиртов попутно с изучением каталитической де-
гидрогенизации замещенных тетрагидронафталинов. Как и в слу-
чае кетонов, оказалось, что поведение первичной спиртовой группы
зависит от ее расположения относительно гидрированного кольца.
Дегидрогенизации подвергалось большое число соединений, со-
держащих свободные, а также этерифицированные карбоксильные
группы.
Превращение абиетиновой кислоты в присутствии серы в ретен,
которое было одним из первых тщательно исследованных приме-
ров дегидрогенизации, показывает, что в условиях этой реакции
легко происходит декарбоксилирование. Сравнение большого числа
аналогичных случаев показывает, что третичная карбоксильная
группа легко отщепляется, даже если она этерифицирована [73,
87]. Это подтверждено на большом числе примеров [91, 92].
С другой стороны, вторичная и первичная карбоксильные
группы могут быть сохранены при дегидрогенизации. Ве-
роятно, впервые эту возможность использовали Дарценс и Леви
[93], получившие 1-метил-7-изопропил-3-нафтойную кислоту по-
средством дегидрогенизации соответствующего 1,2,3,4-тетрагидро-
соединения в присутствии серы при 230—240°. Однако 4-метил-
<х-нафтойная кислота не может быть приготовлена этим путем, так
как при ее дегидрогенизации всегда отщепляется углекислота [94].
Позднее этот метод был применен для получения фенантренкарбо-
новых кислот [95] и в последние годы часто использовался в пре-
паративной работе. Примеры его применения можно найти в рабо-
тах Дарценса и Леви [96—98], Физера и Гершберга [71, 99, 100],
Когена и сотрудников [101—103] и Ньюмена [104], Дегидрогениза-
ция эфиров некоторых тетрагидронафтилкарбоновых кислот над
палладированным углем изучалась Ньюменом и сотрудниками
[69, 70]. Даже в сравнительно жестких условиях происходило глад-
кое превращение этих эфиров в соответствующие производные
168
И. Платтнер
нафталина. Этот же метод был применен Джонсоном и сотрудни-
ками [68] для приготовления Р-(1-нафтил)-пропионовой и 1-нафтил-
янтарной кислот из 3,4-дигидросоединений.
Сера, палладий и платина для дегидрогенизации кислот
являются лучшими реагентами, чем селен, так как в присутствии
последнего легко происходит декарбоксилирование, вероятно,
вследствие того, что дегидрогенизация проводится при более высо-
кой температуре.
Дегидрогенизация карбоновых кислот и их функциональных
производных часто сопровождается побочными реакциями, напри-
мер из эфиров образуются свободные карбоновые кислоты, из ди-
карбоновых кислот—ангидриды [56, 105].
Интересным открытием является факт восстановления карбо-
ксильной группы в метильную в ходе дегидрогенизации кислот;
этот тип побочной реакции наблюдался только при дегидрогениза-
ции в присутствии селена. Например, Виндаус и Тиле [106] полу-
чили 2,3-диметилнафталин при дегидрировании вещества (13).
Согласно Тиле и Траутманну [107], 2,3-диметилнафталин полу-
чается также из 2,3-нафталевого ангидрида при обработке его се-
леном в присутствии п-циклогексилфенола как водородного до-
нора. Сходная до некоторой степени реакция происходит с 1,8-
нафталевым ангидридом; одна из карбоксильных групп превра-
щается в метильную, в то время как другая элиминируется и обра-
зуется а-метилнафталин. Ружичка сообщил о подобном же случае,,
в котором 1,6,7-триметилнафталин образовался из ангидрида (1-1)
при обработке селеном при 350°:
(14)
(13)
При описании поведения функционных групп при дегидроге-
низации должно быть рассмотрено также и влияние уже присут-
ствующей в молекуле двойной связи на результат дегидрогени-
зации. Как правило, дегидрогенизация протекает с большей лег-
костью и лучшим выходом в тех случаях, когда исходный
продукт содержит больше двойных связей, т. е. чем ближе он по
степени ненасыщенности к ароматическим соединениям. Распо-
ложение двойных связей также может играть важную роль.
Например, терпинен превращается в цимол при обработке серой
с выходом около 50%, в то время как изомерный лимонен
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 169
в тех же условиях превращается в цимол с выходом всего лишь
15% [3].
Положение и число двойных связей в исходном веществе не
только оказывает значительное влияние на выход продуктов
дегидрогенизации, но в некоторых случаях даже определяет
строение продукта реакции. Известно, что изомерные моноцикли-
ческие сесквитерпены, например бизаболен (15) и цингибе-
рен (16), при дегидрогенизации дают различные продукты: из
цингиберена при обработке серой получается бициклическое со-
единение кадален [3, 108], в то время как бизаболен [109] при дей-
ствии серы или селена образует гомолог бензола (вероятно,
метилизооктилбензол):
(15) (16)
Это находит объяснение в различной для обоих изомеров склон-
ности к циклизации. Можно предположить, что в случае цинги-
берена циклизация предшествует дегидрогенизации. Подоб-
ным же образом можно объяснить поведение агатендикарбоновой
кислоты (30), дегидрогенизация которой дает производные фе-
нантрена в смеси с производными нафталина [НО, 111]. Так как
при прочих равных условиях легкость дегидрогенизации зависит
от числа двойных связей, уже существующих в молекуле, можно
предположить, что дегидрогенизация пергидросоединений может
быть достигнута лишь со значительными трудностями. Для наи-
более летучих из этих соединений температура кипения при атмо-
сферном давлении недостаточно высока для дегидрогенизации,
поэтому реакцию проводят или в паровой фазе над катализато-
ром, или в запаянной трубке. Все эти факты, вероятно, могут
объяснить многие противоречия, встречающиеся в литературе.
СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИЮ
ЯВЛЕНИЯ ГИДРИРОВАНИЯ
Часто бывает невозможно установить, является ли исчезнове-
ние внециклической двойной связи в таких случаях дегидрогени-
зации, как дегидрогенизация лимонена в цимол, следствием ми-
грации двойной связи в ядро или следствиехм гидрирования.
170
П. Платтнер
Последнее предположение подкрепляется тем, что гидрогениза-
ция таких двойных связей наблюдается в других случаях. На-
пример, вещества группы индена превращаются в соответствую-
щие инданы в присутствии селена в запаянной трубке при
350° [112]. Гидрогенизация двойных связей наблюдалась в уже
упоминавшейся серии работ с тритерпенами [89], причем ее усло-
вия были совершенно иными, чем условия нормального процесса
гидрогенизации. Из кислоты СгдН^Ог получается насыщенный
углеводород С29Н50; ^-амирен частично превращается в ами-
ран [43].
Подобным же образом Доре и Петров [113] получили холе-
стан из Холестерилена и холестанон из холестерина с выходом
30—40% при нагревании с селеном при 250° [114]. Следовательно,
можно ожидать, что как ненасыщенные боковые цепи, так и
сконденсированные с шестичленными циклами ненасыщенные
нешестичленные циклы (например, циклопентен) в продуктах
реакции встретятся полностью прогидрированными.
Как известно, подобные соединения в действительности не
были обнаружены в продуктах дегидрогенизации: при дегидро-
генизации нельзя рассчитывать получить ароматические соедине-
ния с ненасыщенными боковыми цепями или соединенные с не-
насыщенными пятичленными циклами, например вещество группы
нндена *. Это правило нашло себе дальнейшее эксперименталь-
ное подтверждение в ряде исследований [115—120].
Гидрогенизация может иметь место иногда даже и в том слу-
чае, если двойная связь является частью шестичленного кольца,
которое могло бы дегидрироваться с образованием соответствую-
* Неспособность гексаметиленовых углеводородов с двойной связью в бо-
ковой цепи давать ароматические углеводороды с 'сохранением двойной связи
является частным случаем открытого Н. Д. Зелинским необратимого катализа,
состоящего в том, что соединения гексаметиленового ряда, имеющие кратные
связи, переходят в присутствии платины или палладия уже при сравнительно
низких температурах в смесь соответствующего ароматического соединения
и насыщенного гексаметиленового соединения, например
/\ /\
зМ-н M+IN
Это явление было исследовано Н. Д. Зелинским и его сотрудниками на боль-
шом числе примеров [Избранные труды, т. II, стр. 191—222]. Как показали
Н. Д. Зелинский и Б. А. Казанский [Избранные труды, т. II, стр. 199'—'202]
на примере метиленциклогексана, двойная связь может при этом находиться
и в боковой цепи. В дальнейшем Р. Я. Левиной был подробно исследован не-
обратимый катализ большого числа углеводородов с двойной связью в боко-
вой цепи и показано, что удаленная от ядра двойная связь в боковой цепи
постепенно мигрирует в процессе необратимого катализа по направлению
к ядру, после чего реакция идет, как показано выше для циклогексена
[Р. Я. Левина, Синтез и контактные превращения непредельных углеводородов,
Ученые записки МГУ, М., 1949]. (Прим, ред.)
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt, и др. металлов 171
щего ароматического соединения. Примером этого является об-
разование се-нафтилциклогексана при дегидрогенизации <х-наф-
тилциклогексена, описанное Куком и Лоуренсом [121]. Подобные
реакции особенно часто сопровождают каталитическую дегидро-
генизацию, которая во многих случаях имеет больше сходства
с реакциями диспропорционирования, чем с реакциями простого
отщепления водорода.
НОРМАЛЬНАЯ ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
Нормальная дегидрогенизация, т. е. дегидрогенизация, не со-
провождающаяся расщеплением, перемещением или образова*
нием новых углерод-углеродных связей, в общем протекает легко
и с хорошими выходами.
В последние несколько лет для дегидрогенизации соединений,
не содержащих четвертичного атома углерода, преимущественно
пользуются каталитическим методом.
Н. Д. Зелинский [17], развивая работы по дегидрогенизации
циклогексана в'бензол в присутствии тонкораздробленного ни-
келя [122], обнаружил, что металлы платиновой группы катали-
зируют эту реакцию при значительно более низких темпера-
турах *. Оказалось, что в этих более мягких условиях некоторые
другие углеводороды, например циклопентан и его гомологи, не
дегидрируются. Различное отношение циклопентановых и цикло-
гексановых углеводородов к дегидрогенизационному катализу
дало возможность разделять их смеси с помощью метода селек-
тивной дегидрогенизации [123]. Этот метод был применен к ис-
следованию нафтенов нефти [124, 125] и определению циклопен-
танов в парафиновых углеводородах [126].
Соединения ряда циклогексана, гидрированного нафталина и
фенантрена, а также гидрированных высококонденсированных
ароматических систем легко дегидрируются в соответствующие
ароматические соединения. Примерами такого превращения мо-
гут служить дегидрогенизация ментана [127], гексагидроцингибе-
рена [108], декалина [125,128,129], 2-бензилдекалина [130], гидрин-
дана [115], гексагидрофлуорена [130] и октагидроантрацена [131].
* Метод Н. Д. Зелинского сыграл большую роль в установлении состава
нефтяных фракций и строения входящих в них углеводородов. Еще в 1912 г.
Н. Д.' Зелинский, подвергнув дегидрогенизации в присутствии платины фрак-
цию бакинского бензина с т. кип. 102—104°, доказал в ней присутствие боль-
шого количества метилциклогексана, превратившегося в условиях реакции
в толуол, идентификация которого не составляет труда. В дальнейшем
Н. Д. Зелинский и его ученики, особенно Н. И. Шуйкин, Б. А. Казанский и
Ю. К. Юрьев, подвергли подробному исследованию ряд отечественных нефтей,
что -сильно способствовало выяснению природы содержащихся в них нафте-
новых углеводородов [Избранные труды, т. I, стр. 50э—509]. (Прим, ред.)
172
П. Платтнер
_____________ __£__
Для высококипящих веществ вместо проведения дегидрогени-
зации в паровой фазе очень удобно осуществлять реакцию путем
простого кипячения этих веществ в присутствии катализатора
с обратным холодильником. Однако следует иметь в виду, что
дегидрогенизация проходит нацело лишь при определенной тем-
пературе, которая в некоторых случаях может достигать 350°.
» Поведение тетралина, окталина, декалина, октагидроантра-
цена и октагидрофенантрена в присутствии платины и палладия
было подробно исследовано Линстедом [64, 129, 132]. По его
данным, тетралин быстро дегидрируется в жидкой фазе даже
при 185°, причем сильное кипение жидкости при этой температуре
достигается с помощью небольшого вакуума. При дегидро-
генизации окталина в первую очередь происходит диспропорцио-
нирование его в тетралин и декалин. Каталитическая дегидро-
генизация лимонена протекает подобным же образом [65]; он
диспропорционируется в ментан и цимол в присутствии катали-
затора уже при 140°. Полная дегидрогенизация наступает только
при температуре, близкой к 305°. То же справедливо и для ка-
динена.
Несмотря на то, что при дегидрогенизации соединений, подоб-
ных упоминавшимся выше, каталитический метод благодаря
своей чистоте дает наилучшие результаты, сера и селен также
часто используются как дегидрирующие агенты. Работами
Ружички, Гаворта, Кука и других исследователей показано, что
оба эти вещества дают хорошие результаты при дегидрогенизации
частично ненасыщенных соединений, тогда как пергидросоедине-
ния почти не дегидрируются даже при температуре, превышаю-
щей 350°.
В 1922 г. было установлено, что тетрагидрокадинен, в противо-
положность самому кадинену, не дегидрируется серой при тем-
пературе от 200 до 260°. Наряду с этим интересно отметить, что
пергидроазулены могут быть дегидрированы в присутствии серы
и селена [133]. транс-Декалин лишь в незначительной степени
подвергается действию селена при нагревании в запаянной трубке
до 350° [134], а 2-метилдекалин при температуре 320—350° дает
очень небольшой выход дегидрированных продуктов [135]. При-
чина этой чрезвычайной устойчивости пергидросоединений по
отношению к химическим методам дегидрогенизации лежит, ве-
роятно, в механизме реакции.
ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИЯ, СОПРОВОЖДАЕМАЯ
ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА
Поведение метильных групп, связанных с четвертичным угле-
родом, при дегидрогенизации было изучено довольно подробно
и представляет несомненный интерес, так как такие группы
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 173
содержатся в молекулах многих природных соединений. Ружичка
и сотрудники [3, 6, 7] впервые твердо установили, что некоторые
метильные группы при дегидрогенизации отщепляются, и заме-
тили, что сесквитерпены группы эйдесмола при дегидрогенизации
с помощью серы дают эйдален. Для объяснения этого факта они
высказали предположение, что положение метильной группы,
занимаемое в исходной гидрированной кольцевой системе, не мо-
жет быть сохранено в соответствующей ароматической струк-
туре. Метильная группа отщепляется потому, что она является
препятствием для дегидрогенизации. Это предположение было
обосновано экспериментально. Важным результатом этих иссле-
дований является вывод, что метильные группы при четвертичном
атоме углерода почти всегда отщепляются и только в нескольких
определенных случаях мигрируют к соседнему атому углерода.
Это правило было выведено из результатов дегидрогенизации
большого числа природных веществ, особенно стеринов, и про-
верено на синтезированных соединениях. Например, ионен, со-
держащий две геминальные метильные группы, дает 1,6-диметил-
нафталин при дегидрогенизации с серой и селеном [15, 136].
Аналогичные результаты были получены в ряде других исследо-
ваний [92, 121, 137—140].
Работы Н. Д. Зелинского [141—142] подтвердили предполо-
жения о том, что присутствие метильных групп, связанных с чет-
вертичным атомом углерода, затрудняет каталитическую де-
гидрогенизацию таких соединений *.
Ружичка и Вальдман [144] показали, что ретен образуется
с выходом 85% из абиетиновой кислоты и из фихтелита [145]
при дегидрогенизации их в присутствии палладированного угля.
В обоих случаях образующиеся при этом газы содержат большое
количество метана. Эти результаты указывают, что наличие ме-
тильных групп, связанных с четвертичным атомом углерода, не
является непреодолимым препятствием для каталитической де-
гидрогенизации. Влияние четвертичных групп на каталитическую
дегидрогенизацию было с особой тщательностью изучено Лин-
стедом и его сотрудниками [65, 129, 132]. Окталины, не содер-
жащие метильных групп, связанных с четвертичным атомом угле-
рода, при температуре кипения в присутствии платины или пал-
ладия быстро диспропорционируются в тетралины и декалины,
* В частности, Б. А. Казанским и А. Л. Либерманом было показано, что
1.1-диметилциклогексан, прежде считавшийся неспособным к дегидрогениза-
ции, может в присутствии платинированного угля превращаться в ароматиче-
ские углеводороды сравнительно легко, хотя и с заметно меньшей скоростью,
чем при Дегидрогенизации углеводородов, не имеющих геминальных метильных
групп. При дегидрогенизации 1,1-диметилциклогексана одна из метильных
групп либо отрывается в виде метана, либо мигрирует в о- или п-положение
[Изв. АН СССР, Отделение химических наук, 1947, 265]. (Прим, ред.)
174
П. Платтнер
причем тегралин дегидрируется дальше; однако дегидрогениза-
ция полностью насыщенного декалина в этих условиях протекает
очень медленно. Для окталинов, замещенных в положении 9,
диспропорционирование затруднено, и эти соединения дегидри-
руются только при более высокой температуре — около 330°, при
которой даже полностью насыщенный декалин дегидрируется
с достаточно большой скоростью. Вообще для декалинов тем-
пература дегидрогенизации мало зависит от содержания в их
молекулах метильных групп при четвертичном атоме углерода;
лишь в случае 9-метилдекалина дегидрогенизация протекает не-
сколько медленнее и с несколько меньшим выходом [129].
Интересно отметить, что как сам декалин, так и 9-метилдека-
лин дегидрируются каталитическим способом при более низкой
температуре, чем с помощью селена.
Селинен, который также содержит метильную группу при
четвертичном атоме углерода, превращается в эйдалин и тетра-
гидроселинен при температуре 205°, правда, с относительно ма-
лой скоростью. Это, вероятно, первый описанный случай отщеп-
ления ангулярной метильной группы в условиях каталитической
дегидрогенизации при столь низкой температуре.
При дегидрогенизации серой и селеном соединений, содержа-
щих при четвертичном атоме углерода метильные группы, темпе-
ратура должна быть незначительно повышена. Например,
ионен [15], сесквитерпены группы эйдосмола [3] и подобные им
соединения дегидрировались лишь при немного более высоких
температурах, чем требуется для дегидрогенизации производных
кадалена [3]. Выходы ароматических углеводородов в этих слу-
чаях обычно понижены: при дегидрогенизации нонена и эйдо-
смола выход ароматических углеводородов составляет около 10%.
в то время как при дегидрогенизации кадалена — 50—60%. Та-
кие же выходы получались при дегидрогенизации селеном [146].
Однако условия проведения дегидрогенизации пергидросоедине-
ний обычно отличаются от условий дегидрогенизации этих нена-
сыщенных соединений; пергидросоединения дегидрируются се-
леном только при температурах, превышающих 350°, независимо
от того, содержат ли они метильную группу, связанную с четвер-
тичным атомом углерода, или нет. Например, холестан, пергидро-
витамин D2 [130] и другие насыщенные соединения этого
типа [136, 147, 148] дегидрируются не полностью или вовсе не
дегидрируются селеном до 350°.
Неудача попыток дегидрирования 1,1-диметилтетралина серой
и 2,2-диметил- или 2,2-диэтилтетралина селеном [149, 150] при
нагревании под атмосферным давлением, вероятно, может быть
объяснена низкими температурами кипения этих соединений, так
как 2,2-диметилтетрагидрофенантрен легко дает 2-метилфенан-
трен при нагревании с селеном при 300—340°. Дегидрогениза-
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 175
ция упомянутых выше тетралинов может быть легко проведена
уже при температуре 320° в запаянной трубке [149, 151]. Со-
гласно Баркеру и Клемо [152], 2-метилфенантрен получается из
2-метил-2-этил-1,2,3,4-тетрагидрофенантрена при нагревании с се-
леном при 280—300° в течение 24 час.
В уже упоминавшемся исследовании [129, 132] Линстед и со-
трудники сделали несколько фундаментальных новых наблюде-
ний поведения метильных групп при четвертичном атоме угле-
рода во время каталитической дегидрогенизации. При действии
большинства исследованных платиновых и палладиевых катали-
заторов ангулярная метильная группа 9-метилдекалина почти
полностью отщепляется с образованием нафталина, но как по-
бочный продукт всегда образуется небольшое количество ct-метил-
нафталина. Оказалось, что миграция происходит особенно легко,
если реакцию вести в присутствии платиновых и палладиевых
катализаторов, осажденных на асбесте. Подобная миграция
происходит также в незначительной степени при дегидрогени-
зации 1,1-диметилтетралина, причем наряду с 1-метилнафта-
лином образуется также некоторое количество 1,2-диметилнаф-
талина.
Выше уже упоминалось о случаях сопутствующего дегидро-
генизации перемещения метильной группы, которое может быть
истолковано как результат ретропинаколиновой перегруппировки.
Если не считать этих случаев, только что рассмотренная мигра-
ция метильной группы является, вероятно, первым определенно
установленным исключением из того общего правила, что метиль-
ная группа при четвертичном атоме углерода всегда полностью
отщепляется при дегидрогенизации. Если бы были найдены общие
условия и правила миграции подобных групп, то тем самым
было бы найдено и средство определения их положения в моле-
куле [65].
Тот факт, что никакие другие группы, кроме метильных при
четвертичном атоме углерода, не отщепляются и не мигрируют
при дегидрогенизации, чрезвычайно важен для использования
этого метода при определении строения природных продуктов.
Этот принцип экспериментально подтвержден большим числом
исследований. Некоторые исключения, описанные в литературе,
обсуждаются ниже.
Миграция боковой цепи. Майер и Шиффнер [153]
указали, что tf-алкилнафталины превращаются в ^-алкилнафта-
лины в присутствии силикагеля при температуре, близкой к 420°.
В случае ct-фенилнафталина подобная изомеризация происходит
даже при 350°. Такие перегруппировки, происходящие незави-
симо от дегидрогенизации, могут катализироваться материалом
реакционного сосуда или носителями катализатора. Согласно
176
П. Платтнер
опубликованным до сих пор данным, а-^-миграция в производ-
ных нафталина, очевидно, не происходит в условиях дегидро-
генизации селеном при температурах ниже 350°. По структурным
причинам этот тип миграции может происходить только в одном
направлении. Было бы очень ценным иметь точные данные
о термической устойчивости алкильных производных не только
нафталина, но и фенантрена, хризена, пицена и всех ароматиче-
ских углеводородов, которые обычно образуют ядро продуктов
дегидрогенизации.
Эта проблема приобретает особое значение в связи с пере-
группировками, происходящими при дегидрогенизации различных
производных фенантрена [154]. Например, из углеводорода (17)
при дегидрогенизации его селеном получается главным образом
1,8-диметилфенантрен (18) и только небольшое количество ожи-
даемого 1,5-изомера. Также и в других случаях имеет место ми-
грация метильных групп из положений 4 и 5 соответственно
в положения 1 и 8.
(17)
Ни 4-, ни 1-метилфенантрен не были изолированы в продук-
тах дегидрогенизации углеводорода (19) селеном. Однако в про-
тивоположность этим результатам Бахману и Эдгертону [155]
удалось очень гладко провести реакцию дегидрогенизации угле-
водорода (19) в присутствии палладированного угля при
300—320° с образованием 4-метилфенантрена; другие производ-
ные фенантрена, замещенные в положении 4, также могут быть
легко приготовлены в этих условиях. Подобные противоречия
имеют место и при получении 1,4-диметилфенантрена [91, 156, 157]
и 4-метилфенантрена [77, 158—160], когда в зависимости от при-
меняемого метода получаются различные продукты.
Неожиданные результаты были получены в серии работ с хри-
зеном. Так, при дегидрогенизации селеном кетонов (20) и (21)
главным продуктом реакции оказался хризен с примесями не-
больших количеств монометилхризена [161]. Физер и сотруд-
ники [162] при дегидрогенизации селеном соединения (22) полу-
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 177
чили вместо ожидаемого 5-изомера 6-метилхризен (23) (с низким
выходом).
Ньюмену [163—165] удалось приготовить 5-метилхризен другим
методом, который включал в себя, как заключительную стадию,
дегидрогенизацию. Но при этом дегидрогенизация проводилась'
с помощью серы при сравнительно низкой температуре (250°).
Были сделаны попытки объяснить эти аномальные результаты
действием стерических препятствий. С этой стороны вопрос де-
тально не обсуждался, но можно упомянуть, что даже 4,5-диме-
тилхризен, хотя и с незначительным выходом, получается в ка-
честве продукта реакции при осторожной дегидрогенизации серой
без каких-либо признаков перегруппировки или отщепления ме-
тильной группы [166]. Пока еще очень спорным является вопрос,
действительно ли при дегидрогенизации происходит перегруппи-
ровка, которая отмечалась для монометилзамещенных производ-
ных. Весь этот комплекс вопросов подлежит тщательному изу-
чению. Другие случаи перемещения метильных групп, например
перемещение, наблюдаемое при разложении алантолактона [167],
вероятно, вызываются термическим действием; они предшествуют
дегидрогенизации и протекают независимо от нее.
Эти отдельные случаи перегруппировок, механизм которых
еще не вполне понятен, совершенно отличны от миграции
метильной группы, имеющей характер ретропинаколиновой
12 Зак. 1789.
178
П. Платтнер
перегруппировки; о миграции этого типа уже упоминалось при
обсуждении поведения вторичных гидроксильных групп. Того же
типа перемещения метильной группы, связанной с четвертичным
атомом углерода, происходят также и в том случае, когда отщеп-
ляются такие соседние группы, как, например, длинные боковые
цепи. Наиболее известным и тщательно исследованным приме-
ром такого рода является образование у-метилциклопентено-
фенантрена при дегидрогенизации стеринов. В этом случае
прежде всего отщепляется изооктильная боковая цепь (пример
уже упоминавшегося ранее термического разложения, независи-
мого от дегидрогенизации [168]). После этого метильная группа
из положения 13 мигрирует в положение 17, вследствие чего ста-
новится возможной дегидрогенизация кольца С [169—172]. Этот
механизм реакции подтверждается тем фактом, что соедине-
ние . (24) превращается в (25) при дегидрогенизации селеном
с отщеплением (не миграцией) метильной группы [137]. (См. также
дегидрогенизацию 8-метилгексагидроиндана в индан [140].)
Отщепление боковых цепей. В литературе не опи-
сано вполне определенных примеров отщепления метильных
групп, кроме находящихся при четвертичном атоме углерода.
В малой степени одновременное отщепление двух геминальных
метильных групп имеет место при дегидрогенизации 1,1-диметил-
тетралина в присутствии очень активных катализаторов. Пове-
дение более длинных боковых цепей пока не изучено. В настоя-
щее время не вызывает сомнения, что при осторожной дегидро-
генизации в условиях не слишком высокой температуры длинные
боковые цепи остаются совершенно незатронутыми.
Известно большое число случаев, когда продукты дегидро-
генизации содержат изопропильную, н-пропильную, трет-бу-
. тильную [66] и даже более тяжелые боковые цепи [173]. С другой
стороны, известно также большое число случаев отщепления
таких боковых цепей, особенно в условиях сравнительно высоко-
температурной дегидрогенизации селеном. Примером этого
является дегидрогенизация продукта присоединения малеинового
ангидрида к витамину D2 (13), который при обработке селеном
дает 2,3-диметилнафталин, а в присутствии палладированного
угля — ^-нафтионовую кислоту и нафталин; следовательно, боко-
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 179
вые цепи колец С и D полностью отщепляются [106]. Описано
также отщепление масляной кислоты от (26) с образованием
се-нафтола [174]. Аналогичное наблюдение было сделано Бергма-
ном [175]. Однако дегидрогенизация 1,1,3-триметил-2-ц-бутил-
циклогексана (27) селеном при температуре 390—400° дает
смесь л-ксилола и 1,3-диметил-2-н-бутилбензола [134]. Следова-
тельно, реакция частично протекает с полным отщеплением бу-
тильной боковой цепи, без одновременной миграции метильных
групп при четвертичном атоме углерода. Дегидрогенизация ди-
мера циклогексадиена (28) дает нафталин [176]. В этом случае
термическое отщепление этилена не является неожиданностью,
так как его можно было предвидеть на основании сравнения с ре-
зультатами, полученными для различных производных бицикло-
(2,2,2) -октана [1771. Наблюдалось также отщепление изопро-
пильных групп, вероятно, в форме изопропилена [51, 65]. Было
высказано предположение [178], что присутствие 1,6-диметилнаф-
талина в продуктах дегидрогенизации изоцингиберена селеном
может быть следствием отщепления изопропильной группы ка-
далена — исходного продукта реакции.
HSCO CH.-CH,,—СН-.-СООН
(26)
(27)
Во всех приведенных выше примерах присутствующие в мо-
лекуле боковые цепи отщеплялись полностью. В других случаях
дегидрогенизация может сопровождаться частичным отщепле-
нием боковой цепи, причем на ее месте сохраняется метильная
группа. Таким образом можно объяснить образование агаталена
(29) из агатендикарбоновой кислоты (30), если допустить, что
происходит разрыв связи а [ПО]; в таком случае метильная
группа в положении 5 в агаталене указывает на место присоеди-
нения боковой цепи до ее расщепления. За исключением
склареола [179, 180] подобный механизм реакции принят для
объяснения образования различных метилированных нафталинов
при дегидрогенизации тритерпенов, содержащих пятичленное
кольцо; для тритерпенов часть молекулы, отрывающаяся по
12*
180
П. Платтнер
кольцу С, может быть формально приравнена [43, 47, 49, 181] от-
щепляющейся боковой цепи. [См. формулу (1), разрыв, соответ-
ствующий а.]
Однако в ряде случаев экспериментальные результаты могут
быть объяснены полным отщеплением длинной боковой цепи или
соответствующих колец с одновременной миграцией соседней ме-
тильной группы, находящейся при четвертичном атоме углерода
(30). Эта реакция известна из химии стерпнов (см. предшествую-
щие разделы).
Расщепление а
с удалением
метильной группы:
СНо
СНз
(29)
Расщепление 6 с миграцией
метильной группы:
В настоящее время почти нет экспериментальных работ та-
кого же типа с синтетическими соединениями, содержащими
длинные боковые цепи; поэтому невозможно решить, какой из
двух механизмов лучше описывает реакцию —• предварительное
ли полное отщепление боковых цепей или отщепление их с сохра-
нением одной метильной группы. Возможно, что оба процесса
могут протекать одновременно. Более точное знание механизма
этих реакций было бы ценным для интерпретации результатов
дегидрогенизации многих природных продуктов. Это дало бы
возможность получить основу для суждения о присутствии в мо-
лекуле метильных групп при четвертичном атоме углерода, так
же как образование у-метилциклопентенфенантрена указывает на
присутствие метильной группы при четвертичном атоме углерода
У Cis-
Расширение кольца. Можно провести формальную
аналогию между многими хорошо известными случаями расши-
рения циклов и миграцией алкильных групп. Судя по результа-
там дегидрогенизации спиросоединений, для них особенно часто
механизм реакции имеет характер ретропинаколиновой перегруп-
пировки. Так можно объяснить, например, образование нафта-
лина при дегидрогенизации циклопентанспироциклогексано-
на [182]. Дегидрогенизация спиросоединений тщательно исследо-
Дегидрогенизация в присутствии S, Sc, Ni.J’t и др. металлов 181
вана Чаттерджи и сотрудниками [183—-185]. Согласно данным
Сен-Гупта [186], при дегидрогенизации 1,2,3,4-тетрагидронафта-
лин-3,1 '-спироциклопентана, наряду с большими количествами
фенантрена, образуется также немного антрацена. Это показы-
вает, что при реакции происходит разрыв четвертичной связи и
замыкание кольца за счет образовавшейся боковой цепи [187].
Замечательно, что реакция протекает при очень низкой темпера-
туре. Сен-Гупта сообщил также, что 1,2,3,4-тетрагидронафталин-
2,1'-спироциклогексан (31) превращается в фенантрен с потерей
одного атома углерода при дегидрировании селеном [188, 189].
Подобно этому, 7-метил- и 7-этил-1,2,3,4-тетрагидронафталин-
2,Г-спироциклогексан дает 3-метил- и 3-этилфенантрен соответ-
ственно [1891. По Куку и Хьюетту [173], пирен (33) получается
из (32) при такой же реакции с потерей двух атомов углерода,
в то время как (34) дает 1-метилпирен (35):
(32) (33)
(34) (35)
При каталитической дегидрогенизации спиросоединения также
могут превращаться в полностью конденсированные ароматиче-
ские системы. Левитц и Богерт [190] получили 9-метилфенантрен
из 4-метил-1,2,3,4-тетрагидронафталин-1,1 'спироциклопентана при
нагревании последнего с палладированным углем при 330—340°
в течение 5 час. Марвел и Брукс [191] нагреванием с паллади-
рованным и платинированным углем при 325° превратили спиро-
декан и 3-метилспиродекан в нафталин и 1-метилнафталин соот-
ветственно. Удивительно, что селен при 330—350° не дегидрирует
эти спираны.
Однако из других работ следует, что спираны не подвергаются
перегруппировке и, следовательно, не ароматизируются при де-
гидрогенизации [91, 92, 118, 192, 193]. Из данных, опубликован-
ных до сих пор, нельзя вывести определенных правил. Невиди-
мому, спиросоединения не затрагиваются, особенно при осторож-
182
П. Платтнер
ной каталитической дегидрогенизации [141], и таким образом
могут быть отделены от изомеров, которые реагируют с большей
легкостью.
Расширение кольца с образованием хризена, которое наблю-
дается при дегидрогенизации стеринов, сыграло важную роль
в определении строения этих соединений. Эту реакцию впервые
наблюдали Дильс и сотрудники [194, 195], проводя дегидро-
генизацию холестерина над платинированным углем и холевой
кислоты при действии селена [196]. Исчерпывающее эксперимен-
тальное изучение показало, что расширение кольца этого типа
происходит только при температуре, превышающей 400° [197,
198]. Присутствие r-метилциклопентенофенантрена в продуктах
реакции при одновременном присутствии хризена нельзя доказать
с полной уверенностью. Естественно, однако, что хризен обра-
зуется из у-метилциклопентенофенантрена в результате высоко-
температурной дегидрогенизации. До сих пор эта реакция не
была осуществлена, однако опыты Ружички и Пейера [112] при-
вели к интересным результатам. ct-Метилиндан в присутствии
палладированного угля и при обработке селеном с хорошим вы-
ходом превращается в нафталин при температуре, превышающей
450°. В этих условиях нафталин образуется также из Р-метил-,
из й- и 8-этил- и даже из изооктилиндана. Эти исследования пока-
зали, что температуру дегидрогенизации не следует поднимать
выше 350°, если желают избежать вторичных реакций. Как пра-
вило, такие реакции не наблюдаются при температурах ниже
350° [199].
Сжатие циклов. Производные циклогептана и цикло-
октана реагируют со сжатием цикла при температурах, близких
к 400°. Условия, в которых происходит эта реакция, были тща-
тельно исследованы на типичных примерах Ружичкой и Зейде-
лем [134]. Циклогептан был превращен в толуол обработкой
селеном при 440° и циклооктан в rz-ксилол при 390—410°. Были
изучены также подобные превращения алкильных производных
этих углеводородов. Условия этих реакций весьма различны.
Отмечено, что циклогептановое кольцо ароматизируется в не-
много более жестких условиях, чем условия дегидрогенизации
декалина в нафталин. Ружичка и Зейдель [134] указывают при
этом на опубликованные ранее работы Н. Д. Зелинского и его
сотрудников [123].
Каталитическая дегидрогенизация и изомеризация метилци-
клогептана над платинированным углем при 305—310° описана
М. Б. Туровой-Поляк и П. Л. Рапопортом [200]. После 6-крат-
ного пропускания над катализатором был получен катализат,
содержащий 94% ароматических соединений, главным образом
ксилол с примесью изомера.
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 183
Расщепление циклов. Кроме расширения и сужения
циклов, во время дегидрогенизации часто наблюдаются расщеп-
ление и образование новых циклов. Расщепление трехчленных
колеи в полициклических системах происходит с большой лег-
костью, особенно если при этом становится возможной дегидро-
генизация с образованием ароматических продуктов. Одним из
примеров такого превращения, уже давно известным, является
образование кадалена из трициклического терпена копаена [201],
который даже при обработке соляной кислотой легко превра-
щается в бициклический кадинендихлоргидрат. Позже наблюда-
лась аналогичная реакция образования азуленов из трицикличе-
ских сесквитерпенов. Комппа [202, 203] нашел, что и кадален и
азулен (37) образуются при дегидрогенизации из ледола (36)
или ледена:
сн СН
НзС^ ^'СНз CH3Z ^СНз
(36) (37)
Согласно Радклиффу и Шорту [204], аналогично может быть
представлено образование гвиазулена из аромадендрена. Вызы-
вает удивление тот факт, что в данных случаях из двух возмож-
ных направлений разрыва кольца, одно из которых ведет к обра-
зованию азулена, а другое—к образованию нафталина, первое
оказывается преобладающим.
Первой стадией реакции является, вероятно, термическое рас-
щепление циклической структуры с образованием ненасыщенных
производных. Если последние имеют подходящую структуру,
они подвергаются дегидрогенизации. Однако, кроме только что
упомянутых случаев, такие явления очень редко сопутствуют де-
гидрогенизации серой и селеном. Например, при дегидрогени-
зации трициклических сесквитерпенов ароматические соединения
или вовсе не образуются, или образуются только их следы [1,205].
С другой стороны, использование метода каталитической де-
гидрогенизации дало возможность Н. Д. Зелинскому и его со-
трудникам провести тщательное исследование поведения различ-
ных циклических систем. Их первые эксперименты показывают,
что пятичленные циклы не изменяются в присутствии металли-
ческих катализаторов. Некоторые исключения (например, цикло-
184
Я. Платтнер
гексилметилциклопентан [206] и дициклопентил [207], которые
при каталитической дегидрогенизации превращаются соответ-
ственно в дифенил и нафталин) могли быть объяснены тем
фактом, что насыщенные циклические углеводороды легко изоме-
ризуются с образованием углеродного скелета продуктов дегидро-
генизации [207, 208]. Каталитическая дегидрогенизация, следо-
вательно, дает последовательные и ценные сведения для объясне-
ния перегруппировок, имеющих место при синтезе гидрированных
соединений.
В ходе этих исследований была изучена дегидрогенизация
ряда представителей класса бициклических углеводородов: би-
цикле-(1,2,2)-гептана [209], бицикло-(2,2,2)-октана [176, 177],
бицикло-(0,3,3) -октана [210] и бицикло-(1,3,3)-нонана. Из
этих соединений бицикло-(2,2,2)-октаны дегидрируются сравни-
тельно легко, так как они могут разлагаться на циклогексан
и производные этилена в согласии с общеизвестной реак-
цией [211, 212].
Н. В. Елагина и Н. Д. Зелинский [213] дегидрировали 2,3-бен-
зобицикло-(3,3,1)-нонен-2 над платинированным углем при 300°.
В присутствии катализатора умеренной активности главным про-
дуктом реакции является дифенилметан; в присутствии более
активного платинированного угля в продуктах реакции повы-
шается содержание флуорена.
Исследовалась также каталитическая дегидрогенизация би-
циклических терпенов типа карана, пинана и туяна [65, 214—216].
В одних случаях при этом получался п-цимол, в других — про-
исходило расщепление одного из циклов с образованием произ-
водных циклопентана, которые в дальнейшем не подвергались
дегидрогенизации. Пассивность производных циклопентана была
подтверждена многочисленными опытными данными, но исследо-
вания последних лет показали, что эти соединения не всегда со-
храняют свою устойчивость [210, 217, 218].
Сам циклопентан, например, гидрируется в н-пентан в атмо-
сфере водорода над платинированным углем при 300° [209], его
гомологи в этих условиях претерпевают такое же превраще-
ние [218—222]. В некоторых условиях образующиеся алифатиче-
ские соединения могут быть вновь циклизованы, но уже в про-
изводные циклогексана, которые далее могут дегидрироваться.
Подобный механизм реакции подтверждается образованием не-
большого количества ароматических продуктов при обработке
алифатических углеводородов в тех же условиях. Например, из
диизобутила образуется n-ксилол, из диизоамила — ж-ци-
мол [223, 224].
Однако эти наблюдения не обесценивают значения каталити-
ческой дегидрогенизации для исследования углеводородов раз-
личных классов, так как между нормальным течением реакции и
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов IS,'-
вышеописанными явлениями существует заметная разница, осо-
бенно в отношении выходов.
Образование новых циклов. Эта реакция, уже
упоминавшаяся раньше, нередко сопутствует дегидрогенизации.
Одним из первых примеров явилось превращение моноцикличе-
ского цингиберена в производные нафталина; в дальнейшем как.
при каталитической, так и при некаталитической дегидрогениза-
ции наблюдались многочисленные случаи замыкания колец.
Сюда относятся образование флуорена из дициклогексил-
метана [213, 225, 226], дифенилметана [213, 225, 226] и бензо-
фенона, а также образование фенантрена из циклогексил цикл огеп-
тилметана [227], дифенилэтана [116, 225] и стильбена [116, 225].
Последняя реакция, согласно Дьюару и Риду [228], может быть-
проведена только в присутствии палладированного угля, приго-
товленного по способу Н. Д. Зелинского. Другие образцы пал-
ладированного и платинированного угля не проводят циклиза-
цию. Бергер получил фенантрен из ди-о-толила, обрабатывая
его серой при температуре 250° [229], селен в этом случае не вы-
зывает замыкания цикла.
В другом случае при действии 2 молей серы при температуре'
160—250° соединение (38) гладко превращается в ди-о-толил..
который дает фенантрен только при перегонке в присутствии
серы [76].
ОН
—I п
сн3 сн3
(38)
В противоположность этим результатам, Орчин получил 4-ме-
тилфлуорен из ди-о-толила [230] и флуорен из 2-метилдифе-
нила [231] при дегидрогенизации над палладированным углем,
при 450°. При нагревании 1,2-диэтилциклогексена-1 с селеном
в запаянной трубке до 410—420° был получен нафталин [112].
Эти побочные реакции, вероятно, могут быть предотвращены при
осторожном проведении дегидрогенизации. Несколько отличного-
типа реакцией замыкания кольца является реакция дегидрогени-
зации витамина А селеном [232], в результате которой образуется
1,6-диметилнафталин.
Подобным же образом новые циклы образуются при дегидро-
генизации стеринов и галловых кислот. Ружичка и сотрудники
получили пицен при дегидрогенизации холевой и холатриено-
вой кислот селеном при 360° [40, 233]. Эта реакция [197]
'j 86 П. Плоттер
изображается формулами (39) — (41):
СН»(23>
(41)
Не установлено, образуется ли пицен также и при дегидро-
генизации холестерина и других стеринов. Между тем и для хо-
левой кислоты и для различных стеринов был открыт еще один
гип циклизации. По Бахману, Куку, Геветту и Эйбелу [138],
вещество, получающееся из холевой кислоты при дегидрогениза-
ции этого типа, имеет строение 5-метил-2', 1'-нафто-1,2-флуорена
(42). Образование этого соединения можно объяснить простой
циклизацией боковой цепи с атомом углерода скелета стерина,
занимающим положение 16. Образующиеся при аналогичной
дегидрогенизации холестерина, эргостерина и фитостеринов угле-
водороды [198, 234], которые должны были бы, судя по механизму
реакции, иметь заместитель в положении 8, в действительности
ине обладают ожидаемым строением [138], хотя из их спектров по-
глощения видно, что они, вероятно, содержат нафтофлуорено-
вые ядра.
сн3
I
(42)
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 187
Бергман предположил [235], что этим соединениям может
быть приписано строение 5,7-дизамещенных нафтофлуоренов,
образование которых аналогично образованию 7-метилнафто-
флуоренов при дегидрогенизации [236] строфантидина (43) —(45):
(23)
со------О
(44)
(45)
Интересно, что все эти реакции циклизации происходят при
более низкой температуре, чем хорошо известная реакция обра-
зования хризена.
Тот тип циклизации, который наблюдается при дегидрогени-
зации сесквитерпенов селеном и серой и ведет к эйдалену [237],
все еще не нашел удовлетворительного объяснения.
Другие перегруппировки. В заключение кратко
упомянем о некоторых особых и еще далеко не объясненных пере-
группировках, которые наблюдаются при различных реакциях
дегидрогенизации. Примерами подобных реакций могут служить
збразование фенантрена из углеводорода, который принимается
идентичным 1-циклбпентилиндену [238], и образование хризена
из соединения (46) (над платиновой чернью при 300—320°) [239].
В обоих случаях точные данные отсутствуют.
(46)
Также все еще необъяснимым является факт образования
различных азуленов при дегидрогенизации гваякола серой и
188
П. Плоттер
селеном [133]. Два различных азулена могут быть получены также
и из ледола в тех же условиях [241]. Образование производных
нафталина при дегидрогенизации сесквитерпенов со структурой
азулена [242] изучено еще в недостаточной степени. Известно,
однако, что подобные перегруппировки происходят даже и при
простом нагревании азулена [240].
ЧАСТИЧНАЯ ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
Вопрос о частичной дегидрогенизации рассматривается здесь
лишь вкратце, и мы упомянем о том, что особенно интересно
с точки зрения препаративного использования метода. Если
исследование преследует аналитические цели, частичная дегидро-
генизация нежелательна, но как препаративный метод она
используется довольно часто. При этом применение серы (в про-
порционально уменьшенных количествах), а также каталитиче-
ский метод дегидрогенизации дают лучшие результаты, чем при-
менение селена.
Брауну и Ирмишу [243] удалось получить октагидрохризен
из додекагидрохризена при обработке его серой в количестве
2 атомов на молекулу углеводорода. Димер циклогексадиена мо-
жет быть превращен в тетралин с метиленовым мостиком [176].
Некоторые примеры частичной дегидрогенизации имеются в ра-
ботах Кука и его сотрудников [118, 173, 244]. Одним из лучших
примеров этого типа реакций является частичная дегидрогени-
зация неоэргостерина (7) и (8), проведенная Хонигманом [53].
ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЕ
Для каталитической дегидрогенизации особенно важное зна-
чение имеет так называемое диспропорционирование *. В при-
сутствии металлов платиновой группы даже при сравнительно
низких температурах такие ненасыщенные соединения, как цикло-
гексадиен, превращаются в смесь ароматических и полностью
насыщенных углеводородов [245, 246]. Позднее было пока-
зано [247], что дигидронафталин превращается в присутствии
палладиевой черни в нафталин и тетралин с выделением тепла.
Эти реакции вполне закономерны с точки зрения термодинамиче-
ских отношений [248]. Наиболее фундаментальные исследования
диспропорционирования были проведены Н. Д. Зелинским и его
школой. В ходе этих исследований было изучено диспропорцио-
нирование циклогексена [245], различных метилциклогексе-
нов [249], терпенов, например [65, 250] лимонена и ot-пи-
См. примечание редактора к стр. 170. {Прим, ред.)
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 189
йена [65, 216], а также соединений с ненасыщенными боковыми
цепями [116, 117].
Исследования Линстеда [64, 65, 129, 132] также подтверждают,
что диспропорционирование играет исключительно важную роль
в каталитической дегидрогенизации. В связи с этим интересно
отметить, что водород, выделяющийся при дегидрогенизации
тетралина, может быть использован для гидрогенизации других
ненасыщенных соединений [251—253]. Бензол также исполь-
зуется как акцептор водорода при каталитической дегидрогени-
зации [254].
Подобная дисмутация водорода может иметь место также при
некаталитической дегидрогенизации и уже рассматривалась
в обзоре случаев побочной гидрогенизации. Эта реакция объяс-
няет тот факт, что продукты дегидрогенизации наряду с арома-
тическими содержат также и полностью насыщенные соединения.
В самом деле, при каталитической дегидрогенизации редко до-
стигается выделение рассчитанного количества водорода. Однако
выходы ароматических продуктов, получаемых при диспропор-
ционировании, обычно достаточны для идентификации их как
продуктов дегидрогенизации, даже когда реакции проводятся
в запаянной трубке, где гидрогенизация проходит в довольно
значительной степени.
Интересным примером диспропорционирования является изо-
меризация 2,6-дибензальциклогексанона в 2,6-дибензилфенол над
л алладированным углем при 235—245° [255].
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
*
До сих пор мы рассматривали почти исключительно дегидро-
генизацию изоциклических соединений. В последнее время раз-
личные методы дегидрогенизации, особенно каталитические ме-
тоды, были с успехом распространены на область гетероцикли-
ческих соединений, причем довольно подробно была изучена
дегидрогенизация азотсодержащих гетероциклов. Н. Д. Зелин-
ским и П. П. Борисовым детально описано поведение пипери-
дина в присутствии платиновых и палладиевых катализато-
ров [256]. Пирролидин [257, 258] и его производные [259—261],
как показали И. Д. Зелинский и Ю. К. Юрьев, могут быть легко
дегидрированы в пирролы. Подобным же образом никотин бы-
стро превращается в никотирин [262, 263]. В последнем случае
была также использована сера, но при этом получались совер-
шенно неудовлетворительные выходы дегидрированных продук-
тов [264]. Декагидрохинолин [265, 266] и декагидроизохино-
лин [267, 268] дегидрируются с большой легкостью. В связи
с этим интересно отметить, что 5,6,7,8-тетрагидрохинолин может
быть получен при частичной дегидрогенизации декагидрохино-
190
П. Платтнер
лина; это показывает, что кольцо, содержащее азот, проявляет
большую тенденцию к дегидрогенизации. Последнее обстоятель-
ство представляет большую ценность для препаративных целей,
так как при гидрогенизации хинолина может быть получен только
1,2,3,4-тетрагидрохинолин. 2-Алкилимидоазолины дегидрируются
в соответствующие имидазолы над различными металлическими
катализаторами, в том числе над платиной и палладием [269].
В ряде случаев и здесь происходит разрыв или замыкание
циклов и перегруппировки [225, 270]. Прелог и сотруд-
ники [271, 272] описали перегруппировку, которая происходит
при дегидрогенизации производных 3-ацетилпиперидина селеном
при 300°. Вместо ожидаемого 3-этилпиридина при этом полу-
чается 2,3-диметилпиридин. Те же авторы исследовали дегидро-
генизацию некоторых азобициклопарафинов селеном или в при-
сутствии палладированного угля при 350° [273]. 1-Азабицикло-
(2,2,1)-гептан дает у-пиколин, а 1-азабицикло-(2,2,2)-октан —
4-этилпиридин.
Шпет и сотрудники с успехом применили каталитическую
дегидрогенизацию при исследованиях алкалоидов [274]. Опубли-
ковано также много исследований по дегидрогенизации гетеро-
циклических веществ, содержащих кислород и серу. Дигидро-
кумарины могут быть дегидрированы в кумарины [275],
тетрагидрофуран — в фуран * и тетрагидротиофен — в тио-
фен [276, 277].
ПОБОЧНЫЕ РЕАКЦИИ
В предыдущих разделах рассматривались главным образом
те случаи дегидрогенизации, при которых образуются аромати-
ческие соединения. Однако могут иметь место различные откло-
нения от нормального течения реакции, особенно при действии
серы на органические соединения, причем во многих случаях они
значительно снижают выход нормальных продуктов дегидрогени-
зации. Обзор старой литературы, посвященный этому вопросу,
находится в часто цитируемом труде Ружички [278]. В сообще-
нии об одном из самых последних наблюдений упоминается
о том, что из продуктов дегидрогенизации элемола изолировано
вещество, содержащее серу [237]. Физер [279] сообщил о подоб-
ном же наблюдении. Присутствие этих побочных продуктов не
* Тетрагидрофуран, как это было установлено Ю. К. Юрьевым с сотруд-
никами, совершенно не претерпевает дегидрогенизации при проведении его над
платиной даже при 400°. Дегидрофуран после трехлетнего стояния с пла-
тиновой чернью в запаянной трубке частично, но в очень малой степени, пре-
терпел необратимый катализ с образованием фурана и тетрагидрофуран,
[ГО. К. Юрьев, Т. В. Дубровина, Е. П. Трегубов, ЖОХ, 16, 843 (1946).
(Прим, ред.)
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 19Г
увеличивает в значительной степени трудности выделения аро-
матического углеводорода.
Селен вводится в органические молекулы с большим тру-
дом [32], что, вероятно, имеет общее значение для применения
его как дегидрирующего средства.
ТЕХНИКА ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИИ
СЕРА
Техника проведения реакции, описанная Ружичкой и его со-
трудниками [1, 3], и в настоящее время используется при дегидро-
генизации серой. Для реакции всегда берется точно рассчитанное
количество серы; избытка серы избегают ввиду опасности вторич-
ных реакций. Выделение сероводорода обычно начинается, когда,
температура достигнет 180°, и заканчивается в течение несколь-
ких часов. Быстрого повышения температуры в начале реакции
следует избегать, так как существует опасность вспенивания,
особенно при больших количествах реагирующих веществ. По
мере приближения к окончанию реакции температуру, если это
необходимо, можно повышать примерно до 260°, но следует осте-
регаться продолжительного нагревания при более высокой тем-
пературе в присутствии неизмененной серы.
Температуру 200—230° можно считать нормальной. Во мно-
гих случаях полезно проводить дегидрогенизацию в небольшом,
вакууме [280].
Первым шагом в обработке реакционной смеси почти всегда
является перегонка в вакууме. В дестиллате обычно содержится,
некоторое количество серы. Однако производить перегонку над
натрием для удаления серы не рекомендуется, так как при этом
происходит частичное разрушение ароматических углеводородов.
Обычно после второй перегонки отдельные фракции часто оказы-
ваются достаточно чистыми для приготовления пикратов или три-
нитробензольных производных, или для каких-либо других спо-
собов идентификации.
СЕЛЕН
Вещество, подлежащее дегидрогенизации, нагревается с рас-
считанным количеством аморфного или кристаллического растер-
того в порошок селена в колбе с обратным холодильником.
Применение избытка селена не приносит вреда. Выделение
селенистого водорода начинается при температуре 250—280°, и
за его ходом легко следить по постепенно распространяющемуся
окрашиванию в стоящей на пути газа колонке с белильной из-
вестью. Нагревание производится в металлической бане, темпе-
ратура которой тщательно контролируется. Допустимой можно
192 П. Платтнер
считать температуру до 350°. Как показывает опыт, при темпе-
ратурах, значительно превышающих этот предел, можно ожи-
дать различных перегруппировок.
В общем дегидрогенизация селеном протекает много медлен-
нее, чем дегидрогенизация серой, и для ее завершения часто
требуется значительное количество времени — 20—100 час. Сле-
дует, однако, помнить, что слишком долгое нагревание при вы-
сокой температуре может вызвать разложение продуктов реак-
ции. Например, Нагель и Кёрнхен [281] установили, что нагре-
вание в течение 12 час. при 280—305° является оптимальным для
приготовления ретена из розинового масла. Во многих случаях
для проведения реакции можно ограничиться еще более кратко-
временным нагреванием.
При дегидрогенизации очень летучих веществ или при работе
с очень малыми количествами вполне удовлетворительные ре-
зультаты дает проведение реакции в запаянной трубке [56, 112,
134]. После окончания реакции реакционную смесь обычно
экстрагируют эфиром или бензолом; остаток после отгонки рас-
творителей фракционируют и подвергают дальнейшей обработке.
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Экспериментально показано, что от способа приготовления
катализаторов дегидрогенизации сильно зависит их активность и,
во многих случаях, их действие на органические соединения.
Н. Д. Зелинский и сотрудники [18, 256, 282, 283] провели систе-
матическое изучение этого вопроса. Проведенные ими исследова-
ния выявили значительные преимущества платинированного и
палладированного угля как катализаторов дегидрогенизации.
Точную методику приготовления дегидрирующих катализаторов
дали Н. Д. Зелинский и М. Б. Турова-Поляк [18] и другие иссле-
дователи [194, 284]. Недавно Линстед и сотрудники провели
сравнение активности катализаторов, приготовленных различ-
ными способами, в условиях, удобных для практического исполь-
зования метода [129, 132]. Они получили следующие результаты:
1) очень активные катализаторы получаются по методу
Вильштеттера и Вальдшмидт-Лейтца [285], но активность повы-
шается и воспроизводимость улучшается, если металл осаждается
из растворов несколько меньшей концентрации;
2) платиновые и палладиевые катализаторы, приготовленные
в одних и тех же условиях, проявляют почти одинаковую актив-
ность; палладий несколько более склонен вызывать побочные,
реакции;
3) активность обоих металлов сильно зависит от природы но-
сителя и понижается в следующем порядке: металл на активи-
рованном угле, металл на асбесте, металл в виде черни;
Дегидрогенизация в присутствии S, Se, Ni, Pt и др. металлов 193
' 4) на направление дегидрогенизации веществ, содержащих
четвертичные атомы углерода в цикле, оказывает сильное влия-
нйе выбор носителя, но не выбор металла.
Аппаратура для каталитической дегидрогенизации в паровой
фазе описывалась во многих работах [24, 286, 287]. Для опреде-
ления строения используется относительно простая аппаратура,
и дегидрогенизация в жидкой фазе производится путем простого
нагревания соединений в присутствии катализатора [194, 288].
В таком виде метод дает хорошие результаты для веществ, тем-
пература кипения которых при атмосферном давлении не ниже
300°. Практически важно, что этот метод может быть использо-
ван для дегидрогенизации целого ряда соединений с более низ-
кой температурой кипения, чем 300°, например терпенов и
сесквитерпенов, которые уже при температуре их кипения дегидри-
руются или диспропорционируются в ароматические углеводо-
роды.
Реакцию диспропорционирования можно с успехом проводить
и в запаянной трубке, особенно в том случае, если работа ве-
дется с малым количеством вещества.
Температура и продолжительность каталитической дегидро-
генизации меняются в широких интервалах. Можно для примера
указать, что тетралин гладко дегидрируется уже при температуре
180°, в то время как декалин и 9-метилдекалин дегидрируются
лишь при 300—350° [129, 132]. При температурах, значительно
превышающих 350°, следует ожидать, что дегидрогенизация бу-
дет сопровождаться различными побочными реакциями.
Для дегидрогенизации в жидкой фазе обычно используется
палладированный уголь в количестве 10—50% веса дегидрируе-
мого вещества; катализатор при этом содержит 10—30% ме-
талла. Так как цена металлов платиновой группы довольно
высока, очень важно регенерировать их из отработанных ката-
лизаторов и использовать снова без потерь. Согласно Лин-
стеду [132], метод Болдешвилера и Микеска [289] дает хорошие
результаты при регенерации платины, а метод Кейзера м
Брида [290] — при регенерации палладия.
РАСТВОРИТЕЛИ
Дегидрогенизация серой и селеном в некоторых случаях, осо-
бенно когда ее используют в препаративных целях, проводится
в растворе таких веществ, как нафталин [55], хинолин [291, 292]
и ацетанилид [293]. Целая серия других растворителей была
исследована Мортоном и Горвитцом [264] в их работах по де-
гидрогенизации никотина серой. Еще более целесообразно при-
менение растворителей при каталитической дегидрогенизации.
Выходы фенолов при дегидрогенизации спиртов и кетонов могут
13 Зак. I7SS.
194
П. Платтнер
быть заметно повышены, если реакцию проводить в растворе
мезитилена или п-цимола [64]. Тщательно исследовалось влияние
различных растворителей на дегидрогенизацию 1- и 4-кето-1,2,3,4-
тетрагидрофенантрена в 1- и 4-фенантрол [64, 294] и ряда изомер-
ных кетогексагидрохризенов в соответствующие хризенолы
[62, 63].
ВЫДЕЛЕНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОДУКТОВ
ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИИ
В результате дегидрогенизации обычно образуется сложная
смесь веществ, что, например, всегда наблюдается в случае три-
терпенов. Поэтому в качестве первой стадии обработки продук-
тов реакции рекомендуется очень тщательная фракционирован-
ная перегонка. После этого отдельные фракции, если это
необходимо, освобождаются от фенолов и окончательно очи-
щаются путем перекристаллизации пикратов или тринитробен-
зольных производных. Даже грубо количественное разделение
этих смесей является длительной и сложной операцией. Перво-
начально главным способом выделения индивидуальных продук-
тов дегидрогенизации являлось приготовление пикратов, которые
далее могут быть легко разложены едким натром или аммиаком, но
в последнее время для этой цели используются также тринитро-
бензольные производные. Оказалось, что последние менее рас-
творимы и более устойчивы, чем пикраты, и для разделения их
с большим успехом может быть применен хроматографический
метод, причем в качестве адсорбента служит окись алюминия.
Последний способ разделения из-за его удобства и чистоты реко-
мендуется также и для пикратов [12]. Если пикраты не получаются
прямо при обработке спиртовым раствором пикриновой кислоты
расфракционированных продуктов дегидрогенизации, Ружичка [1]
рекомендует нагревание смеси в фарфоровой чашке до удаления
спирта. В оставшейся после упаривания массе пикраты, которые
(почти без исключения) кристаллизуются в маленьких иглах,
легко отделимы от почти бесцветных пластинок пикриновой кис-
лоты. Для очистки от масла иглы отжимаются на тарелке • из
пористой глины. Идентификация даже известных продуктов де-
гидрогенизации иногда бывает затруднительной. Например, ра-
бота Ружички и сотрудников [30, 29-51 показала, что пикраты и
тринитробензольные производные различных триметилнафталино©
дают очень незначительное понижение точки плавления смешан-
ной пробы или вовсе его не дают. Поэтому, кроме пикратов,,
следует, если возможно, использовать другие методы идентифи-
кации: образование стиф^ятов, комплексных солей с тринитро-
толуолом, а также получение продуктов окисления углеводоро-
дов, например хинонов.
Литература
195
Огромное значение для исследования высокомолекулярных
циклических систем, получающихся при дегидрогенизации, при-
обрели спектры поглощения.
ВЫВОДЫ
Значение метода дегидрогенизации для определения строения
часто подвергалось сомнению. Полученные результаты считались
ненадежными главным образом из-за многочисленных изменений,
которые могут происходить в углеродном скелете. Однако эти
перегруппировки в основном подчиняются определенным законам,
которые могут быть четко сформулированы. Часто, кроме того,
при более тщательном изучении оказывается, что результаты
дегидрогенизации были вполне закономерными, а перегруппи-
ровки произошли еще в процессе синтеза. Наконец, можно из-
бежать этих вторичных превращений при тщательном соблюде-
нии оптимальных условий реакции (температуры и т. п.). Ввиду
этого важной задачей будущего будет детальная проверка ре-
зультатов, ранее полученных при изучении природных продуктов,
возможно при помощи экспериментов с синтетическими веще-
ствами. Условия дегидрогенизации, особенно Температура, имеют
наиболее важное значение при оценке надежности результатов,
и точное знание их влияния на результаты реакции может по-
мочь избежать неправильных выводов.
Дегидрогенизация является очень полезным и тонким мето-
дом изучения общей природы алициклических соединений. На-
пример, отношения сердечных аглюконов к стеринам были впер-
вые установлены с помощью дегидрогенизации. Вопрос о том,
принадлежат ли различные сапогенины к группе стеринов или
тритерпенов, может быть быстро решен на основании результа-
тов дегидрогенизации [296, 297].
Роль, которую дегидрогенизация наряду с изопренной гипо-
тезой и аналитическими методами сыграла в изучении политер-
пенов, особенно тритерпенов с пятичленным циклом, была оце-
нена несколько лет назад Ружичкой [8]. В настоящее время
дегидрогенизация имеет большое значение в различных областях
органической химии; действительно, можно утверждать, что су-
ществует лишь немного методов, которые могут конкурировать
с методом дегидрогенизации при изучении углеродного ядра
сложных природных продуктов.
ЛИТЕРА ТУРА
1. Ruzicka, Fortschr. Chem., Phys, und physik. Chem., 19A, № 5, 57
(1928) (Uber Konstitution und Zusammenhange in der Sesquiterpen-
reihe), Berlin, 1928.
2. Ruzicka, Meyer, Helv. Chim. Acta, 4, 505 (1921).
13*
196
П. Пдаттнер
'3. Ruzicka, Meyer, Mingazzini, Helv. Chim. Acta, 5, 345 (1922).
4. Wallach, Ann., 239, 49 (1887).
6. Semmler, Becker, Ber., 46B, 1817 (1913); Semmler, Stenzel, там же,
47В, 2557 (1914).
6. Ruzicka, Seidel, Helv. Chim. Acta, 5, 369 (1922).
7. Ruzicka, Stoll, Helv. Chim. Acta, 5, 923 (1922).
в. Ruzicka, Angew. Chem., 51, 5—11 (1938).
9. Rosenheim, King, Chemistry and Industry, 51, 464—466, 954—956 (1932).
10. Wieland, Dane, Z. physiol. Chem., 210, 268—281 (1932); Wieland, Dane,
Martius, там же, 215, 15—24 (1933).
11. Hiickel, Theoretische Grundlagen der organischen Chemie, Leipzig, 1931,
t. I.
12. Plattner, Pfau, Helv. Chim. Acta, 20, 224—232 (1937).
13. Baeyer, Williger, Ber., 32B, 2429—2447 (1899).
14. Ruzicka, Schintz, Meyer, Helv. Chim. Acta, 6, 1077 (1923).
Г5. Ruzicka, Rudolph, Helv. Chim. Acta, 10, 915—920 (1927).
16. Sabatier, Katalytische Hydrogenization, Leipzig, 1914.
17. H. Д. Зелинский, Ber., 44B, 3121—3125 (1911).
18. H. Д. Зелинский, M. Б,. Турова-Поляк, Избранные труды акад. Н. Д. Зе-
линского, т. II, Изд. АН СССР. М.—Л., 1941, стр. 150—Г55.
19. Н. Д. Зелинский, М. Б. Турова-Поляк, Ber., 62В, 2865 (1929).
20. Curie, Chem. News, 30, 189 (1874).
21, Kelbe, Ber., 11, '2174 (1878).
22. Vesterberg, Ber., 36B, 4200 (1903).
23. Diels, Ber., 69A, 195 (1936).
24. См., например, H. Meyer, Analyse und Konstitutionsermittlung orga-
nischer Verbindungen, 6-е изл., Berlin, 2938.
26. Bahr, Ber., 64B, 2258 (1931).
26. Asahina, Nakanishi, J. Pharm. Soc. Japan, 48, 1—20 (1928).
27. Heisel, Dewein, герм. пат. 701514; С. A. 35, 8310 (1941).
28. Lewis, Ramadge, Robinson, J. Chem. Soc., 1935, 1412—1414.
29. Borgwardt, Schwenk, J. Am. Chem. Soc., 56, 1185—1187 (1934); Stein,
Angew Chem., 54, 146, (1941).
30. Cook, Hewett, J. Chem. Soc., 1933, 1098—1111.
31. Ritter, Sharpe, J. Am. Chem. Soc., 59, 2361—2352 (1937).
32. Arnold, Collins, J. Am. Chem. Soc., 61, 1407—1408 (1939)
33. Barclay, Campbell, J. Chem. Soc., 1945, 530—533.
34. Crawford, Nelson, J. Am. Chem Soc., 68, 134—135 (1946).
36. Ruzicka, Huyser, Pfeiffer, Seidel, Ann., 471, 21 (1929).
36. Ruzicka, Veen, Rec. trav. chim., 48, 1018—1024 (1929).
37. Chakravarti, J. Indian Chem. Soc., 20, 393—39 (1943).
38. Bachmann, Wilds, J. Am. Chem. Soc., 60, 624—627 (1938).
39. Johnson, Goldman, Schneider, J. Am. Chem. Soc., 67, 1357—1360 (1945).
40. Ruzicka, Goldberg, Thomann, Helv. Chim. Acta, 16, 813 (1933).
41. Butenandt, Surany, Ber., 75B, 597—606 (1942).
42. Ruzicka, Goldberg, K- Hofmann, Helv. Chim. Acta, 20, 325—328 (1937).
43. Ruzicka, Schellenberg, Goldberg, Helv. Chim. Acta, 20, 791—804 (1937).
44. Ruzicka, Lamberton, Helv. Chim. Acta, 23, 1338—13415 (1940).
45. Ruzicka, Rosenkranz, Helv. Chim. Acta, 23, 1311—1324 (1940).
46. Ruzicka, K. Hofmann, Helv. Chim. Acta, 20, 1155—1164 (1937).
47. Ruzicka, BrUngger, Egli, Ehmann, Futter, Hosli, Helv. Chim. Acta, 15,
431—457 (1932).
48. Ruzicka, Hosli, R. Hofmann, Helv. Chim. Acta, 19, 370—377 (1936).
49. Ruzicka, K. Hofmann, Frei, Helv. Chim. Acta, 19, 386—392 (1936).
50. Ruzicka, K. Hofmann, Schellenberg, Helv. Chim. Acta, 19, 1391—1402
(1936).
51. Short, Stromberg, J. Chem. Soc., 1937, 516—520.
Литература
197
52. Cook, Hewett, Lawrence, J. Chem. Soc., 1936, 71—80.
53. Honigmdnn, Ann., 511, 292—301 (1934).
54. Ruzicka, Rey, Smith, Helv. Chim. Acta, 26, '2057—2063 (1943).
55. Darzens, Levy, Compt. rend., 194, 181—183 (1936).
56. Ruzicka, Helv. Chim. Acta, 19, 419—423 (1936).
57. Horning, J. Am. Chem. Soc., 67, 1421—1422 (1945).
58. L. F. Fieser, Hershberg, Newman, J. Am. Chem. Soc., 57, 1509—1510
(1936).
59. Ruzicka, Morgeli, Helv. Chim. Acta, 19, 377—386 (1936).
60. Treibs, Schmidt, Ber., 60B, 2335—2341 (1927).
61. Read, Watters, Robertson, Hughesdon, J. Chem. Soc., 1929 (2068).
62. Wilds, Shunk, J. Am. Chem. Soc., 65, 469—475 (1943).
63. Cook, Schoental, J. Chem. Soc., 1945, 288—293.
64. Linstead, Michaelis, J. Chem. Soc., 1940, Ц34—1139.
65. Linstead, Michaelis, J. Chem. Soc., 1940, 1139—1147.
66. Barbot, Bull. soc. chim., 47, 1314—1323 (1930).
67. L. F. Fieser, Seligman, J. Am. Chem. Soc., 56, 2690—2696 (1934).
68. W. S. Johnson, H. С. E. Johnson, Peterson, J. Am. Chem. Soc., 67,
1360—1366 (1945).
69. Newman, Zahm, J. Am. Chem. Soc., 65, 1097—1101 (1943).
70. Newman, O’Leary, J. Am. Chem. Soc., 68, 258—261 (1946).
71. L. F. Fieser, Holmes, J. Am. Chem. Soc., 58, 2319—2322 (1936).
72. Haberland, Ber., 69B, 1380—1386 (1936).
73. Darzens, G. Levy, Compt. rend., 200, 469—471 (1935).
74. С. K. Chuang, Y.-L. Tien, Y. T, Huang, Ber., 708, 858—863 (1937).
Hill, Short, Stromberg, J. Chem. Soc., 1937, 1619—1622.
75. Chatterjee, J. Indian Chem. Soc., 13, 659 (1936).
76. Short, Stromberg, Wiles, J. Chem. Soc., 1936, 319—322.
77. Hill, Short, Higginbottom, J. Chem. Soc., 1936, 317—319.
78. Haworth, Sheldrick, J. Chem. Soc., 1934, 864—867.
79. Ruzicka, Waldmann, Helv. Chim. Acta, 15, 1907—914 (1932).
80. Butenandt, Weidlich, Thompson, Ber., 668, 601 (1933).
81. Ron, Ruzicka, J. Chem. Soc., 1936, 187—192.
82. Ruzicka, Sternbach, Helv. Chim. Acta, 21, 565—583 (1938).
83. Ruzicka, J. Meyer, Helv. Chim. Acta, 5, 581 (1922).
84. Ruzicka, Waldmann, P. J. Meyer, Hosli, Helv. Chim. Acta, 16, 169—181
(1933).
85. Ruzicka, de Graaff, Muller, Helv. Chim. Acta, 15, 1300—1303 (1932).
86. Haworth, J. Chem. Soc., 1932, 2717—2720.
87. Ruzicka, Balas, Helv. Chim. Acta, 7, 875 (1924).
88. Ruzicka, Giacomello, Helv. Chim. Acta, 20, 399—309 (1937).
89. Ruzicka, Hosli, Ehmann, Helv. Chim. Acta, 17, 442—455 (1934).
90. Ruzicka, BrUngger, Egli, Ehmann, Goldberg, Helv. Chim. Acta, 15,
91.
92.
93.
94.
95.
96.
97.
98.
99.
100.
101.
102.
103.
1496—1506 (1932).
Bardhan, Sen-Gupta, J. Chem. Soc., 1932, 2520.
Cook, Haslewood, A. M. Robinson, J. Chem. Soc., 1935, 667—671.
Darzens, Levy, Compt. rend., 194, 2056 (1932).
Darzens, Levy, Compt. rend., 199, 1131—1133 (1934).
Darzens, Levy, Compt. rend., 200, 2187—2189 (1935).
Darzens, Levy, Compt. rend., 201, 902—904 (1935).
Darzens, Levy, Compt. rend., 202, 427—428 (1906).
Darzens, Levy, Compt. rend., 203, 669—671 (1936).
L. F. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc., 57, 1508—1509 (1935).
L. F. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc., 57, 1851—1854 (1935).
Cohen, Nature, 136, 869—870 (1935).
Cohen, Cook, Hewett, J. Chem. Soc., 1936, 52—53.
Cohen, Warren, J. Chem. Soc., 1937, 1315—1320.
198
П. Платтнер
104. Newman, J. Org. Chem., 9, 518—528 (1944).
105. Cartwright, Haworth, J. Chem, Soc., 1944, 535—Б37.
106. Windaus, Thiele, Ann., 521, 160—175 (1936).
107. Thiele, Trautmann, Ber., 68B, 2245—2247 (1935).
108. Ruzicka, van Veen, Ann., 468, 143—162 (1929).
109. Ruzicka, van Veen, Ann., 468, 133—143 (1S>29).
110. Ruzicka, Hosking, Helv. Chim. Acta, 14, 203 (1931).
111. Ruzicka, Hosking, Helv. Chim. Acta, 13, 1402 (1930).
112. Ruzicka, Peyer, Helv. Chim. Acta, 18, 676—684 (1935).
113. Doree, Petrov, J. Chem. Soc., 1934,. 1129—1130.
114. Doree, Petrov, J. Chem. Soc., 1935, 1391—1393.
115. H. Д. Зелинский, И. И. Тиц, Избранные труды акад. Н. Д. Зелинского,
т. II, Изд. АН СССР, М. —-Л., 1941, стр. 96.
116. Р. Я. Левина, Д. М. Трахтенберг, ЖОХ, 6, 764—773 (1936).
117. Р. Я. Левина, Ф. Ф. Цуриков, ЖОХ, 4, 1250—1257 (1934).
118. Cohen, Cook, Hewett, J. Chem. Soc., 1935, 1633—1637.
119. Cook, Hastewood, J. Chem. Soc., 1935, 767—770.
120. Yokoyama, Kotake, Bull. Chem. Soc. Japan, 10, 138 (1935); J. Chem.
Soc. Japan, 56, 336—337 (1935).
121. Cook, Lawrence, J. Chem. Soc., 1936, 1431—1434.
122. Sabatier, Ber., 44, 1984 (1911).
123. II. Д. Зелинский, Ber., 45, 3678—3682 (1912).
124. H. Д. Зелинский, Ber., 56, 1718—1723 (1923).
125. Naffer, Ber., 57B, 1261 (1924).
126. M. Б. Турова-Поляк., H. Д. Зелинский, Г. Гасан-Заде, ДАН, 32,
551—554 (1941).
127. Н. Д. Зелинский, Избранные труды акад. Н. Д. Зелинского, т. II,
Изд. АН СССР, М, —Л., 1941, стр. 57.
128. Н. Д. Зелинский, Избранные труды акад. Н. Д. Зелинского, т. II,
Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 48.
129. Linstead, Miltidge, Thomas, Walpole, J. Chem. Soc., 1937, 1146—1157.
130. Cook, Hewett, J. Chem. Soc., 1936, 62—71.
131. Maillard, Compt. rend., 200, 1856—1858 (1935).
132. Linstead, Thomas, J. Chem. Soc., 1940, 1127—1134.
133. Ruzicka, Haagen-Smit, Helv. Chim. Acta, 14, 1104—1122 (1931).
134. Ruzicka, Seidel, Helv. Chim. Acta, 19, 424—433 (1936).
135. Barret, Cook, Linstead, J. Chem. Soc., 1935, 1065—1069.
136. Clemo, Dickenson, J. Chem. Soc., 1935, 735—738.
137. Cook, Girard, Nature, 133, 377—378 (1934).
138. Bachmann, Cook, Hewett, Iball, J. Chem. Soc., 1936, 54—61.
139. Hibbit, Linstead, J. Chem. Soc., 1936, 470—476.
140. Errington, Linstead, J. Chem. Soc., 1938, 666—672.
141. H. Д. Зелинский, H. И. Шуйкин, ЖРХО, 61, 2245 (1929).
142. H. Д. Зелинский, Избранные труды акад. Н. Д. Зелинского, т. II,
Изд. АН СССР, М, —Л., 1941, стр. 58.
1-43 . Н. Д. Зелинский, Е. Г. Хохлова, Избранные труды акад. Н. Д. Зелин-
ского, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 124.
144. Ruzicka, Waldmann, Helv. Chim. Acta, 16, 842 (1933).
145. Ruzicka, Waldmann, Helv. Chim. Acta, 18, 611—612 (1935).
146. Diels, Karstens, Ber., 60B, 2323—2325 (1927).
147. С. K. Chuang, Y.-L. Tien, С. M. Ma, Ber., 69B, 1494—1505 ( 4936).
148. Clemo, Haworth, J. Chem. Soc., 1930, 2579.
149. Sen-Gupta, Science and Culture, 2, 580 (1937); C., 1937, 11, 2465.
150. Clemo, Dickinson, J. Chem. Soc., 1937, 255—257; Bogert, Davidson,
Apfelbaum, J. Am. Chem. Soc., 56, 959 (1934).
151. Sen-Gupta, J. prakt. Chem., 151, 82—96 (1938).
152. Barker, Clemo, J. Chem. Soc., 1940, 1277—1279. :
Литература
199
163. Mayer, Schiffner, Ber., 67B, 67—69 (1934).
154. Haworth, Mavin, Sheldrick, J. Chem. Soc., 1934, 464—461.
155. Bachmann, Edgerton, J. Am. Chem. Soc., 62, 2219—2223 (1940).
156. Akin, Stamatoff, Bogert, J. Am. Chem. Soc., 59, 1268—2272 (1937).
157. Papa, Perlmann, Bogert, J. Am. Chem. Soc., 60, 319—321 (1938).
158. Radsliffe, Sherwood, Short, J. Chem. Soc., 1931, 2293—2297.
159. Haworth, J. Chem. Soc., 1932, 1125.
160. Darzens, Levy, Compt. rend., 201, 730—733 (1935).
161. Jones, Ramadge, J. Chem. Soc., 1938, 1863—1858.
162. L. F. Fieser, Joshel, Seligman, J. Am. Chem. Soc., 61, 2134—2139 (1939).
163. Newman, J. Am. Chem. Soc., 62, 870—874 (1940).
164. L. F. Fieser, Joshel, J. Am. Chem. Soc., 62, 1211—1214 (1940).
165. Bachmann, Edgerton, J. Am. Chem. Soc., 62, 2550—2553 (1940).
166. Newman, J. Am. Chem. Soc., 62, 2295—2300 (1940).
167. Ruzicka, Pieth, Reichstein, Ehmann, Helv. Chim. Acta, 16, 268 (1933).
168. Fischer, Treibs, Ann., 446, 241 (1925).
169. Cook, Chemistry and Industry, 54, 176 (1935).
170. Bergmafin, Chemistry and Industry, 54, 175—176 (1935).
171. Rosenheim, King, Chemistry and Industry, 52, 299—302 (1933).
172. Cohen, Cook, Hewett, J. Chem. Soc., 1935, 445—455.
173. Cook, Hewett, J. Chem. Soc., 1934, 305—377.
174. L. F. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem. Soc., 58, 2382—2385 (1936).
175. Bergmann, J. Am. Chem. Soc., 60, 1798—1799 (1938).
176. F. Hofmann, Chem. Ztg., 57, 5—6 (1933).
177. 5. А. Казанский, А. Ф. Плате, Ber., 68B, 1259—1264 (1935).
178. Seidel, Muller, Schinz, Helv. Chim. Acta, 27, 738—747 (1944).
179. Ruzicka, Janot, Helv. Chim. Acta, 14, 645 (1931).
180. Ruzicka, Engel, Fischer, Helv. Chim. Acta, 21, 364—370 (1938).
181. Ruzicka, Furter, Pieth, Schellenberg, Helv. Chim. Acta, 20, 1564—1570
(1937).
182. Clemo, Ormston, J. Chem. Soc.., 1933, 352—353.
183. Chatterjee, J. Indian Chem. Soc., 14, 259—263 (1937).
184. Chatterjee, J. Indian Chem. Soc., 13, 536—541 (1936).
185. Chatterjee, J. Indian Chem. Soc., 13, 588—592 (1936).
186. Sen-Gupta, J. Indian Chem. Soc., 11, 389—394 (1934).
187. Ruzicka, Waldmann, Helv. Chim. Acta, 16, 843 (1933).
188. Sen-Gupta, Science and Culture, 3, 57 (1937).
189. Cen-Gupta, J. Indian Chem. Soc., 19, 467—472 (1942).
190. Levitz, Bogert, J. Org. Chem., 8, 253'—255 (1943).
191. Marvel, Brooks, J. Am. Chem. Soc., 63, 2630—2632 (1941).
192. Bogert, Science, 84, 44—45 (1936).
193. Perlmann, Davidson, Bogert, J. Org. Chem., 1, 300—304 (1936).
194. Diels, Gadke, Ber., 58B, 1231 (1925).
195. Diels, Gadke, Ber., 60B, 140—147 (4927).
196. Diels, Karstens, Ann., 478, 129 (1930).
197. Ruzicka, Thomann, Brandenberg, Furter, Goldberg, Helv. Chim Acta,
17, 200—221 (1934).
198. Ruzicka, Goldberg, Helv. Chim. Acta, 20, 1245—1253 (1937).
199. Nenitzescu, Cioranescu, Ber., 69B, 1040—1041 (1936).
200. M. Б. Турова-Поляк, П. Л. Рапопорт, ЖОХ, 13, 353—357 (1943).
201. Henderson, McNab, Robertson, J. Chem. Soc., 1926, 3077.
202. Komppa, Kgl. Norske Videnskab. Selskabs, Skrifter, 19-33, No 1; C. A.,
28, 472 (1934).
203. Komppa, Nyman, Compt. rend. trav. lab. Carlsberg, Ser. chim., 22,
272—274 (1938); C. A., 32, 6234 (1938).
204. Radcliffe, Short, J. Chem. Soc., 1938, 1200—1203.
206. Ruzicka, Stoll, Helv. Chim. Acta, 6, 846 (1923).
200
Я. Платтнер
206. Н. Д. Зелинский, Ber., 58В, 2795—2763 (1925).
207. Н. Д. Зелинский, И. И. Тиц, Л. Фатеев, Избранные труды акад.
Н. Д. Зелинского, т. II, Изд. АН СССР. М. — Л., 1941, стр. 66.
208. Н. Д. Зелинский, И. Н. Тиц, Ber., 64В, 183—188 (1931).
209. И. Д. Зелинский, Б. А. Казанский, А. Ф. Плата, ЖОХ, 4, 168 (1934).
210. Barrett, Linstead, J. Chem. Soc., 1936, 611—616.
211. Diels, Alder, Stein, Ber., 62B, 2337—2372 (1929).
212. Alder, Rickert, Ann., 524, 180—189 (1936); Ber., 70B, 1354—1363,
1364—1369 (1937).
213. H. В. Елагина, H. Д. Зелинский, ДАН, 30, 726—727 (1941).
214. H. Д. Зелинский, Р. Я. Левина, Избранные труды акад. Н. Д. Зелин-
ского, т. И, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 162.
215. Н. Д. Зелинский, Б. А. Казанский, Избранные труды акад. Н. Д. Зелин-
ского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 211.
216. Н. Д. Зелинский, Избранные труды акад. Н. Д. Зелинского, т. II,
Изд. АН СССР, М. —Л., 1941, стр. 207.
217. Н. Д. Зелинский, С. Е. Михлина, М. С. Эвентова, Избранные труды
акад. Н. Д. Зелинского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 118.
218. Я. И. Денисенко, Ber., 69В, 2183—2187 (1936).
219. Н. Д. Зелинский, Б. А. Казанский, А. Ф. Плата, Избранные труды акад.
Н. Д. Зелинского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, 183.
220. Н. Д. Зелинский, Н. И. Шуйкин, ДАН, 3, 255—257 (1934)
221. Я. И. Денисенко, Ber, 69В. 1668—1670 (1936).
222. Н. Д. Зелинский, Е. М. Шахназарова, Известия АН СССР, 1936, 571,
223. Б. А. Казанский, А. Ф. Плата, Ber., 69В, 1862—1869 (1936); ЖОХ, 7,
328 (1937).
224. 5. А. Казанский, А. Ф. Плата, ЖОХ, 9, 496—502 (1930).
225. И. Д. Зелинский, И. И. Тиц, М. В. Гавердовская, Избранные труды
акад. Н. Д. Зелинского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 76.
226. Н. Д. Зелинский, М. В. Гавердовская, Ber., 61В, 1049—1053 (1928).
227. Н. В. Елагина, Н. Д. Зелинский, ДАН, 30, 7'28—731 (1941).
228. Dewar, Read, J. Soc. Chem. Ind., 55, 347—349T (1936).
229. Berger, J. prakt. Chem., 133, 331 (1932).
230. Orchin, Woolfolk, J. Am. Chem. Soc., 67, 122—124 (1945).
231. Orchin, J.. Am. Chem. Soc., 67, 499 (1945).
232. Heilbron, Morion, Webster, Biochem. J., 26, 1194 (1932).
233. Ruzicka, Thomann, Helv. Chim. Acta, 16, 216 (1933).
234. Diels, Gadke, Kording, Ann., 459, 1 (1927).
235. Bergmann, J. Am. Chem. Soc., 60, 2306—3307 (1938).
236. Elderfield, Jacobs, J. Biol. Chem., 107, 143—154 (1934).
237. Ruzicka, van Veen, Ann., 476, 70—112 (1929).
238. Robinson, J. Chem. Soc., 1936, 80.
239. Cook, Lawrence, J. Chem. Soc., 1937, 817—827.
240. Неопубликованные исследования автора.
241. Nyman, Mikander, Suomen Kemistilehti, 14B, 3—4 (1941); C. A., 35,
4755 (1941).
242. Pfau, Plattner, Helv. Chim. Acta, 23, 768—792 (1940).
243. Braun, Irmisch, Ber., 85B, 883 (1932).
244. Cook, Haslewood, J. Chem. Soc,, 1934, 428—433,
245. H. Д. Зелинский, Г. С. Павлов, Избранные труды акад. Н. Д. Зелин-
ского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 220.
246. Knoevenagel, Heckel, Ber., 36, 2816—2822 (1903); Knoevenagel, Fuchs,
там же, 2848—2857; Knoevenagel, Bergdolt, там же, 2857—2861.
247. Wieland, Ber., 45, 484 (1912).
248. Bdeseken, Rec. trav. chim., 37, 255 (1918).
849. H. Д. Зелинский, Б. А. Казанский, Избранные труды акад. Н. Д. Зе-
линского, т. II, Изд. АН СССР, М.—Л., 1941, стр. 199.
Литература
201
H. Д. Зелинский, Избранные труды акад. Н. Д. Зелинского, т. П,
Изд. АН СССР, М,— Л., 1941, стр. 202.
Akabori, Suzuki, Proc. Imp. Acad. Tokyo, 5, 265—256 (1929).
Kindler, Peschke, Ann., 501, 191 (1933).
Orchin, J. Am. Chem. Soc., 66, 535—538 (1944).
Adkins, Richards, Davis, J. Am. Chem. Soc., 63, 1320—1325 (1941).
Horning, J. Org. Chem., 10, 263—266 (1946).
H. Д. Зелинский, П. И. Борисов, Избранные труды акад. Н. Д. Зелин-
ского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 147.
Н. Д. Зелинский, Ю. К. Юрьев, ЖОХ, 1, 1 (1931).
Wibaut, Molster, Kaufmann, Lenssen, Rec. trav. chim., 49, 1127—1130
(1930).
H. Д. Зелинский, Ю. К. Юрьев, Избранные труды акад. Н. Д. Зелин-
ского, т. II, Изд. АН СССР, М. — Л., 1941, стр. 156.
Ehrenstein, Ber., 64В, 1137 (1931).
Ю. К- Юрьев, Ф. Ф. Шеньян, ЖОХ, 4, 1258—1261 (1934).
Wibaut, Overhoff, Rec. trav. chim., 47, 936—939 (1928).
Frank, Holley, Wikholm, J. Am. Chem. Soc., 64, 2835—2838 (1942).
Morton, Horvitz, J. Am. Chem. Soc., 57, 1860—1861 (1935).
Ehrenstein, Bunge, Ber., 67B, 1715—1729 (1934).
Ю. К. Юрьев, Г. И. Мироненко, Ученые записки МГУ, 1936, № 6Г
277—279.
Spath, Polger, Monatsh., 51, 190—'204 (1929).
Spath, Berger, Kuntara, Ber., 63B, 134 (1930).
Granacher, J. Meyer, герм. пат. 703899; С. A., 36, 1045 (1942).
Ehrenstein, Marggraff, Ber., 67B, 486—491 (1934).
Prelog, Komzak, Moor, Helv. Chim. Acta, 25, 1654—1664 (194'2).
Prelog, Moor, Fiihrer, Helv. Chim. Acta, 26, 846—848 (1943).
Prelog, Balenovic, Ber., 74B, 1508—1510 (1941).
Spath, Galinovsky, Ber., 69B, 2059—2061 (1936).
Spath, Galinovsky, Ber., 70B, 235—238 (1937).
Ю. к. Юрьев, П. П. Борисов, ЖОХ, 7, 138 (1937).
Ю. К. Юрьев, П. П. Борисов, Ber., 69В, 13951—1398 (1936).
Ruzicka, Forschr. Chem., Phys, und physik. Chem., 19, № 5, 12 (1928).
L. F. Fieser, J. Am. Chem. Soc., 55, 4977—4984 (1933).
Melville, J. Am. Chem. Soc., 55, 2462—2465 (1933).
Nagel, Kornchen, Chem. Umschau Fette, Ole, Wasche, Harze, 39,
1 (1932).
H. Д. Зелинский, Ber., 59B, 156^-162 (1926).
H. Д. Зелинский, Г. С. Павлов, Изв. АН СССР, 1923, 191—202.
Л. С. Ледер, Ber., 67В, 1388—1391 (1934).
Willstatter, Waldschmidt-Leitz, Ber., 54, 123 (1921).
Ruzicka, Stoll, Helv. Chim. Acta, 7, 84 (1924).
Levitz, Bogert, J. Am. Chem. Soc., 64, 1719—1720 (1942).
Ruzicka, Waldmann, Helv. Chim. Acta, 18, 611—612 (1935).
Baldeschwiler, Mikeska, J. Am. Chem. Soc., 57, 977—978 (1935).
Keiser, Breed, Am. Chem. J., 16, 20 (1894).
Winterstein, Vetter, Schon, Ber., 68B, 1079—1085 (1935).
L. F. Fieser, M. Fieser, Hershberg, J. Am. Chem Soc., 58, 1463—1468
(1936).
Diels, Stephan, Ann., 527, 279—390 (1937).
Mosettig, Duvall, J. Am. Chem. Soc., 59, 367—369 (1937).
Ruzicka, Ehmann, Helv. Chim. Acta, 15, 140—162 (1932).
Ruzicka, van Veen, Z. physiol. Chem., 184, 69—82 (1929).
Shulze, Z. physiol. Chem., 238, 35—53 (1946).
СТАТЬЯ 6
ВОССТАНОВЛЕНИЕ В ПРИСУТСГВЧИ СКЕЛЕТНЫХ
КАТАЛИЗАТОРОВ (НИКЕЛЯ РЕНЕЯ И Дн.)
Р. Шретер
ВВЕДЕНИЕ
В 1925 и 1927 гг. Реней открыл новый метод приготовления
катализаторов [1]. Этот метод состоит в сплавлении каталити-
чески активного металла с другим, каталитически неактивным.
Неактивный компонент затем полностью или частично выщела-
чивается из сплава*; оставшийся нерастворенным активный ме-
талл проявляет очень большую каталитическую активность.
Почти в то же самое время подобные методы были запатен-
тованы и другими авторами в Германии, Англии [2] и СССР [3].
Реней указывал, что сплавы могут быть использованы либо
непосредственно в качестве катализаторов, либо могут служить
для приготовления катализаторов. Обычным активным компо-
нентом в сплавах является никель, а кремний, алюминий, магний
и цинк могут представлять собой их неактивные компоненты.
После измельчения сплав обрабатывают по одному из следую-
щих методов:
1) каталитически неактивную часть сплава удаляют с по-
мощью растворителей, не действующих на активное вещество; ,
2) сплав разлагают щелочью;
3) сплав разлагают щелочными карбонатами;
4) сплав обрабатывают водой при высокой температуре и вы-
соком давлении;
5) сплав (до или после выщелачивания) обрабатывают во-
дородом при высокой температуре и высоком давлении.
Только по второму методу получаются металлы, известные
как скелетные катализаторы (катализаторы Ренея). Оказалось,
что в качестве неактивного компонента сплавов лучше всего при-
менять алюминий, который легко получается в достаточно чистом
виде. Почти так же удобен и чистый кремний.
* При приготовлении катализатора по способу Бага [3] сплав не подвер-
гается полному выщелачиванию, а лишь протравляется щелочью с поверхно-
сти для повышения его активности. Такой катализатор очень удобен для
гидрирования жиров. Он очень легко поддается регенерированию, так как для
этого его достаточно снова подвергнуть кратковременной обработке концен-
трированным раствором щелочи. (Прим, ред.)
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 203
. Фишер и Мейер для синтеза углеводородов из окиси углерода
и водорода применяли с .равным успехом никель, кобальт, ко-
бальт-никель и железо, приготовленные из их сплавов с алюми-
нием или кремнием. Они нашли, что катализаторы повышенной
активности получаются из сплавов кобальт-кремний и кобальт-
никель-кремний.
Фишер и Мейер [4] определили эти катализаторы как очень
активные, очевидно, понимая под их каталитической активностью
восстановительные, конденсирующие или полимеризующие свой-
ства. Для реакций восстановления наиболее активны никелевые
катализаторы, приготовленные из сплавов никеля с алюми-
нием [5]. Рапопорт и Сильченко [6] при исследовании сплавов
никеля с кремнием и алюминием нашли небольшую разницу
в действии полученных из них катализаторов при восстановлении
под давлением. Результаты, полученные при использовании тех-
нического кремния, были неудовлетворительны вследствие содер-
жания в нем железа: как известно, железо понижает активность
скелетных катализаторов, если содержание его превышает
0,3—1 %.
Данные об употреблении цинка и магния в качестве неактив-
ных компонентов сплавов в литературе отсутствуют.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СКЕЛЕТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
Приготовление скелетных катализаторов слагается из следую-
щих операций: сплавление, размельчение, разложение сплава
и промывание полученного активного металла. Ниже будут даны
общие указания для приготовления активных металлов. Основ-
ные методы разработаны главным образом для никеля Ренея, но
они могут служить для приготовления и других активных ме-
1 ал лов,
ПОЛУЧЕНИЕ СПЛАВА
Приготовление сплавов является сравнительно простой опе-
рацией, так как сплавление алюминия с тяжелыми металлами
происходит с большим выделением тепла. Алюминий распла-
вляют, нагревают до 900—1200° и прибавляют к нему никель.
Выделяющаяся теплота достаточна для достижения температуры
плавления сплава никель-алюминий. Для предохранения алю-
миния от окисления лучше вести сплавление в атмосфере инерт-
ного газа. Сплав состава Ni-Al?., содержащий 52,1% никеля,
плавится при 1400°, а сплав состава Ni-Al3, содержащий 42%
никеля, плавится при 1130°.
Сплавы могут быть получены также из окислов тяжелых ме-
таллов и порошкообразного алюминия при термитном процессе.
Отметим, что метод приготовления сплава не влияет на ка-
чество катализатора [7], которое сильно зависит от состава
204
Р. Шретер
сплава. Реней считает, что хорошие катализаторы могут быть
приготовлены из сплавов, содержащих 10—85% никеля или
15—90% алюминия. Другие исследователи частично разделяют
это мнение Ренея. Дюпон и Пиганьоль [8], основываясь на фа*
зовых диаграммах Гвиера [9], приготовили сплавы никель-алю-
миний с содержанием 18—67% никеля. Активность катализато-
ров, полученных из сплавов, содержащих 30—50% никеля, не-
значительно изменялась в зависимости от состава исходного
сплава. Активность катализаторов, приготовленных из сплавов,
содержащих более 50% никеля, быстро падала с увеличением ко-
личества никеля в сплаве. Из сплава, содержащего 67% никеля,
что отвечает составу Ni-Al, уже нельзя было приготовить актив-
ный катализатор, так как сплав не разлагался едким натром.
Подобные результаты были получены и для сплавов никель-
кремний. Сплав Ni-Siz с трудом подвергается действию горячей
щелочи. Медно-алюминиевые сплавы с низким содержанием
алюминия ведут себя таким же образом.
Сплавы с более низким содержанием активных металлов не
употреблялись. Сплавы никель-алюминий, содержащие менее
30% никеля, вероятно, могут давать катализаторы с повышенной
активностью. Однако едва ли увеличение активности будет до-
статочным, чтобы оправдать употребление сплавов с низким со-
держанием никеля *. Для практических целей наиболее употре-
бительными являются сплавы, содержащие 30—50% активного
металла.
РАЗМЕЛЬЧЕНИЕ
Сплавы алюминия разлагаются щелочью даже в крупных ку-
сках, но очень медленно и с частичным сохранением макро-
структуры. Так как активный металл должен быть получен
в тонкоразмельченном состоянии, обработке щелочью должно
предшествовать размельчение сплава. Сплав, содержащий
50% алюминия и 50% никеля, очень хрупок и может быть легко
размельчен. Сплавы становятся тверже с увеличением содержа-
ния алюминия, и их размельчение представляет значительные
трудности. Хорошие результаты дает обточка больших отливок
сплавов на токарном станке, так как при этом сплавы крошатся,
не давая длинных стружек. Затем на шаровой мельнице полу-
ченный мелкокристаллический материал может быть превращен
в более мелкий порошок. Рапопорт и Сильченко [6] показали, что
размер частиц подвергаемого выщелачиванию сплава оказывает
* В противоположность этому Баг с сотрудниками приходят к выводу,
что наилучший, результат дает катализатор, содержащий 27% никеля. Такой
катализатор не только обладает наиболее высокой активностью, но и является
наиболее стойким при гидрировании жиров. (Прим, ред.)
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 205
некоторое влияние на активность катализатора. Так, по их со-
общению, катализаторы, приготовленные из сплавов, размеры ча-
стиц которых менялись от величины пылинки до 2,5 мм в диа-
метре, обладают одинаковой активностью, но при дальнейшем
увеличении размеров частиц активность их быстро падает. Од-
нако и катализаторы, приготовленные из сплавов с большим
размером частиц, все еще настолько активны, что их применение
в процессах гидрирования по проточному методу в газовой или
жидкой фазах более выгодно, чем применение сильно размель-
ченных катализаторов, образующих плотные массы [10].
РАЗЛОЖЕНИЕ СПЛАВА И ПРОМЫВАНИЕ
АКТИВНОГО МЕТАЛЛА
Как указывалось выше, для приготовления скелетных катали-
заторов сплавы подвергаются обработке щелочью для раство-
рения алюминия (или кремния), ’ входящего в их состав, и по-
лучения второго компонента сплава в активной форме.
В других методах разложения сплавов алюминий в виде
окиси или гидроокиси остается в катализаторе и служит носите-
лем для измельченного активного металла. Для разложения
используется приблизительно 30-процентный раствор едкого
натра. Сплав вносится в раствор щелочи или щелочь добавляется
к водной суспензии сплава. При этом происходит энер-
гичное выделение водорода. Для регулирования скорости этой
экзотермической реакции вначале полезно применять охлажде-
ние. Полнота растворения достигается нагреванием в конце про-
цесса при различной температуре. Так, например, рекомендуют
нагревать смесь до слабого кипения, т. е. приблизительно до
130°. Поль и Хилли [11] считают, что в этих условиях катализа-
тор загрязняется выделяющейся гидроокисью алюминия, что по-
нижает его каталитическую активность. По их мнению, темпе-
ратура 100° является наиболее подходящей для растворения алю-
миния. Выбор этой температуры они объясняют также тем, что
при более высоких температурах многие активные металлы раз-
лагают воду и при этом окисляются.
В активном металле, полученном при разложении сплава,
остается некоторое количество нерастворившегося алюминия.
Замечено, что этот остаточный алюминий, количество которого
может составлять несколько процентов, оказывает благоприятное
действие на активность катализатора. При полном удалении
алюминия исчерпывающим выщелачиванием катализатор теряет
активность [12].
Вследствие недостатка систематических исследований неясно,
какое количество неактивного компонента .следует удалить
для получения наиболее активного катализатора. Обыкновенно
206
Р. Шретер
стремятся удалить неактивный компонент возможно полнее. По
данным Рапопорта и Сильченко, полнота удаления необязательна.
Пригодный к употреблению катализатор получается уже после
удаления 10—25% алюминия; после удаления 40% получается
активный катализатор, и по мере дальнейшего удаления алюми-
ния активность катализатора достигает оптимума. Авторы, од-
нако, не упоминают, где лежит эта оптимальная точка. А. А. Баг
и сотрудники [13] нашли, что катализатор для гидрирования жи-
ров получается наиболее активным в том случае, если он
получен путем выщелачивания лишь 8% алюминия из сплава
никель-алюминий. Для проведения гидрирования по проточному
методу над твердыми катализаторами используются сплавы [14],
приготовленные по методу Ренея. Из этих катализаторов уда-
ляется только часть неактивного компонента. Преимущество
таких катализаторов — в том, что они вновь могут быть активи-
рованы обработкой щелочью.
Активный металл, выпадающий в виде тяжелого порошка при
обработке сплава щелочью, отделяется от раствора алюмината
и избытка щелочи и тщательно промывается водой до тех пор,
пока промывные воды не будут иметь нейтральную реакцию.
Совершенно удалить следы щелочи очень трудно. Согласно
Обри [12], следы щелочи предохраняют активный металл от окис-
ления водой. Если щелочь удалить полностью, то никель Ренея
медленно превращается водой в гидроокись никеля с выделением
водорода. На воздухе скелетные катализаторы не стойки и бо-
лее или менее пирофорны. По этой причине их следует хранить
под водой, спиртом или другим инертным растворителем.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
Никель
Различные способы приготовления активного никелевого ката-
лизатора были разработаны рядом исследователей: Ковертом и
Адкинсом, Полем и Хилли, Дюпоном и Пиганьолем, Руггли [7],
Кала [15] и Мозинго [16]. Ниже приводится метод, рекомендуе-
мый Полем и Хилли [11].
Расплавляют 400 г алюминия и нагревают до 1200°. К этому
оасплавм сразу добавляют 300 г никеля, сформованного в ма-
ленькие кубики. В таком виде никель более удобен для приго-
товления сплава, чем компактный металл машинной выработки.
Его пористая структура обусловливает быстрое растворение
в алюминии при сравнительно невысокой температуре. Раство-
рение никеля сопровождается значительным выделением тепла,
в результате чего температура поднимается приблизительно до
1500°. После охлаждения сплав разбивают и измельчают в по-
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 207
рошок. Затем 215 г сплава небольшими порциями вносят в 1 л
25-процентного раствора едкого натра при наружном охлажде-
нии льдом. Происходящее при этом разложение сплава сопро-
вождается вспениванием и разбрызгиванием жидкости, выделе-
нием тепла и образованием водорода. После внесения всего
металла температуру поднимают до 90—100° и поддерживают
на этом уровне до прекращения выделения водорода. По оса-
ждении твердой фазы жидкий слой отделяют декантированием
и повторяют обработку щелочью. После повторного декантиро-
вания щелочи никель несколько раз промывают водой до тех
пор, пока промывная вода не станет нейтральной по фенолфта-
леину. После этого катализатор хранят под слоем спирта в за-
полненных доверху склянках.
Никель Ренея может быть активирован другими металлами.
В качестве таких активаторов различными авторами предлага-
лись медь, кобальт, хром и цинк, но детально использование этих
металлов еще не разработано. Рекомендуется активация готового
катализатора путем введения небольших количеств благородных
металлов, особенно платины. Такой активированный никель
Ренея, предложенный Делепином и Горо[17] и изученный Либе-
ром и Смитом [18], проявляет очень высокую активность *.
Недавно Жейм и Сатр [19] описали катализатор, активиро-
ванный подобным же способом. Этот катализатор используется
с хорошими результатами при восстановлении сахаров.
Кобальт
Приготовление активного кобальта описали Фокуно [20],
Дюпон и Пиганьоль [8] и Фишер [4]; оно описано также в аме-
риканском патенте 2166183. Дюпон и Пиганьол [8] готовили
* Как показал Д. В. Сокольский [Проблемы кинетики и катализа, т. VI,
Гетер'огенный катализ, Изд. АН СССР, 1949, стр. 157], в такого рода активи-
рованных катализаторах активным началом является уже не никель, а платина,
которая входит в состав недостроенной никелевой решетки. Можно думать,
что при достаточном количестве платины, вся поверхность никеля покрывается
мономолекулярным слоем платины, которая и проявляет свойственную ей ката-
литическую активность. Аналогичное явление наблюдалось и в случае ряда
других катализаторов. Так, например, А. С. Гинзберг и А. П. Иванов [ЖРФХО,
62, 1991 (1930)] наблюдали активирование никелевой, кобальтовой или желез-
ной черни при добавлении малых количеств водного раствора платинохлористо-
водородной кислоты или хлористого палладия. Сама платина также активи-
руется водными растворами солей благородных металлов. Как показали
В. В. Патрикеев и А. Л. Либерман [ДАН, 62, 87 (1948)], металлическая пла-
тина играет в этом случае роль катализатора для восстановления платино-
хлористоводородной кислоты до металлической платины газообразным водо-
родом-, в отсутствие свободной платины эта реакция идет очень медленно,, уско-
ряясь' по мере накопления восстановленной платины. По всей вероятности,
никель в катализаторе Ренея играет ту же роль. (Прим, ред.)
•208 Р. Шретер
катализатор из окиси кобальта, очищенной от никеля, с помощью
алюмотермического метода. Полученный таким образом сплав
похож на шлак и дает катализатор средней активности. Для
того чтобы получить хороший катализатор, необходимо перво-
начальный сплав растворить в дополнительном количестве алю-
миния. Этот метод пригоден в том случае, когда в качестве ката-
лизатора хотят пользоваться чистым кобальтом и имеют в своем
распоряжении металл, очищенный от примеси никеля. В указан-
ном выше патенте рекомендуется использование технического
кобальта. Сплав алюминий-кобальт изготавливается тем же пу-
тем, что и алюминий-никель. Разложение сплава производится
следующим образом: 50 г тонко измельченного сплава алюминий-
кобальт, содержащего равные по весу части кобальта и алюми-
ния, суспендируют в 300 мл кипящей воды. К суспензии медленно
добавляют при хорошем размешивании раствор 50 г едкого натра
в 100 мл воды и смесь кипятят в течение 4 час. Отстоявшийся
раствор декантируют и остаток снова кипятят в течение 4 час.
с раствором 50 г едкого натра в 300 мл воды. Катализатор от-
мывают от щелочи водой и хранят под слоем спирта.
В том же патенте 2166183 приведено описание другого ске-
летного кобальтового катализатора, в котором алюминий вы-
щелочен только частично. Этот катализатор рекомендуется как
особенно подходящий для приготовления первичных аминов из
нитрилов.
Катализатор может быть получен в виде порошка, обладаю-
щего способностью самовоспламеняться на воздухе. Во избежа-
ние воспламенения применяют осторожное высушивание в ва-
кууме без доступа воздуха и последующее осторожное окисление
воздухом при температуре ниже 30°.
Медь
Фокуно [21] описал способ приготовления активной меди,
в основном повторяющий способ приготовления никеля Ренея,
описанный Полем и Хилли [11]. Он исходил из так называемого
сплава Деварда, содержащего 50% алюминия, 45% меди и»
5% цинка, которым иногда пользуются в лабораториях для вос-
становления водородом в момент выделения. Тонко измельчен-
ный спляв вносят в ох л я ждвнный ЗО-процентный ряствор едкого
натра. После стояния в течение 12 час. смесь нагревают и по
прекращении выделения водорода отстоявшийся раствор декан-
тируют. Обработку щелочью повторяют со свежим раствором.
Смесь кипятят в течение короткого времени, декантируют и про-
мывают водой до нейтральной реакции. В дальнейшем катали-
затор хранят под спиртом. Помимо меди, он содержит 1,4% алю-
миния и 1,3% цинка, а также следы железа и кремния.
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов
209
Железо
Примерно в то же время, когда Дюпон и Пиганьоль сооб-
щили о неудачных попытках приготовить по способу Ренея
активный марганец и железо, Поль и Хилли [22] описали приго-
товление активного железа из сплава железа и алюминия.
Дюпон и Пиганьоль не смогли получить железа в активной форме
вследствие его неустойчивости в присутствии воды. Поль и Хилли
предложили следующий способ:
150 г тонко размельченного железо-алюминиевого сплава,
содержащего 20% железа, вносят небольшими порциями в 1 л
25-процентного раствора едкого натра. Работу ведут в вытяж-
ном шкафу. Происходит чрезвычайно бурная реакция. После
добавления всего сплава смесь нагревают около 1 часа при
80—90° до прекращения выделения водорода. Раствор алюми-
ната декантируют и к остатку добавляют 1 л раствора едкого
натра. Процесс повторяют и смесь нагревают в течение 1 часа.
Щелочь сливают, а железо несколько раз промывают встряхи-
ванием с горячей водой с последующей декантацией. Промыва-
ние продолжают на воронке Бюхнера до исчезновения щелочной
реакции в промывных водах. После этого катализатор промы-
вают спиртом и сохраняют под абсолютным спиртом.
Железо, приготовленное по Ренею, медленно реагирует с во-
дой с выделением водорода даже при температуре ниже 100°.
Поэтому во время приготовления катализатора следует избегать
продолжительного нагревания. Катализатор содержит 92% же-
леза и 6% алюминия. Дюпон пытался получить некоторые другие
металлы в такой же форме. Сюда относятся никель-медь и ни-
кель-кобальт. Никель-медь не представляет большого интереса
для целей гидрирования, так как медь значительно снижает ак-
тивность никеля, однако имеются указания, что этот катализатор
для дегидрогенизации очень активен. Никель-кобальт, который
Фишер приготовил из сплава никель-кобальт-кремний, более ак-
тивен для синтеза углеводородов с прямыми цепями, чем никель
и кобальт в отдельности. Согласно Рапопорту и Сильченко, ак-
тивность этого катализатора, полученного из сплава никель-
кобальт-алюминий, при восстановлении фенола и нафталина пре-
вышает активность индивидуальных металлов.
Метод приготовления активных металлических пар аналоги-
чен методу приготовления активного никеля или кобальта.
СВОЙСТВА СКЕЛЕТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
Активные металлы получаются в виде черных или серо-чер-
ных порошков, воспламеняющихся при соприкосновении с возду-
хом. Они содержат все те примеси, которые находились
14 Зак. 1789.
210
Р. Шретер
в исходном материале, например следы железа, меди, кобальта,
марганца и кремния, а также различные количества алюминия
(до 5%) и небольшие количества щелочи (0,1—0,6%).
Полученные по способу Ренея металлы имеют кристалличе-
скую структуру, так же как и металлы, полученные термическими
методами. Существенное различие между ними заключается
в размерах кристаллов. Частицы активных металлов, получен-
ных из сплавов, имеют 40—80 А в диаметре, что составляет
около 0,1 размера частиц металлических катализаторов, полу-
ченных по методу Сабатье. На примере никеля было показано,
что размер кристаллов не зависит от концентрации металла
в исходном сплаве. Для никеля и кобальта была изучена их
кристаллическая форма. Никель Ренея кристаллизуется в куби-
ческой системе так же, как и никель в других никелевых ката-
лизаторах. С другой стороны, скелетный кобальтовый катализатор
получается в гексагональной ос-форме, в то время как катализа-
торы, приготовленные из этого металла термическими методами,
имеют кубическую кристаллическую структуру ^-формы.
Дюпон и Пиганьоль пришли к выводу, что скелетный кобаль-
товый катализатор не обладает ожидаемой активностью вслед-
ствие того, что он получается в гексагональной форме. Этот вы-
вод неправилен, так как обе формы кобальта каталитически
активны. Для никеля, наоборот, из двух кристаллических форм —
кубической и гексагональной — активна только первая [23].
Скелетные катализаторы содержат водород, часть которого
может быть удалена нагреванием. При хранении катализатор
медленно теряет водород, причем потеря водорода происходит
особенно быстро в присутствии воздуха. Активность катализатора
понижается по мере удаления водорода, однако оба эти процесса
не являются параллельными. В хорошо запаянных сосудах ак-
тивные металлы могут сохраняться без большого понижения
активности. Никель Ренея даже после хранения в течение года
все еще является отличным катализатором.
Из дальнейшего обсуждения свойств никеля Ренея не сле-
дует делать вывода, что эти свойства присущи только никелю.
Случайно никель Ренея в серии активных металлов был всесто-
ронне изучен первым.
Следовательно, не исключена возможность, что при дальней-
шем, более глубоком исследовании и у других металлов будут
обнаружены свойства, подобные свойствам никеля.
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
Способность ускорять восстановление является одним из наи-
более интересных свойств никеля. Считают, что это свойство
в свою очередь определяется способностью никеля некоторым
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 211
образом соединяться с водородом. Свежеприготовленный никель
Ренея содержит так много водорода, что его формула близка
к формуле, отвечающей «соединению» NizH. В электрохимиче-
ском отношении никель Ренея ведет себя подобно обратимому
водородному электроду и имеет тот же восстановительный по-
тенциал, что и платинированная платина и платиновая чернь.
В первом приближении мы можем приписать восстановитель-
ную способность никеля Ренея содержанию в нем водорода. Ни-
кель Ренея способен восстанавливать перманганат до двуокиси
марганца, нитриты и нитраты — до аммиака. Хлораты, броматы,
йодаты, гипохлориты, молибдаты, вольфраматы и соли железа
также восстанавливаются в его присутствии; бихроматы и пер-
хлораты не подвергаются его воздействию. Нитробензол восста-
навливается никелем Ренея с образованием азо- и азоксибензола;
восстановление двойной связи происходит и в отсутствие моле-
кулярного водорода. Последнее объясняет тот факт, что во время
обычного восстановления двойной связи молекулярным водоро-
дом в присутствии никеля Ренея объем поглощенного водорода
чрезвычайно мал. В зависимости от величины загрузки гидри-
руемого вещества и количества катализатора объем поглощен-
ного водорода может составить всего 10% от теоретического.
Мозинго и сотрудники [24] исследовали восстановительную
способность никеля Ренея в отсутствие молекулярного водорода.
При нагревании спиртового раствора 5—10 г восстанавливаемого
вещества в течение 2—5 час. с 25 г никеля Ренея восстанавли-
валось 50—95% взятого вещества.
Никель Ренея, в отличие от обычного никеля, способен об-
разовывать амальгаму. Это объясняется наличием связанного
с никелем водорода, который является третьим компонентом
амальгамы. Никель-катод, насыщенный водородом, ведет себя
подобным же образом. Недавно Боге [25] показал, что никель
в присутствии водорода в момент выделения может растворяться
в ртути. После отгонки ртути остается мелкораздробленный ни-
кель, который является пирофорным лишь в том случае, если
амальгама была приготовлена из никеля Ренея.
НИКЕЛЬ РЕНЕЯ КАК КАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ
И ОКИСЛЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ
Выше упоминалось, что никель Ренея обладает способностью
в некоторых условиях разлагать воду с выделением водорода и
образованием гидрата окиси никеля. Однако если в воде рас-
творено легко окисляющееся вещество, которое может действо-
вать как акцептор кислорода, то никель Ренея остается неиз-
мененным и действует просто как катализатор окисления. Соли
фосфорноватистой кислоты в присутствии никеля Ренея количе-
212
Р. Шретер
ственно окисляются до солей фосфористой при сильном выде-
лении водорода. Станниты в тех же условиях окисляются в стан-
ниты. Действуя как катализатор окисления, никель Ренея
сохраняет, однако, свойство переносчика водорода. Если к рас-
твору гипофосфита добавить такое ненасыщенное соединение, как
фенилизокротонат натрия, то в результате действия никеля Ренея
образуется фосфит и фенилбутират натрия. Активный никель
ускоряет окисление спирта кислородом или воздухом. Спирто-
вые суспензии катализатора медленно окисляются с образова-
нием альдегидов и кислот уже при стоянии на воздухе. Если
суспензию встряхивать, альдегиды и кетоны могут быть обнару-
жены после встряхивания в течение нескольких минут. В атмо-
сфере кислорода окисление происходит со вспышкой.
НИКЕЛЬ РЕНЕЯ КАК КАТАЛИЗАТОР
ДЕГИДРОГЕНИЗАЦИИ
Скелетные катализаторы могут употребляться как катализа-
торы дегидрогенизации. Поль [26] и Пальфри и Сэбати [27]
изучали дегидрирующие свойства никеля. Согласно их данным,
дегидрирующее действие никеля на спирты проявляется при
сравнительно низких температурах. Изопропиловый спирт де-
гидрируется уже при температуре его кипения, но реакция про-
текает слишком медленно для использования в препаративных
целях. Выходы повышаются для спиртов с более высокой тем-
пературой кипения. Неполное превращение спиртов не может
быть объяснено падением активности катализатора в процессе
реакции, так как при повторных экспериментах катализатор по-
казывает неизмененную активность. Поль высказал предполо-
жение, что дегидрирующее действие тормозится продуктами
реакции — альдегидами и кетонами, которые вследствие их не-
насыщенности сильнее адсорбируются на никеле Ренея, чем
спирты. Это предположение обосновывается тем наблюдением,
что добавление производных этилена понижает скорость де-
гидрогенизации спиртов, а ацетиленовые соединения полностью
прекращают реакцию. Такое объяснение находится в согласии
со взглядами Шваба и Цорна [5], которые считают, что активные
центры никеля Ренея расположены не на поверхности, а внутри
кристаллов. Во время дегидрогенизации катализатор заполняется
адсорбированными продуктами реакции, которые" мешают ее
дальнейшему течению. С другой стороны, предположение о том,
что активные точки расположены внутри катализатора, объясняет
его активность в реакциях восстановления. Водород, который
обладает способностью быстро диффундировать внутрь металла,
всегда находится в большой концентрации в соседстве с актив-
ными центрами.
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 213
При дегидрогенизации спиртов в присутствии никеля Ренея
одновременно происходит восстановление спирта до углеводо-
рода, а в случае ненасыщенных спиртов — гидрирование двойной
связи. При 140° коричный спирт превращается в гидрокоричный
альдегид, гидрокоричный спирт, пропилбензол и пропенилбензол.
Фурфуриловый спирт с выходом 22% превращается в сильван.
При прибавлении никеля Ренея к аллиловому спирту происходит
самопроизвольное разогревание жидкости до температуры кипе-
ния. В результате реакции получается 66% пропионового аль-
дегида и 16% метилэтилакролеина. Последний образуется при
кротоновой конденсации пропионового альдегида.
Никель Ренея не изучался как катализатор дегидрогенизации
в газовой фазе. Скелетные медные, кобальтовые и никель-
медные катализаторы (35% меди) при более высоких темпера-
турах оказались хорошими катализаторами дегидрогенизации.
Их дегидрирующие свойства в этих условиях превосходят свой-
ства восстановленной меди. Скелетный медный катализатор на-
чинает дегидрировать спирты при 170°. Реакция протекает очень
быстро; для первичных спиртов при температуре около 300° и
для вторичных — при 250°. Скелетный кобальтовый катализатор
является еще более активным дегидрирующим катализатором,
начиная отщеплять водород при температуре 100—175°. Пер-
вичные спирты хорошо дегидрируются скелетным кобальтовым
катализатором при 200—250°, вторичные — при 200°.
Скелетный никель-медный катализатор, независимо от содер-
жания никеля, проводит реакции дегидрирования спиртов
с теми же скоростями, что и активный кобальт, и не вызывает
никаких побочных реакций.
По наблюдениям Делепина и Горо[28], реакция Канниццаро
ускоряется или индуцируется в присутствии никеля Ренея. Как
известно, эта реакция состоит в превращении альдегидов в со-
ответствующие спирты и кислоты в присутствии щелочей. Бенз-
альдегид реагирует с такой быстротой, что трудно отметить
влияние никеля Ренея. В случае формальдегида превращение
протекает медленно. Так, 3-процентный раствор формальдегида за
30 час. диспропорционируется на 50% Ц метиловый спирт и
муравьиную кислоту. В присутствии никеля Ренея превращение
протекает почти на 100% в течение 0,5—3 час. в зависимости от
количества катализатора. В присутствии щелочи масляный аль-
дегид подвергается альдольной конденсации: в присутствии ще-
лочи и никеля Ренея имеет место реакция Канниццаро.
Моносахариды ведут себя подобным же образом, количе-
ственно превращаясь в соответствующие спирты и кислоты лишь
в присутствии никеля Ренея. Реакция Канниццаро может проис-
ходить и в отсутствие щелочи, если взять достаточное количество
никеля Ренея{29]
214
Р. Шретер
Платина в этой реакции ведет себя подобно никелю Ренея.
Реакции диспропорционирования можно избежать, добавляя
к альдегиду легко восстанавливающееся вещество. Таким обра-
зом сахар количественно превращается в соответствующую кис-
лоту. Эти работы Делепина и Горо дали дальнейшее экс-
периментальное подтверждение теории окисления альдегидов
в кислоты по Виланду. Согласно этой теории, окисление в дей-
ствительности является дегидрогенизацией гидратированной
формы альдегида. В присутствии подходящего акцептора водо-
рода дегидрогенизация дает карбоновые кислоты. В отсутствие
такого акцептора происходит реакция Канниццаро, в которой
сам альдегид выполняет роль водородного акцептора.
ОСОБЫЕ РЕАКЦИИ НИКЕЛЯ РЕНЕЯ
При восстановлении 2,6-диметилдигидропиран-З-карбоновой
кислоты, которая получается при окислении димерной формы
кротонового альдегида, Делепин и Горо [30] наблюдали явление
миграции двойной связи под влиянием никеля Ренея. В продук-
тах реакции, помимо ожидаемой тетрагидропиранкарбоновой,
было найдено 10% дегидропиранкарбоновой кислоты, изомерной
исходному продукту. Последняя кислота образовалась в резуль-
тате перемещения двойной связи из положения 3,4 в положение
2,3. Дигидрокислота была выделена, так как в условиях реакции
она не подвергалась дальнейшему восстановлению. Эта пере-
группировка медленно происходит на холоду, на 21 % за 6 час.,
и быстро — при нагревании, например при 100° в течение 1 часа
превращение протекает на 60%. Перегруппировки подобного
типа наблюдаются при восстановлении в присутствии других ка-
тализаторов. Мы считаем необходимым напомнить только о пе-
ремещении двойной связи при гидрировании жиров и о перегруп-
пировках, вызываемых палладием в соединениях класса терпе-
нов.
При восстановлении альдоксимов в присутствии скелетного
никеля Поль [31] наблюдал образование амидов кислот как ре-
зультат перегруппировки исходных альдоксимов. Эта перегруп-
пировка, повидимому, вызывается катализатором, так как даже
на холоду некоторые оксимы при введении никеля Ренея претер-
певают частичную перегруппировку, сопровождающуюся замет-
ным разогреванием. Перегруппировка заканчивается после на-
гревания в течение нескольких часов на кипящей спиртовой или
водяной бане. Выходы амидов составляют 75—100%. Роль ни-
келя Ренея в этих перегруппировках не вполне ясна. При
введении никеля оксимы или их растворы окрашиваются в глу-
бокий красный цвет. Небольшие количества никеля при этом
растворяются. Растворенный металл способен ускорять пере-
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 215
группировку или доводить ее до конца после отделения нерас-
творившегося никеля Ренея.
В золе, полученной при сожжении красного осадка, выпавшего
при обработке 100 г фурфуральоксима никелем Ренея, содер-
жится 0,5 г окисей металлов. Этот осадок наряду с никелем
содержит также железо и алюминий. Относительные концентра-
ции железа и алюминия в золе значительно выше, чем в никеле
Ренея.
В случае'использования меди перегруппировка оксимов про-
исходит при температуре, близкой к 200°, а выходы продукта
перегруппировки составляют всего 6%. Медь вызывает пере-
группировку как альдоксимов, так и кетоксимов, тогда как ни-
кель Ренея действует только на альдоксимы.
Никель Ренея активно взаимодействует с серой как органиче-
ских, так и неорганических соединений, причем его действие не
является каталитическим. На холоду он отнимает один атом серы
от тиосульфата натрия [32] с образованием сульфита натрия;
в присутствии меди такая реакция имеет место только при тем-
пературах, превышающих 100°. Никель полностью отнимает
серу от сульфита натрия при 100°. Из сульфида сурьмы сера мо-
жет быть отщеплена только частично, а из сульфида олова —
нацело. Из органических соединений в водном или спиртовом
растворе сера удаляется обычно даже на холоду [33]. При этом
происходят побочные реакции — гидрирование и выделение во-
дорода. В табл. 1 приведены некоторые соединения серы и про-
дукты их взаимодействия с никелем Ренея.
Таблица 1
Соединения, содер- жащие серу Продукты взаимодействия с никелем Ренея
CS? NHgCSNH2 CeH5CH2NHCSNH2 HSCH,COOH (SCH2COOH)2 ) HSCH2CH2SH CH3COSH сн4 СН4, NH3, CH8NH2 CjHgCHg, NH3, CH3NH2 CH3COOH сн3сн3 ( CH3COOH (в воде) | СН3СНО (в спирте)
Удаление серы из органических соединений под действием
никеля Ренея послужило объектом недавних исследований
Мозинго и сотрудников [34], которые показали на примере боль-
г
216 p, Щретер
шого числа различных соединений, что никель Ренея в присут-
ствии растворителя при умеренной температуре отщепляет от
органической молекулы восстановленную или окисленную серу.
Сера отщепляется при этом с такой легкостью, что обработка
никелем Ренея может служить методом количественного опреде-
ления серы в органических соединениях. Например, сероводород,
освобождающийся при разложении сульфида никеля, может быть
определен количественно. Сульфид никеля, образующийся при
этих реакциях, способен легко разлагаться разбавленными кис-
лотами.
ГИДРИРОВАНИЕ В ПРИСУТСТВИИ СКЕЛЕТНЫХ
КАТАЛИЗАТОРОВ
Скелетные катализаторы значительно превосходят по актив-
ности все другие, применявшиеся ранее для этой цели. Их
использование сделало возможным гидрирование многих неустой-
чивых веществ, которое в других условиях осложняется побоч-
ными реакциями и расщеплением. С другой стороны, они позво-
лили, использовав обычные условия гидрирования устойчивых
соединений, значительно сократить время этой реакции. Ввиду
отсутствия широких сравнительных данных и систематических
сравнительных экспериментов невозможно установить, распро-
страняется ли повышенная активность скелетных катализаторов
в равной мере на все классы соединений. По той же причине
трудно произвести объективную оценку этого класса катализа-
торов и их преимуществ, даже если обратиться к обширному ма-
териалу, собранному в различных публикациях.
Таким образом, чтобы сознательно пользоваться этими ката-
лизаторами, надо изучить область их применения, а также
свойства гидрируемых соединений и продуктов гидрогенизации.
Во многих случаях гидрирования никель заменяет благород-
ные металлы, особенно палладий. Дальнейшее изучение, воз-
можно, покажет, что и кобальт может быть использован в той
области, где до сих пор применялся только никель Ренея. При
восстановлении карбоновых кислот и их эфиров до спиртов или
амидов карбоновых кислот до аминов, для чего другие никеле-
вые катализаторы оказались мало пригодными, никель Ренея
также был применен лишь с посредственным успехом. Однако
попытки применить его в этих случаях были не совсем безрезуль-
татными, и можно допустить, что будет найден такой активный
металл или активная пара, которые позволят проводить восста-
новление подобных веществ со столь же хорошими результатами,
каких в настоящее время можно достигнуть лишь с хромовым
катализатором.
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 217'
Стремясь дать наиболее общее представление о применении
скелетных катализаторов, мы расположили данные, накопленные
при их изучении, не по классам соединений, подвергавшихся
гидрированию, а по отдельным металлам, применявшимся в ка-
честве катализаторов восстановления.
ЖЕЛЕЗНЫЙ СКЕЛЕТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР
Из трех металлов — железа, никеля и кобальта, — принадле-
жащих к восьмой группе периодической системы Менделеева,
железо в наименьшей степени обладает способностью служить
переносчиком водорода. Эта способность не увеличивается за-
метно даже у активного железа, приготовленного из сплава.
Поль и Хилли [35] широко изучили возможности использования
активного железа. Согласно их данным, этот катализатор может
восстанавливать карбонильную, нитрильную и нитрогруппу,
а также этиленовые связи при давлении 100 атм и температурах,
близких к 100°. Ацетиленовая связь легко присоединяет моле-
кулу водорода с образованием двойной связи. Восстановление
ацетиленовой связи, независимо от ее расположения в цепи, про-
текает количественно и без побочных реакций. Применяемые
при этой реакции давления лежат между 50 и 75 атм, а темпе-
ратура— между 100 и 135°.
МЕДНЫЙ СКЕЛЕТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР
Наши знания свойств активной меди, так же как и активного
железа, далеко не полны. Единственная опубликованная работа
Фокуно содержит в себе все имеющиеся в нашем распоряжении
данные относительно этого катализатора. Фокуно ограничил свои
исследования несколькими примерами гидрирования простых
ненасыщенных и карбонильных соединений. Эти эксперименты
проводились в одних и тех же условиях с использованием
10% катализатора и при начальном давлении 100 атм. Он
изучил только два ацетиленовых углеводорода — фенилацетилен
и гептин-1. Фенилацетилен в присутствии свежеприготовленного
катализатора при 80° разлагался со взрывом. В присутствии
катализатора, приготовленного задолго до опыта, образовывалась
смола. Гептин при 100° давал смесь, содержащую 60% гептана,
а также ди- и тригептены. В лимонене при 200° гидрировалась
только двойная связь в изопропенильной группе. Двойная связь
в кольце оставалась незатронутой. При этом получался карво-
ментен с выходом 90%. Прогидрировать в тех же условиях
циклогексен и пинен не удалось. В то же время аллиловый спирт
восстанавливался количественно в пропиловый при температуре
ниже 100°. Как видно из этих результатов, скелетный медный
218
Р. Шретер
катализатор проявляет те же свойства, что и восстановленная
медь, которая в газовой фазе гидрирует только концевую двой-
ную связь. Прогидрировать пинен и камфен до насыщенных со-
единений удалось только в жидкой фазе с применением давления
в присутствии катализатора.
Но если применение скелетного медного катализатора для
гидрирования упомянутых выше соединений не дает особых пре-
имуществ, то при гидрировании карбонильных соединений он
проявляет большую активность, чем восстановленная медь, кото-
рая медленно гидрирует альдегиды и кетоны только при темпе-
ратурах, превышающих 200°. Вследствие дегидрирующего дей-
ствия меди эти соединения превращаются в спирты не полностью.
Для того чтобы превратить ацетон в изопропиловый спирт с вы-
ходом 65%, необходимо поддерживать температуру в пределах
280—300°. В присутствии активного скелетного медного катали-
затора альдегиды восстанавливаются в спирты с выходом
70—98% при 125—450°. Кетоны могут быть восстановлены с та-
кими же выходами при 95—125°. Возможно, что активная медь
приобретет препаративное значение в этой области, особенно для
восстановления неустойчивых карбонильных соединений, так как
она не проявляет расщепляющего и конденсирующего действия
в такой степени, в какой оно свойственно никелю.
Поскольку восстановленная медь является подходящим ката-
лизатором для гидрирования таких веществ, как нитросоедине-
ния, нитрилы, оксимы, амиды кислот, карбоновые кислоты и их
эфиры, следовало бы подробнее изучить каталитические свой-
ства активной меди.
СКЕЛЕТНЫЙ КОБАЛЬТОВЫЙ КАТАЛИЗАТОР
По своим восстановительным каталитическим свойствам ко-
бальт подобен никелю, но по сравнению с никелем обладает
меньшей активностью. Поэтому он не нашел практического при-
менения за исключением некоторых специальных случаев.
Сабатье и Сандеран, изучившие гидрогенизацию в присутствии
кобальта в газовой фазе, приписывают ему меньшую активность
по сравнению с активностью никеля. Фокуно проводил опыты [20]
с кобальтом параллельно с изучением активной меди, причем
начальное давление водорода составляло 100 итм. Сравнение
активности обоих металлов при восстановлении этиленовых со-
единений указывает на более высокую активность кобальта.
Кобальт катализирует присоединение водорода по двойной связи
независимо от того, находится ли она на конце цепи или же вхо-
дит в цикл. Температура, необходимая для гидрирования алли-
лового спирта, составляет 100°, для циклогексена НО и для пи-
лена 140—150°. При 175° лимонен образует смесь, содержащую
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 219
преимущественно карвоментен ‘ и п-ментан. Первый образуется
в результате гидрирования внециклической двойной связи, вто-
рой — при гидрировании обеих двойных связей. При 200° спо-
собно восстанавливаться также и бензольное ядро. Кобальтовый
катализатор проявляет активность, подобную активности меди
при восстановлении карбонильных соединений. Эти соединения
гладко восстанавливаются при температуре, превышающей 100°;
восстановление ацетона дает количественный выход изопропи-
лового спирта при 100—110°, бензальдегид восстанавливается
в бензиловый спирт с выходом 85%.
Результаты Фокуно, вероятно, следует проверить, так как
Дюпон [8] показал, что кобальт, употребляемый Фокуно, был
загрязнен. После очистки катализатора Дюпону удалось прове-
сти восстановление лимонена при 149° и 25 атм. В присутствии
никеля Ренея лимонен постепенно восстанавливается уже при
комнатной температуре и атмосферном давлении. Гидрирование
активным кобальтом в нормальных условиях не представляет
никакого практического интереса.
Во взятом Дюпоном патенте (ам. пат. 2166183) рассмотрена
область применения активного кобальта. Дюпон использует ко-
бальт для восстановления динитрилов, получая диамины с хоро-
шим выходом. Например, гексаметилендиамин и его гомологи
до декаметилендиамина включительно были получены в присут-
ствии аммиака из соответствующих динитрилов при 120° и дав-
лении 75—150 атм с выходом приблизительно 97%; в отсут-
ствие аммиака выход диаминов составлял 87%. Такие выходы
не могут быть получены в присутствии никеля, так как этот ме-
талл при восстановлении нитрилов обычно благоприятствует
образованию вторичных и третичных аминов. Исключением
являются некоторые ароматические амины. Чтобы получить
хорошие выходы первичных аминов в присутствии никеля в каче-
стве катализатора, необходимо проводить восстановление в при-
сутствии аммиака или аммонийных солей [36]. Скелетный ко-
бальтовый катализатор всегда предпочитают никелю в тех слу-
чаях, когда желают при восстановлении получить первичные
амины. Это справедливо при восстановлении нитрилов, окси-
мов и при каталитическом аминировании карбонильных со-
единений. Восстановленный кобальт недостаточно активен для
этих целей.
НИКЕЛЬ РЕНЕЯ
Вероятно, не существует ни одного класса ненасыщенных со-
единений, для гидрирования которых не был бы в качестве ка-
тализатора использован никель Ренея. Трудно дать обзор опу-
бликованных данных об использовании его в качестве катализа-
тора гидрогенизации, так как часто в реферативных журналах
220
Р. Шретер
никель Ренея как особый пункт реферирования вообще отсут-
ствует, хотя, кроме публикаций, которые специально рассматри-
вают реакции гидрирования в присутствии никеля Ренея, суще-
ствует бесчисленное множество статей, упоминающих об исполь-
зовании этого катализатора в препаративных целях.
Обзор американских работ можно найти в книге Адкинса
«Реакции водорода с органическими веществами в присутствии
медно-хромовых и никелевых катализаторов», опубликованной
в 1937 г.
ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ ЭТИЛЕНОВЫХ СВЯЗЕЙ
«Катализатор Ренея позволяет проводить восстановление при
температурах и давлениях значительно более низких, чем те,
которые необходимы для работы с катализатором, приготовлен-
ным по методу Сабатье». Это мнение Дюпона [37] было выска-
зано им в статье о гидрировании двойных связей в присутствии
никеля Ренея. Вместе с Кемпбеллом и О’Коннором [38] Дюпон
приравнивает способность никеля проводить селективное гидри-
рование подобной же способности палладия *.
Этиленовые связи могут быть прогидрированы при нормаль-
ных температурах и давлениях. Концевые двойные связи восста-
навливаются с постоянной скоростью в таких соединениях, как
н-гептен, стирол, 1-фенилпропилен, сафрол и эвгенол. Если
двойная связь в открытой цепи замещена с обеих сторон или вхо-
дит в цикл, как, например, в соединениях типа октена-2, корич-
ного спирта или циклогексена, то восстановление протекает
с меньшей скоростью. В общем случае, поглощение водорода
происходит медленнее, чем для соединения с однозамещенной
двойной связью; это может быть продемонстрировано на приме-
рах сафрола и изосафрола, эвгенола и изоэвгенола.
Если соединение имеет одну из представленных ниже струк-
тур, то присоединение водорода обычно не происходит.
R\ zR
XC = CZ
R\ /R
и С = C
RZ XR
Если в соединении находятся две двойные связи, то они друг
друга активируют. В таком случае не удается провести селек-
тивное гидрирование. Если одна из этиленовых групп является
трехзамещенной, то она не гидрируется. Так, в лимонене гидри-
руется изопропенильная группа; при этом образуется карвомен-
* Описанные ниже правила, установленные для никеля, были давно уже
найдены для платины акад. С. В. Лебедевым [С. В. Лебедев, Жизнь и труды,
Химтеорет, 1938.] Как показали акад. Б. А. Казанский и Г. Г. Татевосян [ЖОХ,
9, 2256 (1939)], иа палладиевом катализаторе эти правила не всегда соблю-
даются. (Прим, ред.)
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 221
тен. Если в молекуле присутствуют две трехзамещенные этиле-
новые группы, то гидрируется лишь одна из них.
При восстановлении се-терпинена получается Д3-ментен. Двой-
ные связи в исходной молекуле се-терпинена являются сопряжен-
ными. Механизм селективного гидрирования сопряженных двой-
ных связей не вполне ясен, так как может иметь место или
1,4- или 1,2-присоединение.
Мы можем рассмотреть в качестве примеров восстановление
мирцена [39], углеводорода из эфирного масла лимонной корки
и аллооцимена [40], образующегося при термическом расщеплении
пинена.
Оба соединения содержат три двойные связи, из которых
в мирцене (1) сопряжены две, а в аллооцимене (2) —все три;
(1) (2)
В нормальных условиях 1 моль мирцена поглощает несколько
более 1,3 моля водорода. Моль водорода поглощается с по-
стоянной скоростью в течение первой стадии реакции. В резуль-
тате 1,4- и 1,2-присоединений образуются метилгераниолен (3)
и дигидромирцен (4):
(3)
Только второй углеводород подвергается дальнейшему гидри-
рованию до 2,6-диметилоктена-2 (5). Присоединение водорода
подобным же образом происходит и в присутствии палладия,
который еще более способствует 1,4-присоединению.
В случае аллооцимена присоединение водорода происходит
иначе. Этот углеводород очень быстро поглощает 2 моля водо-
рода, образуя 2,6-диметилоктен-5 (6) и небольшое количество
2,6-диметилоктена-6. Так как после поглощения 1 моля водо-
рода образуется смесь углеводородов, в которой остается много
исходного вещества, можно придти к неправильным выводам
о ходе реакции. Присоединение первого моля водорода в поло-
жении 4,7 дает диен (7), который, подобно изомерному метил-
гераниолену, едва ли может гидрироваться' дальше в присутствии
222
Р. Шретер
никеля Ренея. Присоединение по концам системы двойных свя-
зей дает диен (8), который при дальнейшем восстановлении дол-
жен был бы давать смесь двух .стереоизомерных этиленовых
углеводородов (9):
(6) (7) (8) (9)
В ненасыщенных спиртах положение гидроксильной группы
не оказывает заметного влияния на двойные связи. Коричный и
аллиловый спирты присоединяют водород в обычных условиях.
Смит и сотрудники [41] использовали никель Ренея в препара-
тивных целях для приготовления дигидроцитронеллола и гекса-
гидрофарнезола. В первом случае они исходили из цитронеллола,
во втором — из фарнезола. Они нашли, что цитронеллол дает
количественный выход дигидропроизводного при 80—125° и
150 атм. В этих условиях гераниол присоединяет только 2 атома
водорода. Присоединение следующих 2 атомов водорода про-
исходит только при 200° и 185 атм, причем выход продукта реак-
ции составляет 90%. Фарнезол ведет себя подобно гераниолу,
давая гексагидрофарнезол с выходом 90%. Авторы этих иссле-
дований предположили, что гидроксильная группа в гераниоле
и фарнезоле затрудняет восстановление соседней двойной связи.
Это предположение не подтвердилось, так как Дюпону [42] уда-
лось в присутствии никеля Ренея восстановить гераниол в цитро-
неллол на холоду. Раньше проведение этой реакции в подобных
условиях считалось невозможным. В изомерном линалооле также
гидрируется только концевая двойная связь.
Двойные связи активируются под влиянием соседних карбо-
нильных групп. Однако если при этиленовой связи, сопряжен-
ной с карбонильной группой, находится один или два замести-
теля, то водород присоединяется медленнее. В скорости восста-
новления карбонильной группы не происходит заметного измене-
ния. Например, после израсходования 1 моля водорода при вос-
становлении коричного альдегида в реакционной смеси находятся
дигидрокоричный альдегид, у-фенилпропиловый спирт и неизме-
ненный исходный продукт [43]. Бензальацетон ведет себя подоб-
ным же образом, но его двойная связь восстанавливается еще
труднее. Если с карбонильной группой сопряжена трехзамещен-
ная двойная связь, то ее восстановление ускоряется и происхо-
дит селективно. После поглощения 1 моля водорода цитраль дает
смесь исходного вещества, цитронеллаля и цитронеллола..
________Восстановление в присутствии скелетных катализаторов_223
С 2 молями водорода получается исключительно цитронеллол..
Активирующее влияние карбонильной группы проявляется при
гидрировании пулегенона и камфорона [44].
Хотя при двойной связи пулегенона находятся три замести-
теля, а у камфорона даже четыре, обе эти связи восстанавли-
ваются при нормальных условиях, причем гидрирование двойной
связи камфорона происходит медленнее. Примером карбониль-
ного соединения, содержащего две сопряженные двойные связи,
является ионон. Это соединение было восстановлено Канде-
лем [45] при 150 атм и при различных температурах. При 65° он
получил дигидроионон как результат восстановления внецикли-
ческой двойной связи. При 90° он получил дигидроионол, т. е.
двойная связь в кольце осталась незатронутой. Вопрос о том,
являются ли эти условия необходимыми для реакции, остается
нерешенным, так как Ружичке [46] удалось провести восстанов-
ление ионона до дигидроионона при нормальном давлении в при-
сутствии никелевого катализатора.
Двойная связь ненасыщенных карбоновых кислот обычно вос-
станавливается при нормальных условиях. Это можно показать
на примерах восстановления ундециленовой, малеиновой, фума-
ровой и олеиновой кислот. Здесь также водород присоединяется
по двойным связям, при которых находятся два заместителя,
с меньшей скоростью, чем к олефинам с конечным положением
двойной связи. Для того чтобы приготовить алкилированные
ацетоуксусный, малоновый и янтарный эфиры, Войцик [47] гидри-
ровал ряд продуктов конденсации альдегидов с вышеупомяну-
тыми эфирами при комнатной температуре и давлении
1—200 атм и получил алкилированные эфиры с выходами, пре-
вышающими 90%. Аллен и сотрудники [48] прогидрировали не-
сколько ненасыщенных кислот в виде их щелочных солей при
высоком давлении. Избыток щелочи оказался полезным для вос-
становления этих солей. Можно упомянуть, что автор изучил
также восстановление щелочных солей оксикислот при высоком
давлении и температурах до 250°. В этих условиях а- и у-окси-
кислоты оставались неизмененными, тогда как у g-оксикислот
отщеплялась гидроксильная группа. Яблочная кислота дала
янтарную с выходом 93%. Винная кислота при 235° теряла одну
гидроксильную и одну карбоксильную группу, превращаясь
в молочную кислоту.
Руггли и Бусингер [49] при восстановлении калийной соли
циануксусной кислоты в автоклаве над никелем Ренея в насы-
щенном метанольноаммиачном растворе при 80° и 100 атм полу-
чили g-аланин с выходом 75%.
Для гидрирования жиров А. А. Баг и сотрудники [13] исполь-
зовали сплав никель-алюминий, из которого было выщелочено
224
Р. Шретер
8% алюминия. При таком катализаторе реакция проходила при
нормальном давлении, если температура поддерживалась около
100°. Эскуро [50] широко исследовал гидрирование жиров при
пониженном давлении в присутствии никеля Ренея, но мы не бу-
дем здесь детально излагать эту работу.
Селективное гидрирование сорбиновой и муконовой [51] кис-
лот позволяет сделать некоторые выводы относительно влияния
карбоксильных групп на гидрирование двойных связей. Резуль-
таты этих экспериментов, которые проводились в присутствии
никеля Ренея, платины и палладия, представлены в табл. 2.
Цифры в таблице показывают процент содержания каждого из
соединений в продукте реакции, полученном при применении ка-
тализаторов (Pt, Pd, Ni).
Таблица 2
Соединение Pt Pd Ni
Сорбиновая кислота
СН3~СН=СН—СН=СН-СООН
Исходное соединение 44 4
а-Дигидрокислота 7 68,5 83
Дигидрокислота 5 — 7
у-Дигидрокислота — 2,3 0,4
Капроновая кислота 44 — 3
Вещество, неотделимое от 8-дигид-
рокиСЛОТЫ 11,2 9,6
Муконовая кислота
НООС-СН=СН— СН=СН СООН.
Исходное соединение 40,3 10,8 26,9
а-Дигидрокислота 11,3 56,3 31,6
Р-Дигидрокислота 7,5 14,8 15,0
Адипиновая кислота 40,3 10,8 26,9
Остаток 7,3 —
У сорбиновом кислоты присоединение водородз происходит
главным образом по двойной связи, не сопряженной с карбокси-
лом. Присоединение по двойной связи, примыкающей к карбо-
ксилу, происходит в незначительной степени. По степени селек-
тивного действия никель Ренея не слишком отличается от палла-
дия. В случае муконовой кислоты существует лишь небольшая
тенденция к селективному присоединению вследствие симметрии-
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 225
ности молекулы. Однако катализатор, проявляющий большее
'селективное действие, сильнее способствует присоединению в по-
ложении 1,2. В этом отношении никель Ренея лежит между пал-
ладием и платиной.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЦЕТИЛЕНОВЫХ СВЯЗЕЙ
Восстановление соединений, содержащих тройные связи, ши-
роко не изучалось; этой проблемой занимались только Дюпон [52],
Кемпбелл и О’Коннор [38], работавшие при комнатной темпера-
туре, поскольку реакция является экзотермической. Дюпон, ра-
ботая при нормальном давлении, и Кемпбелл — при 3—4 атм, по-
лучили одни и те же результаты.
Концевая ацетиленовая связь гидрируется с большой ско-
ростью до парафинов, причем после поглощения первого моля
водорода не наблюдается заметного понижения в скорости даль-
нейшего гидрирования. Восстановление не является вполне селек-
тивным, так как после поглощения 1 моля водорода в реакцион-
ной смеси еще остается в случае фенилацетилена 15, а в случае
я-гептина 5% исходного вещества. Для препаративных целей это
обстоятельство не имеет большого значения, так как ацетилены
легко могут быть отделены от этиленов в виде солей.
Если ацетиленовая связь не является концевой, водород по-
глощается с постоянной скоростью до тех поп, пока исходное
вещество не превратится полностью в этиленовое соединение.
Дальнейшее восстановление происходит с меньшей скоростью,
так что на кривой поглощения водорода образуется излом. С та-
кими асимметрическими ацетиленами, как октин-2, 1-метоксиок-
тин-2, карбоксиалкилоктин-2 и фенил метила цетил ен, понижение
скорости не так заметно, как для симметрических диалкилацети-
ленов. Для дифенилацетилена гидрирование останавливается
после того, как поглотится 1 моль водорода. В большинстве слу-
чаев при таком гидрировании олефины могут быть получены
в чистом виде. При этом обыкновенно образуются tfuc-формы
олефинов.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОНИЛЬНЫХ ГРУПП
Делении и Горо [17] опубликовали исследование, посвященное
гидрированию карбонильных соединений в присутствии никеля
Ренея. Они начали с наблюдения, что пиноновая кислота, т. е.
кетокарбоновая, может быть легко восстановлена только в том
случае, если для нейтрализации кислоты берется несколько
больше щелочи, чем требуется для образования нейтральной
соли. Исследование было распространено на 40 различных карбо-
нильных соединений; в каждом случае брался небольшой избы-
ток щелочи.
15 Зак. 1789.
226
Р. Шретер
Основные выводы, сделанные Делепином из его наблюдений,
заключаются в следующем. Никель Ренея может быть использо-
ван для восстановления карбонильных соединений при нормаль-
ных условиях. Скорость поглощения водорода значительно раз-
личается в зависимости от строения восстанавливаемого соедине-
ния. Активация никеля небольшими количествами таких благо-
родных металлов, как платина или палладий, в отсутствии щелочи
оказывает лишь незначительное влияние на скорость восстановле-
ния. Если к карбонильным соединениям добавлены небольшие'
количества щелочи, скорость поглощения газа возрастает
в 3—4 раза; в некоторых случаях отмечается 10-кратное увеличе-
ние скорости. Влияние щелочи сказывается еще больше в том
случае, если никель Ренея активирован благородными металлами;
только в ее присутствии становится заметной активация благо-
родными металлами. Трудно дать объяснение действию щелочи.
Нельзя предположить, что происходит энолизация, т. е. активация
восстанавливаемого вещества, так как действие щелочи равным
образом проявляется и при восстановлении соединений, которые
не могут подвергаться энолизации. Следовательно, следует сде-
лать вывод, что происходит активация самого катализатора. Фо-
рести и Чиуме [53] сделали попытку объяснить это явление. Не-
сомненно, что хорошие результаты Делепина объясняются также
и тем, что он пользовался только свежеприготовленным никелем.
Непосредственно перед каждым опытом он разлагал такое коли-
чество сплава, которое содержало необходимое количество ни-
келя. На это требовалось немного времени, так как работа про-
водилась с малыми количествами вещества. Рейхштейн и Гетци [541
применили ту же методику, получая очень малые количества
никеля и проводя гидрирование очень малых количеств веществ.
Делепин проводил опыты также с насыщенными и ненасыщен-
ными кетонами, причем было показано, что введение небольшого
количества едкого натра вновь увеличивает скорость поглощения
водорода, упавшую после поглощения объема водорода, доста-
точного для восстановления двойной связи.
Карбонильная группа, связанная с обеих сторон с разветвлен-
ными цепями, не восстанавливается при нормальных условиях.
Такое же явление наблюдается для циклических кетонов, заме-
щенных алкильными группами, при соседних с карбонильной
группой атомах углерода; примерами таких кетонов служат
фенхон, пулегон и камфорон. Эти соединения могут быть восста-
новлены в присутствии платины сразу до углеводородов. Такие
кетоны, как циклогексанон, камфора и холестанон, могут быть
восстановлены в нормальных условиях в присутствии никеля Ре-
нея. Ароматические кетоны (бензофенон и флуоренон) дают кар-
бинолы; дикетоны (ацетилацетон) и кетоспирты (бензил, бен-
зоин) — гликоли; кетокислоты и их эфиры (ацетоуксусный, аце-
Восстановление в присутствии, скелетных катализаторов 227
тилянтарный, мезоксалевый и левулиновая кислота) — соответ-
ствующие оксикислоты и их эфиры.
Особенно хорошие результаты получаются с альдегидами. При
активировании этих соединений щелочью следует помнить, что
основную реакцию могут сопровождать реакция Канниццаро и
реакции конденсации. То же справедливо и для сахаров. Чтобы
изучить особенности восстановления альдегидов, лучше всего
обратиться к оригинальным работам.
Мимоходом упомянем о поведении продуктов восстановления
карбонильных соединений — первичных и вторичных спиртов —
в условиях восстановления в присутствии никеля Ренея при высо-
ких температурах. У вторичных спиртов углерод-кислородная связь
разрывается при температурах, превышающих 200°, с образова-
нием соответствующих углеводородов. С первичными спиртами,
содержащими в a-положении бензольное или пиррольное кольцо,
эта реакция идет при более низкой температуре. Фурановое и
пиридиновое кольца оказывают меньшее влияние. У других пер-
вичных спиртов происходит расщепление цепи между первым и
вторым атомами углерода. Реакция происходит по следующему
уравнению:
R—СН2—ОН 4- 2Н„ --- RH 4- СЩ4- Н2О.
Первой стадией этой реакции, вероятно, является отщепление
метилового спирта, который затем восстанавливается до метана.
При расщеплении двупервичных гликолей образуется угле-
водород, содержащий на 2 атома углерода меньше, чем исходное
соединение. У первично-вторичных гликолей отщепляется окси-
метильная группа, а также может отщепиться и вторичная гидро-
ксильная группа [55]. В табл. 3 приведены превращения,
которые претерпевают различные спирты и гликоли при восстанов-
лении при 250°.
Таблица 3
Исходное вещество Продукт расщепления
название ! ВЫХОД,
Тетрадеканол-1 Тридекан 90
Октадеканол-1 Г ептадекан 80
З-Циклогексилпропанол-1 Этилциклогексан 80
Декандиол-1,10 Октан 90
Гептандиол-1,4 Г ексанол-3 66
Октадекандиол-1,12 Г ептадекан 75
15*
228
Р. Шретер
Рейхштейн и Гетци [54] использовали никель Ренея в препара-
тивных целях, восстанавливая кетоспйрты ряда циклопентено-
фенантрена в гликоли.
Шрайнер и Титерс [56] упоминают об использовании никеля
Ренея при восстановлении 1-кето-2-(ч-диалкиламинобензаль)-
тетрагидронафталинов в 1-окси-2-( п-диалкиламинобензил)-тетра-
гидронафталины при комнатной температуре и давлении 3 атм.
В присутствии платины восстанавливается двойная связь, но не
карбонильная группа.
Восстановление N-ацетилдиацетонамина [57] может быть при-
ведено в качестве примера восстановления аминокетона никелем
Ренея. Один моль водорода поглощается в сравнительно жестких
условиях при температуре 160—170° и давлении 100—120 атм,
причем образуется ацетиламиноспирт. Сам аминоспирт образуется
с небольшим выходом, так как превращается в оксазин (с отщеп-
лением 1 молекулы воды), который может быть выделен с вы-
ходом 80%.
Стутсмен и Адкинс [58] проводили восстановление 1,3-дикето-
нов общей формулы СН3 — СО — СНг — СО — R (R-алкиль-
ная группа от СН3 до С4Н9) с нормальной и разветвленной цепью
в присутствии никеля Ренея. Эти соединения восстанавливаются
в гликоли с выходами 80—94% при 100—125° и 100 атм. Восста-
новление одной кетогруппы и получение кетолов — задача более
трудная. Хотя кетогруппа, соседняя с СН3-группой, восстанавли-
вается первой, невозможно заметить какое-либо изменение в ско-
рости реакции, когда начинается восстановление второго карбо-
нила. По методике авторов, восстановление следует прекращать
после поглощения 1 моля водорода. Выходы возрастают от 35%’
в случае метильного производного до 66% в случае соединения
с н-бутильной и до 70% с трет.-бутильной группами. Если усло-
вия реакции видоизменить таким образом, что реакционный сосуд
сначала наполняют азотом до давления 100 атм, а затем вводят
необходимое для восстановления одной кетогруппы количество
водорода, то выходы составляют 40 для метильного, 20 для втор,-
бутильного и 17% для трет.-бутильного производных. Восстанов-
ление проводится до тех пор, пока парциальное давление водо-
рода не упадет до нуля.
Из кетоспиртов были получены ненасыщенные кетоны, кото-
рые затем восстанавливались при температуре 30—40° и давле-
нии 100 атм в насыщенные кетоны. В общем случае 1,3-дикетоны
не всегда восстанавливаются так гладко, как эти простейшие их
представители [59]. Образование кетоспиртов и гликолей сопро-
вождается различными реакциями расщепления. В зависимости
от строения соединения побочные продукты могут образоваться
в значительном количестве.
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов
229
Дикетен в присутствии никеля Ренея превращается в бутиро-
лактон [60].
Углекислота даже при сравнительно низких температурах вос-
станавливается в присутствии аминов в муравьиную кислоту. При
80—100° образуются формиаты соответствующих оснований, а при
150° получаются формильные производные [61].
ВВЕДЕНИЕ АМИНОГРУППЫ
Большинство методов, которые применяются для введения
аминогруппы в органические соединения, включают стадию полу-
чения промежуточных веществ, при восстановлении которых
получаются амины. Это восстановление может быть проведено
как химическими, так и каталитическими методами. Последние
методы имеют то преимущество, что при их применении ни одно
другое вещество, за исключением растворителя, не примеши-
вается к продуктам реакции. Поэтому конечное вещество может
быть сравнительно просто выделено в чистом виде. К этой группе
реакций принадлежат восстановление нитро- и нитрозосоедине-
ний, оксимов, азинов, нитрилов и иминосоединений, а также пря-
мое превращение карбонильных соединений в амины по методу
Миньонака.
Нитро- и нитрозосоединения легко восстанавливаются до ами-
нов в присутствии обычных никелевых катализаторов. В присут-
ствии скелетных катализаторов простейшие нитросоединения
могут быть восстановлены очень быстро и гладко при нормаль-
ных условиях. При этой реакции температура может подняться
до 100°.
Для восстановления сложных или трудно растворимых нитро-
соединений необходимы более жесткие условия. Келе и Дю-
касс [62] восстановили З-нитро-4-метоксибензиловый спирт, его
ацетат и З-нитро-4-метоксибензальдегид в соответствующие
аминоспирты с количественным выходом. Другие методы восста-
новления оказались непригодными для этих соединений. Для
восстановления 3,3'-динитро-4,4'-диметоксидифенилметана до ди-
аминосоединения вследствие его низкой растворимости необхо-
дима температура 110° и присутствие спирта в качестве раство-
рителя. Борис и Сперри [63] почти количественно восстановили
2,4,6-тринитро-л«-ксилол до чистого триамина при температуре 90°
и давлении 3 атм. Они использовали платинированный катализа-
тор Ренея и сравнительно высокие температуру и давление, так
как третья нитрогруппа восстанавливается с большим трудом.
Руггли и Прейсверк [64] восстановили нитро п-фениленди-
акриловую кислоту до аминодиакриловой при комнатной темпе-
ратуре. При 75° в результате одновременно происходящего за-
мыкания кольца образуется гидрокарбостирил-7-пропионовая
230
Р. Шретер
кислота. Также восстанавливаются с замыканием кольца 6-нитро-
и 6,8-динитропроизводные в соответствующие производные 1,5-ан-
тразолина или 4,5-фенантролина.
о,о'-Динитродезоксибензоин при восстановлении образует
одновременно о,о'-диаминодифенилэтан и 2-о-аминофенил-
индол [65]; нитроариларсиновые кислоты восстанавливаются до
аминоарсиновых [66].
Хорошие примеры селективного гидрирования в присутствии
никеля Ренея могут быть найдены в работах Блаута и Сильвер-
мена [67]. Они без каких-либо затруднений восстановили нитро-
коричные кислоты и эфиры (суспендированные в спирте при тем-
пературе 20—30° и давлении 2—3 атм) до соответствующих
аминокоричных кислот и эфиров с выходом 75—95%. Для
о-нитросоединения дальнейшее восстановление дало гидрокар-
бостирил.
Каталитическое восстановление алифатических нитросоеди-
нений приобрело интерес со времени успешного осуществления
прямого нитрования алифатических углеводородов и с того вре-
мени, когда .читроспирты стали легко доступными соединениями.
Джонсон и Дегеринг [68] прогидрировали ряд нитропарафинов
в спиртовом растворе при температуре 40—50° и давлении
ПО атм. Они использовали никель Ренея, так как другие катали-
заторы давали неудовлетворительные выходы. В присутствии ни-
келя Ренея амины получались с выходами 82—97%. Введение
в реакционную смесь небольших количеств хлорного железа
еще более повышало выходы. Нитрогликоли [69] восстанавли-
ваются в тех же условиях, что и нитропарафины.
Наконец, мы упомянем о восстановлении нитрогуанидинов [70],
которое проводилось в присутствии платины или никеля Ренея;
в первой стадии восстановления образовывались нитрозогуани-
дины с выходами 55—59 или 36—44%. До аминогуанидина
нитрогуанидин восстанавливался в растворе метилового спирта
в присутствии никеля Ренея с выходом 75%. В том случае, когда
в качестве исходного вещества был взят нитрозогуанидин, полу-
чился аминогуанидин с выходом 88%. С ростом температуры гид-
рирования выход очень быстро падал. Метил- и этилнитрогуани-
дины восстанавливались до нитрозосоединений в присутствии
никеля в нейтральном растворе; в присутствии платины в кислом
растворе они были восстановлены до аминосоединений.
Восстановление оксимов раньше часто служило способом при-
готовления алифатических аминов. Этот метод потерял свое зна-
чение, так как в большинстве случаев для получения аминов из
карбонильных соединений более удобно прямое каталитическое
аминирование. Существует, однако, ряд карбонильных соедине-
ний, для которых прямое аминирование представляет некоторые
трудности. В таких случаях не следует пренебрегать приготовле-
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов
231
нием оксимов как промежуточных веществ для получения ами-
нов.
Применение высоких температур и давлений при восстановле-
нии оксимов способствует благоприятному течению реакции. Ни-
кель Ренея позволяет восстанавливать альдоксимы при нормаль-
ных условиях. При этом образуется смесь первичного и вторич-
ного аминов, часто с довольно значительным содержанием
последних [71].
Гидрирование при высоком давлении дает лучшие результаты.
При восстановлении кетоксимов при температуре около 70° и
давлении 50 атм получаются преимущественно первичные амины,
выход которых достигает 80—95%.
Смит и Адкинс [72] описали восстановление серии оксимов
в присутствии никеля Ренея; при этом они получили 45—64%
первичных аминов. В данном случае эти посредственные выходы
обусловлены высокой температурой реакции (125—150°), так как
по данным того же Адкинса оптимальной температурой для вос-
становления оксимов в присутствии никеля Ренея является
80° [73].
При восстановлении нитрилов в амины температура оказы-
вает некоторое влияние также на течение реакции и состав про-
дуктов. Необычайно хорошие результаты получил Пата [74] при
восстановлении в присутствии никеля Ренея ацетонитрила и бен-
зилцианида, количественно превратившихся при комнатной тем-
пературе в этил- и фенилэтиламин. Обычно в этих условиях обра-
зуется 10—25% вторичных аминов. Швёглер и Адкинс [75] сооб-
щили, что при температуре, превышающей 125°, первичные и
вторичные амины получаются в отношении 3 : 1 и 2 : 1. В неко-
торых случаях наблюдается обратное отношение. Хорошие вы-
ходы первичных аминов получаются, если восстановление про-
водится в присутствии аммиака [76]. Швёглер и Адкинс получали
с выходами 20—95% аминопентан и аминогептан из н-валерони-
трила и н-капронитрила при температуре 125° и давлении 150 атм,
добавляя по 2 моля аммиака на каждый моль нитрила. Деталь-
ное рассмотрение восстановления нитрилов можно найти в опу-
бликованных работах Смита и Адкинса, а также Барбье [77].
Если нитрилы содержат вторую активную группу в подходящем
положении, то в процессе восстановления может происходить и
замыкание кольца. Например, из цианпропионового эфира полу-
чается пирролидон [78] и из триметилендицианида — пипери-
дин [79].
Никель Ренея имеет характерное свойство растворяться в при-
сутствии аммиака и аминов с образованием комплексов [80]. По
этой причине продукты реакции, отделенные от никеля Ренея,
окрашены более интенсивно, чем продукты, полученные в при-
сутствии восстановленного никеля. Это обнаружил Делепин [81],
232
Р. Шретер
который также заметил выпадение темнокрасного осадка пои
восстановлении аминоцианопиримидина в присутствии никеля
Ренея. Осадок оказался никелевым комплексом аминоальдимина,
который отделяется при восстановлении нитрила вследствие ма-
лой растворимости и не подвергается дальнейшему восстановле-
нию. Делении и Йенсен [82] провели более тщательное исследо-
вание этого явления, проводя восстановление нитрилов в усло-
виях, в которых альдимины становятся главным продуктом
реакции.
Никелевому комплексу приписывается следующая формула:
HC=NX ,N=CH
I X I
R—Xz XX—R
Очевидно, что нитрилы должны содержать какую-нибудь
группу, которая может участвовать в образовании комплекса. До
настоящего времени подобный ход восстановления наблюдался
для 2-метил- и 2-этил-4-амино-5-цианпиримидинов, о-амино- и
о-оксибензонитрилов. При гидролизе комплексных солей могут
быть получены соответствующие альдегиды.
Прямое превращение карбонильной группы в аминогруппу,
которое впервые наблюдал Миньоньяк и интенсивно изучал
Скита, стало методом, весьма полезным в области препаративной
органической химии. Сущность реакции заключается в следую-
щем: при восстановлении карбонильной группы в присутствии
аммиака, первичных или вторичных аминов образуются соответ-
ствующие первичные, вторичные или третичные амины. При этом
исключается необходимость готовить и изолировать имины, гид-
рамиды или шиффовы основания; они образуются в качестве
промежуточных продуктов реакции. В общем случае прямое ами-
нирование дает очень хорошие выходы, однако при аминирова-
нии альдегидов могут образовываться продукты их альдольной
конденсации. Применение скелетных катализаторов при амини-
ровании наиболее удобно, так как позволяет проводить реакцию
при низкой температуре.
Если в качестве основания используется аммиак, то обра-
зуются в различных количествах первичные и вторичные амины.
Если в качестве главного продукта реакции нужно получить пер-
вичный амин, то условия реакции тщательно подбираются для
каждого исходного карбонильного соединения; важными факто-
рами являются температура и соотношение между количествами
аммиака и карбонильного соединения, взятыми в реакцию.
Пользуясь никелем Ренея, можно поддерживать оптимальную
температуру реакции между 40 и 100° без заметного снижения
скорости реакции. Когда Швёглер и Адкинс [75] сделали попытку
превратить карбонильные соединения в амины при 150° при
Восстановление в присутствии, скелетных катализаторов 23S
соотношении 0,5 моля карбонильного соединения на 0,7 моля ам-
миака, им удалось получить лишь удовлетворительные выходы
первичных аминов (19—72%). Флери-Лар-сонно [83] при 60—120°
получил из метилэтилкетона 2-аминобутан с выходом 80%. Вы-
ход может быть увеличен при употреблении большего избытка
аммиака; кетоны в общем требуют большего избытка аммиака,
чем альдегиды. Из ароматических альдегидов при 75° в присут-
ствии теоретического количества аммиака были получены пер-
вичные амины с выходом 90%, что является превосходным ре-
зультатом [84]. Прямое аминирование кетонов типа ацетофенона
в присутствии никеля Ренея дало незначительные выходы. Швёг-
лер и Адкинс получили 19% фенилэтиламина из ацетофенона.
Кутюрье [85], не описывая условий, в которых он проводил ами-
нирование ацетофенона, сообщает, что в продуктах реакции
находились 15% фенилэтиламина, 40% фенилметилкарбинола и
неизмененный исходный продукт. Вероятно, близость бензольного1
ядра понижает способность карбонильной группы реагировать
в этих условиях, так как о- и л-метоксипропиофеноны также дают
только незначительные выходы аминов. Бензилметилкетон ведет
себя нормально и может быть почти количественно превращен
в фенилизопропиламин. Фенилкетоны, имеющие свободную
гидроксильную группу в о- или ж-положении по отношению
к карбонилу, ведут себя подобно бензилметилкетону. Например,
о- и ж-оксипропиофеноны дают хорошие выходы соответствую-
щих 1-(оксифенил)-пропиламинов. Эти амины чрезвычайно не-
устойчивы и не могут быть перегнаны без разложения; они гидро-
лизуются при растворении в разбавленной соляной кислоте.
л-Оксипропиофенон ведет себя подобно ацетофенону, давая низ-
кий выход амина.
Кутюрье восстанавливал фенилпропандион с метиламином
в качестве аминирующего средства в присутствии никеля Ренея,
получая довольно хорошие выходы d, /-эфедрина. Для сравнения
можно отметить, что при применении платины [86] или коллои-
дального палладия [87] выходы эфедрина составляют около
50%. При восстановлении ацетонилацетона в аммиаке Швёглер
и Адкинс получили 2,5-диметилпирролидин и 2,5-диметилпиррол
с выходами 28 и 59% соответственно. Согласно Мингоя [88],
Магидсон и сотрудники использовали никель Ренея для приготов-
ления 1-диэтиламино-4-аминопентана из 1-диэтиламинопента-
нона-4. Этот диамин является промежуточным продуктом для
приготовления антималярийного средства — акрихина.
Эмерсон и Вальтере [89] проводили алкилирование анилина
альдегидами и водородом в присутствии никеля Ренея или окиси
платины. В том случае, когда в качестве конденсирующего
агента использовался ацетат натрия, лучшие результаты дости-
гались применением скелетных катализаторов при комнатной
234
Р. Шретер
температуре и давлении 3 атм. При соотношении анилина
к альдегиду от 1 : 2 до 1 : 5 получалось 47—65% моноалкилани-
линов. Вводя алкильные цепи различной длины от этила до
амила, Эмерсон и Вальтере получали также до 10% третичных
аминов. Образование третичных аминов с радикалами (гепти-
лом и бензилом) совсем не имеет места.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ
Выше уже было сказано, что для восстановления карбоксиль-
ной группы скелетные катализаторы не применяются. В не-
скольких случаях, однако, при пользовании никелем Ренея та-
кое восстановление наблюдалось, но выходы продуктов восста-
новления были обычно невысокими; исключением являются
циклические производные некоторых дикарбоновых кислот.
О поведении самих кислот и их нормальных эфиров ничего не
сообщалось.
В случае циклических эфиров (лактонов) образуются гетеро-
циклические соединения с незначительным выходом. Так, бути-
ролактон при температуре 200° дает тетрагидрофуран, а валеро-
лактон— й-метилтетрагидрофуран с выходами 9 и 17% соответ-
ственно [90]. Лактонное кольцо октагидрокумарина восстанавли-
вается в гексагидрохроман [91]. В этом случае при использова-
нии чистого исходного материала выход получается почти коли-
чественным.
Выходы, получаемые при восстановлении амидов кислот
в амины, неудовлетворительны. Например, упоминавшийся выше
N-ацетиламиноспирт
(СН3)2—С—NH—СО—СН3
сн2-снон—сн3
дает около 30% N-этиламиноспирта, если его восстанавливать
при 170°.
Д’Ианни и Адкинс [92] применили никель Ренея наряду с хро-
митом меди для восстановления пиперидидов некоторых окси-
карбоновых кислот; в присутствии никеля Ренея они получили
15—34% оксиалкилпиперидинов.
Удовлетворительные результаты получены при восстановле-
нии циклических производных дикарбоновых кислот. Фталевый
ангидрид [93] с хорошим выходом восстанавливается во фталид;
N-замешенные сукцинимиды дают до 70% N-замещенных пирро-
лидонов; замещенные глутаримиды соответственно образуют за-
мещенные пиперидоны [79].
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов
235
ВОССТАНОВЛЕНИЕ СОЕДИНЕНИИ, СОДЕРЖАЩИХ ГАЛОИД
Восстановление соединений, содержащих галоид, может иметь
целью или замещение атома галоида на водород, или восстанов-
ление некоторых ненасыщенных групп, при котором галоид не
затрагивается. Каким из двух возможных путей пойдет реакция,
зависит от условий, особенно от температуры и подвижности
галоида. Известно, что галоиды более прочно связаны в арома-
тических, чем в алифатических соединениях. Подвижность га-
лоида уменьшается от иода к хлору.
Винанс, Пати и Англад [94] изучали восстановление галоид-
содержащих соединений в присутствии никеля Ренея. Если га-
лоид расположен при двойной связи, то последняя не восстанав-
ливается. Например, не восстанавливаются 1-хлорпропилен,
сгшм.-дихлорэтилен, тетрахлорэтилен и хлорстирол. Хлористый
бензол дает дифенилэтан и смолу. Простой эфир ксиленола
получается с выходом 25% при нормальных температуре и дав-
лении из 2,4-ди-(хлорметил)-анизола в спиртовом растворе
в присутствии щелочи. Побочным продуктом является простой
эфир, образовавшийся вследствие реакции исходного вещества
с растворителем. В более жестких условиях реакция приводит
к осмолению. Это неудивительно, если принять во внимание
неустойчивость хлорметильных групп при ароматическом ядре
в присутствии галоидопроизводных тяжелых металлов.
Ароматически связанный хлор устойчив до температуры 150°.
Такие соединения, как 2,4-динитрохлорбензол, который при 40°
восстанавливается в лг-фенилендиамин с выходом 91 %, являются
исключением.
Иначе ведут себя галоидопроизводные ароматических угле-
водородов, содержащие в боковой цепи этиленовую или ацети-
леновую связи, нитро-, нитрозо- или азогруппы, я также замести-
тели, подобные —СО—R, —CN, —C=NOH или —CH=NR.
На восстановление этих групп присутствие в соединении хлора
не влияет. Почти количественные выходы хлоранилина и дихлор-
аиилина получаются при восстановлении о-нитрохлорбензола и
нитро-2,5-дихлорбензола. п-Хлорбензонитрил дает 64% моно-п-
хлорбензиламина и 21% вторичного амина; о-хлорбензальдегид
в присутствии аммиака дает о-хлорбензиламин с выходом 87%.
Бромпроизводные реагируют не так гладко, как соединения
хлора. Бромбензол может быть восстановлен в бензол на хо-
лоду в присутствии поглотителей выделяющейся кислоты. Из
^z-броманизола бром также может быть удален, хотя с несколько
большей трудностью. 2,4-Диброманизол в первую очередь те-
ряет атом брома в положении 2. Такие заместители, как
—СН2ОН, —СООН и —СН2СООН, уменьшают скорость удале-
ния галоида, но тем не менее соединения, не содержащие
236 _р. Шретер
галоида, в этих случаях получаются с хорошими выходами,
С другой стороны, л-нитробромбензол может быть восстановлен
в л-броманилин. Выход (83%) в данном случае ниже, чем при
получении таким способом хлоранилина; о-иоднитробензол дает
только 23% о-иоданилина. л-Бромбензофенон восстанавливается
в л-бромбензгидрол.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
По Адкинсу, при восстановлении ароматического ядра ката-
литическое действие никеля Ренея уступает аналогичным свой-
ствам никеля на кизельгуре. Но, для того чтобы сделать обосно-
ванные выводы о применимости никеля Ренея как катализатора
восстановления ароматических соединений, имеющиеся опытные
данные недостаточны. Действительно, на основании сравнитель-
ных экспериментов никель Ренея с меньшей активностью ката-
лизирует эту реакцию, чем никель на кизельгуре, хотя темпера-
тура реакции выше и концентрация катализатора больше.
Например, количественное восстановление бензола в циклогек-
сан при прочих равных условиях происходит в течение 10 мин.
при 125° в присутствии никеля на кизельгур (5%) и в течение
1 часа при 150° с никелем Ренея (18%). В случае толуола это
различие не так велико [95]. Эфиры фенолов гидрируются лишь
при высокой температуре (выше 170°) и с плохими выходами [96].
Выходы восстановленных эфиров фенолов зависят от строения
эфира, так как наряду с восстановлением может происходить и
расщепление эфирной связи. Для бензиловых эфиров расщепле-
ние является главной реакцией.
Боуден и Адкинс [97] восстановили оптически активный 2-фе-
нилбутанол-1 и активный 3-фенилбутанол до циклогексилбута-
нолов (выходы 68 и 91 % соответственно, при температуре 200°
и давлении 200—275 атм}; они считают, что при таком гидриро-
вании рацемизация не имеет места.
При температуре 220° 3-фенилпропанол [91] дает циклогексил-
пропанол с выходом 86%, а З-(о-оксифенил) -пропанол при 240°
дает примерно равные количества циклогексильного производ-
ного и гексагидрохромана. Кумарин восстанавливается в две
стадии: 1) восстановление двойной связи лактонного кольца
(температура 100°, выход 90%) и 2) восстановление бензольного
кольца с образованием октагидрокумарина при 200—250°. Вто-
рая стадия проходит не гладко, так как одновременно происхо-
дит восстановление карбоксильной группы в метильную. В каче-
стве побочных продуктов при этих высоких температурах обра-
зуется большое количество полимеров.
Дурланд и Адкинс [98] обнаружили, что при восстановлении
2,2'-диаминодибензила одновременно с основной реакцией
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 237
происходит замыкание кольца:
/ >-СН.,—СН2—/ у —> / СН2-СН2—
\xNH2 H3NZ \ /
В случае нафтолов результаты, полученные в последнее время
с применением никеля Ренея, отличаются от более ранних.
Пальфри [99] и Мюссер и Адкинс [100] работали над этой проб-
лемой почти одновременно. Сам нафталин начинает восстанав-
ливаться в тетралин при температуре 100° и давлении 150 атм.
Согласно Пальфри, дальнейшее восстановление в декалин начи-
налось только при 170°; по Мюссеру и Адкинсу оно начиналось
при температуре, немного превышающей 100°. Поэтому послед-
ние решили, что никель Ренея не слишком подходит для полу-
чения тетралина. Пальфри установил наилучшие условия для
восстановления нафтолов. Он нашел, что присоединение водо-
рода к нафтолам происходит даже в твердой фазе; из обоих
нафтолов образуются только алициклические производные.
В случае ^-нафтола выход был количественный; в случае а-на-
фтола 33% исходного продукта превращалось в тетралин. Обра-
зование в этих условиях только алициклических тетралолбв
является неожиданностью, так как в присутствии других никеле-
вых катализаторов алициклические тетралолы образуются в смеси
с ароматическими тетралолами с преобладанием алициклических
изомеров. Броше и Корнюбер, например, получили при 130—150°
85% алициклических и 15% ароматических производных. С дру-
гой стороны, Мюссер и Адкинс получили ароматический тетралол
и его эфир при восстановлении а-нафтола и его эфира при 150°
(восстановление начиналось только при этой температуре). При
такой высокой температуре реакция сопровождалась распадбм,
а также образованием декалола. ^-Нафтол и его эфиры также
были прогидрированы в алициклические производные. Образо-
вание только алициклического эфира является неожиданностью,
так как блокирование гидроксильной группы в нафтоле путем
образования простого или сложного эфира должно благоприят-
ствовать восстановлению незамещенного ядра. Согласно Пальфри,
дальнейшее гидрирование тетралола в декалол проходит уже
при 120—125°. р-Декалол образуется с хорошим выходом, тогда
как выходы й-декалола составляют только 53% вследствие от-
щепления гидроксильной группы. .
В случае ^-этил-а-нафтола и ог-этил-^-нафтола первыми вос-
станавливаются замещенные ядра.
По данным Мюссера и Адкинса, поведение оксидифенилов и
их эфиров подобно поведению нафтолов: 2- и 3-оксйдифенйЙы
238
Р. Шретер
восстанавливаются в фенил циклогексанолы, однако 4-оксидифе-
нил дает смесь фенилциклогексанола и циклогексил фенола.
Тенденция к восстановлению незамещенного кольца увеличи-
вается у эфиров. В случае эфиров величина алкильной группы
кислотного радикала не оказывает какого-либо особого влияния,
однако здесь картина не вполне ясна из-за легкости гидрогени-
зации до сполна гидрированных продуктов и отщепления окси-
или эфирной группы.
Гидрирование фенантрена является примером ненормального
течения реакции, которое может иметь место при восстановлении
многоядерных ароматических углеводородов. Эта гидрогениза-
ция изучалась Дюрландом и Адкинсом [101].
Тщательно очищенный фенантрен при 96° присоединяет 1 моль
водорода, образуя 9,10-дигидрофенантрен (10), для получения
которого лучшим катализатором является хромит меди, так как
в присутствии этого катализатора действие температуры на даль-
нейшее восстановление сказывается больше, чем в присутствии
никеля Ренея. Никель Ренея при температуре выше 100° мед-
ленно проводит восстановление сразу до сшш.-октагидрофенан-
трена (11). При 130° образуется смесь 67% соединения (11) и
29% асцлг.-производного (12). Промежуточный продукт, тетра-
гидрофенантрен (13), получается при присоединении 2 молей
водорода. Если нужно получить именно'этот продукт, следует
применять разбавление водорода азотом.
При 200° присоединение водорода дает додекагидрофенан-
трен (14). Ход восстановления показывает, что образование этого
соединения происходит за счет диспропорционирования промежу-
точных соединений. Не удивительно, что это превращение, на-
пример диспропорционирование соединения (10) в (13) и
фенантрен, происходит в присутствии никеля. Подобная пере-
группировка происходит даже при перегонке; например соедине-
ние (14) превращается в изомер (15):
(13)
Дюфресс и Упияр [102] описали восстановление «фотоокисей»
нафтазина, тетрафенилнафтазарина, антрацена и мезодифенилан-
трацена в соответствующие диоксисоединения. Они предприняли
восстановление антрахинона, надеясь получить также мезогидро-
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов
239
антрахинон. Использовав метод Делепина и Горо (присутствие
щелочи), они получили тетрагидроантрахинон вместо тетрагидро-
антрагидрохинона. Это восстановление происходило подобно-
восстановлению антрахинона в присутствии платины [103].
(R=H, С6Н5)
ГИДРИРОВАНИЕ ГЕТЕРОЦИКЛОВ
Гидрирование фурфурола — наиболее важного представителя
производных фурана — часто служило объектом чисто химиче-
ского исследования. В настоящее время фурфурол представляет
собой ценное промышленное сырье и в связи с этим является
также объектом многих технических исследований. Его гидриро-
вание протекает в мягких условиях. Но выходы фурфурилового
и тетрагидрофурфурилового спирта в значительной степени сни-
жаются за счет образования продуктов конденсации, или глико-
лей, получающихся в результате расщепления фуранового кольца.
При тщательном выполнении условий реакции фурфурол
может быть восстановлен в фурфуриловый спирт в присутствии
никеля Ренея. Температура, необходимая для гидрирования
ядра, лишь немного превышает температуру восстановления
СО-группы. Поэтому Хилли [104] предпочитает пользоваться
хромитом меди. Фурфурол может быть прогидрирован в тетра-
гидрофурфуриловый спирт при температуре 90° и давлении
100 атм. Из чистого исходного продукта тетрагидрофурфурило-
вый спирт получается с выходом 71%. При гидрировании фур-
фурилового спирта при 50° получается 84% тетрагидрофурфури-
лового, т. е. такой же выход, который получается при темпера-
туре 125° в присутствии никеля на кизельгуре.
Ядра алкилфуранов и алкенилфуранов [105] могут быть
восстановлены при температуре 90—110° и давлении 25 атм-, не-
насыщенные боковые цепи присоединяют водород даже при
комнатной температуре. Выходы колеблются от 68% для бутил-
тетрагидрофурана до 91 % для бензилтетрагидрофурана.
Поль [106] описал восстановление нескольких фурилалкилкар-
бинолов с выходом 88—90% при температурах 55—100° и на-
чальных давлениях около 90 атм.
Никель Ренея оказался прекрасным катализатором также и
для восстановления таких карбоновых кислот [107], как пиро-
240
Р. Шретер
слизевая, фурилакриловая, фурилиденмалоновая и другие кис-
лоты ряда фурана. Фурановое ядро при 80—100° восстанавли-
вается без побочных реакций, если кислоты берутся в реакцию
в виде их солей, эфиров или амидов. Только в случае фурилакри-
ловой кислоты наблюдалось в небольшой степени расщепление
фурана с образованием пропилбутиролактона.
Согласно американскому патенту 2109189, фурфурол может
быть аминирован при температурах 50—200° и давлениях
50—200 атм. При этом образуется около 45% фурилметиламина,
около 6% вторичного основания, смола и небольшое количество
тетрагидрофурилметиламина.
Пиран, в отличие от фурана, не вступает в побочные реакции,
особенно в реакции расщепления кольца водородом. Окситетра-
гидропиран легко и с хорошим выходом получается при гидри-
ровании пирона в присутствии никеля Ренея; существует мнение,
что в присутствии платиновой ч.ерни и никелевых катализаторов
это гидрирование протекает медленно и неполно. Согласно
Бланшару и Полю [108], реакция идет в две легко различимые
стадии. Однако они не делали попыток выделить тетрагидро-
пирон. При гидрировании хромонов (бензопиронов) получается
смесь хроманонов и оксихроманов [109]. Этилхромон, напри-
мер, превращается при 100° в смесь 2-этилхроманона и 2-этил-4-
оксихромана, причем последнего в смеси содержится 70%.
Этилхромон, который количественно гидрируется в гёкса-
гидроэтилхроман в присутствии никеля Ренея, над хромитом
меди дает этилхроман. 2-Фенилхромон, или флавон, при 85° не-
полностью гидрируется в 4-оксифлавон, так что часть исходного
материала остается неизменной.
Гидрирование пиррола и пиридина в присутствии никеля Ренея
до настоящего времени изучалось, вероятно, только Адкинсом и
сотрудниками [110]. Пиррол и его С-алкильные производные
восстанавливаются с трудом. Поглощение водорода прекра-
щается еще до окончания реакции, и оно не может быть
возобновлено введением свежей порции катализатора. Уве-
личение скорости гидрирования не изменяет выхода производных
пирролидина; при этом невосстановленная часть превращается
в высококипящие соединения. Восстановление пиррола при тем-
пературе 180° и давлении 200 атм дает 47% пирролидина, а 48%
исходного продукта остается неизменным. Из 2,4-диэтил-3,5-Ди-
метилпиррола с выходом 70% может быть получен соответствую-
щий тетраалкилпирролидин.
Присутствие в пиррольном ядре карбалкоксильных замести-
телей полностью прекращает гидрогенизацию. Ядро может
быть восстановлено над хромитом меди только в жестких усло-
виях, после восстановления карбалкоксильной группы в метиль-
ную или полного ее отщепления. Одновременно в этих* же уело-
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 241
виях происходит с небольшим выходом алкилирование азота,
например карбэтоксипиррол при 250° над никелем Ренея в ре-
зультате декарбоксилирования и алкилирования дает 10%
1-этилпирролидина, Если при той же температуре восстанавли-
вается 2-карбэтокси-4-этил-3,5-диметилпиррол, то одновременно
образуются 1,3-диэтил-2,4,5-триметилпирролидин как продукт
восстановления эфирной группы и 1,3-диэтил-4,5-диметилпирроли-
дин как результат декарбоксилирования, причем общий выход
составляет около 37 %.
Адкинс и Коонрад [111] сообщили также об исчерпывающей и
селективной гидрогенизации некоторых фенилпирролов, индолов,
карбазолов и акридинов над хромитом меди и никелем Ренея.
Лучшим методом исчерпывающего гидрирования всех этих со-
единений является гидрирование в присутствии никеля Ренея,
дающее выход 80%. Несмотря на то, что проведение селективной
гидрогенизации над никелем Ренея и над хромитом меди дает
сходные результаты, предпочтение в этом случае было оказано
последнему.
Пиррольное кольцо индола и фенилпиррола гидрируется легко.
Карбазолы оказались гораздо менее активными в реакции ката-
литического восстановления, однако тетра-, г^кса- и додекагидро-
карбазолы были получены с выходами 72, 16 и 85% соответ-
ственно.
Акридин чрезвычайно легко присоединяет водород. В присут-
ствии никеля Ренея при комнатной температуре поглощается
1 моль водорода с образованием 9,10-дигидроакридина. В более
жестких условиях при температуре 100° и нагревании в течение
30 мин. получается смесь окта- и додекагидроакридинов. Полная
гидрогенизация до тетрадекагидроакридина была с успехом про-
ведена над никелем при 240°.
Ввиду высокой реакционной способности пирролкарбоновых
эфиров ацетильная и альдегидная группы, присутствующие в этих
соединениях, могут быть восстановлены до этильной и метильной
групп. Из 2-карбэтокси-4-ацетил-3,5-диметилпиррола при 170° по-
лучается 2-карбэтокси-4-этил-3,5-диметилпиррол с выходом 95%,
а из 2,4-диметил-5-карбэтоксипиррол-3-альдегида [112] при
150—160° — 2,3,4-триметил-5-карбэтоксипиррол с выходом 90%.
4-Метил-2-этил-5-карбэтоксипиррол-3-альдегид ведет себя ана-
логично. В зависимости от степени чистоты исходного продукта
образуются большие или меньшие выходы 'соответствующих пир-
рометанов. Если в качестве растворителя при гидрировании про-
изводных пиррола используется спирт, то температуру реакции
не следует поднимать выше 170°, так как выше этой температуры
происходит алкилирование по азоту. Восстановление 2,4-диаце-
тил-3,5-диметилпиррола в спирте при 200° дает 1,2,4-триэтил-3,5-
диметилпирролидин.
16 Зак. 1789.
242
Р. Шретер
Производные пиррола, замещенные при азоте, реагируют
с водородом еще легче. При 135° 1 -фенилпиррол дает смесь 63%
фенилпирролидина и 30% циклогексилпирролидина. Пиррольное
ядро гидрируется быстрее бензольного. При 150° происходит ис-
черпывающее гидрирование обоих ядер, причем образуется 84%'
циклогексилпирролидина. 1-Карбэтоксипиррол может быть вос-
становлен при, 160° до соответствующего пирролидина; 1,2-ди-
карбэтоксипиррол начинает поглощать водород даже при комнат-
ной температуре и при 50° может быть восстановлен с почти коли-
чественным выходом.
.Замещенные в ядре пирролы гидрируются часто с большим
трудом, чем сам пиррол. Обратная картина наблюдается для пи-
ридинов: введение таких заместителей, как алкилы, фенил, ацетил
или карбалкоксил, настолько облегчает гидрирование, что восста-
новление самого пиридина оказывается наиболее трудной задачей
и требует наиболее жестких условий реакции. Только при 200°
пиридин превращается в пиперидин с выходом 83 %. Для гидриро-
вания требуется столь же высокая температура. Следующие со-
единения гидрируются уже при 175°: 2,6-ди-(£-фенилэтил)-пири-
дин, 2,6-диметилпиридин с выходом 92, 4-фенилпиридин с выхо-
дом 95% и 2,6-дифенилпиридин с выходом 66%.
В случае 2-(фенилалкил)-производных пиридина температура
гидрирования понижается с уменьшением длины боковой цепи:
160° для 8-фенилбутил- и у-фенилпропилпиридинов с выходами
81 и 89% соответственно, 125° для ^-фенилэтилпиридина с выхо-
дом 95% и 100° для 2-бензилпиридина с выходом 6%. Бензоль-
ное ядро упомянутых соединений в этих условиях не восстанавли-
вается. Эфиры никотиновой кислоты гидрируются при 165е с вы-
ходом 80%. При этом не следует пользоваться спиртами в качестве
растворителей, так как в их присутствии, как и в случае пиррола,
образуются N-алкилпроизводные пиперидина. Восстановление
эфиров хинолиновой кислоты представляет особенно трудную
задачу из-за возможности образования при высокой температуре
продуктов конденсации, которые могут действовать как яды для
катализатора. Однако это соединение удается прогидрировать
в растворе диоксана при 125° до пиперидин-2,3-дикарбонового
эфира с выходом 77%. Гидрирование 3-ацетилпиридина проте-
кает сложно: в результате получаются 3-этилпиперидин и
3-метилпиперидилкарбинол, которые при самых благоприят-
ных температурах (при 145°) могут быть выделены с выхо-
дом 61 %.
Для реакций гидрирования, которые проводятся при давле-
ниях 150—300 атм, никель Ренея является лучшим катализато-
ром, чем никель на кизельгуре, так как в его присутствии реакция
протекает при более низкой температуре или же проходит с боль-
шей скоростью.
Восстановление в присутствии скелетных катализаторов 243
Гидрирование 1,3-Дикетонов — производных никотиновой кис-
лоты — происходит с восстановлением пиридинового кольца и
чаще всего с отщеплением обеих карбонильных групп [113].
Хинолины восстанавливаются при 200°, давая смесь цис- и
тушнс-дека гидрохинолинов с выходом 95%. Эскуру [50] восстано-
вил 6-метилхинолин при пониженном давлении и получил наряду
с декагидросоединением тетрагидрометилхинолин.
Из других гетероциклов гидрирование в присутствии никеля
Ренея изучалось только для бензильных производных гидроура-
цила [114] и нескольких пиразолонов [115]. 6-Бензилурацил при
175° дает 6-бензилгидроурацил с выходом 53%, из которого при
225° получается 2-кето-6-гексагидробензилгексагидропиримидин
с выходом 26%. Из 5-бензилурацила в качестве первой ступени
восстановления образуется 59% 5-гексагидробензилгидроурацила
и в качестве второй — 42% соответствующего пиримидина.
В обоих случаях восстановление амидогруппы происходит во
время второй стадии реакции.
Пиразолоны ведут себя подобно соединениям с открытой
цепью, содержащим мостик из атома азота, связанного простой
или двойной связью (альдазины, гидразоны и азосоединения) —
они расщепляются по азотному мостику. В результате такого
расщепления должны были бы образовываться ^-аминокислоты.
Однако в этих соединениях связанная непрочно аминогруппа
отщепляется и образуются амиды карбоновых кислот. Из 1-фе-
нил-3-метилпиразолона при 150° с выходом 68% образуется бу-
тиранилид; из 1,3-дифенилпиразолона с выходом 95% образуется
анилид гидрокоричной кислоты. Если в пиразолоне положе-
ние 4 занято алкильной группой, то аминогруппа при гидрирова-
нии не отщепляется. Например, 1-фенил-З-метилбензальпира-
золон дает при восстановлении 80% 2-амино-1-бензилбутир-
анилида.
В конце обзора мы кратко коснемся образования азотсодер-
жащих гетероциклов при гидрогенизации некоторых соединений.
О получении пирролидона при восстановлении цианкарбоновых
и оксимкарбоновых эфиров уже было упомянуто. Механизм
образования пиразинов при восстановлении се-дикетонов, моно-
оксимов и диоксимов не вполне ясен [116]. Известно несколько
случаев, когда во время гидрогенизации этих соединений обра-
зуются небольшие количества диаминов или аминоспиртов. Но
главным продуктом являются пиразины. Например, из диметил-
глиоксима получается 18% .2,3-диаминобутана и 76% тетраметил-
пиразингидрата, из бензилоксима — 36% дифенилэтаноламина и
42% тетрафенилпиразина. Из других оксимов получаются
исключительно пиразины, например 2,5-диметил-3,6-дикарбэтокси-
пиразин из нитрозоацетоуксусного эфира, 2,5-дифенилпиразин из
нитрозоацетофенона и 2,3,5,6-диинденопиразин из нитрозогидрин-
16*
244
Р. Шретер
дона. Эти реакции проводятся при температуре 70—100° и давле-
нии 100—150 атм. В таких условиях можно также ожидать обра-
зования пиперазина. Оксиминогруппа реагирует с водородом
с заметно большей скоростью, чем кетогруппа. В качестве про-
межуточного продукта возможно образование аминокетона,
2 молекулы которого могут соединиться подобно тому, как эго
происходит при аминировании карбонильных соединений по
Миньоньяку с образованием кольца пиперазина.
Адкинс и Винанс [115] провели хорошо известный синтез пир-
рола по Кнорру каталитическим путем в присутствии никеля Ре-
нея. В качестве примера синтеза Кнорра можно привести образо-
вание 2,4-диметилпиррол-3,5-дикарбонового эфира при восстано-
влении молекулярной смеси нитрозоацетоуксусного и ацетоуксус-
ного эфиров цинковой пылью и уксусной кислотой. Пиррольное
кольцо образуется по следующей схеме:
—С=О —С=О Н2С—X
I 2Н-, у | I ।
—C=NOH —СН—NH2 Т О=С—
—с=сх
I I
—сн—с—
\ //
-с—сх
(X = СОК —CN, COOR)
Гидрогенизация в присутствии никеля Ренея проводится при
70—90°, причем компонентами исходных реакционных смесей
служат: ацетилацетон, ацетоуксусный и нитрозоацетоуксусный
эфиры и нитроацетилацетоны. Таким путем получаются следую-
щие соединения: 1) из ацетилацетона и нитрозоацетоуксусного
эфира — 2,4-диметил-3-ацетил-5-карбэтоксипиррол с выходом
63%; 2) из ацетоуксусного и нитрозоацетоуксусного эфиров —
2,4-диметил-3,5-дикарбэтоксипиррол с выходом 67%; 3) из ацето-
уксусного эфира и нитроацетилацетона — 2,4-диметил-5-ацетил-
3-карбэтоксипиррол с выходом 74% и 4) из ацетил- и нитро-
ацетил ацетонов — 2,4-диацетил-3,5-диметилпиррол с выхо-
дом 55%.
ЛИТЕРА ТУРА
1. Raney, ам. пат. 1563787; 1628191; 1915473; канад. пат. 315299; франц,
пат. 729367.
2. Герм. пат. 408811; англ. пат. 282112.
3. А. Баг, Д. Волокитин, Т. Егупов, сов. авт. свид. 23523.
4. Fischer, Meyer, Вег., 67, 253 (1934).
5. Schwab, Zorn, Z. physik. Chem., 32B, 169 (1936).
Литература
245
6. Рапопорт, Сильченко, ЖПХ, 10, 1427 (1937).
7 Ruggli, Helv. Chim. Acta, 22, 478 (1939) Faucounau, Bull. soc. chim.,
4, 63 (1937).
8. Dupont, Plganiol, Bull. soc. chim., 6, 322 (1939).
9. Gwyer, Z. anorg. allgem. Chem., 57, 113 (1908).
10. Hercules Powder Co., франц, пат. 825520.
11. Paul, Hilly, Bull. soc. chim., 3, 2330 (1936).
12. Aubry, Bull. soc. chim., 5, 1333 (1938).
13. А. Баг, T. Егупов, Д. Волокитин, Маслобойно-жировое дело, 1933,
№ 4, 16.
14. Hercules Powder Co., ам. пат. 2094117.
15. Calas, Bull. soc. chim., 6, 1393 (1939).
16. Mozingo, Organic Syntheses, 21, 15 (1941).
17. Delepine, Horeau, Bull. soc. chim., 4, 31 (1937).
18. Lieber, Smith, J. Am. Chem. Soc., 58, 1417 (1936).
19. Jayme, Satre, Ber., 77, 251 (1944).
20. Faucounau, Bull. soc. chim., 4, 63 (1937).
21. Faucounau, Bull. soc. chim., 4, 58 (1937).
„22. Paul, Hilly, Bull. soc. chim., 6, '218 (1939).
23. Le Clerc, Lefevre, Compt. rend., 208, 1650 (1939).
24. Mozingo, Spencer, Folkers, J. Am. Chem. Soc., 66, 1859 (1944).
25. Bougault, Bull. soc. chim., 6, 855 (1939).
26. Paul, Bull. soc. chim., 5, 1592 (1938); Compt. rend., 208, 1319 (1939).
27. Palfrey, Sabatay, Compt. rend., 208, 109 (1939).
28. Delepine, Horeau, Bull. soc. chim., 4, 1524 (1937).
29. Delepine, Hanegraaff, Bull. soc. chim., 4, 2091 (1937).
30. Delepine, Horeau, Bull. soc. chim., 5, 339 (1938).
31. Paul, Bull. soc. chim., 4, 1115 (1937).
32. Aubry, Bull. soc. chim., 5, 1336 (1938).
33. Bougault, Chattelain, Chabrier, Compt. rend., 208, 657 (1939); Bull. soc.
chim., 6, 34 (1939).
34. Mozingo, Wolf, Harris, Folkers, J. Am. Chem. Soc., 65, 1013 (1943).
35. Paul, Hilly, Compt. rend., 206, 608 (1938); Bull, soc chim. 6, 218
(1939).
36. Mignonac, англ. пат. 282083.
37. Dupont, Bull. soc. chim., 3, 1021 (1936).
38. Campbell, O’Connor, J. Am. Chem. Soc., 61, 2897 (1939).
39. Dupont, Dosreux, Bull. soc. chim., 4, 422 (1937).
40. Dupont, Dulon, Desreux, Picoux, Bull. soc. chim., 5, 322 (1938).
41. Smith, Ungnade, Austin, Prichard, Opie, J. Org. Chem., 4, 334 (1939).
42. Dupont, Bull. soc. chim., 4, 2016 (1937).
43. Delepine, Hanegraaff, Bull. soc. chim., 4, 2087 (1937).
44. Calas, Bull. soc. chim., 6, 1391 (1939).
45. Handel, Compt. rend., 205, 994 (1937).
46. Ruzicka, Helv. Chim. Acta, 17, 637 (1934).
47. Wojcik, J. Am. Chem. Soc., 56, 2424 (1934).
48. Allen, Wyatt, Henze, J. Am. Chem. Soc., 61, 843 (1939).
49. Ruggli, Businger, Helv. Chim. Acta, 25, 35 (1942).
50. Escourou, Bull. soc. chim., 5, 1184 (1938); 6, 191 (1939); 6, 360 (1939);
7, ISO (1940).
51. Farmer, Hughes, J. Chem. Soc., 1934, 1929:
52. Dupont, Bull. soc. chim., 3, 1030 (1936).
53. Foresti, Chiume, Gazz. chim. ital., 67, 408 (1937).
54. Reichstein, Giltzi, Helv. Chim. Acta, 21, 1497 (1938).
55. Adkins, Wojcik, J. Am. Chem. Soc., 55, 1293 (1933); Adkins, Burdick.
там же. 56, 438 (1934).
56. Shriner, Teeters, J. Am. Chem. Soc., 60, 936 (1938).
246
______ Р. Шретер
57. Smith, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 60, «408 (1938).
58. Stutsman, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 61, 3303 (1939).
59. Sprague. Adkins, J. Am. Chem. Soc., 56, '2669 (1934).
60. Boese, Ind. Eng. Chem., 32, 16 (1940).
61. Farlow, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 57, 2222 (1935).
62. Quelet, Ducasse, Bull. soc. chim., 6, 466 (1939).
63. Voris, Spoerri, J. Am. Chem. Soc., 60, 935 (1938).
64. Ruggli, Preiswerk, Helv. Chim. Acta, 22, 478 (1939).
65. Ruggli, Preiswerk, Helv. Chim. Acta, 22, 998 (1939).
60. Stevinson, Hamilton, J. Am. Chem. Soc., 57, 1298 (1936).
67. Blout, Silverman, J. Am. Chem. Soc., 66, 1442 (1944).
68. Johnson, Degering, J. Am. Chem. Soc., 61, 3194 (1939); ам. пат. 2174498.
69. Am. пат. 2174242.
70. Lieber, Smith, J. Am. Chem. Soc., 57, 2479 (1935); 59, 1834, 2287 (1937).
71. Paul, Bull. soc. chim., 4, 1121 (1937).
72. Smith, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 60, 660 (1938).
73. Adkins, Reactions of Hydrogen with Organic Compounds over Copper-
Chromium Oxide and Nickel Catalysts, University of Wisconsin Press,
Madison, 1937, стр. 91; Winans, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 55, 2051
(1933).
74. Paty, Bull. soc. chim., 5, 1276 (1938).
75. Schwoegler, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 61, 3499 (1939).
76. Mignonac, англ. пат. 282083.
77. Barbier, Helv. Chim. Acta, 23, 524 (1940).
78. Winans, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 55, 4167 (1933).
79. Paden, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 58, 2487 (1936).
80. Grand Perrin, Bull. soc. chim., 5, 112 (1938).
81. Grand Perrin, Bull. soc. chim., 5, 1539 (1938).
82. Grand Perrin, Bull. soc. chim., 6, 1663 (1939).
83. Fleury-Larsonneau, Bull. soc. chim., 6, 1576 (1939).
84. Winans, J. Am. Chem. Soc., 61, 3566 (1939).
85. Cuturier, Compt. rend., 207, 345 (1938).
86. Manske, Johnson, J. Am. Chem. Soc., 51, 580 (1929).
87. Skita, Keil, Baesler, Ber., 66, 858 (1933).
88. Mingoia, Ann. chim. anal. chim. appl., 30, 190 (1940).
89. Emerson, Walters, J. Am. Chem. Soc., 60, 2023 (1938).
90. Wojcik, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 56, 2424 (1934).
91. Benneville, Connor, J. Am. Chem. Soc., 62, 283 (1940).
92. D'lanni, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 61, 1675 (1939).
93. Am. пат. 2114696.
94. Winans, J. Am. Chem. Soc., 61, 3564 (1939); Paty, Bull, soc. chim., 5,
1276, 1600 (1939); Anglade, там же, 6, 473 (1939).
95. Zartman, Cramer, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 53, 1425 (1931).
96. Van Duzee, Adkins, J. Am. Chem. Soc.. 57, 147 (1935).
97. Bowden, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 56, 689 (1934).
98. Durland, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 60, 1501 (1938).
99. Palfray, Compt. rend., 206, 1976 (1938).
1'00 Musssr, Adkins, J. Am diem Soc., 60, 664 (1Q38).
10L Durland,'Adkins,~ J. 'Am. ^Chem/soc., "59, "135'*("1937); 60, 1501 (1938).
102. Dufraisse, Houpillart, Compt. rend., 205, 740 (1937).
.103. Skita, Ber., 58, 2685 (1925).
104. Hilly, Bull, soc. chim., 4, 1630 (1937).
105. Paul, Bull. soc. chim., 5, 1053 (1938).
106. Paul, Bull. soc. chim., 4, 846 (1937).
107. Paul, Hilly, Compt. rend., 208, 359 (1939).
108. Blanchard, Paul, Compt. rend., 200, 1414 (1935).
109. Mozingo, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 60, 669 (1938)
Литература
247
110. Adkins, Signaigo, J. Am. Chem. Soc., 58, 709 (1936); Adkins, Kuick,
Farlow, Wojcik, там же, 56, 2425 (1934).
111. Adkins, Coonradt, J. Am. Chem. Soc., 63, 1563 (1941).
11'2. Fischer, Hofeimann, Ann., 533, 216 (1938).
113. Adkins, Kuick, J. Am. Chem. Soc., 57, 143 (1935).
114. Ambelang, Johnson, J. Am. Chem. Soc., 61, 74 (1939).
115. Adkins, Winans, J. Am. Chem. Soc., 55, 4167 (1933).
116. Adkins, Winans, J. Am. Chem. Soc., 55, 2061 (1933). ;
СТАТЬЯ 7
ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ В ПРИСУТСТВИИ
МЕДНО-ХРОМОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
Ч. Грундман
ВВЕДЕНИЕ
В 1897 г. Сабатье открыл реакцию каталитической гидрогени-
зации органических соединений в присутствии никелевого ката-
лизатора.
С тех пор было разработано большое число различных мето-
дов проведения этой важнейшей в органической химии реакции.
Из многих предложенных для этой цели катализаторов четыре
нашли особенно широкое распространение в лабораторной прак-
тике: платина, палладий, никель и хромит меди. Катализаторы,
приготовленные из благородных металлов, сравнительно дороги.
Они позволяют проводить реакции при необычайно мягких усло-
виях и используются почти исключительно для специальных це-
лей: аналитических определений и гидрогенизации малых коли-
честв труднодоступных веществ.
С другой стороны, некоторые металлы, не относящиеся к бла-
городным, несмотря на свою каталитическую активность при более
высоких температурах и давлениях, постепенно приобретают
большое значение для органического синтеза. Это особенно спра-
ведливо для различных никелевых катализаторов и прежде
всего для никеля Ренея (см. стр. 219).
В последние годы значительно’ расширилась область примене-
ния катализатора другого типа, а именно хромита меди.
Медно-хромовые катализаторы, введенные в практику орга-
нической лаборатории Адкинсом [1], по многим своим свойствам
дополняют никелевые и являются еще одним полезным орудием
в руках химика-органика. * В патентной и периодической литера-
туре [2,3] также описываются некоторые катализаторы, действие
которых немногим отличается от катализатора Адкинса [4].
* В СССР В. А. Плотников с сотрудниками применяли для синтеза мети-
лового спирта из окиси углерода и водорода медно-хромовые и тройные цинк,
медно-хромовые катализаторы, которые ими были широко исследованы и опи-
саны в литературе еще до появления первой работы Адкинса [В. А. Плотни-
ков, К- Н. Иванов, Д. А. Поспелов, ЖХП, 7, 1136 (1930); 8, 119, 472 ?931);
ЖОХ, 1, 826 (1931)]. (Прим, ред.)
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов
249
СВОЙСТВА МЕДНО-ХРОМОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
И ОПЫТНЫЕ УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Хромит меди особенно активен при восстановлении функцио-
нальных кислородсодержащих групп, тогда как никеле-
вые катализаторы в общем наиболее удобны для гидрирования
углерод-углеродных кратных связей. Например, при гидрогени-
зации ненасыщенных кетонов в присутствии хромита меди пре-
имущественно восстанавливается карбонильная группа, в то время
как в присутствии никеля сначала гидрируется двойная связь.
Подобно этому, большинство арильных групп устойчиво
в присутствии хромита меди даже в тех жестких условиях, при
которых проводится восстановление амидов и эфиров.
Таким образом, оказывается, что никель и хромит меди по
своим каталитическим свойствам до известной степени дополняют
друг друга, что способствует разрешению многих проблем орга-
нической химии.
В отличие от никелевых, медно-хромовые катализаторы при-
надлежат к группе окисных катализаторов, в которых действую-
щим активным началом является не мелкораздробленный металл,
а окисел металла, не восстанавливающийся до металла в течение
процесса гидрогенизации.
Из двух окислов, входящих в хромит меди, действительным
катализатором является, вероятно, окись меди, которую окись
хрома предохраняет от восстановления. Добавление окислов
щелочноземельных металлов также сообщает катализатору
устойчивость против восстановления [5] (см. стр. 252). Во всех
случаях следует избегать превращения черной окиси меди в крас-
ную, относительно неактивную закись меди.
Уже указывалось, что гидрогенизация в присутствии хромита
меди требует повышенной температуры и повышенного давления.
При низких давлениях катализатор неактивен главным образом
из-за недостаточной адсорбции водорода на его активных цен-
трах. Верхний предел давлений, которые могут быть использованы
при гидрогенизации, определяется имеющимся в распоряжении
оборудованием для сжатия водорода и прочностью реакционных
бомб. Водород в обычных баллонах находится под давлением
125 атм, что удобно для большинства работ. Таким образом,
бомба обычного' лабораторного размера может быть наполнена
водородом до давления 100 атм; при нагревании до 250° давление
возрастает до 175 атм. Обычно водород (сжатый на холоду) ис-
пользуется при давлениях 40—200 атм.
Следует отметить, что ВО' многих случаях увеличение давления
водорода сильно повышает скорость гидрогенизации.
Фолькерс и Адкинс [6] наблюдали следующую зависимость
скорости гидрирования этиллаурата от давления водорода.
250
V. Грундман
Гидрирование 30 г эфира при 250° в присутствии 3 г хромита
меди полностью заканчивалось в течение 7 час. при 106, в течение
1 часа при 214 и в течение 15 мин. при 333 атм.
Таким образом, 2-кратное увеличение давления сопровожда-
лось 7-кратным, а 3-кратное — 28-кратным увеличением скорости
гидрогенизации. Подобно этому, гидрогенизация 100 г ацетона
в изопропиловый спирт в присутствии 1 г. хромита меди в течение
30 мин. при давлении 35 атм проходила на 17, при 148 — на 60 и
при 212 — на 95%.
Если процесс вести в тех же условиях в течение 1 часа, то
выходы составляют соответственно 22, 92 и 100 %.
Гидрогенизация этиловых эфиров триметилуксусной, ^,й-диме-
тилглутаровой, янтарной и камфорной кислот при давлении
ниже 200 атм дала незначительные выходы соответствующих
спиртов.
Во многих случаях и при низком давлении можно достигать
желаемой скорости реакции, повышая температуру или увеличи-
вая количество катализатора.
Температура, при которой гидрогенизация в присутствии хро-
мита меди происходит с приемлемой скоростью, всегда превышает
100°. Верхний температурный предел определить трудно, но,
в общем, он не превышает 280°. Каталитическая активность хро-
мита меди — величина того же порядка, что и активность платино-
вых, палладиевых и никелевых катализаторов.
Адкинс [1] на основании своих исследований считает, что на
50—100 г различных соединений следует брать приблизительно
следующие количества катализатора (в % от веса гидрируемого
вещества); для гидрирования альдегидов и кетонов — 2—4, про-
стых эфиров — 3—5, эфиров малоновой, янтарной и других двух-
основных кислот — 5—10 и амидов—10—15. .Для гидрирования
других типов соединений предлагается брать 5—10% катали-
затора.
В тех случаях, когда оптимальное отношение количества ката-
лизатора к количеству гидрируемого вещества определяется
впервые, приведенные ориентировочные данные могут быть
использованы для начальных опытов.
Следует подчеркнуть, что скорость гидрогенизации при по-
подлежащего гидрированию, зависит также и от величины за-
грузки. В нашем распоряжении нет точных цифр, однако можно
сказать, что если для гидрирования 50 г соединения необходимо
2 г катализатора, то для гидрирования 500 г этого же вещества,
вероятно, потребуется 10—12 г катализатора.
Медно-хромовые катализаторы мало чувствительны к действию
каталитических ядов; по крайней мере они в значительно мень-
Г пирогенизация в присутствии мед но-хромовых катализаторов 251
шей степени подвержены отравлению, чем благородные металлы
и никелевые катализаторы.
Однако гидрогенизация может быть заторможена или совер-
шенно прекращена, если гидрируемое вещество содержит примесь
галоидопроизводных или сернистых органических соединений.
В этих случаях провести гидрирование не удается ни повышением
температуры, ни повышением давления. Но действие примесей
может быть значительно ослаблено или полностью устранено,
если употреблять большее количество катализатора.
Хорошим способом освобождения гидрируемого вещества от
следов галоидных и сернистых соединений является его обработка
водородом при 100° в присутствии 5—10% хромита меди.
Применение растворителей при гидрогенизации не всегда
необходимо, а иногда даже нежелательно. Они используются
преимущественно при гидрогенизации твердых, высокоплавких
веществ, а также в тех случаях, когда нужно предотвратить
протекание нежелательных побочных реакций.
Растворители используются также для лучшего распределения
взвешенного в жидкости катализатора и для предотвращения
расслаивания двух несмешивающихся жидкостей.
В качестве растворителей Адкинс рекомендует этиловый
спирт, диоксан, этиловый эфир и метилциклогексан.
Этиловый спирт является отличным растворителем для
самых разнообразных веществ, особенно при температурах
100—200°. Хотя критическая температура спирта 242°, однако при
температурах, превышающих 200°, его практически не исполь-
зуют из-за возникающей при этом трудности точного измерения
давления водорода. Спирт совершенно устойчив к совместному
действию хромита меди и водорода, по крайней мере до 270°.
Благодаря тому, что с водой он смешивается во всех отноше-
ниях, при образовании воды, часто наблюдающемся во время
гидрогенизации, разделения фаз не происходит.
Несмотря на эти качества, спирт не всегда является подходя-
щим растворителем. Например, он не может быть использован
при гидрогенизации амидов, так как при 150—200° они легко под-
вергаются алкоголизу: .
RCONH, 4- С2Н5ОН —> RCO2C2H5 4- NH3.
При восстановлении эфиров может происходить переэтерифи-
кация, что затрудняет разделение продуктов реакции.
1,3-Дикетоны при температурах 150—250° также могут под-
вергаться алкоголизу:
RCOCH2COR + С„Н5ОН —> RCO2C2H5 4- CH3COR.
Эфиры ^-кетокислот в этих условиях устойчивы.
252 Ч. Грундман
Наконец, этиловый спирт нельзя использовать как раствори-
тель в тех случаях, когда реакционная смесь содержит первичные
или вторичные амины, так как при этом может происходить алки-
лирование аминов.
Д и о кс а н является одним из наиболее пригодных раствори-
телей для проведения гидрогенизации в присутствии хромита меди.
Он может быть использован при температурах до 275°; хорошо
растворяет большое число органических веществ и смешивается
с водой. Гидрогенизация многих веществ в диоксане протекает
быстрее, чем в каком-либо другом растворителе. Главный не-
достаток диоксана как растворителя заключается в трудности его
отделения от продуктов реакции, кипящих ниже 150°.
Этиловыйэфир является хорошим растворителем, но низ-
кая критическая температура (192°) делает его применение невоз-
можным при температурах, превышающих 175°.
Метилциклогексан остается жидким и совершенно
устойчивым при самых жестких условиях гидрогенизации. Эти
свойства делают его ценным растворителем. Недостаток метил-
циклогексана заключается в его ограниченной растворяющей
способности, а также в том, что он не смешивается с водой, кото-
рая, выделяясь при реакции, может отравлять катализатор.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРА [7]
Медно-хромовый катализатор может быть приготовлен любым
методом, в котором окись меди комбинируется с окисью хрома.
Даже простое тесное механическое смещение окиси меди и окиси
хрома или термическая обработка такой смеси дают удовлетво-
рительные катализаторы [1,8].
Лучшим лабораторным методом приготовления катализатора
для использования в качающемся автоклаве является термическое
разложение медноаммонийной соли хромовой кислоты. По этому
способу катализатор получается в состоянии очень тонкого измель-
ттлтггггг п А тт Z4 тт nmn Т1 д ТГ ZX т. Л Агт ТТАПТ/А дЛпптглт г»ОПААТ ТА ГЧ/Ч ТА ТЛТТТТУ'Ч.ТТ тт/лй
ЧСПИЛ, DWlCAVinilC 4C1V Utl HCltXV DODCVD D |7Cai\JJ,nvnnun
смеси.
По наблюдению Адкинса и его сотрудников, добавление со-
единений бария, кальция и магния повышает устойчивость ката-
лизатора по отношению к восстановлению в красную неактивную
форму.
Ниже приводится описание двух методов приготовления
медно-хромового катализатора.
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 253
Приготовление хромита меди по Адкинсу
[1,3,9]. 900 мл раствора, содержащего 260 г нитрата меди
Cu(NOa)2 ЗНгО и 31 г нитрата бария, нагревают до. 80° и вливают
в 900 мл раствора (при 25°), содержащего 151 г бихромата аммо-
ния и 225 мл 28-процентного раствора аммиака. Образующийся
осадок отфильтровывают и возможно более полно отжимают на
воронке Бюхнера. Затем осадок снимают с фильтра, сушат в су-,
шильном шкафу в течение 12 час. при температуре 75—80° и
размельчают.
Термическое разложение проводится в три порции в большой
фарфоровой чашке диаметром 15 см нагреванием на пламени
горелки. Во время реакции порошок непрерывно перемешивают
шпателем, а нагревание регулируют так, чтобы выделение газа
не было слишком бурным. Это лучше всего достигается нагрева-
нием чашки только с одной стороны и увеличением скорости
перемешивания. Разложение распространяется по всей массе ве-
щества. Цвет порошка постепенно изменяется от оранжевого
в коричневый и, наконец, в черный. Когда вся масса станет чер-
ной и выделение газа закончится, нагревание прекращают.
Порции порошка соединяют и перемешивают в течение
30 мин. с 600 мл уксусной кислоты. Осадок отфильтровывают,
промывают шестью порциями воды по 100 мл каждая, сушат
в течение 12 час. при 125° и размельчают в порошок. Выход ката-
лизатора 170 г.
Приготовление хромита меди по Лазье и
Арнольду [10]. Смесь 26 г (0,1 моля) нитрата бария раство-
ряют в 800 мл дестиллированной воды при 70°. Когда растворение
прекратится, добавляют 218 г (0,9 моля) трехводного нитрата
меди и смесь перемешивают до тех пор, пока не будет получен
прозрачный раствор.
Нитрат бария умеренно растворим в холодной воде и значи-
тельно хуже — в растворе нитрата меди, поэтому растворение
необходимо проводить в указанной последовательности и при
нагревании.
Раствор хромата аммония готовят из 126 г (0,5 моля) бихро-
мата аммония и 600 мл дестиллированной воды при добавлении
150 мл 28-процентного аммиака, а затем тонкой струей при пере-
мешивании вливают в теплый раствор нитратов меди и бария.
После нескольких минут перемешивания красновато-корич-
невый осадок смешанного хромата меди, бария и аммония отса-
сывают и отжимают на воронке Бюхнера (диаметром 16 см) и
высушивают при 100°.
Сухой осадок помещают в никелированный сосуд или неболь-
шие фарфоровые чашки, покрытые часовыми стеклами, и нагре-
вают в муфельной печи в течение 1 часа при 350—450°.
254 Ч. Грундман _
Разложение медноаммонийной соли хромовой кислоты
является экзотермической реакцией и сопровождается бурным вы-
делением газа; следовательно, для того чтобы избежать значитель-
ных механических потерь, чашки не должны быть слишком полны.
Не рекомендуется также превращать высушенный осадок
в порошок, так как грубая комковатая структура предохраняет
вещество от распыления при разложении.
После того как разложение закончено, около 160 г синевато-
черной хрупкой массы переносят в ступку и растирают в порошок.
На этой стадии приготовления катализатор еще содержит
избыток окиси меди и в таком состоянии пригоден для дегидро-
генизации спиртов и гидрирования легко восстанавливающихся
веществ, например нитросоединений.
Более активный катализатор получается после обработки его
уксусной кислотой, растворяющей избыточную окись меди.
Порошок помещают в сосуд емкостью 2 л и обрабатывают
1200 мл 10-процентной уксусной кислоты. После перемешивания
в течение 10 мин. смеси дают отстояться и 2/з или более раствора
уксусной кислоты декантируют и заменяют 1200. мл свежего
10-процентного раствора. Экстракцию повторяют еще раз и оста-
ток промывают четырьмя порциями дестиллмрованной воды по
1200 мл. Продолжительное промывание не рекомендуется, так
как катализатор имеет тенденцию давать коллоидные растворы.
Наконец, осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, вы-
сушивают при 110° и вновь растирают в порошок. Конечный про-
дукт представляет собой тонкий черный порошок, весящий
130—140 г и совершенно не подверженный действию воздуха или
сырости. Добавление нитрата бария к смеси не обязательно,
хотя существует мнение, что присутствие окиси бария повышает
устойчивость катализатора в отношении восстановления и отра-
вления серой. Если соль бария не прибавляется, то для пригото-
вления катализатора берется 242 г трехводного нитрата меди;
в остальном весь процесс приготовления катализатора тот же.
ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП
ГИДРИРОВАНИЕ ДВОЙНОЙ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОЙ СВЯЗИ,
АРОМАТИЧЕСКОГО И ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО ЯДЕР
Уже было упомянуто, что хромит меди менее удобен для
гидрирования алкенов, чем никелевые катализаторы, так как
требует для проведения этой реакции высокой температуры
(100—175°). Тем не менее в некоторых случаях его применение
для этой цели имеет преимущества. Например, если молекула
содержит карбоксильную или карбалкоксильную группы, которые
также должны быть восстановлены, то в присутствии медно-хра-
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 255
мового катализатора обе реакции могут быть проведены одно-
временно.
Таким образом, 70 г этилового эфира коричной кислоты в при-
сутствии 6 г хромита меди были восстановлены в 3-фенилпропа-
нол-1 с выходом 83%. Реакция проводилась при 250° и 220 атм
и была закончена в течение 3 час. [11]:
Свнь— СН=СН—СООС2Н5-|-ЗН2 —> СвН5—СН,— СН2—СН2ОН + С2Н5ОН.
Хромитом меди рекомендуется пользоваться также в тех слу-
чаях, когда хотят избежать гидрирования бензольного или фура-
нового колец, имеющихся в гидрируемом веществе. Восстановле-
ние 90 г ^-фурилакролеина в 3-(2-фурил)-пропанол-1 в присут-
ствии 15 г катализатора проводилось в течение 96 мин. при
температуре 175° и давлении 100—200 атм; выход у-фурилпро-
пилового спирта достигает 72% [12]:
J-ch=ch—сно + 2И’ l-CH2—CH2—СН2ОН.
О О
Гидрирование ацетиленовых соединений в соответствующие
производные этилена наблюдалось в случае бутин-2-диола-1, 4,
который восстанавливается в бутен-2-диол-1,4 [13].
Бензольное кольцо не подвергается гидрированию в присут-
ствии хромита меди, за исключением особых случаев [14]. Фенан-
трен, однако, восстанавливается при 130° и 150—200 атм в 9, 10-
дигидрофенантрен с выходом 88%. При 220° гидрогенизация идет
дальше и образуется 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, 8-октагидрофенантрен [15, 16].
Подобным же образом антрацен превращается почти количе-
ственно в 9,10-дигидроантрацен [15]. Нафталин может быть
восстановлен при температуре около 200° только до тетралина [17].
Фурановое кольцо при температурах до 160° не подвергается
гидрогенизации, при более высоких температурах происходит раз-
рыв кольца. Из фурфурола и фурфурилового спирта при темпера-
турах, превышающих 170°, получается смесь 1,5- и 1,2-пентандио-
лов:
СН,—СН»
' I I
------> сн2 CH2—СН2ОН
ii 1 4-4Н2— ' ОН
II 1с но 2
О7 ------> сн,—сн2
I I
сн3 снон—сн2он.
Гидрогенизация 80 г фурфурилового спирта в присутствии 3 г
катализатора проводится при 175° и 100—150 атм; после 11,5 час.
получается смесь 1,2- и 1,5-пентандиолов с выходом 70%.
256 ___Грундман __
Как это следует из немногочисленных имеющихся в литера-
туре данных, пиридиновое ядро гидрируется легче, чем бензоль-
ное. Сам пиридин в присутствии хромита меди при 220° под
давлением водорода 100—150 атм всего лишь на 50% гидрируется
в пиперидин [3].
Следовательно, в данном случае применение хромита меди
нецелесообразно, так как с никелевыми катализаторами полу-
чаются значительно лучшие выходы. С другой стороны, хинолин
с отличным выходом (97%) превращается в 1,2,3,4-тетрагидро-
хинолин при 190° и 100—150 атм в присутствии хромита меди,
взятого в количестве 10% от веса гидрируемого вещества [3].
Из всех исследовавшихся ароматических систем с наибольшей
трудностью гидрируется пиррольное ядро.
В присутствии хромита меди при температурах, превышающих
200°, пиррол превращается в пирролидин с выходом 50%; анало-
гичные результаты были получены и для замещенных пирро-
лов [18].
С никелевыми катализаторами во всех этих случаях полу-
чаются лучшие выходы и реакции идут при более низких темпе-
ратурах. '
Уместно упомянуть о том, что гидрогенизация метаноллигнина
в присутствии хромита меди в растворе диоксана при 260° и
22 атм, помимо 28% метилового спирта, дала 44% смеси 4-«-про-
пилциклогексанола, 4-«-пропилциклогександиола-1,2 и 3-(4-окси-
пиклогексил)-пропанола-1 [19].
При гидрогенизации лигнина, полученного по щелочному ме-
тоду, образуются другие, преимущественно высокомолекулярные
продукты [20].
ЗАМЕЩЕНИЕ СПИРТОВОГО ГИДРОКСИЛА,
А ТАКЖЕ КИСЛОРОДА КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫ НА ВОДОРОД.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРБАЛКОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ В МЕТИЛЬНУЮ
Гидроксильная группа в первичных и вторичных спиртах и
фенолах настолько устойчива к восстановлению, что реакция
ROH + Н» —> RH + Н2О
при температуре ниже 250° идет лишь в исключительных случаях,
например, когда R содержит фенильную группу в соседстве
с гидроксильной.
Так, бензиловый спирт легко превращается в толуол, а ^-фе-
нилэтанол и 2-фенилбутанол-1 дают соответствующие углеводо-
роды — этилбензол и 2-фенилбутан — при температурах,
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 257
несколько превышающих 200°:
СвН5- сН2-ОН -Ь н2 —> сенБ—сн3 + Н2О,
СвН5—СН2-СН2ОН + Н2 —> С6НБ—СН2—СН3 + Н2О,
С6НБ—СН-СН2ОН + Н, —> СвН5—СН—СНз + Н2О.
I, I
С2НБ С2НБ
Аналогичным образом карбинольная группа активируется со-
седством .фуранового или пиррольного колец. Это обстоятельство
часто затрудняет восстановление эфиров карбоновых кислот до
первичных спиртов (см. стр. 263), так как в этих случаях гидро-
ксильная группа замещается на водород при температурах, рав-
ных или даже более низких, чем те, которые требуются для обра-
зования карбинольной группы из кислотного радикала.
В 1,2- и частично в 1,3-гликолях одна из двух гидроксильных
групп быстро заменяется на водород при температурах, превы-
шающих 200°. Этот факт хорошо иллюстрирует поведение трех
изомерных циклогександиолов в присутствии хромита меди [21].
В то время как 1,4-изомер абсолютно устойчив, 95% цикло-
гександиола-1,3 превращается в циклогексанол в течение 3 час.
при 200°:
/\ /он /\/ОН
. J +Н2^| \ +н2о.
хон
Циклогександиол-1,2 несколько более устойчив, и после вос-
становления в течение 6 час. при 250° только 20% его превра-
щается в циклогексанол:
Пропандиол-.1,3 после гидрирования в течение 72 мин. при
250° образует н-пропанол с выходом 94% от теоретического. Та-
ким же образом глицерин превращается в пропиленгликоль с вы-
ходом 83%, а бутандиол-1,3 — в смесь, состоящую из 56% бута-
нола-2 и 32% бутанола-1 [12].
Расщепление эфирной и ацетальной групп водородом в при-
сутствии хромита меди, за исключением кольца фурана (см.
стр. 268), не наблюдается.
Ниже показано (стр. 259), что альдегиды и кетоны в присут-
ствии хромита меди восстанавливаются в соответствующие пер-
вичные и вторичные спирты в гораздо более мягких условиях,
чем те, в которых происходит восстановление гидроксильный
групп. Однако иногда превращение карбонила в метиленовую
17 Зак. 1735.
258 Ч. Грундман
группу происходит с относительной легкостью:
R\ н R\ н R\
С=О —* СНОП —> \Д1.-% Н..О.
R'/ К"7 Rz/
Например, бензофенон превращается в дифенилметан с вы-
ходом 97% при 175° и 100—150 атм; аналогично этому из бен-
зоина с отличным выходом получается 1,2-дифенилэтан [3].
Углеводороды могут получаться в одну стадию и из эфиров
карбоновых кислот, если в последних присутствуют активирую-
щие группы (см. выше):
R-COOR' R-CH„OH-^ R—СН..Л-Н,О.
(4- R'OH)
Так, этилбензоат количественно превращается в толуол,
и диэтилфталат дает о-ксилол с выходом 84 % после восстановле-
ния в течение 2—3 час. при 250° и 170 атм в присутствии 25%
катализатора [22].
Этиловый эфир бензиловой кислоты в столь же мягких усло-
виях (175°) восстанавливается в 1,1-дифенилэтан с выходом 93%:
ОН
(СВН;,)2С-СО2С2Н5 + 4Н„ —> (С6Н5)2СН—CHS% С2НБОИ + 2Н.,О.
Адкинс предположил, что гидрогенизации подвергается тау-
томерная форма эфира, а именно его полуацеталь:
СН
(С6Нг,),С— С—ОС.Н,, (С6Нг,).,С—С- -ОС,Н5.
"I II \ /
ОНО О
Позднее было обнаружено, что нормальный продукт реакции
1,1-дифенилэтандиол-1,2 может быть получен, если реакцию про-
водить при еще более низкой температуре (125°) в спиртовом
растворе [22] *.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ В СПИРТЫ
Карбонильная группа в альдегидах и кетонах легко восстана-
вливается в присутствии хромита меди до карбинольной группы
при сравнительно мягких условиях — при температуре 125—250°
и давлении 100 атм. Выходы соответствующих спиртов в боль-
* В СССР А. Д. Петров и Д. И. Андреев применяли .медно-хромовый ката-
лизатор для получения гептана путем гидрирования этилового эфира энантовой
кислоты при 350—370° и начальном давлении 108 атм (максимум давления
250 атм) в присутствии 17% катализатора [Пром. орг. \км., 2, 455 у у!..
(Прим, ред.)
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 259
шинстве случаев почти количественные. Для этого типа реакций
восстановления медно-хромовый катализатор является наилуч-
шим; в его присутствии опасность нежелательных побочных
реакций значительно меньше, чем в присутствии никеля. Альдо-
и кетоспирты и эфиры в этих условиях легко восстанавливаются
в соответствующие гликоли и эфиры оксикислот. Если соедине-
ние содержит двойную связь, то она также восстанавливается,
так как в условиях, необходимых для восстановления карбониль-
ной группы, невозможно провести ее селективную гидрогениза-
цию.
Примеры
100 г ацетона полностью гидрируются в течение 10 мин. в при-
сутствии 1 г хромита меди при 150° и 100—150 атм. Изопропило-
вый спирт, единственный продукт реакции, образуется с количе-
ственным выходом [21].
Пинаколин (200 г) дает количественный выход 3,3-диметил-
бутанола-2, если вести восстановление в присутствии 5 г хромита
меди в течение 78 мин. при 150° и 100—150 атм.
77 г фурфурола гидрируются в фурфуриловый спирт при 150°
и 100 атм в течение 5 мин. в присутствии 2 г хромита меди; вы-
ход 97%.
76 г камфоры ([«],,= ~ I - 46,5°) с количественным выхо-
дом восстанавливаются в оптически активный а-изоборнеол
([«]D =— 22°) в присутствии 6 г хромита меди в течение 1 часа
при 120° и 150—200 атм [23].
Гидрирование раствора 18 г глюкозы в 60 мл 95-процентного
спирта в присутствии 1 г хромита меди при 160° и 170 атм закан-
чивается в течение 4 час. Выход сорбита составляет 97% от
теоретического [22].
50 г ацетоуксусного эфира в спиртовом растворе после гид-
рирования в течение 3 час. при 150° и 100—150 атм в присутствии
1 г хромита меди на 97% превращаются в этиловый эфир f-окси-
масляной кислоты. Если гидрирование проводится в отсутствие
растворителя, выход этил-f-оксибутирата составляет всего 77%;
кроме основного продукта образуется также 7% дегидрацетовой
кислоты и 16% этил-[Ц8'-оксибутирилокси)-бутирата:
СН.; - СН—СН, - СО2С,Н3
I
О—С—СНг—СИ—СН3
II I
о он
Последнее вещество обязано своим образованием переэтерифи-
кации, подавляемой в присутствии этилового спирта.
Этиловый эфир метилоксалилуксусной кислоты (202 г) в рас-
творе 300 мл этилового спирта может быть прогидрирован в при-
17*’
260
Ч. Грундман
сутствии 15 г хромита меди при температуре 200° и давлении
200—300 атм в течение 14 час. Выход этил-се-окси-^-метилсукпи-
ната составляет 90% [24]:
C2Hr,OOC—СО—СН—COOCJI, + Н. —> С9Н5ООС—СНОН—сн—соос,н6.
I ' I
СНз СН3
Гидрирование 50 г окиси мезитила в присутствии 2 г хромита
меди при 175° и 100—150 атм в течение 7 час. приводит к метил-
изобутилкарбинолу с выходом 97 %.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭФИРОВ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
ДО СПИРТОВ
Во всех приведенных в предыдущем разделе примерах с рав-
ным успехом могут быть применены никелевые катализаторы. Но
восстановление эфиров карбоновых кислот до соответствующих
спиртов является специфичным для хромита меди. Этот метод
имеет преимущества и с точки зрения выходов и с точки зрения
простоты выполнения перед старым методом восстановления
Буво и Блана с помощью натрия и этилового спирта.
До недавнего времени метод Буво был единственным, с по-
мощью которого могло быть проведено восстановление сложных
эфиров в соответствующие спирты.
В настоящее время метод Буво остается незаменимым лишь
в том случае, если нужно восстановить сложный эфир ненасы-
щенной кислоты, не затрагивая при этом двойных связей. Из-
вестно, что двойная углерод-углеродная связь не гидрируется
натрием в спирте, если она не сопряжена с карбонильной или
карбоксильной группой.
С помощью видоизмененного катализатора Адкинса удается
проводить каталитическое восстановление, не затрагивая двойной
связи (см. стр. 269).
В общем случае восстановление карбалкоксильной группы
в присутствии хромита меди требует высоких температур (200—
250°) и высоких давлений водорода (200—300 атм). Эфиры одно-
основных карбоновых кислот, как правило, реагируют гладко и
дают очень хорошие выходы первичных спиртов.
Этиловый эфир янтарной кислоты и его высшие гомологи
также хорошо восстанавливаются.
Восстановление этилового эфира щавелевой кислоты из-за
отсутствия практического интереса еще не исследовалось, а при
восстановлении малонового эфира и его производных, так же как
и эфиров некоторых арилзамещенных кислот, возникают трудно-
сти, которые будут рассмотрены ниже.
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 261
Область применения метода показана в нижеследующей та-
блице; восстановление всех перечисленных в ней эфиров прово-
дилось в присутствии хромита меди при температуре 250° и да-
влении водорода 200—300 атм.
В дополнение к таблице дается подробное описание пригото-
вления гексаметиленгликоля из этилового эфира адипиновой кис-
лоты согласно указаниям Лазье, Гилля и Аменда [25].
ВОССТАНОВЛЕНИЕ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ ДО ПЕРВИЧНЫХ СПИРТОВ
Название эфира Коли- чество, г Время, часы Катали- затор, г Продукт реакции Выход, ’/•
Бутиловый капроновой 35 0,6 5 Гексанол-1 95
КИСЛОТЫ
Этиловый:
адипиновой кислоты 500 9 20 Гександиол-1,6 95
валериановой 35 5 5 Пентанол-1 94
глутаровой 38 1,8 7 Пентандиол-1,5 95
каприловой 42 6 6 . Октанол-1 94
коричной 75 3 6 З-Фенилпропанол-1 93
лауриновой 228 4 15 Додеканол-1 97
а-метилмасляной ,, 15 1,8 8 2-Метилбутанол-1 97
метилянтарной „ ПО 0,7 16 2-Метилбутандиол-1,4 72
миристиновой 64 2 5 Тетрадеканол-1 98
молочной 30 3,5 5 Пропанднол-1,2 90
стеариновой 130 3 7 Октадеканол-1 95
триметилуксусной 260 8 20 мреот.-Бутилкарбинол 88
кислоты 74
янтарной 870 1,5 30 1 Бутандиол-1,4 ( Бутиролактон 18
Диэтиловый 1,12-додека- 200 4 15 Тетрадека ндиол-1,14 95
метнлендикарбоновой кислоты
Гексаметиленгликоль. В стальную бомбу емкостью
не менее 400 мл помещают 252 г (1,25 моля) этилового эфира
адипиновой кислоты и 20 г медно-хромового катализатора, при-
готовленного с добавлением или без добавления бария, как
описано выше.
Бомбу закрывают, укрепляют в механизме для встряхивания
и вводят водород *. Допускаемое при реакции давление должно
* Может быть использован автоклав высокого давления, снабженный ме,
шалкой; однако для органических лабораторий, которые, только в редких слу-
чаях проводят гидрогенизацию под высоким давлением, автор рекомендует
употребление качающейся бомбы. Автоклав неудобей тем, что в случае, если
за ним нет постоянного квалифицированного ухода, его мешалка, вызывая,
протекание сальника, служит причиной беспрестанных аварий.
262 Ч. Грундман ____
соответствовать прочности бомбы. Следует помнить, что вслед-
ствие повышения температуры конечное давление увеличивается
в 1,8 раза по сравнению с начальным. Начальное давление во-
дорода не должно превышать 140 атм, если максимальное рабо-
чее давление, на которое рассчитана бомба, составляет 350 атм.
Если рабочее давление достигает 650—700 атм, то давление
водорода при комнатной температуре может составлять 200 атм.
Реакционный сосуд при встряхивании возможно быстрее на-
гревают до 255°; эту температуру поддерживают до тех пор, пока
давление не перестанет падать, оставаясь в течение часа по-
стоянным.
Гидрогенизация заканчивается в течение 6—12 час. в зависи-
мости от активности катализатора, давления водорода и чистоты
исходного эфира. Если начальное давление водорода было недо-
статочно высоким или реакционный сосуд имел большой объем
(2 л), то необходимо дополнительно в ходе реакции вводить во-
дород, для того чтобы поддерживать давление выше 100 атм.
По окончании реакции сосуд охлаждают, избыток водорода
выпускают и содержимое сосуда переносят в фарфоровую чашку
на 600 мл, ополоснув автоклав четырьмя порциями 95-процент-
ного спирта по 25 мл каждая.
Катализатор отделяется фильтрованием или центрифугирова-
нием и промывается еще четырьмя порциями 95-процентного
спирта * по 25 мл каждая. К фильтрату добавляют 80 мл 40-про-
центного водного раствора едкого натра и раствор кипятят в те-
чение 2 час. с обратным холодильником. Продукт реакции поме-
щают далее в колбу емкостью 1 л для перегонки и спирт отго-
няют до тех пор, пока температура паров не поднимется до 95°.
.Горячий остаток переносят в жидкостный экстрактор, причем
колбу ополаскивают еще 50 мл воды.
Жидкость экстрагируют эфиром или бензолом. Этот
процесс требует 24—50 час. в зависимости от эффективности ап-
парата. После отгонки растворителя гликоль перегоняют под
уменьшенным давлением из колбы Клайзена емкостью 250 мл-,
* В предварительных опытах по гидрированию неисследованных соедине-
ний определение числа омыления необработанного продукта реакции покажет,
был ли катализатор достаточно активным и правильно ли выбраны, давление
и температура.
Если сырой продукт очень чист, гликоль сразу может быть выделен с по-
мощью фракционированной перегонки. Более простой, чем описанный выше,
метод очистки сырого содержащего эфир гексаметиленгликоля рекомендуется
Борком и Адкинсом U. Am. Chem. Soc., 62, 3300 (Г940)].
30 г сырого гликоля, содержащего около 1% эфира, растворяют з 50 .«л
воды и встряхивают с четырьмя порциями бензола по 50 мл каждая. Водный
раствор после этого разгоняют в вакууме на колонке Видмера, в результате
чего получают чистое вещество, вес которого составляет 93% веса сырого
продукта.
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых
катализаторов
263
выход 125—132 г (85—90% от теоретического); т. кип. 143—
144°/4 мм; т. пл. 41—42°.
Если в й-положении к карбалкоксильной группе находится
бензольное, пиридиновое или пиррольное кольцо, то восстановить
карбалкоксил в карбинольную группу обычно не удается. В таких
случаях карбалкоксильная группа восстанавливается до метиль-
ной. Примеры этого типа реакций даны на стр. 258.
В связи с этим может быть отмечено, что этиловый эфир
N-этилнипекотиновой кислоты в обычных условиях реакции обра-
зует 1-этил-З-метилпиперидин с выходом 99%.
н, н2
н,/\/н н, х\/н
-| -I К
p€O2C»Hs -сзн, —>- ! рсн3 4-С2Н5ОН + Н2О.
нф Jhj ' н,^ Jh,
N N
I
с21% С2Н5
Была также исследована гидрогенизация многочисленных
эфиров пирролкарбоновых кислот [18, 26]. Было найдено, что
в 2-карбэтоксипирроле одновременно с восстановлением карб-
этоксигруппы подвергается гидрогенизации пиррольное ядро и ал-
килируется азот гидрированного гетероциклического соединения.
Последняя реакция осуществляется спиртом, образующимся при
восстановлении карбэтоксильной группы. При этом получается
1 -этил-2-метилпирролидин с выходом 90 % от теоретического':
Подобным же образом 3-карбэтокси-1,5-диэтил-2,4-диметил-
лиррол дает 88% 1,5-диэтил-2,3,4-триметилпирролидина:
5Н,
н н
н3с
НА
4-С2НВОН + HSO.
С2н5
В случае малонового эфира и его производных [21] реакция
протекает аномально. Замещенные малоновые эфиры, несо-
264
Ч. Грундман
мненно, сначала превращаются в нормальные продукты (1,3-гли-
коли); но, как отмечено на стр. 257, эги гликоли в условиях, не-
обходимых для восстановления эфирной связи, быстро подвер-
гаются дальнейшему восстановлению в одноатомные спирты:
R\ ,СООС2Н5
R"/ ХСООС2Н5
R' СН2ОН
хг
R"/ ЧСН2ОН
R' СН3
с/
R"/ Ч\СН2ОН.
Малоновый эфир при этом образует пропиловый спирт и в каче-
стве побочного продукта — небольшое количество этилпропио-
ната. Из этилового эфира бензилмалоновой кислоты получается
2-бензилпропанол-1 с выходом 68%:
.COOR ,СН2ОН
СвН5-СН2-СН( + 5Н2 —> СвН5СН2—СН< + 2ROH -f- Н..О.
XCOOR -СН-
С замешенными малоновыми эфирами наблюдаются иногда и
другие побочные реакции: одна карбалкоксильная группа может
отщепляться с образованием соответствующего первичного
спирта:
R' .СООС2Н5 R\
с —> СН—СН;ОН.
R"/ \зоос2н6 R"/
Таким образом из этилового эфира диметилмалоновой кис-
лоты (R' = R" = СНз) образуется изобутиловый спирт с выхо-
дом 88 %.
Эфиры окси- и кетокислот могут быть восстановлены в соот-
ветствующие гликоли в том случае, если карбонильная и окси-
группы не находятся в ^-положении по отношению в карбалко-
ксильной; в случае ^-производных образуются неустойчивые
1,3-гликоли.
При гидрогенизации эфиров ₽-кетокислот идет и другая реак-
ция, которая аналогична хорошо известному кислотному расще-
плению этих соединений:
R' R'
СН3- СО—С—COOR НС-СН2ОН + СН3СН2ОН 4- ROH, (1>
I R" R"
[з.Ь
* R'
Г zR/ 1 н I
СН3— СНОН-СС---CHgOH I -A- CHs-CHj—С—СН,ОН н- Н„О. (2>
L \R" I
4-ROH R"
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 265'
Протекает ли реакция по уравнению (Г) или (2) и в какой
мере зависит главным образом от природы заместителей Rz
и R".
Накопленные до сих пор экспериментальные данные еще не-
достаточны и не позволяют вывести общее и достаточно хорошо
обоснованное правило.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ АМИДОВ В АМИНЫ
Гидрогенизация амидов в амины требует жестких условий.
Обычно эта реакция должна проводиться под давлением водо-
рода 200—300 атм при температуре 250—265° в присутствии по
крайней мере 15% хромита меди (по отношению к весу амида).
Согласно уравнению
R—CONH24- 2На —> RCH2NH2-f-H2O
образуется вода, которая при высокой температуре может омы-
лять амид:
R—CONHa —> R-COOH + NH3.
Образовавшаяся кислота снижает активность катализатора.
Эту побочную реакцию лучше всего избежать, применяя в каче-
стве растворителя диоксан (около 350—400 мл на 1 моль амида),,
благодаря чему реакция восстановления проводится с наиболь-
шей возможной скоростью. Хорошие выходы аминов получаются
только в том случае, если гидрогенизация 0,2—0,5 моля амида
заканчивается в течение часа.
Выходы аминов в большинстве случаев удовлетворительны,-
однако при гидрогенизации незамещенных амидов продукт реак-
ции представляет собой смесь первичных и вторичных аминов
с преобладанием вторичных аминов. Из дизамещенных амидов
образуются с отличными выходами третичные амины [27].
Амид лауриновой кислоты в описанных условиях дает смесь
приблизительно равных количеств н-додециламина и ди-н-доде-
циламина с общим выходом 97% от теоретического. Из амида
энантовой кислоты получается 39% н-гептиламина и ди-н-гептил-
амина.
Из амида тетрагидрофуранкарбоновой кислоты образуется
тетрагидрофурфуриламин с выходом 60% от теоретического и
дитетрагидрофурфуриламин с выходом 33%:
---->2 I I
____ I *СН2— NH24-2H2O
Jco.NH, +‘Н- __
° — (ч JcH,-NH-CHJ4 J + NH> + 2H<
О о
266
Ч. Грундман
N-циклогексиллаурамид дает циклогексил-н-додециламин
с выходом 62 % наряду с небольшими количествами ди-«-додецил-
амина, циклогексиламина и дициклогексиламина:
СпН.з-СО—NH<f
) + 2Н, —> CUH;3-CH„NH/
4- Н»О.
Ди-Ы-пентаметиленамнд себациновой кислоты дает 1,10-ди-
пиперидинодекан с выходом 94%:
\n— СО- (CH2)s—co-n/
-L 4Н, —>
N—(GH»)10—14
\ + 2Н2О.
Циклические амиды (лактамы) и имиды также могут быть
восстановлены этим методом; например, N-амилсукцинимид об-
разует N-амилпирролидин с выходом 88% от теоретического:
н„с----СН, Н,С---СН,
I | 4- 2Н2 —> 1 | + 2Н,О.
о=с с=о Н2С сн2
С5Ни С5Н(1
N-Амилимид-^-диметилглутаровой кислоты дает 67%
1-амил-4,4-диметилпиперидина в сопровождении 7% 4,4-диме-
тилпиперидина и 11% неизмененного имида:
наС сн:1
''v
“П I 2 +4Н, —>
О=С\ 2С=О
N
Н3С CI13
нас/ Vh2
N
I
С-,НП
Гидрогенизация г-капролактама ведет преимущественно
к гексаметиленимину; образуется также некоторое количество
гехсаметилендиамина [28]:
Н
н
N
Н,С
"i
н,с
7С=О
!
СН,
н.с—сн3
HsC7 'ch.
4- 2Н2 —> Н2С СН, -Н Н,О
! I
Н„С—СН,
267
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов
Оксиамины могут быть с успехом приготовлены из амидов
•окси- и кетокислот при условии, что окси- и кетогруппы находятся
не в ^-положении относительно группы CONH2; в последнем
случае гидроксильная группа замещается водородом [29].
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДРУГИХ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИИ
Несомненно, что хромит меди может быть использован как
катализатор также и для восстановления ароматических нитро-
соединений, но при этом он не имеет никаких преимуществ перед
никелевыми катализаторами. 75 г нитробензола в присутствии
3 г хромита меди были восстановлены в анилин с выходом 89%.
Реакция прошла за 42 мин. при температуре 175° и давлении
400—150 атм.
Подобным же образом лг-динитробензол был превращен
в лг-фенилендиамин с выходом 70% [3]. Те же самые реакции мо-
гут быть проведены над никелевыми катализаторами при 100°.
Для восстановления других азотсодержащих соединений, на-
пример нитрилов, оксимов и аминов, в соответствующие амины
хромит меди также не представляет преимуществ. Эти реакции
лучше проводить над никелем или над благородными металлами.
ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ
Рассмотрение вопроса об избирательной гидрогенизации
в этом разделе ограничивается теми процессами, которые могут
быть проведены с помощью одного только медно-хромового ката-
лизатора при соответствующем подборе температуры, давления,
времени реакции, концентрации и растворителя.
Контроль времени реакции часто позволяет провести гидроге-
низацию избирательно. Например, этиловый эфир фенилуксусной
кислоты восстанавливается при 250° в ^-фенилэтанол:
С6НВ—СН:—СООС2Н5 -L 2Н2 C6Hf—СН2—СН2ОН + С„Н5ОН,
но при той же температуре ^-фенилэтанол способен превра-
щаться в этилбензол:
с(;Нг,- сн2-сн,он -; н, — -> с6н5сн2—сн3-: н,о.
Вследствие этого оптимальный выход ^-фенилэтанола полу-
чается в том случае, если реакция прерывается, прежде чем
гидрогенизация эфира в спирт прошла полностью [22].
Подобно этому, гидрогенизация этилового эфира янтарной
кислоты должна быть прекращена в подходящий момент, если
желают получить хороший выход тетраметиленгликоля.
268
Ч. Грундман
Гликоль образуется в первую стадию реакции:
С2Н6О2С—СН2—СН2—СО2С2Н5 + 4Н2
—> НОСН2—СН2—СН2—СН2ОН4-2С2Н5ОН
и способен в тех же условиях превращаться, хотя и более ме-
дленно, в бутанол-1 [24]:
HOCHj—СН2—СН2—-СН2ОН + Н» —> СН3-СН2—СН2—СН2ОН 4- н2о.
Температура часто оказывает решающее влияние на напра-
вление реакции. Хорошим примером этого является гидрогениза-
ция фурфурола. При 150—-160° из фурфурола образуется с коли-
чественным выходом фурфуриловый спирт. Если гидрогенизация
фурфурола или фурфурилового спирта проводится при темпера-
туре, превышающей 175°, происходит разрыв кольца с образова-
нием 1,2- и 1,5-пентандиолов:
'5(1—160° . J
J-СНО н’ J—СН2ОН
о о
I „ I >1750
------^ЗТГ-------> сн2—сн, сн2-сн,
! I +11“
СН2ОН СН2-СН2ОН СН3 СНОН—СН2ОН
Можно также отметить, что другие возможные варианты
восстановления фурфурола, например гидрогенизация его в те-
трагидрофуриловый спирт, требуют применения никелевых ката-
лизаторов, в то время как для превращения фурфурола непо-
средственно в тетрагидрофурфурол катализатор еще не найден:
Н2:---:Н2
I уСНО
Н»1 1^
Избирательность гидрогенизации различных ароматических
ядер также зависит от температуры. Фенантрен при 130° восста-
навливается в 9,10-дигидрофенантрен, а при 200° — в 1,2,3,4,
5, 6, 7,8-октагидрофенантрен [16].
Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых катализаторов 269
Акридин при 150° дает 9,10-дигидроакрид ин с выходом 90%,
а при 190° образуется аспл-ш.-октагидроакридин [30] с выхо-
Н
Адкинс показал, что карбалкоксильную группу в эфирах не-
насыщенных кислот, например олеиновой, можно восстановить,
не затрагивая двойной связи [31]. В этом случае, однако, необхо-
димо заменить хромит меди хромитом цинка *, который менее
активен в отношении восстановления двойных связей. Хромит
цинка, с другой стороны, требует применения более высокой тем-
пературы (290—300°).
При гидрогенизации в течение 11 час. 60 г бутилолеата в при-
сутствии 50 г хромита цинка был получен олеиновый спирт с вы-
ходом 65 %:
СН3-(СН2);—СН=СН—(СН2)7—СО2С4Н9+ 2Н2
—> СНа-(СН2)-(—СН=СН—(СНг)7—СН2ОН + С4О»ОН.
Подобным образом 50 г бутилового эфира эруковой кислоты
было восстановлено в присутствии 26 г хромита цинка в течение
6'/2 час.; выход 13-докозенола-1 68%.
Две последние реакции не могут быть проведены в присут-
ствии хромита меди; следовательно, строго говоря, они выходят
за рамки настоящего обзора. Они приведены здесь в качестве
иллюстрации того, что главная проблема избирательной гидроге-
низации заключается в необходимости подбора специфичных
катализаторов. Специфичность их действия настолько велика,
что с их помощью часто не удается провести каталитического
превращения другого, даже весьма сходного по строению ве-
щества.
Основная цель химика-органика в области каталитической
гидрогенизации будет достигнута лишь в результате подбора ка-
тализаторов, специфичных для восстановления каждой из много-
численных функциональных групп.
* Приготовление катализатора производится так же, как описано выше для
хромита меди.
270
Ч. Грундман
ЛИТЕРА ТУРА
1. Adkins, Reactions of Hydrogen with Organic Compounds over Copper-
Chromium Oxide and Nickel Catalysts, University of Wisconsin Press,
Madison, 1937.
2. Герм. пат. 573604 (1925); 629244 (1928); 607792 (1928).
3. Schrauth, Schenck, Stickdom, Ber., 64, 1314 (1931); Normann, Angew.
Chem., 44, 714 (1931); Schmidt, Ber., 64, 2051 (1931).
4. Adkins, Connor, J. Am. Chem. Soc., 53, 1091 (1931).
5. Connor, Folkers, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 53, 2012 (1931).
6. Folkers, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 54, 1145 (1932).
7. Am. пат. 2089433, C. A., 31, 7066 (1937); 2129507, C. A., 32, 8716 (1938).
8. Connor, Folkers, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 54, 1138 (1932).
9. См. также «Синтезы органических препаратов», сб. 2, Издатинлит, М., 1949,
стр. 303, примечание 11.
10. «Синтезы органических препаратов», сб. 2, Издатинлит, М., 1949, стр. 301;
см. также ам. пат. 1746782; 1146783; 19640007.
11. Adkins, Folkers, J. Am. Chem. Soc., 53, 1095 (1931).
12. Burdick, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 56, 438 (1934).
13. Франц, пат. 867914, Zbl., 1941, I, 2320.
14. Connor, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 54, 4678 (1932); Signaigo, Adkins,
там же, 58, 709 (1936).
15. Burger, Mosettig, J. Am. Chem. Soc., 57, 2731 (1935); 58, 1857 (1936).
16. Durland, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 59, 135 (1937); 60, 1501 (1938).
17. Adkins, Reid, J. Am. Chem. Soc., 63, 741 (1941).
18. Signaigo, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 58, 709 (1936); Rainey, Adkins,
там же, 61, 1104 (1939).
19. Harris, D’lanni, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 60, 1467 (1938); см. также
ам. пат. 2146655.
20. Adkins, Frank, Bloom, J. Am. Chem. Soc., 63, 549 (1941).
21. Connor, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 54, 4678 (1932).
22. Adkins, Wojcik, Covert, J. Am. Chem. Soc., 55, 1669 (1933).
23. Bowden, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 56, 689 (1934).
24. Wojcik, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 55, 4939 (1933).
25. «Синтезы органических препаратов», сб. 2, Издатинлит, М., 1949, стр. 149.
26. Signaigo, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 58, 1122 (1936).
27. Wojcik, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 56, 2419 (1936).
28. Франц, пат. 860398 (1940).
29. D’lanni, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 61, 1675 (1939).
30. Adkins, 'Caonradt, J. Am. Chem. Soc., 63, 1563 (1941).
31. Sauer, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 59, 1 (1937); см. также S. Komori,
C. A., 35, 1758 (1941).
СТАТЬЯ 8
ПРИМЕНЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ И
ВОССТАНОВЛЕНИЯ В ПРЕПАРАТИВНЫХ ЦЕЛЯХ
Ф. Фишер
ВВЕДЕНИЕ
Открытие энзиматической природы брожения и гниения по-
зволило использовать особенности обмена веществ определенных
организмов для проведения химических реакций. В широком
масштабе такое использование микроорганизмов имеет место
в бродильной промышленности, производящей с помощью дрож-
жей, плесневых грибков и бактерий спирты [1, 2]*, уксусную,
молочную и лимонную кислоты и другие вещества [3, 4] **.
Упомянутые соединения в условиях брожения являются глав-
ными конечными продуктами обмена веществ соответствующих
микроорганизмов. Изменяя условия процесса, удается выделить
и другие вещества, являющиеся в нормальных условиях лишь
промежуточными продуктами обмена. В качестве примера можно
указать на получение глицерина при дрожжевом брожении гек-
соз в присутствии сульфитов.
В то же время область действия ферментов не ограничивается
соединениями, участвующими в нормальном обмене веществ
организмов. Воздействию ферментов могут подвергаться также и
другие вещества, так как ферментативное действие, требуя нали-
чия определенных структурных элементов в субстрате, может
охватить разнообразные классы веществ.
, Так, например, синее индиго может быть восстановлено дей-
ствием ферментов, что позволяет осуществить кубовое крашение.
* В последнее время особенно интенсивно изучался ферментативный про-
цесс приготовления 2,3-бутандиола, служащего сырьем для получения бута-
диена. В качестве субстрата применялись различные углеводы и испытывалось
действие различных бактерий, причем выход бутандиола удалось повысить
до 80%. Было показано, что с помощью определенных бактерий можно полу-
чить те или другие стереоизомеры бутандиола.
** Недавно был исследован способ производства итаконовой кислоты
СН2=С(СООН)СН2СООН путем брожения. Поскольку эта кислота, как из-
вестно, может найти применение при производстве пластических масс, пред-
ставлялось желательным разработать более дешевый путь для ее получения,
чем пиролиз лимонной кислоты. Были найдены оптимальные условия для по-
лучения итаконовой кислоты из глюкозы с помощью Aspergillus terreus в ла:
бораторном и полупроизводственном масштабе.
272
Ф. Фишер
Многие фармацевтические препараты под действием ферментов
подвергаются изменениям в организме животного или человека.
Достижения в области ферментативных превращений, достиг-
нутые за последнее столетие, указывают на возможность осуще-
ствления желаемых реакций с веществами, не участвующими
в обмене веществ определенных организмов или участвующими
в нем лишь в ограниченном количестве.
ОБЗОР ТИПОВ РЕАКЦИЙ
Число биохимических окислительно-восстановительных реак-
ций, имеющих препаративное значение, невелико. Оно далеко не
соответствует ни выдающейся роли этих превращений при рас-
щеплениях и синтезах, сопровождающих обмен веществ, ни числу
происходящих при этом реакций.
Реакции восстановления альдегидов и кетонов до соответ-
ствующих спиртов или же реакции дегидрирования первичных и
вторичных спиртов до карбонильных соединений лучше всего
изучены и наиболее доступны в препаративном отношении:
R—С=о
I
R
+ 2Н+ (+2е),
' —2Н+ (—2?)
н
R—С—ОН.
I
R
Сюда относятся также реакции восстановления хинонов и хи-
ноидных веществ и реакции окисления гидрохинонов.
Гидрирование соединений с этиленовыми связями производи-
лось лишь с определенными группами непредельных веществ:
Н н
R—С=С—R ^2н+(+2^ R__(^_c_R
II I !
R R R R
Обратная реакция — образование непредельного соединения из
насыщенного— с достоверностью наблюдалась лишь на примере
превращения янтарной кислоты в фумаровую.
Окисление альдегидов до кислот имеет особое значение
в ряду сахаров:
Н
I
R—С=0
ОН
4-НЮ
—2Н+ (—2е)
> R—С=О.
В организме животного имеет место окисление метильных
групп алифатических, алициклических и ароматических соедине-
ний до карбоксильных:
R—СН3 —> R—СООН.
Применение биохимического окисления и восстановления 273
Известен ряд других типов биологических окислительных и
восстановительных реакций, например обратимое энзиматическое
дегидрирование d-аминокислот и /(-}-)-глутаминовой кислоты до
соответствующих иминокислот, подвергающихся затем гидролизу
с образованием кетокислот [5]. Окисление в животных организ-
мах производных бензола [6] и пиридина [7] до соответствующих
гидроксильных соединений [8] *, восстановление нитро- и нитрозо-
соединений и производных гидроксиламина до аминов [9]
и наконец, гидрирование тиоальдегидов [10] и дисульфи-
дов [11] до меркаптанов также осуществляются с помощью
дрожжей.
Однако все эти и подобные им превращения приобрели препа-
ративное значение лишь в отдельных случаях.
Все перечисленные типы окислительных и восстановительных
реакций могут быть осуществлены и другими (небиохимиче-
скими) путями. Однако в некоторых случаях -следует отдать
предпочтение именно применению микроорганизмов или препара-
тов ферментов, учитывая избирательность производимого ими
действия. Это относится, в частности, к тому случаю, когда в мо-
лекуле субстрата содержатся реакционноспособные группы, ко-
торые требуется сохранить неизмененными, или когда реакцию
необходимо направить избирательно в стереохимическом отно-
шении.
Так, например, с препаративной точки зрения было бы бес-
смысленно проводить восстановление простых альдегидов с по-
мощью дрожжей, однако подобное восстановление несимметрич-
ных кетонов до оптически деятельных вторичных спиртов может
иметь препаративное значение. В случае непредельных альдеги-
дов и кетонов с несколькими сопряженными двойными связями
биохимическое гидрирование является единственным известным
способом насыщения а,^-положения с сохранением других двой-
ных связей. Для проведения некоторых упомянутых ниже реак-
ций биохимический метод не представляет каких-либо преиму-
ществ перед другими методами, однако подобные реакции все же
включены в настоящую статью, так как возможно, что их приме-
нение в других случаях будет иметь препаративное значение.
В данной статье основное внимание обращено на изложение
общих закономерностей этих реакций, а не на описание отдель-
ных интересных превращений.
По вопросам методики распознавания микроорганизмов и
обращения с ними, а также получения препаратов ферментов чи-
татель отсылается к специальным руководствам по бактериоло-
гии, микробиологии и ферментативной технике [12].
* Было изучено также ферментативное окисление фенолов и алкилкате-
хинов.
18 Зак. 1739.
274
Ф. Фишер
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ
КАРБОНИЛЬНЫХ И ГИДРОКСИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ОБЩИЕ ВОПРОСЕ!
Биохимическое восстановление карбонильной группы в про-
стых алифатических и ароматических альдегидах и кетонах про-
изводится главным образом с помощью дрожжей (фитохимиче-
ское восстановление). Однако показано, что подобное восстано-
вление осуществляется также бактериями, высшими растениями
и в организмах животных. Обратная реакция — дегидрирование
спиртов — лучше всего идет при действии бактерий: в случае
этилового спирта, глицерина и сорбита — бактерий уксуснокис-
лого брожения, в случае стероидов — с помощью corynebacle-
rium, выделенной из суспензии дрожжей.
Энзимохимическая сторона обратимых превращений карбо-
нильных и гидроксильных соединений в значительной степени уже
выяснена; особенно это относится к окислительно-восстанови-
тельным реакциям, имеющим место при расщеплении угле-
водов [13] *. Однако механизм дегидрирования высших спиртов,
например спиртов стероидного ряда, в настоящее время подробно
еще не исследован.
Для большинства окислительно-восстановительных ферментов
или дегидраз переносчиком водорода служит коэнзим I или ди-
фосфопиридиновый нуклеотид (козимаза).
Это справедливо, например, для превращений этилового
спирта в уксусный альдегид, се-глицерофосфата — в фосфоглице-
риновый альдегид, молочной кислоты — в пировиноградную,
яблочной — в щавелевоуксусную и ^-оксимасляной — в ацето-
уксусную кислоту [14].
Для некоторых дегидраз вместо коэнзима I переносчиком
водорода служит коэнзим II (трифосфопиридиновый нуклеотид).
Действие дегидраз, как правило, обратимо, и под влиянием про-
теина соответствующей дегидразы может протекать гидрирова-
ние карбонильных соединений Б. Превращения этого рода как
имеющие место при обмене веществ в живой клетке, так и про-
водимые с препаративной целью (энзимохимическое гидрирова-
ние) в большинстве случаев представляют собой окислительно-
восстановительную реакцию соединения Б с дигидрокодегидра-
зой согласно уравнению (2). Восстановление кодегидразы
в дигидроформу происходит за счет донора водорода АН2
при действии специфичной для этого соединения дегидразы
* Уотерс указывает на аналогию между дегидрирующим действием сво-
бодных радикалов на алифатические молекулы и биохимическими реакциями
каталитического окисления под влиянием дегидразы.
Применение биохимического окисления и восстановления 275
согласно уравнению (1):
протеин А
АН2 + кодегидраза <-.—.— A -j- дигидрокодегидраза, (1)
протеин В
Б + дигидрокодегидраза <л~~— БН2 кодегидраза. (2)
Донорами водорода АН а могут быть различные вещества, спо-
собные при действии специфической дегидразы восстановить ко-
дегидразу либо непосредственно по уравнению (1), либо непря-
мым путем — через другие ферментные системы. К донорам пер-
вого типа относятся, например, глюкозомонофосфат, молочная
кислота и этиловый спирт. Направление, в котором протекают
приведенные выше реакции, зависит от специфических свойств
компонентов системы и от соотношения их концентраций. В слу-
чае дегидрирования триозофосфата (согласно Негелайну и Брэ-
мелю [15], 1,3-дифосфоглицеринового альдегида) преобладает
реакция (1)—отнятие водорода кодегидразой. При участии
кодегидразы протекают и реакции дегидрирования гидроксиль-
ных соединений БН2 в карбонильные Б [уравнение (2) справа
налево]. В тех случаях, когда отнимаемый дегидразами водород
в конечном счете взаимодействует с атмосферным кислоро-
дом, перенос водорода, согласно современным представлениям
об энзиматическом окислении дигидрокодегидразы [16], про-
исходит при участии изоаллоксазиновой группы «желтых фер-
ментов», а у аэробных организмов — также и цитохромной си-
стемы.
Важную роль в этих процессах играют циклы превращений
дикарбоновых кислот с четырьмя атомами углерода, а также пре-
вращения лимонной кислоты [17].
В случае некоторых дегидраз представляется вероятным, что
они не содержат диссоциирующей простетической группы и по
крайней мере для дегидрирования не нуждаются ни в одной из
двух известных кодегидраз [18]. Так, например, в животном
организме, семенах растений и дрожжах, кроме козимазы содер-
жится еще глицерофосфатная дегидраза. Превращение молоч-
ной кислоты в пировиноградную с помощью ферментных препа-
ратов из дрожжей, в отличие от аналогичного превращения под
действием дегидраз бактерий или животных тканей, повидимому,
не требует участия козимазы.
За исключением этих немногочисленных случаев, в которых
природа активной группировки окислительно-восстановительного
фермента еще не выяснена, превращение гидроксильных соедине-
ний в карбонильные представляет собой окислительно-восстано-
вительную реакцию, связанную с переходом пиридинового кольца
18*
~7|~‘__________Ф. Фишер
козимазы в дигпдропиридиновое:
>i-OH + fj-CONH, \с=0 + >усо«н!
/ z \ /
NT N
R R
Равновесие при этих окислительно-восстановительных реак-
циях в значительной мере сдвинуто в сторону образования вос-
становленной (гидроксильной) формы субстрата за счет водорода
дигидрокозимазы [19]. При использовании подобных реакций
с препаративной целью необходимо учитывать зависимость по-
ложения равновесия от концентрации ионов водорода. С воз-
растанием щелочности возрастает скорость дегидрирования ги-
дроксильного соединения и убывает скорость гидрирования
карбонильного. Поэтому равновесие с повышением щелочности
сдвигается вправо. Можно, следовательно, ожидать, что препа-
ративное энзиматическое дегидрирование спиртов будет осу-
ществлено с наилучшими результатами в слабощелочной среде,
если не будут преобладать какие-либо иные факторы. Согласно
современным данным, для восстановления хиноидных соединений
ферментами дрожжей и животных тканей, кроме комплекса де-
гидраза-кодегидраза, требуется присутствие флавинпротеида.
Таким образом, при превращении хинонов, а также веществ
с хиноидной группировкой, например метиленовой голубой, в ве-
щества с бензоидной структурой в переносе водорода субстрата
участвует не только гидрированная кодегидраза, но и изоалло-
ксазиновое ядро. Исходя из этого, становится понятным, почему
большинство видов клеток способны восстанавливать лишь та-
кие хиноны [20], нормальные потенциалы которых немного ниже
потенциалов флавиновой группы (примерно 0,22—0,27 в). Однако
при обмене веществ различных бактерий может быть достигнут
восстановительный потенциал водородного электрода, и в резуль-
тате обратимой реакции может образоваться молекулярный водо-
род [21].
Для препаративных целей энзимохимическое восстановление
хиноидных структур, историческим примером которого является
энзимохимическое восстановление индиго, едва ли представляет
какие-либо преимущества.
ЭНЗИМОХИМИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ
И КЕТОНОВ
Обзор методов восстановления карбонильных соединений
с помощью бродящих дрожжей опубликован Нейбергом [22—24].
Фитохимическому восстановлению были подвергнуты как алифа-
Применение биохимического окисления и восстановления 277
тические, так и циклические альдегиды и кетоны. Метод весьма
прост: к карбонильному соединению в растворе или тонкой
взвеси прибавляют сильно бродящие дрожжи; брожение поддер-
живается несколько дней (до одного месяца) прибавлением са-
хара и, в случае необходимости, дополнительных порций дрож-
жей. Альдегиды восстанавливаются значительно быстрее кето-
нов. В случае восстановления нестойких альдегидов реакцию
проводят с их сульфитными или аммиачными соединениями.
Точное описание метода приводится в обзоре Нейберга и
Горра [25]. Следует указать на то, что по сравнению с литера-
турными данными время брожения может быть значительно
сокращено, если вести процесс при энергичном перемешивании.
Систематическое исследование зависимости скорости восстано-
вления карбонильных соединений от кислотности бродильного
материала еще не производилось.
В качестве примера применения этого метода для восстано-
вления чувствительных соединений можно указать на восстано-
вление тетраацетилглюкокониферилового альдегида до соответ-
ствующего спирта [26]:
сн=снсно +2[Н] /V- СН=СНСН2ОН.
ROJ- " RO \/
\ I
осн3 осн3
Сюда же относится [27] восстановление фурила (3) в фуроин (4)
и превращение фуроина в дигидрофуроин (5);
нс—СН НС—СН НС—СН НС—сн
II I II II —II II II II
НС С—С—C-C сн нс с-сн—с-с сн
\ / II I! \ Zz \ / I II \ /
о о о о о он о о
(3) (4)
нс—сн нс—сн
II II II II
нс с—сн—с—с сн
\ / I I \ /
о он он о
(5)
Другие примеры из области стероидных гормонов будут опи-
саны ниже в отдельном разделе.
За последние годы в ряду стероидов было исследовано также
восстановление кетонов с помощью бактерий, открытое уже ра-
нее на примере простых карбонильных соединений [28].
Восстановление кетонов может иметь место также и в живот-
ном организме [29]; однако эти случаи не приобрели препаратив-
ного значения.
278
Ф. Фишер
Препаративное значение энзимохимического восстановления
значительно снизилось после открытия изящного способа восста-
новления по Меервейну—Понндорфу [30]. С помощью этого ме-
тода (изопропиловым спиртом в присутствии алкоголятов алюми-
ния) можно восстанавливать до спиртов многие ненасыщенные или
неустойчивые кетоны, восстановление которых ранее могло быть
осуществлено лишь энзимохимическим путем. Метод брожения,
однако, сохранил свое значение в тех случаях, когда хотят полу-
чить определенные стереоизомеры.
ДЕГИДРИРОВАНИЕ СПИРТОВ
Как уже отмечалось, способностью дегидрировать одноатом-
ные и двухатомные спирты обладают наряду с различными бак-
териями также грибы, высшие растения и животные организмы.
Для дегидрирования некоторых одноатомных спиртов, близких
к этиловому, и многоатомных спиртов, родственных моносахари-
дам, препаративное значение приобрели главным образом бакте-
рии группы Acetobacter [31].
Одноатомные спирты
В препаративном отношении биохимическое дегидрирование
простых первичных спиртов до альдегидов едва ли представляет
интерес. Основное затруднение, возникающее при подобном де-
гидрировании, состоит в том, что его трудно остановить на ста-
дии альдегидов и оно большей частью идет дальше, до образова-
ния кислоты, как это, например, имеет место при уксуснокислом
брожении. Выход альдегида, однако, может быть улучшен, если
его удалять из сферы реакции с помощью сульфита натрия или
кальция [32].
Окислению по Оппенауэру следует отдать предпочтение
перед энзиматическим методом также и в случае ненасы-
щенных или других чувствительных к окисляющим агентам спир-
тов. Упомянутый метод был, например, с успехом применен для
дегидрирования витамина А, который был превращен в соответ-
ствующий альдегид с помощью диэтилкетона в присутствии тре-
тичного бутилата алюминия [33].
В то же время бактериальное дегидрирование приобрело из-
вестное значение для окисления вторичных гидроксильных групп,
особенно у многоатомных спиртов, родственных моносахаридам.
Этот метод также неоднократно использовался для окисления
стероидных гидроксильных соединений, которое описано ниже
в отдельном разделе.
Применение биохимического окисления и восстановления
279
Многоатомные спирты
В 1896 г. Бертранд открыл, что его сорбозо-бактерии {Aceto-
bacter xyltnum) обладают способностью превращать полиспирты
в соответствующие кетозы. Аналогичное действие было устано-
влено и для некоторых других видов Acetobacter. Особенно ха-
рактерным при этом является то, что окисляются одни лишь
вторичные гидроксильные группы, которые, согласно Бертранду,
должны находиться в гщс-положении к соседней гидроксильной
группе:
Н.С—ОН Н,СОН
| —
нс-он с=о
I I
НС-Oil неон
I I
R R
Поэтому ксилит и дульцит не подвержены действию бакте-
рий, в то время как эритрит окисляется до эритрулозы [34, 35],
Z-арабит — до /-ксилокетозы, адонит — до /-адонозы [36], сор-
бит — до /-сорбозы [37], маннит — до с/-фруктозы [34, 38], ино-
зит — до дикетоинозита [39], персеит — до персеулозы [40],
л-глюкогептит — до /-глюкогептулозы [41] и мезо-2,3-бутандиол —
до ацетилметилкарбинола [42].
Для бактериального окисления вторичного гидроксила, пови-
димому, достаточно также соседства с карбоксильной группой,
так как глюконовая кислота дегидрируется не только до d-5-кето-
глюконовой, но и до 2-кетоглюконовой кислоты [43].
При бактериальном дегидрировании существенную роль
играют активность бактериального материала (молодые куль-
туры, предварительно выращенные на нейтральной питательной
среде) и достаточная аэрация. Перемешивание бродящей массы
значительно сокращает время окисления.
При проведении ферментативных процессов [44] в производ-
ственном или полупроизводственном масштабе следует принять
во внимание также влияние условий жизни и развития микро-
организмов на их активность. Обычно рост бактерий и дрожжей
происходит при погружении в сбраживаемую массу, однако
большинство видов плесени и некоторые аэробные бактерии,
в частности род Acetobacter, развиваются на поверхности в виде
зооглейного матраца *, или мицелиального войлока. В экономи-
ческом отношении последние из перечисленных микроорганизмов
менее выгодны; они требуют более продолжительного времени
сбраживания, так как не допускают перемешивания, и занимают
* Зооглейный матрац — слизистая масса бактерий, выращенная в спе-
циальных плоских сосудах. (Прим, ред.)
280
Ф. Фишер
большую площадь, обладая сравнительно небольшой производи-
тельностью.
Мей, Геррик, Майер и Уэллс [45] исследовали возможность
использования аэробных процессов в производственном масштабе
и нашли, что успешное сбраживание в этих случаях достигается
посредством некоторого видоизменения аппаратуры и процесса.
При этом бродящую массу помещают в склянки для промывания
газов, снабженные двойным дном из пористого стекла. Склянки
помещают в автоклав при определенной температуре и повы-
шенном давлении. Проходящие сквозь жидкость небольшие пу-
зырьки воздуха аэрируют и перемешивают реакционную смесь.
Авторы показали, что выход продуктов брожения возрастает при
увеличении давления.
При наиболее рациональном промышленном способе полу-
чения сорбозы (исходного сырья для производства /-аскорбино-
вой кислоты), а также для производства d-молочной кислоты из
глюкозы, 5-кетоглюконовой кислоты из глюконовой и дегидр-
ацетона из глицерина путем окислительного брожения [44] при-
меняют алюминиевый бродильный чан, быстро вращающийся во-
круг горизонтальной оси; внутри чана бродящая масса непре-
рывно разбрызгивается с помощью лопастной мешалки и таким
образом в достаточной степени снабжается воздухом, который
подается под избыточным давлением 2—3 атм. Этим способом
удается окислить 15—20-процентные растворы сорбита в течение
30 час. с выходом, превышающим 90% [46, 47].
При некоторых ферментативных процессах весьма благо-
приятное действие оказывает повышенное давление. Реакции
с помощью культур, развивающихся на поверхности питательной
среды, продолжаются в обычных условиях 10—20 дней; при по-
вышенном давлении они могут быть проведены с лучшим выхо-
дом за 18—35 час.
Окисление сорбита до сорбозы I [47]. Техниче-
ский сорбитный сироп, содержащий 75,7% сорбита, 2,3% глю-
козы, 0,6% сернокислого натрия и 21,4% воды, разбавляют де-
стиллированной водой так, чтобы концентрация сорбита состав-
ляла 10%. В бродильный чан загружают 3,2 л питательной
среды, в которую прибавляют 5 г дрожжевого экстракта Дифко
на 1 л раствора и 200 мл суспензии Acetobacter suboxydans
(Уэллс и сотрудники [47] описывают подробности получения
высокоактивного бактериального материала). При 30° и энер-
гичном перемешивании через аппарат в течение 16—30 час. про-
пускают стерильный воздух. Время от времени определяют окис-
лительную способность смеси по методу Шеффера и Хартмана
[48] с помощью восстановления соединений меди. По окончании
окисления жидкости дают отстояться, а затем упаривают в ва-
Применение биохимического окисления и восстановления 281
кууме при 40—45°. Из полученного сиропа сорбоза кристалли-
зуется почти в чистом виде с выходом 80%.
Как показали другие исследования [49], при больших загруз-
ках наиболее удовлетворительные результаты получаются при
концентрации сорбита 20% (в этих условиях выход превышает
90%). В некоторых случаях окисление при условии сильной
аэрации и энергичного перемешивания проходит почти с коли-
чественным выходом уже за 16 час.
Фольмер и сотрудники [50] исследовали получение сорбозы
в лабораторном масштабе и показали в соответствии с ранее
имевшимися данными, что окисление сорбита способны осу-
ществить различные виды Acetobacter, например A. acetl, A. su-
boxydans, A. gluconlcum, A. xyltnum и др. Наиболее удовлетво-
рительные результаты были получены с A. suboxydans. В этом
случае скорость сбраживания и конечный выход сорбозы оказа-
лись более высокими, чем при применении A. xyltnum и некото-
рых других бактерий, являющихся более сильными окисли-
телями, вследствие чего процесс окисления не останавливается
на сорбозе [51]. В то время как в старых работах рекомендова-
лись концентрации сорбита 3—6%, авторы нашли, что конечный
выход сорбозы составляет 80%, вне зависимости от концентра-
ции сорбита, если последняя не превышает 35%. При этом,
однако, скорость достижения 80-процентного выхода умень-
шается с увеличением концентрации сорбита. При концентрациях
сорбита, превышающих 40%, активность микроорганизмов ста-
новится ничтожно малой. Из 100 мл 35-процентного раствора
сорбита после сбраживания в течение 7—12 дней было получено
28 г сорбозы (степень чистоты 95%) *.
Окисление сорбита до сорбозы II [50]. 100 мл
реакционной смеси, содержащей 15,4 г сорбита и 0,5 г дрожже-
вого экстракта, помещают в коническую колбу емкостью 300 мл
и сбраживают с помощью A. suboxydans при 25—30°. Перемеши-
вания следует избегать, так как оно, повидимому, уменьшает
выход. Через 7 12 дней смесь фильтруют и фильтрат упари-
вают в вакууме до небольшого объема. Кристаллизация насту-
пает при стоянии. Первая фракция содержит 95% сорбозы и мо-
жет быть перекристаллизована из небольшого количества
воды [52].
Превращение глицерина.в диоксиацетон с помощью Л. xyltnum
было1 впервые описано Бертрандом [53] и затем исследовано Фи-
шером и Мильдбрандом [54] и Бернгауером и Шёном [55]. Это
* Безекен и Леферс [52] провели подобное же окисление 3-процентного
раствора сорбита с помощью A. suboxydans в лабораторном масштабе в спе-
циальном приборе.
же превращение было осуществлено с помощью A. dioxyacetoni-
сит [56] и A. suboxydans [57—59]. Оптимальные условия для
получения диоксиацетона с помощью A. suboxydans были разра-
ботаны Андеркофлером и Фальмером [60].
Окисление глицерина до диске и ацетона [60].
Процесс окислительного брожения проводится в условиях, опи-
санных в предыдущем опыте. Раствор содержит 6% глицерина
и 0,5% дрожжевого экстракта Дифко. При аэрации максимум
восстановительной способности достигается через 2—3 дня, в то
время как без аэрации требуется в среднем около 7 дней. Рас-
твор встряхивают с животным углем, углекислым кальцием и
кизельгуром (по 10 г на 1 л), фильтруют, упаривают в вакууме
до '/т первоначального объема и при перемешивании прибавляют
3- или 4-кратный объем абсолютного спирта.
После отделения осадка раствор упаривают в вакууме и
к сиропообразному остатку прибавляют при энергичном переме-
шивании 1б-кратный объем ацетона. Раствор оставляют стоять
на ночь, прибавляют животный уголь, фильтруют и упаривают
в вакууме до возможно полного удаления растворителя.
Оставшийся густой сироп кристаллизуют, удаляя остатки
растворителя в вакуумэксикаторе. Кристаллизацию можно зна-
чительно ускорить внесением затравки. Кристаллическую ка-
шицу растирают с холодным ацетоном, отсасывают, фильтруют
и на холоду промывают метиловым спиртом.
После соответствующей обработки маточного раствора выход
диоксиацетона составляет около 75% от теоретического.
В случае необходимости дальнейшая очистка проводится
перекристаллизацией из ацетона [61].
ОКИСЛЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ ДО КИСЛОТ
Окисление альдегидной группы является одной из реакций,
имеющих место при распаде основных питательных веществ
в организме. Подобного рода окисление наблюдалось в много-
численных организмах и проведено со многими альдегидами.
В качестве катализаторов нашли применение также препараты
энзимов различного происхождения (из бактерий, грибов, выс-
ших растений и органов животных). Многочисленные исследова-
ния посвящены так называемому ферменту Шардингера (из све-
жего молока), действующему окисляющим образом на альде-
гиды. Не вдаваясь в обсуждение энзимохФиических вопросов,
укажем здесь все же на то, что простетическая группанекото-
рых из этих дегидраз известна. Дегидразы из дрожжей и жи-
вотных тканей, превращающие триозофосфат в фосфоглицерино-
вую кислоту, нуждаются в кодегидразе I; глюкозодегидраза из
Применение биохимического окисления и восстановления 283
печени действует как в присутствии дегидразы I, так и кодеги-
дразы II; гексозомонофосфат дегидраза из дрожжей или крас-
ных кровяных телец содержит в качестве диссоциирующей группы
ко дегидразу II [62].
В последнее время для двух дегидраз, окисляющих альде-
гиды, удалось доказать, что они принадлежат к числу так назы-
ваемых «желтых ферментов», т. е. ферментов, содержащих про-
изводные рибофлавина в качестве простетической группы и не
нуждающихся в водороде кодегидразы. Очищенные препараты
так называемой глюкозодегидразы из плесневых грибков
Aspergillus niger и Penicilltum glaucum содержат флавиновую
простетическую группу, концентрация которой возрастает
с активностью препарата [63]. Альдегиддегидраза из печени
была охарактеризована как флавопротеид, содержащий в качестве
простетической группы динуклеотид, состоящий из рибофлавин-
фосфорной и адениловой кислот [64].
Согласно этим данным, альдегиддегидразы могут, следова-
тельно, катализировать окислительно-восстановительную реакцию
между альдегидом (в форме гидрата) и флавиновой группой
в соответствии с одной из следующих схем:
1) без содействия легко диссоциирующей кодегидразы:
Н
R—С—ОН ф- флавин > RCOOH ф- дигидрофлавин;
\)Н
2) осуществляя передачу водорода кодегидразе с последую-
щим гидрированием флавиновой группы:
Н
R—С—ОН 4 кодегидраза —> RCOOH ф дигидрокодегидраза,
ХОН
дигидрокодегидраза ф- флавин —> кодегидраза ф- дигидрофлавин.
Для препаративных целей пригодны в первую очередь бак-
терии уксуснокислого брожения [65]. Наиболее подробно было
исследовано превращение альдоз в альдоновые кислоты:
Н—С=О СООН
(НСОН)„ ---> (НСОН)„
Н2С—ОН Н,С-ОН
Так, например, глюкоза с помощью A. suboxydans или А. ху-
linum с выходом 70—80% была превращена в глюконовую кис-
лоту [65]. Под действием A. gluconicum галактоза превращается
в rf-галактоновую, а манноза — в rf-манноновую кислоту. С
284 Ф. Фишер
помощью бактерий были окислены также и пентозы: /-арабиноза
и /-ксилоза до /-арабоновой и /-ксилоновой кислот соответственно.
При превращении глюкозы в глюконовую кислоту плесневые
грибки по своему действию превосходят бактерии уксуснокислого
брожения. Такое же действие на глюкозу оказывает большин-
ство кислотообразующих Aspergillaceae и многие другие сумчатые
грибы; иногда хороший выход достигается лишь в буферной
среде (углекислым кальцием связывается образующаяся кис-
лота) ; другие грибки действуют также и в кислом растворе.
При наиболее эффективных технических способах фермента-
тивного окисления альдегидов применяется, как и при описанном
выше получении сорбозы, энергичная аэрация и перемешивание
во вращающемся бродильном чане. Применяя культуру Asper-
gillus niger, выращенную особым способом до прорастания спор,
можно менее чем за сутки окислить 91 кг глюкозы (в 530 л жидко-
сти) в глюконовую кислоту. Выход составлял 95% в расчете
на взятый сахар и свыше 97% —на перебродивший сахар [67].
С помощью плесневых грибков были окислены также манноза и
галактоза [68].
ГИДРИРОВАНИЕ ЭТИЛЕНОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Энзимохимическое гидрирование этиленовых соединений было
открыто при изучении действия дрожжей на непредельные л-ке-
токислотй. Наряду с ожидаемым декарбоксилированием и восста-
новлением образовавшегося альдегида до ненасыщенного спирта
имеет место также и образование соответствующего насыщен-
ного спирта [69]. Биохимическое гидрирование двойной углерод-
ной связи было установлено также и в случае непредельных
альдегидов, кетонов и первичных спиртов и проведено с раство-
рами ферментов. Далее было показано, что и бактерии способны
оказывать подобное гидрирующее действие и что гидрирование
некоторых непредельных соединений происходит также и в орга-
низме животного.
В большей части исследованных случаев предпосылкой биохи-
мического гидрирования этиленовой связи является ее а,^-поло-
жение по отношению к карбонильной или первичной гидроксиль-
ной группе. Непредельные первичные спирты и кетоны, двойная
связь которых не расположена в непосредственном соседстве
с подобной функциональной группой, под действием дрожжей не
гидрируются; не гидрируются также и непредельные кислоты и
вторичные спирты даже в том случае, если двойная связь в них
находится в at, ^-положении. Гидрирование, имеющее место
в организме животного, а также гидрирование под влиянием
Применение биохимического окисления и восстановления
285
бактерий еще недостаточно исследованы для того, чтобы устано-
вить какие-либо закономерности. Отдельные примеры будут рас-
смотрены ниже.
Энзиматические процессы, имеющие место при гидрировании
этиленовых соединений, до настоящего' времени исследовались
лишь на примере дрожжевых ферментов [70]. Об их связи с про-
цессами окислительно-восстановительного распада углеводов
можно судить на основании того факта, что в свободных от саха-
ров дрожжевых суспензиях насыщение этиленовых соединений
проходит лишь крайне медленно. Если содержание резервных
углеводов в дрожжах предварительно понижено путем длитель-
ной аэрации, то гидрирование этиленовых соединений вовсе не
происходит. На связь распада углеводов с процессом гидрирова-
ния указывает также и зависимость последнего от кислотности
раствора: так, в бродящих растворах в присутствии пивных
дрожжей скорость гидрирования коричного спирта увеличивается
с повышением щелочности (исследовалась область pH 4,5—8,5).
Как известно, с увеличением pH усиливаются также и явления
диспропорционирования, сопровождающие расщепление углево-
дов, и при pH 8,5 вместо нормального образования этилового
спирта из триозы имеет место превращение большей части по-
следней в глицерин. В тех же условиях из ацетальдегида наряду
с этиловым спиртом образуется уксусная кислота. В щелочной
среде равновесие между триозой (или спиртом) и козимазой
сильно смещено в сторону восстановления кофермента [71],
вследствие чего количество «водорода брожения», который по-
средством козимазы может быть использован для других реакций,
увеличивается.
Опыты, проведенные с очищенными препаратами ферментов
дрожжей [72], показывают, что для насыщения олефинового со-
единения (8), кроме системы, восстанавливающей кодегидразу
[уравнение (6)], требуется еще и наличие флавинового («жел-
того») фермента, реагирующего по уравнению (7):
Л тт 1 протеин А . , г
АН? кодсгпдраза <— А + дигидрокодегидраза, (о)
протеин жея-
дигидрокодегидраза -j- флавин кодегидраза
того фермента
дигидрофлавин, (7)
дигидрофлавин-р >С=С< флавин + >СН—СН< . (8)
Следовательно', для того чтобы водород мог присоединиться
к двойной углеродной связи, дигидрокодегидраза должна предва-
рительно вступить во взаимодействие с флавиновой группой.
Этилендегидраза очень неустойчива и до сих пор не получена
в чистом виде; до настоящего времени не удалось также выделить
белковую составляющую и охарактеризовать флавиновую про-
286
Ф. Фишер
стетическую группу. Поэтому и вопрос о том, катализируется ли
реакция (7) тем же протеином, что и реакция (8), или же другим
белковым компонентом, остается нерешенным.
Нерешенными, естественно, остались и вопросы о точных
границах специфической области действия этилендегидраз.
Отделение флавиновой группы от белковой, входящей в состав
ферментов, и их воссоединение было осуществлено лишь для
фумарогидразы [73] особой этилендегидразой, способной осуще-
ствить необратимое гидрирование фумаровой кислоты. В этом
случае флавиновая группа была охарактеризована как аллокса-
зинадениндинуклеотид [74].
Таким образом, этиленовая связь гидрируется при окисли-
тельно-восстановительной реакции с изоаллоксазиновым ядром
лейкофлавинпротеидов:
Методы энзимохимического гидрирования этиленовых двой-
ных связей принципиально ничем не отличаются от методов вос-
становления карбоксильной группы: ненасыщенное соединение
в виде раствора или тонкой взвеси смешивают с эмульсией сбра-
живающих микроорганизмов в сахаросодержащем растворе.
Энергичное перемешивание бродящей массы способствует рез-
кому сокращению продолжительности реакции.
ГИДРИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ ДРОЖЖЕЙ
Первичные спирты [69]
Среди <г,^-непредельных спиртов быстрее всего гидрируются
низшие представители, ограниченно-растворимые в воде; кроти-
ловый спирт в 1-процентном водном растворе в присутствии пив-
ных дрожжей уже в течение 1 дня на 50% гидрируется до бутило-
вого спирта (96):
RCH=CHCH,OH +2н+-(±^-> rch2ch2ch2oh.
При брожении в течение 2—3 дней гидрирование становится
более полным; выход бутилового спирта, однако, уменьшается
вследствие того, что он ассимилируется дрожжами. Почти с такой
же скоростью коричный спирт (10а) превращается в гидрокорич-
ный (106); в то же время гидрирование тиглинового спирта (На)
Применение биохимического окисления и восстановления 28/
до левовращающего изоамилового (116) занимает вдвое больше
времени. Следовательно, разветвление углеродного скелета при
двойной связи понижает скорость гидрирования. Подобный вывод
подтверждается также на примере гераниола (12а), превращаю-
щегося в правовращающий цитронеллол (126). Двойная связь
цитронеллола не гидрируется даже при весьма длительном бро-
жении. В присутствии дрожжей не изменяется также аллилкар-
бинол (15), легко растворимый в воде и не замедляющий замет-
ным образом брожения. Следовательно, двойная связь, не нахо-
дящаяся по отношению к карбинольной группе в й, ^-положении,
под влиянием дрожжей не гидрируется. Поэтому с помощью
дрожжей оказывается возможным гидрировать соседнюю с гидро-
ксилом двойную связь, не затрагивая при этом изолированные
двойные связи.
Энзимохимическое гидрирование останавливается после на-
сыщения лишь одной из двойных связей (соседней с гидрокси-
лом), также и в случае полиеновых спиртов с сопряженными
двойными связями — октатриенола (14а) и сорбинового спирта
(13а). Как показало окисление образующихся с выходом
50—70% продуктов гидрирования [75], последние состоят исклю-
чительно из октадиен-4,6-ола-1 (146) и гексен-4-ола-1 (136).
Таким образом, сопряженные системы гидрируются исключи-
тельно в й, ^-положении, и другие двойные связи при этом со-
вершенно. не затрагиваются. Подобная специфичность энзимохи-
мического гидрирования не может быть достигнута ни одним из
неэнзиматических методов.
Альдегиды [69]
Присоединение водорода к карбонильной группе й,^-ненасы-
щенных альдегидов происходит независимо от гидрирования
двойной углеродной связи. Поскольку, однако, карбонил (по
крайней мере в случае применения бродящих живых дрожжей)
восстанавливается быстрее этиленовой связи, можно предполо-
жить, что последняя гидрируется лишь после превращения альде-
гида в спирт:
RCH=CHCHO +?н+ (+2,д) > rch=chch2oh — н+ (+ RCH2CH3CH2OH„
Так или иначе, конечные продукты воздействия дрожжей на
непредельные альдегиды идентичны с продуктами гидрирования
соответствующих непредельных спиртов. Кротоновый (9), корич-
ный (10), тиглиновый (11) и сорбиновый (13) альдегиды, ци-
траль (12) и октатриеналь (14) превращаются в продукты гидри-
рования, указанные в графе III табл. 1. Полиеновые альдегиды,
как и полиеновые спирты, гидрируются исключительно в й,₽-по-
ложении [75]. Наряду с вышеупомянутыми реакциями должны,..
’Г а б л и ц а 1
I II III
СН3СН=СНСНО (9) СП3С11=СНСН..ОП (9а) СН3СН2СН2СН2С)Н (96)
СеН5СН=СНСНО (10) СвН5СН=СНСН2ОН (10а) СЙН5СН2СН2СН2ОН (106)
СН3СН=С (СН3) сно (11) СН3СН=С(СН8)СН2ОН (На) \ CHSCH2CH (СП») СН2ОН (116)
СН8С=СНСН2СН2С=СНСНО СНаС=СНСН2СН2С=СНСН!!ОН СН.)С=СНСН2СН3СПСН2СН2О11
сн.. СП» (12) СН3 СНз (12а) CIL. СНз (126)
CHSCH=CHCH=CHCHO (13) СН3СН=СНСН=СНСН»ОН (13а) CH8CH=CHCH2C1UCH,OH (136)
СН8СН=СНСН=СНСН=СНСНО (14) СН3СН—С НСН=СН СН=С НС Н2ОН (14а) СНзСН=СНСН=СНСН»СН,СН(,ОН (146)
СН»=С11СН2СН»СН (15) 1 1
Применение биохимического окисления и восстановления
289
однако, иметь место и другие превращения (особенно в случае
низших алифатических альдегидов), заключающиеся, повиди-
мому, в ассимиляции компонентов реакции дрожжевыми клет-
ками. Во всяком случае, альдегиды обычно превращаются в на-
сыщенные спирты с меньшим выходом (20—60%), чем соответ-
ствующие ненасыщенные спирты. Реакция Канниццаро в сколько-
нибудь значительной степени не наблюдается.
Гидрирование сорбинового альдегида до
г е кс е н-4-ола-1 [68]. Раствор 25 г сорбинового альдегида и 70г
сахара в 2,5 л воды в течение 3 час. прибавляют к бродящей
массе, состоящей из 1,5 л дрожжей.
Через 20 час. прибавляют дополнительно 0,5 л дрожжей и
в течение последующих 4 дней еще 300 г сахара.
Полученные после перегонки с водяным паром 12 г сырого
продукта состояли исключительно из гексен-4-ола-1 с т. кип.
156—158°.
При других, менее продолжительных опытах сырой продукт
содержал 10—20% сорбинового спирта с т. кип. 160—163°, кото-
рый был отделен тщательным фракционированием на колонке
Видмера.
Кетоны [76]
В случае се,[i-непредельных кетонов гидрирование карбонила
и этиленовой связи, повидимому, также происходит параллельно
и независимо друг от друга. Однако скорость гидрирования
а,^-непредельных кетонов всегда меньше скорости гидрирования
непредельных альдегидов, причем быстрее идет восстановление
этиленовой связи:
rch2ch2c=o —> RCH2CH2CHOH
RCH=CHC=O / (16) r <17) r
R ^RCH=GHCHOH
R
Поэтому сначала образуются главным образом насыщенные ке-
тоны (16); затем начинается вторая реакция — гидрирование
карбонила. Значительные количества предельного спирта (17)
удается получать лишь при опытах, продолжающихся длительное
время.
Этиленовая связь гидрируется быстрее всего у кетонов, в мо-
лекулах которых двойная связь расположена между двумя вто-
ричными атомами углерода и сопряжена с карбонилом. Бензаль-
ацетон (18) с помощью дрожжей полностью может быть прогид-
рирован лишь в течение 5—10 дней; значительно быстрее
19 Зак. 1789.
Таблица 2
НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ КЕТОНЫ И ПРОДУКТЫ ИХ ЭНЗИМАТИЧЕСКОГО ГИДРИРОВАНИЯ
I II III IV
СВП6СН=СНСОСН3 С6Н5СН3СН2СОСН3 СвН-,СН2СН2СНОПСН3 СвНГ)СН=СНСНОНС
(18) (18а) (186) (НЗВ)
TIC-C11 С4Н.ОСН2СН2СОСН3 СД13ОСН2СН»СНОНСН3
II II НС С—СИ—СНСОСН» '""'о (19) (19а) (196)
(J 13С И •-= С н с н == С НСОС11,. СН3С11=СНС1I2CH2COCTI, СН .СН=СНСН»СН»С1 IOHCII-.
(20) (20а) (206)
СВНБСН=СНСН==СНСОСН3 СВНБСН=СНСН2СН2СОСН3 СВНБСН=СНСН»СН»СНОНСН8
(21) (21а) (216) J
СН3С=СНСОСН3 СН3СНСН2СНОНСН3
СН-; '(22) СН3 (226)
С112 сн2 СН» сн2
НоС СНо НзС7 Ък НгС^СНа нас сн2
1 1 н3с—с с=_о н3с—с с=о Н;С—С СНОП Н,С—с СНОН
|\/ |\/ 'И/
СН 11 сн» и сн» СП
(23) (23а) (236) (23в)
сн3 1 СН3 ' 1
1 СН СН
113с CI12 Н..С/ХСН., “ 1 1
1 1 п,с с=о Н2С С- о
V 11 ^сн
СП
/ \ /Х
Н;.С СН3 Н3С СН3
(24) (24а)
СП; С..Н3
С СН
1IC С—0 112С/'ЧС=-О
1 1 Н2С сн2 1 1 И2С сп2
СН ^сн
с 1 с
I’X^CII.; /С\ н2с сн3
(25) (25а)
СН2--СНСН2СИ2СОСН8
(26)
292 Ф. Фишер
гидрируются растворимый в воде фурфурилиденацетон (19) и
высшие непредельные производные фурана, например фурфурил-
иден-кротилиденацетон; сравнительно быстро (за 4—6 дней) и
притом исключительно в а,^-положение гидрируется дважды не-
насыщенный кротилиденацетон (20). Таким же образом присо-
единяет водород и кетон (21). В последнем случае гидрирование
проходит несколько труднее, так как кетон (21) нерастворим
в воде. Значительно медленнее гидрируются кетоны, у которых
двойная связь расположена по соседству с третичным атомом
углерода. В подобных случаях в течение недели удается прогидри-
ровать лишь небольшую долю исходного кетона. При этом ока-
зывается безразличным, находится ли двойная связь в алифатиче-
ской цепи или в гидроароматическом кольце. Окись мезитила (22),
метилциклогексенон (23), пулегон (24) и карвон (25) в течение
7 дней удается прогидрировать лишь на несколько процентов.
Экранирующее действие разветвлений углеродного скелета наблю-
дается, хотя и в несколько меньшей степени, также у альдегидов.
При энзимохимическом гидрировании кетонов изолированные
двойные связи, как и в случае альдегидов, совершенно не затра-
гиваются. В аллилацетоне (26) даже после длительного броже-
ния восстанавливается одна лишь карбонильная группа; в случае
кротилиденацетона (20) и кетона (21) присоединение водорода
останавливается, как уже упоминалось, после насыщения двой-
ной связи, сопряженной с карбонилом [75].
Как указано выше, соотношение скоростей гидрирования
карбонила и этиленовой связи у непредельных кетонов существен-
ным образом отличается от соответствующего соотношения у не-
насыщенных альдегидов. После недельного брожения продукты
превращения кетонов (табл. 2, графа I) состояли на 80—95% из
гидрированных кетонов (графа II) и лишь на 20—25% из гидри-
рованных спиртов (графа III).
Большая часть «,^-ненасыщенных кетонов не образует по
этой методике ненасыщенных вторичных спиртов с удовлетвори-
тельными выходами. Исключением являются бензальацетон (18)
и метилциклогексенон (23); спиртовая фракция продуктов реак-
ции этих соединений состоит на 2/з из насыщенных спиртов (186)
и (236) и на '/з из ненасыщенных (18в) и (23в).
Таким образом, в виде исключения, наряду с насыщением
двойной углеродной связи в незначительной степени может иметь
место и гидрирование одной только карбонильной группы.
Такое восстановление карбонильной группы а, ^-непредельных
кетонов происходит, однако, значительно труднее гидрирования
карбонила насыщенных кетонов. Сопряжение с этиленовой
связью, повидимому, сильно уменьшает скорость восстановления
карбонила. Поэтому в а,^-непредельных кетонах, этиленовая
связь которых трудно поддается насыщению, как, например,
Применение биохимического окисления и восстановления
293
в пулегоне (24) или карвоне (25), не гидрируется также и карбо-
нильная группа. Подобные же примеры были найдены в группе
стероидов (см. ниже). В то же время изолированная этиленовая
связь не оказывает тормозящего влияния на гидрирование карбо-
нила.
Как указано в уравнении, приведенном на стр. 289, насыщен-
ные вторичные спирты (17) образуются лишь из предельных
кетонов (16). Образование их из вторичных ненасыщенных спир-
тов не имеет места, так как последние во всех исследованных
случаях не оказались способными гидрироваться с помощью
дрожжей.
Кетокислоты [69]
л,^-Непредельные кетокислоты под действием дрожжей реа-
гируют согласно следующей схеме:
RCH=CHCOCOOH —> RCH=CHCHO + СО2,
RCH=CHCHO +2н+ (+2g). > rch=chch2oh +2н+ f+2eU RCH2CH2CH2OH.
Таким образом, сначала происходит декарбоксилирование,
как это имеет место в 'случае пировиноградной кислоты и других
предельных л-кетокислот; образовавшийся при этом ненасыщен-
ный альдегид гидрируется обычным для альдегидов путем, пре-
вращаясь первоначально в ненасыщенный и затем в предельный
спирт. Следует, однако, отметить, что прямое доказательство
образования ненасыщенного альдегида не может быть дано, так
как сухие дрожжи неспособны декарбоксилировать ненасыщен-
ные кетокислоты, в то время как живые дрожжи восстанавливают
их сразу до, ненасыщенного спирта.
При применении «обедненных» живых дрожжей, кроме отщеп-
ления двуокиси углерода, происходит еще и диспропорциониро-
вание, вследствие чего образуются эквимолекулярные количества
ненасыщенного спирта и непредельной кислоты:
2RCH=CHCCCOOH + Н2О —> RCH=CHCH3OH + RCH=CHCOOH -J- 2СО,.
При действии сильно, бродящих дрожжей бензилиденпиро-
виноградная кислота (27) с выходом 75% превращается в гидро-
коричный спирт (28); из сорбинилиденпировиноградной кислоты
(29) с выходом 60% образуется тот же октадиен-4,6-ол-1 (30),
что и из октатриеналя и октатриенола [75].
С6Н6СН=СНСОСООН —> С6Н&СН2СН2СН2ОН;
(27) (28)
СН3СН=СНСН=СНСН=СНСОСООН —>
(29)
—> сн3сн=снсн=снсн2сн2сн2он.
(30)
294 Ф. Фишер
Приведенные примеры иллюстрируют препаративные возмож-
ности гидрирования этиленовой связи с помощью дрожжей. Энзи-
мохимическое гидрирование непредельных спиртов или кетонов
может оказаться целесообразным в тех случаях, когда не жела-
тельно затрагивать другие чувствительные места гидрируемой
молекулы. Так, например, каталитическое гидрирование фурфу-
рилиденацетона (19) сопровождается расщеплением фуранового
кольца, в то время как под действием дрожжей углеродный ске-
лет не затрагивается, а гидрируется лишь двойная связь и затем
карбонильная группа.
Наиболее пригодным энзиматический способ гидрирования
оказывается, однако, в тех случаях, когда насыщением двойной
связи, находящейся при вторичном атоме углерода, соединенном
/R\ \
с разными остатками '>C=CR2 , хотят получить опти-
Ш"7 /
чески активное соединение (например, при превращении гера-
ниола в (4-(-цитронеллол) или же когда необходимо прогидри-
ровать полиеновые спирты избирательно в одном лишь
ctj-положении (например, при превращении октатриен-2,4,6-ола-1
в октадиен-4,6-ол-1). В обоих Случаях энзимохимическое гидриро-
вание приводит к результатам, недоступным при применении не-
энзиматических методов.
Получение октадиен-4,6-ола-1 из сорбинилиденпировиноград-
ной кислоты [69]. 1,3 л раствора, содержащего сахар и натриевую
соль, полученную из 8,5 г кетокислоты, медленно прибавляют
к 1, 5 л бродящих дрожжей. Для того чтобы поддерживать силь-
ное брожение в течение 46 час., через 4, 22 и 30 час. дополни-
тельно добавляют по 1 л дрожжей и 600 г сахара. После разгонки
получают 3,8 г (60% от теоретического) дестиллата с т. кип. 101 —
102° при 14 мм, состоящего из чистого октадиен-4,6-ола-1.
ГИДРИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ БАКТЕРИЙ
Гидрирование этиленовой связи с помощью бактериального
брожения систематически еще не исследовалось ни в отношении
выявления наиболее пригодных групп бактерий, ни в отношении
специфических особенностей реакции. Различные примеры,
однако, показывают, что с помощью бактериального гидрирова-
ния удается гидрировать также и такие этиленовые связи, кото-
рые под действием дрожжей не затрагиваются. Впервые подоб-
ное гидрирование было отмечено Линневейем, установившим, что
кротонбетаин (31), как и карнитин (32), под действием сапрофи-
Применение биохимического окисления и восстановления 295
тов превращается [77] в бетаин у-аминомасляной кислоты (33):
(CH»JgNCH2CH==CHCOO_,
(31)
(СН3).ЙСН2СНОНСН2СОО_,
(32)
(CH313NCH,CH2CH2COO~.
(33)
Кротиловый спирт под действием кишечных бактерий гид-
рируется до бутилового [78]. Поскольку гидрирование проходит
лучше всего при pH 7—8 и при брожении с помощью В. coll обра-
зуются кислоты, процесс необходимо проводить в буферном рас-
творе. Непредельные кислоты, например олеиновая и сорбиновая,
также гидрируются различными бактериями (В. coll, Bacillus sub-
tills, В. fluorescens и др.); продукты реакции, однако, до сих пор
еще не были охарактеризованы [79].
Ряд интересных в препаративном отношении примеров гидри-
рования непредельных стероидных соединений с помощью бакте-
рий вида В. putrlflcus будут описаны в следующем разделе.
Ввиду многообразия бактериального обмена веществ дальней-
шее изучение энзимохимического гидрирования с помощью бак-
терий обещает дать интересные результаты.
ГИДРИРОВАНИЕ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНОГО
В последнее время удалось доказать, что гидрирование олефи-
нов имеет место также и при обмене веществ в организме живот-
ного [80]. Однако при этом процессы окислительного расщепления
преобладают настолько, что препаративное применение подобного
гидрирования исключается. Лишь немногие из введенных в орга-
низм веществ были выделены из мочи подопытных животных
в гидрированном виде, причем выход гидрированных продуктов
составлял не больше 10—30%. К этим веществам относится,
например, гераниол, претерпевающий, однако, одновременно
окисление до дикарбоновой кислоты [81], а также и смешанные
жирноароматические непредельные кетоны [89], которые, кроме
того, частично восстанавливаются до спиртов. При гидрировании
в организме животного соединений, в которых один из атомов
углерода становится асимметрическим, оказалось, что водород
присоединяется несимметрично с образованием оптически дея-
тельных продуктов. Как и при гидрировании с помощью
дрожжей, образовавшиеся спирты обычно вращали плоскость
поляризации света вправо. При гидрировании конъюгиро-
ванной системы двойных связей гидрируется только двойная
связь, занимающая «^-положение по отношению к карбонилу [82].
296 Ф. Фишер
ГИДРИРОВАНИЕ И ДЕГИДРИРОВАНИЕ
В РЯДУ СТЕРОИДОВ
Среди различных групп стероидных веществ, встречающихся
в природе, имеются многие соединения, отличающиеся друг от
друга лишь степенью окисления и взаимно превращающиеся
простыми окислительно-восстановительными реакциями карбо-
нильных и гидроксильных групп или гидрированием этиленовых
связей.
СТЕРИНЫ И ЖЕЛЧНЫЕ КИСЛОТЫ
Попытки осуществить энзимохимическое дегидрирование
гидроксильной группы стеринов в большинстве случаев не увен-
чались успехом. Лишь в последнее время было описано окисление
холестерина (36) до Д4-холестенона (38) с выходом 45% с по-
мощью Proactinomyces erythropolis [831. Неудачу потерпела [84] и
попытка осуществить с помощью бактерий и дрожжей обратную
реакцию — гидрирование карбонильной группы холестанона (34).
СН3
СН3 СН3
I I
СН(СН2)аСНСН3
До настоящего времени не удалось осуществить и биохими-
ческого превращения непредельных стероидов в насыщенные
соединения in vitro. В то же время принято считать, что выде-
ляющийся с калом человека и хищных животных копросте-
рин (40) получается из холестерина (36) под действием бакте-
Применение биохимического окисления и восстановления 297
рий кишечника; осуществить подобное гидрирование с помощью
бактерий, выделенных из кала, однако, не удалось [85]. Проведен-
ные в последнее время исследования Розенгейма и Вэбстера [86]
указывают на то, что восстановление холестерина in vivo осуще-
ствляется, невидимому, не под действием бактерий, а под влия-
нием специфических диететических факторов.
После того как с помощью меченых атомов (дейтерия) было
доказано, что холестерин в организме превращается сначала
в холестенон (38), который затем через копростанон (39) пере-
ходит в копростерин (40), т. е. что гидрированию этиленовой
связи предшествует дегидрирование карбинольной группы [87],
можно было ожидать, что подобный ряд превращений удастся
осуществить также и с помощью некоторых бактерий. Каталити-
ческое гидрирование холестерина приводит, как известно, исклю-
чительно к образованию дигидрохолестерина (37), в котором
кольца А и В соединены в тра«с-положении:
(39) (40)
Биохимическое гидрирование этиленовой связи в желчных
кислотах до сих пор не описано. В то же время опубликованы
Бактерии
гниения
НО z
и
В. putriflcu.s
дрожжи
В. putri ficus
Бактерии
гниения
(50)
(51)
300
Ф. Фишер
(58)
(59)
Применение биохимического окисления и восстановления ,
301
В. согупе
из дрзжжеи и
!
многочисленные работы, посвященные исследованию восстано-
вления карбонильных групп в различных кетохолановых кисло-
тах [88]. Эти исследования представляют интерес в связи с гипо-
тезой о превращении стеринов в желчные кислоты, которое
должно сопровождаться эпимеризацией гидроксила при С3 [см.
формулу холевой кислоты (35)]. Подобные реакции восстановле-
ния, проведенные большей частью с дрожжами, В. coll, В. proteus
и с жабами или кроликами в качестве подопытных животных,
едва ли представляют интерес в препаративном отношении.
Появившиеся в последнее время работы показывают, что в ряде
случаев биохимическое окисление желчных кислот может быть
использовано для синтезов. Так, Шмидт и сотрудники [89] опи-
сали превращение холевой кислоты (35) под действием Alcalige-
nes faecalis в 3,7,12-трикетохолановую кислоту с выходом 85%.
СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ
Особенно успешно методы биохимического гидрирования и
Дегидрирования применялись в ряду стероидных гормонов. Здесь
были проведены не только реакции восстановления карбониль-
ных групп, но и дегидрирование оксистероидов.
Восстановление кетостероидов
Способ энзимохимического восстановления с помощью дрож-
жей может быть без существенных изменений применен также
и к кетостероидным половым гормонам.
302
Ф. Фишер
Впервые подобное восстановление стероидных гормонов было
проведено Мамоли и Верчеллоне [90], превратившими Д5-деги-
дроизоандростерон (45) с выходом 20% в Д5-андростендиол-3,17
(46). В тех же условиях [91] в Д4-андростендионе-3,17 (47) уда-
лось восстановить лишь карбонил в положении 17 и выделить
д4-тестостерон (48)—тестикулярный гормон Лакэра. Причиной
неспособности карбонильной группы в положении 3 присоединять
водород является, вероятно, не ее положение в молекуле, а сопря-
жение с двойной связью. Это .подтверждается тем фактом, что
насыщенный дикетон андростандион-3,17 (43) при брожении
в тех же условиях [92] превращается в изоандростандиол-3,17 (44)
с выходом 75%. Д5-Андростендион-3,17 (52) при энзимохимиче-
ском восстановлении образует в основном изоандростандиол-3,17
(53) наряду с небольшим количеством [93] Д4-тестостерона (48).
Таким образом, двойная связь в -положении к карбонильной
группе не препятствует восстановлению последней; вызывает
удивление, что при этом гидрируется и изолированная двойная
связь. Образованию тестостерона должно, следовательно, пред-
шествовать перемещение двойной связи в положение 4, 5, после
чего карбонил уже не может гидрироваться. Было показано, что
наличие трехчленного цикла оказывает на гидрирование сосед-
него карбонила в положении 6 тормозящее действие, аналогичное
вышеописанному влиянию двойной связи на восстановление кар-
бонила в положении 3. Так, при биохимическом восстановлении
андростандиона-6,17 (64) образуется [94] андростанол-17-он-6 (65)
с 50-процентным выходом:
Защитное действие двойной связи, сопряженной с карбонильной
группой, сказывается также и в случае д‘-андростендиона-3,17
(54), превращающегося при биохимическом восстановлении [95]
в Д'-андростенол-^-он-З (55). Развивая эти работы, Бутенандт,
Даннеберг и Зураний [96] показали, что как Д’-андростен-
дион-3,17 (54), так и д'-андростенол-П-он-З (55) могут быть
восстановлены с помощью бродящих дрожжей до изоандростан-
диола-3,17 (44). Однако д’-холестенон (66) и Д!-аллопрегнен-
Применение биохимического окисления и восстановления 3()3
дион-3,20 (67) дрожжами совершенно
Н3С 1
СН, СЕ,
НС | 3 | 3
/\|----СН(СН2)3 снсн3
не восстанавливаются:
сн3
Н3С с=о
Н3С |
о=
(66) (67)
Из этого следует, что правило Мамоли, согласно которому
этиленовая связь, находящаяся в сопряженном положении с кар-
бонильной группой, препятствует восстановлению этих веществ
бродящими дрожжами, нуждается в некоторых дополнениях.
Возможно, что причиной инертности некоторых д '-З-кетостерои-
дов является строение боковой цепи при Ci? [96]. Важную роль
играет также положение конъюгированной двойной связи в моле-
куле. В тех случаях, когда боковая цепь не является решаю-
щим фактором, препятствующим восстановлению карбонильной
группы, аналогичное защитное действие может оказывать то
обстоятельство, что конъюгированная с карбонилом этиленовая
связь расположена [94] по месту соединения колец А и В (на-
пример, у С4).
Следовательно, при гидрировании кетостероидов наблюдается
та же закономерность, что и для простых се,^-непредельных ке-
тонов (ср., например, пулегон, карвон); если этиленовая связь под
действием дрожжей трудно гидрируется, то она тормозит и вос-
становление сопряженной с ней карбонильной группы.
Энзимохимическое восстановление карбонильной группы мо-
жет быть проведено также и в ряду эстрогенных гормонов: из
эстрона (56) образуется сс-эстрадиол (57), наиболее активный
гормон группы эстрона. Согласно Мамоли [97], необходимо, под-
вергать воздействию дрожжей не сам эстрон, а его эфиры с низ-
шими жирными кислотами, так как соответствующий свободный
фенол в исследованных условиях прогидрировать с удовлетвори-
тельным выходом не удается. Веттштейн [98], однако, смог пока-
зать, что и сам эстрон при непродолжительном воздействии
дрожжей может быть превращен [99] в сс-эстрадиол с выхо-
дом 70%. Эпимерное соединение—^-эстрадиол—образуется,
повидимому, лишь в незначительном количестве.
Восстановление эстрона до сс-э с т р а д ио л а
с помощью дрожжей [98]. Смесь 200 г чистой глюкозы,
100 г свежих прессованных дрожжей и 1,2 л воды помещают
в закрытый сосуд с трубкой для отвода газов. Прибор и все
304
Ф. Фишер
реактивы (кроме дрожжей) предварительно подвергают тщатель-
ной стерилизации при 105°. Смесь нагревают до 37° и сильно пе-
ремешивают. Брожение начинается через непродолжительное
время, после чего в бродящую массу вводят по каплям 1 г чистого
эстрона в 50 мл свежеперегнанного диоксана, продолжая пере-
мешивание и поддерживая температуру при 37° в течение 24 час.
Четыре раза через каждые 24 часа добавляют 100 г дрожжей,
200 г глюкозы и 300 г воды. После этого перемешивание продол-
жают еще в течение 42 час.
Эфирный экстракт реакционной смеси промывают водой, на-
сыщенным раствором бикарбоната натрия и снова водой.
Остаток, полученный после отгонки эфира, с помощью реактива
Жирара разделяют на кетонную и некетонную части. Этим пу-
тем удалось выделить около 300 мг непрореагировавшего эстрона
и 500 мг чистого эстрадиола.
Восстановление карбонильной группы кетостероидов может
быть проведено также и с помощью бактерий гниения.
Тестостерон (48) после обработки в течение 20 дней нестериль-
ным экстрактом из семенников жеребцов [100] превращается
с гидрированием этиленовой связи (см. ниже) сначала в этиохола-
нол-17-он-З (50) и затем в этиохоландиол-3,17 (51). В другом
опыте с гниющим экстрактом из семенников быка из тестикуляр-
ного гормона наряду с этиохоландиолом был получен [101]
также и изоандростандиол-3,17 (44). При реакции андростан-
диона-3,17 (43) с неиндивидуальным штаммом бактерий гниения
наряду с незначительным количеством диола была получена
смесь двух кетоспиртов [101] (эпимерных при С3): изоандросте-
рона (42) и андростерона (41). Таким образом, в последнем
случае восстановление идет по двум возможным пространствен-
ным направлениям.
В то же время при применении чистого штамма (вида В. ри-
trificus) наблюдается ярко выраженная пространственная изби-
рательность в отношении конфигурации субстратов. Если в сте-
рильной дрожжевой суспензии в качестве питательной среды
берут Д4-андростендион-3,17 (47), то при заражении этим штам-
мом имеет место не только гидрирование этиленовой связи, но и
восстановление карбонила с образованием этиохоланол-17-
она-3 (50) и этиохоландиола-3,17 (51). В тех же условиях
андростандион-3,17 (43) образует изоандростерон (42) и изоан-
дростандиол-3,17 (44); тестостерон превращается в этиохола-
нол-17-он-З (50) и этиохоландиол-3,17 (51); из Д5-дегидроизо-
андростерона (45) с хорошим выходом получают Д5-андростен-
диол-3,17 (46).
Таким образом из Д4-андростендиона-3,17 (47) образуется
сначала этиохоландион-3,17 (49), в котором кольца А и В соеди-
нены в zfuc-положении. В этом дикетоне восстанавливается
Применение биохимического окисления и восстановления 305
сперва карбонильная группа в положении 17, причем образовав-
шийся гидроксил расположен в транс-положении к ангулярной
метильной группе при Сю; затем следует восстановление карбо-
нильной группы в положении 3, в результате чего также обра-
зуется гидроксил, расположенный в транс-положении к ближай-
шей ангулярной метильной группе при Сю.
Иначе протекает бактериальное восстановление в случае ан-
дростандиона, в котором кольца А и В соединены в транс-положе-
нии: здесь сначала восстанавливается карбонильная группа
в положении 3 и лишь затем карбонил в положении 17, причем
в результате первой из этих реакций при С3 образуется гидро-
ксил, занимающий ^ас-положение по отношению к ангулярной
метильной группе при Сю; восстановление же карбонила при С|?
проходит пространственно так же, как и в случае этиохоландиола.
Превращение андростендиона-3,17 в этиохо-
л а н о л-17-о н-3 и э т и о х о л а н д и о л-3,17 [102]. К суспензии
10 г пекарских дрожжей в 60 мл воды прибавляют в качестве
буфера по 10 мл 0,2 М растворов Na2HPO4 и КН2РО4 (pH 6,8) и
затем 150 мг андростендиона в виде тонкого порошка. Смесь
в течение 1 часа подвергают стерилизации в автоклаве. После
остывания смесь заражают несколькими каплями чистого свеже-
выведенного штамма В. putrificus и затем встряхивают в течение
6 дней при 36—37° в атмосфере азота. После этого опыт преры-
вают (pH 6,6) и реакционную смесь тщательно экстрагируют
эфиром.
Остаток после промывания, высушивания и упаривания эфир-
ного раствора с помощью реактива Жирара разделяют на кетон-
ную и спиртовую фракции. Этим путем удалось выделить 20 мг
этиохоландиола-3,17 и 60 мг этиохоланол-17-она-З.
Получение пр егн а нд и он а из прогестерона.
В опыте, проведенном аналогично вышеописанному, из 150 мг
порошкообразного прогестерона было получено 130 мг прегнан-
диона.
Дегидрирование оксистероидов
Верчеллоне и Мамоли [103], наблюдавшие дегидрирование
Д5-андростендиола-3,17 (46) до Д4-андростендиона-3,17 (47) при
встряхивании в течение 2 дней с дрожжами пониженной актив-
ности в атмосфере кислорода, предполагали сначала, что причи-
ной этой реакции является действие дрожжевых ферментов.
Однако позднее Мамоли и Шрамм [104] показали, что реакция
вызывается аэробными бактериями, которые были получены из
миланских дрожжей и выведены в дрожжевой воде.
20 Зак. 1789.
306
Ф. Фишер
Эрколи [105] осуществил превращение Д5-андростен-
диола-3,17 (46) в тестостерон (48) с выходом 64% и Д4-андро-
стендион-3,17 (47) с выходом 4% с помощью Micrococcus dehyd-
rogenans* [106] из прессованных дрожжей.
Под воздействием этих бактерий ДЕ-дегидроизоандросте-
рон (45) с прекрасным выходом [107] превращается в Д4-андро-
стендион-3,17 (47). Дегидрирование происходит настолько
гладко, что выделение образовавшегося дикетона, если имеют
в виду его дальнейшее частичное восстановление с помощью
дрожжей до тестостерона (48), становится излишним. В резуль-
тате этих двух реакций тестостерон получают с выходом
80% [108].
Под влиянием тех же бактерий из миланских дрожжей проис-
ходит также и дегидрирование гидроксила при С3 в Д5-прегне-
нол-З-оне-20 (58), причем с выходом 40% образуется гормон
желтого тела — прогестерон (59) **. В то же время холестерин
в этих условиях совершенно не изменяется [109]. 17-Метил-Д554-ан-
дростендиол-3,17 (60) с выходом 75% превращается [ПО] в 17-ме-
тилтестостерон (61).
Позднее Мамоли, Коху и Тешену [111] удалось вывести одно-
родную культуру бактерий, дегидрующих вторичные стероид-
ные спирты. Свойства этих бактерий не отличаются от свойств,
указанных в литературе для В. coryne helvolum (Леман и Ной-
ман) . Авторы назвали выведенный ими штамм по месту происхо-
ждения В. coryne mediolanum.
С помощью этих же бактерий 21-ацетокси-Д5-прегненол-3-он-20
(62) — соединение группы кортина — с выходом 34 % был пре-
вращен в наиболее активное вещество группы адреналина
дезоксикортикостерон (63).
Этерифицированная первичная гидроксильная группа при C2i
при этом омыляется, но не подвергается окислению.
Превращение ацетокси прегненолона в де-
зокси кортикостерон [112]. К 60 мг стерильной дрожже-
вой воды прибавляют в качестве буфера по 10 мл 0,2 М растворов
Na2HPO4 иКН2РО4 и затем 200 мг 21-ацетоксипрегненол-3-она-20
в виде тонкого порошка. Смесь в течение 1 часа подвергают
стерилизации в автоклаве. После остывания смесь зара-
жают несколькими каплями свежезыведенных в дрожжевой воде
В. coryne mediolanum и взбалтывают в течение 6 дней при 36—
37э в атмосфере водорода. Затем опыт прерывают, суспензию
* Эти же микроорганизмы применяются также и для других аналогичных
реакций р0'5].
** Хорошие выходы прогестерона были получены при действии Micrococcus
dehyclrogeiians ]10:9].
308 Ф. Фишер
Таким образом, в этом случае гидрирование двойной связи при-
водит к соединениям как цис- ('ряда этиохолана), так и транс-
ряда (ряда андростана).
Причиной такого в пространственном отношении различного
действия является неоднородный состав бактериальной смеси,
зависящий от ряда случайных обстоятельств. Во всяком случае,
гидрирование с помощью штамма, выделенного из гниющих се-
менников быков и, по всей вероятности, идентичного с В. putri-
ficus Бинштока [117], отличается заметной пространственной из-
бирательностью.
При взбалтывании порошкообразного Д4-андростендиона-3,17
(47) в течение 6 дней в атмосфере азота при 37° в стерильной
дрожжевой воде, зараженной В. putrificus (с добавкой буфера),
в качестве единственного продукта реакции был получен этиохо-
ландион-3,17 с выходом 70—80%.- В тех же условиях тестосте-
рон (48) с выходом 70—80% превращается в этиохоланол-17-
он-3 (50), а гормон беременности прогестерон (59) —в прегнан-
дион (выход 90%).
Таким образом, в дрожжевой воде бактериальное гидрирова-
ние останавливается после насыщения двойной связи, причем
в результате получаются исключительно соединения ряда холе-
стана, в которых кольца А и В соединены в гр/с-положении. По-
скольку каталитическое гидрирование, как известно, не является
удовлетворительным методом получения соединений холестано-
вого ряда, биохимический способ в данном случае имеет значи-
тельные преимущества.
Если при гидрировании андростендиона и тестостерона в ка-
честве питательной среды вместо дрожжевой воды берут стериль-
ную дрожжевую суспензию, то восстановлению, как уже указы-
валось, кроме этиленовой связи, подвергается также и карбониль-
ная группа.
Превращение андростендиона в эти ох о л а н-
дион [117]. К 60 мл стерильной дрожжевой воды в качестве
буфера прибавляют по 10 мл 0,2 М растворов Na2HPO4 и КН2РО4
(pH 6,8) и затем 150 мг адростендиона в виде тонкого порошка.
Смесь в течение 1 часа подвергают стерилизации в автоклаве.
После остывания смесь заражают несколькими каплями выведен-
ного на дрожжевой вытяжке чистого штамма В. patrificus,- после
чего ее взбалтывают в течение 6 дней при 36—37° в атмосфере
азота. Затем опыт прерывают и суспензию профильтровывают
(pH 6,6). Остаток кипятят в ацетоне и фильтрованием очищают
от бактерий. Ацетон отгоняют и сухой остаток перекристаллизо-
вывают из разбавленного метилового спирта и разбавленного
ацетона. Получено 115 мг этиохоландиона с т. пл. 130—131°.
Применение биохимического окисления и восстановления 309
Проба смешанного плавления с образцом этиохоландиона не да-
вала понижения.
Некоторые превращения стероидных соединений, например
окисление спиртовых групп, восстановление карбонила и гидри-
рование этиленовой связи, были проведены также в организмах
животных. Поскольку при этом обычно получается несколько
веществ с небольшими выходами, эти реакции до настоящего
времени не применялись с препаративной целью [118]*. Типич-
ными примерами подобных реакций являются превращение
а-эстрадиола в эстрон [120, 121], тестостерона — в андростенон-17,
андростерон и этиохоланол-З-он-17 [122] и прогестерона [123] и
дезоксикортикостерона [124] — в прегнандиол. Биохимическое
восстановление этиленовой связи и карбонильной группы произ-
водилось также в ряду стероидных сапогенинов [125].
ОКИСЛЕНИЕ МЕТИЛЬНЫХ ГРУПП
Уже несколько десятков лет назад на примерах самых раз-
личных веществ было замечено, что и ответвленные и конечные
метильные группы в организмах животных окисляются легче дру-
гих групп органической молекулы [126]. Так, например, антипи-
рин выделяется собакой в виде оксиантипиринглюкуроновой кис-
лоты [127]. Окисление н-алкилбензолов начинается, по всей
вероятности, у конечной метильной группы боковой цепи [128].
Из камфоры (68) в организмах животных образуется так назы-
ваемый камферол — смесь гидроксильных производных, выделяе-
мая главным образом с мочой в виде соединений с глюкуроновой
кислотой. Из камферола были выделены [129] 3- и 5- цис-п- и
транс-тг-оксикамфора (69), а также тра«с-тг-оксокамфора (70)
(носитель аналептического действия камфорных соединений) и
соответствующая ей транс-тг-апо-камфор-7-карбоновая кис-
лота (71):
НОСН2—С—СН3
(69)
онс-с—сн3
(70)
НООС—С-СН3
I
(71)
* Содержащиеся в моче подопытных животных не растворимые в воде ве-
щества часто связаны с глюкуроновой кислотой [118]. В последнее время
методы выделения стероидов из мочи были значительно усовершенство-
ваны [119]; поэтому не исключено, что некоторые превращения стероидов
в организмах животных в будущем смогут быть использованы для синтетиче-
ских целей.
310
Ф. Фишер
У некоторых жирных кислот с нечетным числом атомов
углерода, наряду с окислением у карбоксильной группы имеет
место также и окисление конечной метильной группы углеродной
цепи, вследствие чего они выделяются организмами животных
в виде дикарбоновых кислот с тем же числом атомов угле-
рода [130].
Гераниол (72), цитраль (73) и гераниевая кислота (74) ча-
стично также окисляются до дикарбоновой кислоты Гильде-
брандта (75) с тем же числом атомов углерода [131]. Исследование
окисления этих веществ, а также и других соединений с ответ-
вленными метильными группами показало, что преимущественное
окисление метильных групп является общей реакцией [81]. Так,
например, из дигидромирцена (76) образовалась та же дикарбо-
новая кислота С10Н14О4, что и из указанных алифатических тер-
пенов. Эта кислота, образующаяся из гераниола, цитраля и
гераниевой кислоты с выходом 10%, имеет строение (75). Кроме
того, при этом образуется примерно такое же (а в случае гера-
ниола несколько большее) количество дигидрокислоты Гильде-
брандта (77):
сн3—С=СНСН2СН2С=СНСН2ОН,
I !
СНз СН3
(72)
СН3—С=СНСН2СН2С=СНСНО,
Chg CHj
(73)
СН3-С=СНСН>,СНоС=СНСООН,
I ‘ “I
СНз СН3
(74)
НООС—С=СНСН2СН2С=СНСООН,
СНз СНз
(75)
СНр-С=СНСН»СН2С=СНСН3,
I I
сн3 сн3
(76)
НООС—С=СНСН2СН2СНСН2СООН.
I I
СН3 СН3
(77)
Применение биохимического окисления и восстановления 311
В тех случаях, когда окислительное расщепление какого-либо
соединения затруднено (например, наличием бокового ответвле-
ния в ^-положении к гидроксильной или карбонильной группе),
подобное биологическое окисление метильных групп может пред-
ставлять значительный препаративный интерес.
В качестве подопытных животных могут служить кролики.
Жидкие вещества в количестве 5 г в день вводят в организм кро-
лика с помощью желудочного зонда. Твердые вещества раство-
ряют в оливковом масле и эмульгируют в воде или смешивают
в виде тонкого порошка с водой для получения кашицы. Кислоты
перед вводом в организм превращают в соли, нейтрализуя их
точно высчитанным количеством щелочи. В некоторых случаях
их можно ввести также и в виде метиловых эфиров. Жидкие
вещества можно ввести также и путем вливания (например,
по 3—6 мл попеременно в мышцы левого и правого бедра).
В период ввода окисляемого вещества и в течение 2 дней после
этого мочу ежедневно собирают, предохраняя ее от гниения
прибавкой небольшого количества хлороформа. Если имеют дело
с веществами, изменяющимися на воздухе, целесообразно хра-
нить мочу до обработки в коричневых бутылях в атмосфере
азота в леднике. После расщепления сопряженных веществ со-
держащиеся ц моче соединения могут быть выделены исчерпы-
вающей экстракцией эфиром. Кислоты можно выделить осажде-
нием в виде их свинцовых солей.
Из гераниола кислотные продукты получают следующим обра-
зом [81]: к моче прибавляют баритовую воду до прекращения
образования осадка, нагревают до начала кипения, отсасывают и
промывают осадок горячей водой. К фильтрату прибавляют
уксуснокислый свинец (до прекращения выделения осадка),
фильтруют в холодном виде, промывают осадок холодной водой
и разлагают его на холоду сероводородом. Выпавший сульфид
свинца кипятят 3—4 раза с водой, которую затем присоединяют
к первому фильтрату и упаривают. При этом подавляющая часть
кислоты Гильдебрандта выделяется в виде кристаллов, напоми-
нающих снежинки; лишь небольшое количество остается в темно-
коричневом маслообразном маточнике, который растворяют
в эфире. После отгонки растворителя и обесцвечивания водного
раствора животным углем выделяется дигидрокислота Гильде-
брандта (общий выход обеих кислот 27% от теоретического).
Для полного выделения из мочи веществ, растворимых
в эфире [132], и для разделения сопряженных и несопряженных
составных частей мочу, обладающую слабощелочной реакцией,
сначала экстрагируют эфиром, а затем подкисляют серной кисло-
той до кислой реакции на конго, кипятят в течение 20 мин. и вто-
рично полностью экстрагируют эфиром. Кислоты экстрагируют,
встряхивая обе эфирные вытяжки с разбавленной щелочью,
312
Ф. Фишер
а нейтральные составные части — отогнав эфир из эфирной вы-
тяжки. Дальнейшая очистка производится перегонкой в высоком
вакууме.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ward, Pettijohn, Coghilt, Ind. Eng. Chem., 37, 1189 (1945); Neish,
Blackwood, Ledingham, Science, 101, 245 (1945); Liebman, Oil and
Soap, 22, 31 (1945); ам. пат. 2344025; С. A., 38, 3412 (1940).
2. Underkofler, Fulmer, Kooi, Iowa State Coll. J. Sci., 18, 377 (1944);
Ward, Pettijohn, Lockwood, Coghill, J. Am. Chem. Soc., 66, 541 (1944);
Morrell, Auernheimer, там же, 66, 792 (1944).
3. Lockwood, Reewes, Arch. Biochem., 6, 435 (1945); Moyer, Coghill, Arch.
Biochem., 7, 167 (1945); Lockwood, Ward, Ind. Eng. Chem., 37, 405
(1945).
4. Nilsson, Naturwiss., 31, ’25 (1943); Christensen, Iowa State Coll. J. Sci..
19, 249 (1945).
5. Euler, Adler, Gunther, Das, Z. physiol. Chem., 254, 61 (1938).
6. Fromherz, Bethes Handbuch der normalen und pathologischen Physiolo-
gic, Berlin, 1929, т. V, стр. 996.
7. Bernhard, Z. physiol. Chem., 258, 96 (1939).
8. Behm, Nelson, J. Am. Chem. Soc., 66, 711 (1944); Mason, Schwartz,.
Peterson, там же, 67, 1233 (1945).
9. Neuberg, Welde, Biochem. Z., 67, 18 (1914); Neuberg, Reinjurth, там же;
138, 561 (1923).
10. Nord, Ber., 52, 1207 (1919).
11. Nueberg, Schwenk, Biochem. Z., 71, 118 (1915).
12. Bernhauer, Garungschemisches Praktikum, 2-е изд., Berlin, 1939; Glau-
bitz, Atlas der Garungsorganismen, Berlin, 1934; Henneberg, Handbuch
der Garungsbakteriologie, Berlin, 1926; Janke, Allgemeine technische-
Mikrobiologie: I. Die Mikroorganismen, Dresden und Leipsig, 1924;
Jorgensen, Die Mikroorganismen der Garungsindustrie, 6-е изд., Jena,
4940; Kraus, Uhlenhuth, Handbuch der mikrobiologischen Technik, Ber-
lin und Wien, 1923; Lindner, Atlas der mikroskopischen Grundlagen
der Garungskunde, 6-е изд., Berlin, 1928; Oppenheimer, Die Fermente
und ihre Wirkungen, Leipzig, 1928, t. Ill; Goddard в книге Hober,
Physical Chemistry of Cells and Tissues, Philadelphia, 1945; Green,
Meshanismus of Biological Oxidations, Cambridge, 1940; Kalckar,
Chem. Revs., 28, 71 (1941); Oppenheimer, Stern, Biological Oxidation,
N. Y., 1939; Stephenson, Bacterial Metabolism, London, 1939; Fulmer,
Werkman, An Index to the Chemical Action of Microorganisms on the
Non-nitrogenous Organic Compounds, Springfeld, III, 1930; H. Tauber,
Enzyme Teshnology, N. Y., 1945; S. C. Prescott, C. G. Dunn, Indu-
strial Microbiology, N. Y., 1940.
13. Waters, Trans. Faraday Soc., 39, 140 (1943).
14. Fischer, Niedermolekulare Ubertrager biologischer Oxydo-Reduktionen,.
Ergeb. Enzymforsch., 8, 185 (1939).
15. Negelein, Bromel, Biochem. Z., 301, 135 (19'39).
16. Lockart, Biochem. J., 33, 613 (1939).
17. Martius, Ergeb. Enzymforsch., 8, 247 (1939); Krebs в книге Advances
in Enzymology, N. Y., 1943, t. Ill, стр. 191.
18. Fischer, Ergeb. Enzymforsch., 8, 185 (1939).
19. Fischer, Ergeb. Enzymforsch., 8, 190 (1939).
20. Fischer, Ergeb. Enzymforsch., 8, 207 (1939).
21. Hewitt, Oxidation-Reduction Potentials in Bacteriology and Bioche-
mistry, London, 1936.
Литература
313
‘^2. Oppenheimer, Die Fermente und ihre Wirkungen, Leipzig, 1928, т. II,
стр. 1547.
23. Neuberg, Steenbock, Biochem. Z., 52, 494 (1913).
24' Untner, Liebig, Z. physiol. Chem., 72, 449 (1911).
25. Oppenheimer, Pincussen, Die Methodik der Fermente, Leipzig, 1928; Die
Fermente und ihre Wirkungen, t. Ill, стр. 1212; Bernhauer, Garungs-
chemisches Praktikum, 2-е изд., Berlin, 1939.
26. Pauly, Feuerstein, Ber., 60, 1031 (1927).
27. Neuberg, Lustig, Cagan, Arch. Biochem., 1, 391 (1943).
28. Neuberg, Simon, Biochem. Z., 190, 226 (1927).
29. Fromherz, Bethes Handbuch der normalen und pathologischen Physiolo-
gic, Berlin, 1929, т. V, стр. 996.
30. Берзин, Успехи химии, 10, 606 (1941).
31. Bernhauer, Garungschemisches Praktikum, 2-е изд., Berlin, 1939, 214:.
Bernhauer, Ergeb. Enzymforsch., 7, 246 (1933).
32. Neuberg, Nord, Biochem. Z., 96, Г58 (1919).
33. Haworth, Heilbron, Jones, Morrison, Polya, J. Chem. Soc., 1939, 128.
34. Hermann, Neuschul, Biochem. Z., 233, 129 (1931).
35. Whistler, Underkofler, J. Am. Chem. Soc., 60, 2507 (1938).
36. Reichstein, Helv. Chim. Acta, 17, 996 (1934).
37. Boeseken, Leefers, Rec. trav. chim., 54, 861 (1935); Fulmer, Dunning,.
Guymon, Underkofler, J. Am. Chem. Soc., 58, 1012 (1936); Bernhauer,
Garungschemisches Praktikum, 2-е изд., Berlin, 1939, стр. 227.
38. Fulmer, Dunning, Underkofler, Iowa State Coll. J. Sci., 13, 279 (1930).
39. Dunning, Iowa State Coll. J. Sci., 14, 24 (1939); Dunning, Fulmer,
Underkofler, там же, 15, 39 (1940).
40. Tilden, J. Bact., 37, 629 (1939).
41. Maclay, Hann, Hudson, J. Am. Chem. Soc., 6’4, 1606 (1942).
42. Fulmer, Underkofler, Bantz, J. Am. Chem. Soc., 65, 1425 (1943).
43. Bernhauer, Gorlich, Biochem. Z., 280, 367 (1935).
44. Wells, Ward, Ind. Eng. Chem., 31, 172 (1939).
45. May, Herrick, Moyer, Wells, Ind. Eng. Chem., 26. 575 (1934).
46. Herrick, Heilbach, May, Ind. Eng. Chem., 27, 681 (1935).
47. Wells, Stubbs, Lockwood, Roe, Ind. Eng. Chem., 29, 1385 (1937).
48. Shaffer, Hartman, J. Biol. Chem., 45, 365 (1921).
49. Wells, Lockwood, Stubbs, Roe, Porges, Gastrock, Ind. Eng. Chem., 31,
1518 (1'939).
50. Fulmer, Dunning, Guymon, Underkofler, J. Am. Chem. Soc., 58, 1012
(1936).
51. Kluyver, de Leeuw, Tijdschr. vergelijk. Geneeskunde, 10, 170 (1924);
C. A., 18, 3202 (1924).
'52. Boeseken, Leefers, Rec. trav. chim., 54, 861 (1935).
53. Bertrand, Compt. rend., 122, 900 (1896); 126, 984 (1898); Ann. chim.
phys., 8, 3 (1904); Bull. soc. chim., 15, 627 (1896); 19, 502 (1898).
54. Fischer, Mildbrand, Ber., 57, 707 (1924).
55. Bernhauer, Schoen, Z. physiol. Chem., 177, 107 (1928).
'56. Virtanen, Barlund, Biochem. Z., 169, 1'69 (1936).
57. Visser’t Hooft, Biochemische onderzoekingen over het Geslacht Aceto-
bacter, Тезисы, Delft, 1925.
58. Virtanen, Nordlund, Biochem. J., 27, 442 (1933).
59. Neuberg, Hoffman, Biochem. Z., 279, 318 (1936).
60. Underkofler, Fulmer, J. Am. Chem. Soc., 59, 301 (1937).
6i. Bernhauer, Garungschemisches Praktikum, 2-е изд., Berlin, 1939.
стр. 228.
62. Fischer, Ergeb. Enzymforsch., 8, 185 (1939).
63. Franke, Deffner, Ann., 541, 117 (193'9).
64. Subrahmanyan, Green, Gordon, Nature, 144, 1016 (1939).
'314
Ф. Фишер
65. Bernhauer, Ergeb. Enzymforsch., 7, 257 (1938); Bernhauer, Garungsche-
misches Praktikum, 2-е изд., Berlin, 1939, стр. 230.
66. Porges, Clarke, Gastrock, Iowa State Coll. J. Sci., 16, 451 (1943); Ind.
Eug. Chem., 32, 107 (1940); Stubbs, Lockwood, Roe, Tabenkin, Ward,
там же, 32, 1626 (1940).
67. Gastrock, Porges, Wells, Moyer, Ind. Eng. Chem., 30, 782 (1938).
68. Muller, Ergeb. Enzymforsch., 5, 270 (1936); Franke, Deffner, Ann., 541,
117 (1939); Bernhauer, Garungschemisches Praktikum, 2-е изд., Berlin,
1939, стр. 230, 237.
69. Fischer, Wiedemann, Ann., 523, 260 (1944).
70. Fischer, Eysenbach, Ann., 529, 87 (1937); Fischer, Eysenbach, не-
опубликованное сообщение; Eysenbach, Enzymatische Hydrierungen
ungesattiger Verbindungen, диссертация, Freiburg, Г937.
71. Euler, Adler, Hellstrom, Z. physiol. Chem., 241, '239 (1936).
72. Fischer, Eysenbach, Ann., 529, 87 (1937).
73. Fischer, Eysenbach, Ann., 530, 99 (1937).
74. Fischer, Roedig, Rauch, Naturwiss., 27, 197 (7939); Ann., 552, 203 (1942).
75. Fischer, Wiedemann, Ann., 522, 1 (1936).
76. Fischer, Wiedemann, Ann., 520, 52 (1935).
77. Linneweh, Z. physiol. Chem., 181, 54 (1929).
78. Fischer, Robertson, Ann., 529, 84 (1937).
79. Schonbrunner, Biochem. Z., 304, 26 (1940).
80. Fischer, Biochemische Hydrierungen в книге Fortschritte der Chemie
organischer Naturstoffe, Wien, 1939, t. Ill, стр. 45.
81. Kuhn, F. Koehler, L. Koehler, Z. physiol. Chem., 242, 171 (1936).
82. Fischer, Bielig, Z. physiol. Chem., 266, 73 (1940).
83. Turfitt, Biochem. J., 38, 492 (1944).
84. Mamoli, Vercellone, Ber., 70, 470 (1937).
85. Schoenheimer, Behring, Himmel, Schindel, Z. physiol. Chem., 192, 73
(1930).
86. Rosenheim, Webster, Biochem. J., 35, 920, 928 (1941); 37, 589 (1943).
87. Anchel, Schoenheimer, J. Biol. Chem., 125, 23 (1938); Enders, Angew.
Chem., 53, 28 (1940).
88. Fischer, Fortschritte der Chemie organischer Naturstoffe, Wien, 1939,
t. Ill, стр. 56; Tukamoto, Z. physiol. Chem., 260, 210 (1939); Fukui,
J. Biochem. (Japan), 25, 62 (1936); Sihn, J. Biochem. (Japan), 28, 165
(1938); Mori, J. Biochem. (Japan), 29, 87 (1939); Miyazi, Z. physiol.
Chem., 254, 104 (1938); Kim, там же, 255, 267 (1938); Enzymologia,
6, 105 (1939).
89. Schmidt, Hughes, Green, Cooper, J. Biol. Chem., 145, 229 (1'94'2); Hoehn,
Schmidt, Hughes, там же, 152, 59 (1944).
90. Mamoli, Vercellone, Z. physiol. Chem., 245, '93 (1'937).
91. Франц, пат. 843071; С. A., 34, 6413 (1940); ам. пат. 2186906; С. А., 34,
3436 (1940); герм. пат. 705313; С. А. 36, '2090 (1942).
92. Vercellone, Mamoli, Z. physiol. Chem., 248, 277 (1937).
93. Mamoli, Vercellone, Ber., 70, 2079 (1937).
94. Butenandt, Suranyl, Ber., 75, 591 (1942); Rosenheim, Nature, 147, 776
(1941).
95. Butenandt, Dannenberg, Dresler, Meinerts, Ber., 71, 1681 (1938).
96. Butenandt, Dannenberg, Suranyi, Ber., 73, 818 (1940).
97. Mamoli, Ber., 71, 2696 (1938).
98. Wettstein, Helv. Chim. Acta, 22, 250 (1939).
99. Англ. пат. 511433; С. A., 34, 6022 (1940).
100. Ercoli, Ber., 71, 650 (1938).
101. Mamoli, Schramm, Ber., 71, 2698 (1938).
102. Mamoli, Koch, Teschen, Z. physiol. Chem., 261, 287 (1939).
103. Vercellone, Mamoli, Ber., 71, 152 (1938).
Литература
315
104. Schramm, Mamoli, Ber., 71, 1322 (1938).
105. Ercoli, Z. physiol. Chem., 270, 206 (1941).
106. Ercoli, Biochem. terap. sper., 28, 125 (1941); C. A. 38, 2987 (1944).
107. Mamoli, Vercellone, Ber., 71, 2686 (1938); Ercoli, Boll. sci. fasolta chim.
ind. Bologna, 1940, 279; C. A., 38, 1540 (1944).
108>. Mamoli, Ber., 71, 2278 (1938); ам. пат. 2236574; С. A., 35, 4393 (1941).
109 Mamoli, Ber., 71, 2701 (1938); Ercoli, Boll. sci. facolta chim. ind. Bo-
logna, 1940, 279; C. A., 38, 1540 (1944).
110. Mamoli, Gazz. chim. ital., 69, 237 (1939).
111. Mamoli, Koch, Teschen, Naturwiss., 27, 319 (1939).
112. Mamoli, Ber., 72, 1863 (1939).
113. Oppenauer, Rec. tpav. chim., 56, 137 (1937); Inhoffen, Logemann,
Hohlweg, Serini, Ber., 71, 1032 (1938).
114. Wettstein, Helv. Chim. Acta, 23, 389 (1940).
116. Ercoli, Mamoli, Ber., 71, 156 (1938).
.116. Mamoli, Schramm, Ber., 71, 2083 (1938).
117. Mamoli, Koch, Teschen, Z. physiol. Chem., 261, 287 (1939).
118. Munson, Gallagher, Koch, J. Biol. Chem., 152, 67 (1944).
119. Venning, Hoffman., Browne, там же, 146, 309 (1'942); Gallagher, Munson.
Koch, Endocrinology, 30, 1036 (1942); Talbot, Ryan, Wolfe, J Biol.
Chem., 148, 593 (1943); 151, 607 (1943).
120. Heard, Bauld, Hoffman, J. Biol. Chem., 141, 709 (1941).
1*21. Dorfman, Wise, Wagenen, Endocrinology, 36, 347 (1945).
Г22. Fish, Dorfman, Endocrinology, 35, 22 (1944).
123. Westphal, Z. physiol. Chem., 273, 1 (1942).
Г24. Westphal, Z. physiol. Chem., 273, 13 (1942); Hoffman, Kazmin, Browne,
J. Biol. -Chem., 147, 259 (1943); Horwitt, Dorfman, Shipley, Fish,
там же, 155, 213 (1944); Fish, Horwitt, Dorfman, Science, 97, 227
(1943).
125. Marker, Wittbecker, Wagner, Turner, J. Am. Chem. Soc., 64, 818 (1942);
Marker, Wagner, Ulshafer, там же, 64, 1053 (1942).
1'26. Fromherz, Bethes Handbuch der normalen und pathologischen Physiolo-
gic, Berlin, 1939, т. V, стр. 996.
127. Д. С. Лавров, Ber., 33, 2344 (1900); Z. physiol. Chem., 32, 111 (1.901).
128. Thierfelder, Klenk, Z. physiol. Chem., 141, 13, 29 (1924).
129. Asahina, Ishidate, Ber., 61, 533 (1938); 68, 947 (1935).
130. Verkade, Elzas, van der Lee, Wolff, Verkade-Sandbergen, van der Sande,
Z. physiol. Chem., 215, 225 (1933).
131. Hildebrandt, Arch. exp. Path. Pharmakoi., 45, 110 (190'1).
132. Fischer, Bielig, Z. physiol. Chem., 266, 73 (1940); Bielig, диссертация,
Wurzburg, 1939.
СТАТЬЯ 9
РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ У СОЕДИНЕНИЙ
АЛИФАТИЧЕСКОГО РЯДА*
И. Неллес
ВВЕДЕНИЕ
Методам химии алифатических соединений долгое время не
уделялось должного внимания. Это обстоятельство было вызвано
различными причинами. Одна из них заключается в известной
инертности углеводородов алифатического ряда, для которых
характерные в ароматическом ряду методы нитрования, сульфи-
рования, реакция Фриделя-Крафтса и т. п. оказались непримени-
мыми. Кроме того, изомерия продуктов замещения соединений
алифатического ряда в большинстве случаев носит гораздо более
сложный характер, чем в ароматическом ряду. Наконец, про-
мышленная химия была мало заинтересована в использовании
алифатических соединений. Раньше в химической промышлен-
ности в качестве сырья использовался главным образом каменно-
угольный деготь и получаемые из него разнообразные красители.
Однако в течение последних 20 лет положение существенным
образом изменилось. Химическая инертность парафиновых угле-
водородов была преодолена с помощью современных эксперимен-
тальных методов и усовершенствования аппаратуры. Развитие
химии нефти, синтетического каучука и синтетического топлива,
производство вспомогательных веществ для текстильной промы-
шленности и искусственных смол, каталитическая ароматиза-
ция — все это заставило обратить особое внимание на
вопросы промышленного использования алифатических соеди-
нений.
Рост этих отраслей промышленности способствовал развитию
химии алифатических соединений. Можно утверждать, что ме-
тоды, разработанные за последние годы в области химии алифа-
тических соединений, по своему изяществу и простоте ничем не
уступают давно известным реакциям соединений ароматического
ряда. Среди этих методов первое место занимают каталитические
процессы, дальнейшее развитие и теоретическое обоснование
которых является делом будущего. Но многие проблемы в обла-
* Статья печатается с дополнениями, сделанными в американском издании
Р. Бахманом. (Прим, ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда
317
-сти химии алифатических соединений остаются нерешенными.
Дальнейшее развитие методов химии алифатических соединений
в результате сотрудничества науки и промышленности несомненно
приведет к их разрешению.
Настоящий обзор представляет собой сводку новых и усовер-
шенствованных реакций замещения в алифатическом ряду и
включает в основном лишь методы общего, принципиального
значения; методы частного значения, применяемые для синтеза
некоторых отдельных веществ, в обзор не вошли. Большое число
интересных методов, разработанных за последние годы, затруд-
няет составление полного указателя литературы к отдельным
реакциям; во многих случаях указаны лишь основные работы
или статьи.
ГАЛОИДИРОВАНИЕ
За последние годы в области алифатических галоидных со-
единений появился ряд работ и патентов, открывающих новые
перспективы и экспериментальные возможности. Несмотря на то,
что эти методы большей частью нуждаются в дальнейшем усо-
вершенствовании и развитии, они все же будут изложены в дан-
ном обзоре, поскольку именно галоидные соединения являются
ценными исходными веществами для органического синтеза и
имеют большое техническое значение.
Хлорирование олефинов с сохранением двойной связи осно-
вано на классических работах М. И. Шешукова [1] *, установив-
шего, что действие галоидов на изобутилен при повышенной тем-
пературе не сопровождается или почти не сопровождается при-
соединением к двойной связи. Еместо продуктов присоединения
образовывались продукты замещения, причем главным продук-
том реакции являлся хлористый изобутенил (1), а побочным про-
дуктом— его изомер (2):
СН2С1—С=СН2 СНЬ—С=СНС1
сн3 сн3
(1) (2)
В результате дальнейших исследований этой реакции
И. Л. Кондаковым [2] было сформулировано правило, согласно
которому олефины, легко соединяющиеся с минеральными кисло-
тами, при действии хлора образуют монохлоролефины, в то
время как непредельные углеводороды, не реагирующие с мине-
* По этому вопросу см. также М. Д. Львов с сотрудниками, ЖРФХО,
15, 129, (1883); 17, 290 (1885); 21, 431 (1889); М. И. Шешуков, там же,
16, 320 (1884); 1170 (Г904); М. Погоржевский, там же, 36, 1170 (1904);
Д. В. Тищенко, И. Дьяков, ЖОХ, 9, 1098, 1'939. (Прим, ред.)
318
И. Неллес
ральными кислотами, присоединяют хлор по, двойной связи.
В последнее время эти наблюдения послужили основой для опы-
тов, проведенных Бэрджином, Энгсом, Гроллом и Хэрном [3],
а также Шалесом [4] и другими, которые в своих опытах исполь-
зовали современные физико-химические методы. Эти исследова-
ния, однако, проводились почти исключительно с олефинами изо-
строения, в которых двойная связь находилась при третичном
атоме углерода.
Введение галоида путем замещения в олефины с нормальной
цепью, например в этилен, пропилен, бутилен и т. д., описано
лишь в последнее время в ряде патентов [5] и в работе Гролла и
Хэрна [6]. Этим исследователям удалось осуществить превраще-
ние этилена в хлористый винил и пропилена — в хлористый ал-
лил, действуя на олефины хлором в газовой фазе и при высокой
температуре (обычно работают при температурах 200—600°). Для
превращения пропилена в хлористый аллил предварительно на-
гретый пропилен подвергают действию хлора при 600° в отсут-
ствие катализаторов. При этом выход хлористого аллила соста-
вляет 75 %, а выход дихлорпропана — менее 1 %. Из пропилена
и брома с выходом 65% был получен бромистый аллил. Во избе-
жание коррозии и взрывов при проведении этих реакций тре-
буется соблюдение особых условий и соответствующая аппара-
тура.
Под влиянием света и катализаторов увеличивается, невиди-
мому, лишь общая скорость реакций хлорирования нормальных
этиленовых углеводородов. Условия (температура, жидкая или
паровая фаза, поверхность, загрязнения) не оказывают влияния
на соотношение образующихся изомерных продуктов замещения.
Однако с изменением некоторых условий меняются относитель-
ные количества продуктов замещения и продуктов присоедине-
ния. Так, при высоких температурах, особенно в интервале
300—600°, получается более высокий выход продуктов замеще-
ния. Склонность к образованию продуктов замещения увеличи-
вается в ряду: этилен, пропилен, бутен-2, пентен-2, изобутилен,
высшие третичные олефины. Избыток олефиновых углеводородов
способствует реакции замещения, а избыток хлора — реакции
присоединения.
Реакция до' настоящего времени проводилась лишь с низшими
членами ряда олефинов. Будущее покажет, удастся ли перенести
эту реакцию на высшие олефины и на другие соединения.
Дальнейшее развитие новой методики хлорирования углеводо-
родов при высоких температурах несомненно сделает доступными
многие з научном и промышленном отношении ценные вещества
и приведет к некоторым новым теоретическим представлениям.
Галопдозамещенные олефины могут быть использованы для
многих превращений. Следует, например, упомянуть [7] о про-
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 315-'
мышлением синтезе глицерина (8) из пропилена (3) через хлори-
стый аллил (.4), аллиловый спирт (5), of-хлоргидрин (6) п
глицид (7):
сн3 СН2С1 сн2он
1 С1.,(40’) 1 (он-) 1 НОС1
сн 8да.о -> сн —СН —1 1 >
II II II
сн3 сн2 сн3
(3) (4) (5)
СН2ОН СН2ОН сн2он
1 -> снон натронная (V сн,он
1 хо
СН2С1 сн2 СН2ОН
(6) (7) (8)
Как известно, действие галоидов на углеводороды обычно-:
приводит к смесям продуктов различной степени хлорирования.
Получение моногалоидных соединений прямым галоидированием
обычно представляет трудную задачу. Распространенный метод
получения моногалоидных соединений заключается в присоеди-
нении галоидоводородных кислот к олефинам.
Этот старый метод -в последнее время был расширен и усовер-
шенствован рядом работ, предусматривающих проведение реак-
ции в газовой фазе и применение различных катализаторов. В ка-
честве ускорителей особенно пригодны треххлористый и трехбро-
мистый алюминий, хлорное железо, хлористый цинк и другие-
вещества.
Хороший метод получения хлористого- или бромистого этила
присоединением к этилену хлористого или бромистого водорода
в присутствии хлористого или бромистого алюминия был описан
Тулленерсом, Туином и Ватерманом [8].
Пропилен и хлористый водород в газовой фазе в отсутствие
катализатора не вступают во взаимодействие. Как показали
Броувер и Вибо- [9], хорошими катализаторами этой реакции при
комнатной температуре являются хлорное железо, хлористый
висмут и хлористый цинк на силикагеле, в то время как при по-
вышенных температурах лучшие результаты получаются с хло-
ридами ртути, никеля, алюминия или кальция на носителе. Про-
дукт реакции состоит из хлористого изопропила с незначительной
примесью углеводородных продуктов конденсации; обнаружить
нормальный хлористый пропил не удалось.
Согласно правилу Марковникова, при присоединении галоидо-
водородных кислот к олефинам галоид становится к наименее
гидрогенизированному атому углерода. Затем, однако, было
найдено, что в присутствии некоторых веществ имеет место
320
И. Неллес
обратный порядок присоединения галоидоводородных кислот
к некоторым олефинам. Работы в этой области можно объеди-
нить под общим названием «перекисный эффект» [10].
Караш [11] провел целый ряд исследований, посвященных
этому вопросу, и установил, что бромистый водород в отсутствие
перекисей присоединяется к бромистому аллилу согласно пра-
вилу Марковникова, образуя 1,2-дибромпропан; в то же время
при наличии даже небольших количеств перекисей образуется
почти исключительно 1,3-дибромпропан, причем в этих случаях
реакция идет быстрее:
^/^слстви^перекиси СНзСНВгСН„Вт
СН2=СНСН2Вг
СН2ВгСН2СН2Вг
в присутствии перекиси
Подобным же образом бромистый водород присоединяется
к бромистому [12] и хлористому винилу [13]: в присутствии пере-
кисей образуются 1,2-дигалоидные соединения, в то время как
в бескислородной среде или при наличии антиоксидантов полу-
чаются 1,1-дигалоидные производные [14].
Пропилен и бромистый водород при нормальной реакции обра-
зуют бромистый изопропил. В присутствии же перекиси бензоила с
почти количественным выходом образуется бромистый пропил [15].
Однако порядок присоединения хлористого водорода к про-
пилену под влиянием перекисей не изменяется [16]. Эти иссле-
дования были распространены также и на высшие олефины,
например изобутилен, пентен-1 и гептен-1 [17].
Перекиси оказывают влияние на направление присоединения
бромистого водорода также и к ацетиленовым углеводородам.
Как показал Бауэр, бромистый водород в присутствии газообраз-
ных окислителей присоединяется к ацетилену с образованием
1,2-дибромэтана [18]. Соответственно из бутина-2 в присутствии
перекисей образуется 2,3-дибромбутан [19]. Без перекисей и
в бескислородной среде был получен 2,2-дибромбутан.
В настоящее время этот метод приобретает большое значение,
в частности, потому, что позволяет получить изомеры, синтез
которых ранее не мог быть осуществлен. Осуществить присоеди-
нение всех галоидоводородных кислот в аномальном направлении
не удается. Однако возможность изменения с помощью переки-
сей порядка присоединения бромистого водорода может быть
использована в препаративных целях. Повидимому, влияние пе-
рекисей основано на их способности инициировать цепные реак-
ции, в которых переносчиками цепи являются атомы и свободные
радикалы. Таким образом, нормальный или аномальный порядок
присоединения бромистого водорода [20] обусловлен тем, идет ли
реакция по гетеролитическому механизму (в отсутствие переки-
сей) или по гомолитическому (в присутствии перекисей). Пере-
кисный эффект не ограничивается реакцией присоединения
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 321
бромистого водорода. Влиянию перекисей подвержено также
присоединение меркаптанов и бисульфита к этиленовым связям.
Однако в отсутствие перекиси или кислорода присоединение би-
сульфитов к олефинам затруднено. Порядок присоединения
иллюстрируется следующими примерами:
RCH=CH24-R'SH п?р-кисй^ RCH,CH2SR',
RCH=CH24-NaHSO3 пе-^-ис--> RCH2CH2SO3Na.
Караш и сотрудники сообщили о влиянии перекисей на порядок
присоединения бисульфита [21] и тиогликолевой кислоты [22]
к непредельным соединениям.
В последнее время Карашем и Броуном [23] было установлено,
что следы перекисей катализируют реакцию хлорирования угле-
водородов с помощью хлористого сульфурила. Этот метод пред-
ставляет преимущества по сравнению с методом прямого хлори-
рования углеводородов на свету. Второй атом хлора лишь с тру-
дом удается ввести в органическую молекулу; замещение третьего
атома водорода вовсе не происходит. Поэтому этот метод
особенно пригоден для введения одного атома галоида в алкиль-
ную группу диалкилбензолов. Так, из м-ксилола получается
только а)-хлор-ж-ксилол. По тому же методу легко хлорируются
алифатические кислоты и их хлор ангидриды. В связи с этим сле-
дует указать на наблюдение Бокемюллера и Пфеффера [24] об
образовании перекисей при бромировании олефинов.
Макби, Хэсс и сотрудники [25] изучили реакцию хлорирова-
ния, сопровождающуюся разрывом углерод-углеродной связи.
Они предложили применить эту реакцию в промышленном мас-
штабе для синтеза четыреххлористого углерода и гексахлорэтана
из углеводородов нефти. В появившемся недавно обзоре эти-х
авторов [26] собраны данные о новых успехах в области хлориро-
вания органических соединений *.
* Я. Л. Гольдфарб и Л. М. Сморгонский [Изв. АН СССР, 1936, 553] раз-
работали реакцию получения галоидных алкилов из простых эфиров и хлори-
стого тиснила в присутствии хлорного олова и четыреххлористого титана. Этот
метод дает удовлетворительные выходы галоидных алкилов.
Реакция протекает в две стадии
1) образование хлоралкилсульфата и галоидного алкила
RCR 4- SOG, —> ROSOC1 4- RCi;
2) распад хлоралкилсульфата на галоидный алкил и сернистый ангидрид
ROSOC1 —> RCI + SO,.
(Прим, ред.)
21 Зак. 1789.
322
И. Неллес
НИТРОВАНИЕ
Нитрование алифатических углеводородов с помощью азот-
ной кислоты обычно представляет собой более трудную задачу,
чем нитрование ароматических соединений. Низшие парафино-
вые углеводороды при комнатной температуре не реагируют
с концентрированной азотной кислотой, а также со смесями
азотной и серной кислот. Углеводороды, содержащие более 5 ато-
мов углерода, способны нитроваться азотной кислотой при повы-
шенной температуре. Так, М. И. Коновалов [27], действуя на
н-гексан азотной кислотой уд. веса 1,075 в закрытом сосуде при
140°, получил 2-нитрогексан с выходом 60% *. Уорстэлл [28] под-
вергал ряд углеводородов — от гексана до додекана — нитро-
ванию азотной кислотой различной концентрации и получил при
этом смеси моно- и динитросоединений.
В последнее время с помощью азотной кислоты в паровой
фазе [29] удалось осуществить нитрование углеводородов, со-
держащих менее 6 атомов углерода. Ниже приводится краткое
описание подобного опыта.
Пары нитруемого углеводорода пропускают через концентри-
рованную азотную кислоту при 108°. Газовую смесь, содержащую
приблизительно 2 моля углеводорода на 1 моль азотной кислоты,
пропускают через нагреваемый на солевой бане до 420° змеевик,
в котором и происходит реакция. Выходящие газы конденси-
руются обычным путем. Конденсат состоит из двух слоев: 1) вод-
ного, содержащего азотную кислоту и небольшое количество
растворимых в воде веществ, например кетонов и карбоновых
кислот, и 2) маслянистого — нитропарафинов. При неоднократ-
* Следует отметить, что еще до М. И. Коновалова ряд русских химиков
(Марковников, Оглоблин, Курбатов, Бейлыптейн и др.) пытались осуществить
нитрование предельных углеводородов концентрированной азотной кислотой,
но получали главным образом продукты окисления. С. С. Наметкин [ЖРХО
40, 184, 1670 (1907)] показал, что, изменяя количество азотной кислоты, можно
направить реакцию либо в сторону окисления, либо в сторону нитрования.
Температура и давление почти не оказывают влияния на направление реакции,
а изменяют лишь скорость процесса. На основе этих данных С. С. Наметкиным
был разработан метод нитрования предельных углеводородов, при котором
почти не образуются полинитросоединения и продукты окисления.
П. П. Шорыгин и А. В. Топчиев [ЖОХ, 5, 549 (1935)] разработали метод
нитрования алифатической цепи жирноароматических углеводородов окислами
азота при невысокой температуре. А. В. Топчиев [Нитрование углеводородов
и других органических соединений, АН СССР, 1949, стр. 197] осуществил нитро-
вание алифатических углеводородов в газовой фазе с помощью окислов азота
в присутствии хлора при температуре 150—230С Этим путем из природного
газа с хорошим выходом удается получить нитрометан в смеси с продуктами
его нитрования и хлорирования. С. С. Наметкин и его школа широко исполь-
зовали реакцию нитрования для установления строения терпенов и алицикли-
ческих углеводородов нефти [С. С. Наметкин, Избранные труды, АН СССР
М—Л.. 1949]. (Прим, ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 323
ном пропускании паров выход нитропроизводных обычно соста-
'вляет 20—30%.
Полученные нитросоединения по своему составу неоднородны.
Даже при нитровании индивидуальных углеводородов наряду
с изомерными нитропарафинами получаются также и нитропро-
изводные низших углеводородов. Так, при нитровании бутана
образуется смесь, состоящая из 27% 1-нитробутана, 50% 2-нитро.
бутана, 5% 1-нитропропана, 12% нитроэтана и 6% нитрометана.
При температуре выше 248° динитропроизводные не образуются.
В тех случаях, когда в реакцию вводят нитропарафины, они
только окисляются или подвергаются пиролизу, но не нитруются.
Изменяя температуру, можно получить различные соотношения
между изомерными нитропарафинами.
В настоящее время еще не создана теория, которая охватила
бы весь фактический материал, полученный при исследовании
реакции нитрования гомологов метана в паровой фазе [30, 31] *.
Нитрование может быть осуществлено в паровой фазе при
температурах 248—600° и выше. Оптимальные результаты были
получены при 400—450°. При более высоких температурах ско-
рость реакции возрастает. Повышенная температура способствует
образованию нитропарафинов и продуктов расщепления, но при-
водит также и к нежелательному пиролизу продуктов реакции.
Поэтому при нитровании 'в производственном масштабе необхо-
дим тщательный температурный контроль. Повышение давления
приводит к заметному возрастанию скорости реакции, обычно не
оказывая другого влияния. При благоприятных условиях выход
нитропарафинов в расчете на азотную кислоту составляет 40%.
Однако если регенерировать образующиеся в качестве побочного
продукта окислы азота, то удается получить до 90 молей нитро-
парафинов на 100 молей израсходованной азотной кислоты.
Для нитрования метана требуются более жесткие условия
реакции. Работая в специальной аппаратуре со смесью из 1 моля
азотной кислоты и 17 молей метана при температуре 460°, повы-
шенном давлении и малом времени контакта, Лондон [32] получил
нитрометан с выходом 46%. Нитрометан получается также при
нитровании пропана с выходом 15%.
Благодаря этому новому методу нитрования углеводородов
стал доступным класс интересных и в научном и в техническом
отношении веществ.
Возможности промышленного применения нитропарафинов
были обсуждены Габриелем [33]. Как известно, нитропарафины
являются хорошими растворителями. Однако еще большее
О механизме реакции нитрования см. А. В. Топчиев, Нитрование угле-
водородов и других органических соединений. М— Л, 1949- А. И. Титов и
сотрудники, ЖОХ, 6, 1600 (1936); 7, 591 (1937). (Прим, ред.)
21*
324
И, Неллес
значение имеет их применение в качестве промежуточных продук-
тов органического синтеза. Так, они могут быть восстановлены до
аминов, алкилгидроксиламинов или оксимов. При действии ми-
неральных кислот первичные нитросоединения с выходом, превы-
шающим 90%, превращаются в карбоновые кислоты и соли
гидроксиламина:
RCH2NO2 Н2О + H,SO4 —> RCO,H % NH3OH • HSO4.
В течение некоторого времени эта реакция применялась
в США для промышленного получения солей гидроксиламина
Образующиеся в качестве промежуточных продуктов гидрокса-
мовые кислоты в определенных условиях могут быть выделены
с выходом 50%.
Прямое галоидирование нитропарафинов осуществляется
особенно легко в растворах оснований. Продукты реакции обла-
дают инсектицидными свойствами, являются селективными рас-
творителями [34] и используются как прибавки, предотвращающие
желатинизацию резиновых клеев.
При конденсации нитропарафинов с альдегидами, образуются
нитроспирты, которые могут быть этерифицированы как органи-
ческими, так и неорганическими кислотами:
RCH2\tO2-4-СН2О —> RCHNO2CH2OH,
RCHoNO, + 2СН.2О —> RCNO,(CH,OH',.
Некоторые из получаемых таким путем нитратов используются
в качестве взрывчатых веществ. Была также исследована воз-
можность применения фосфорнокислых эфиров нитроспиртов
в качестве пластификаторов [35]. Реакция органических эфиров
нитроспиртов с основаниями представляет собой общий метод
получения нитроолефинов:
Н OCOR
R—С—С—R % NaHCO. —> RC=CR % RCO2Na % Н2О 4- СО,. .
II 'll
no2 н no, и
Восстановлением нитроспи.ртов в промышленном масштабе
получают аминоспирты, используемые для производства эмуль-
гирующих агентов и фармацевтических препаратов *. Поскольку
нитропарафины обладают подвижными атома’ми водорода, они
* а-Аминоспирты получают более удобным путем из а-окисей и аммиака
или аминов [К. А. Красусский, Укр. хем. журн., I, 68 (1926); 2, 376 (1927);
4, 37, 75, 79 (1929); 5, 237, 349 (1930); ЖОХ, 6, 1203 (1936)].
При этом в зависимости от условий могут получаться и продукты даль-
нейшей реакции аминоспиртов со второй и третьей молекулой окиси.
(Прим, ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 325
способны присоединяться к различным ненасыщенным соедине-
ниям, как, например, к нитроолефинам, се,^-непредельным кето-
нам, ’эфирам и нитрилам [36] *.
СУЛЬФИРОВАНИЕ
В то время как в ароматическом ряду прямое введение сульфо-
группы с помощью сульфирующих агентов широко распростра-
нено, в алифатическом ряду эта реакция, за немногими исключе-
ниями, не удается. При действии серной, хлорсульфоновой кис-
лот и других сульфирующих реагентов на парафины, олефины и
другие соединения сульфокислоты образуются лишь с незначи-
тельным выходом, причем они с трудом отделяются от образовав-
шихся эфиров серной кислоты. Лучшие результаты получаются
при реакции галоидных алкилов или олефинов с бисульфитами.
Однако и эти методы не имеют общего значения, а применимы
лишь к некоторым отдельным соединениям определенного строе-
ния. Поэтому разработанный в последние годы простой и общий
метод введения сульфогруппы в алифатические соединения пред-
ставляет собой существенный вклад в химию алифатического
ряда. Джонсон и Спрейг [37] установили, что алкилированные
нзотиомочевины могут быть превращены в сульфохлориды дей-
ствием хлора на холоду в водном растворе:
/.NH
R—S—C<f R—50,01.
\NH2 • НС1 Hs0
При действии брома получаются соответствующие сульфобро-
миды. На возможность такой реакции указывало наблюдение
Ратке [38], который при действии хлора на S-этилдифенилтиомо-
чевину в водном растворе получил этансульфокислоту. Джонсон
и Спрейг получили большое количество алифатических и цикло-
алифатических сульфохлоридов. Выходы этих веществ обычно
рполне удовлетворительны. Так, метилсульфохлорид был получен
из сернокислой метилизотиомочевины с выходом 76%. Хороший
* Еще М. И. Коноваловым было высказано предположение, что при ни-
тровании под влиянием азотной кислоты окисляются не сами углеводороды, а
лишь продукты нитрования. На основании этих данных С. С. Наметкин показал,
что окислению подвергаются не сами нитросоединения, а их лабильная аци-
форма (изонитросоедннеиия). Из первичных нитросоединений при этом полу-
чаются альдегиды, выделить которые не удается, так как они окисляются до
соответствующих кислот. Вторичные нитросоединения при окислении пер-
манганатом в щелочной среде почти количественно превращаются в кетоны
[С. С. Наметкин, Е. И. Позднякова, ЖРХО, 45, 1421 (1913)].
Третичные нитросоедииения, не способные образовывать ациформу, устой-
чивы к действию окислителей как в кислой, так и в щелочной среде.
(Прим, ред.)
326
И. Неллес
выход получается в случае первичных алкилов, незначительный —
в случае вторичных, а соединения с третичными алкильными
группами вовсе не вступают в реакцию.
Исходные соединения могут быть получены либо из галоидо-
производных алифатического ряда взаимодействием их с тиомо-
чевиной, либо из спиртов конденсацией с солями тиомочевины по
методу Стивенса [39]. В последнем случае алкилированную тио-
мочевину можно не выделять; таким образом, превращение спир-
тов в сульфохлориды производится в одну стадию. По этому ме-
тоду удалось получить также и высшие гомологи, например
додецилизотиомочевину [40]. Сульфохлориды были получены
также из хлорированных парафинов и углеводородов нефти [41]
и из гетероциклических производных тиомочевины, например ив
тетрагидрофурфурилизотиомочевины [42]:
СН?—СН2 СН,—сн.,
I “ I z-NH I ' I
СН2 сн—сн,—s—cf —> СН, СН—CH,SO2Cl.
\0/ ‘ XNH, • НС1 \0/
Наконец, метод может быть перенесен также и на другие
соединения;- содержащие серу, например меркаптаны, сульфиды,
алкилтиосульфаты и т. п. [43]. Так, алкилтиоционаты в этих усло-
виях реагируют по следующей схеме с выделением хлористого
циана:
R—SCN + С12 R—SO2C1 -г C1CN.
Особого внимания заслуживает метод введения сульфогруппы
действием смеси сернистого газа и хлора на алифатические угле-
водороды в жидкой фазе на свету при комнатной или несколько
повышенной температуре:
R—СН2—R' + SO2 + С12 —> R—СН—R' НС1.
SO2C1
Этот метод был впервые описан в патентной литературе [44].
Реакцию можно проводить как с простейшими газообразными
углеводородами, так и с их высшими гомологами (октаном, окта-
деканом и т. д.). Омылением продуктов реакции получают сульфо-
кислоты. Механизм реакции не выяснен; предположение Рида,
согласно которому первичными продуктами взаимодействия
являются эфиры хлорсульфиновой кислоты
R\ //°
>сн-о—s/
Rz/ ХС1
представляется мало обоснованным. В некоторых случаях реак-
ция усложняется параллельно протекающим хлорированием
углеводородов.
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 327
Караш и сотрудники [45] разработали аналогичный метод
сульфирования, применяя хлористый сульфурил в присутствии
пиридина или хинолина. Основания этого типа оказались эффек-
тивными катализаторами, ускоряющими сульфирование и тормо-
зящими в то же время хлорирование:
RR'CH2 + SO2C1 —> RR'CHSO2C1 + НС1.
Реакция, вероятно, протекает с промежуточным образованием
свободных радикалов, вследствие чего с особой легкостью суль-
фируются алифатические соединения и алифатические боковые
цепи жирноароматических углеводородов. Наилучшие результаты
были получены при освещении и при небольшой концентрации
хлористого сульфурила. Из «-гептана продукт сульфирования был
получен в присутствии хинолина при 60—70° с выходом 31%.
Авторы показали, что реакция может быть применена для
сульфирования не только углеводородов, но и кислот и их хлор-
ангидридов [46]. Уксусная кислота и хлористый ацетил в условиях
реакции хлорируются, однако высшие кислоты энергично всту-
пают во взаимодействие с хлористым сульфурилом, превращаясь
в циклические или у-сульфангидриды. се-Изомер при этом вовсе
не образуется. Лауриновая кислота и близкие к ней гомологи
образуют несколько изомерных продуктов сульфирования.
При 50—60° и освещении лампой в 200—300 в из пропцоновой
кислоты с выходом 52% был получен ангидрид ^-сульфопропио-
новой кислоты. Реакция протекает в течение 3—4 час.
СН3СН2СО2Н + SO2C12 СН2СН2СО2Н + НС1
SO2C1
4
СН2СН2СО
I I + НС1.
so2—о
В обзоре, посвященном методам сульфирования, Баумгар-
тен [47] обсудил возможность! применения в качестве сульфирую-
щего агента продуктов присоединения серного ангидрида к хло-
ристому водороду, фтористому водороду, хлоридам, фторидам,
борфторидам, диоксану и третичным аминам и показал, что сер-
ный ангидрид может найти широкое применение для сульфиро-
вания органических соединений. Браун [48] опубликовал обзор,
посвященный применению хлористого сульфурила для хлориро-
вания и сульфирования органических соединений. Весьма пол-
ная монография Сьютера [49] также содержит обзор этого
вопроса.
328
И. Неллес
В настоящее время еще не установлено, применима ли эта
реакция также и к другим классам алифатических соединений
(кроме углеводородов) *.
Описанный метод, приобретающий особое значение благодаря
своей простоте, позволяет получить целый ряд ранее трудно-
доступных веществ.
СПИРТЫ
Синтез спиртов из непредельных углеводородов известен уже
давно. Однако в последнее время, когда олефины, в частности
благодаря крекингу нефти, стали доступным исходным сырьем,
эта реакция подверглась более детальному изучению.
Методы получения спиртов из олефинов в основном могут
быть подразделены на две группы:
1) непосредственное присоединение воды;
2) метод, состоящий в превращении олефина в эфир мине-
ральной кислоты (например, серной) с последующим гидролизом.
Промежуточное место между этими двумя группами занимают
методы, при которых превращение олефинов в спирты проводится
с помощью разбавленных минеральных кислот. При этом в ка-
честве промежуточных продуктов также образуются эфиры ми-
неральных кислот. Для обоих типов реакций в последнее время
были предложены многочисленные катализаторы, а также была
исследована кинетика реакций [50]. Для промышленности особый
интерес представляет гидратация этилена и пропилена. Объем
данной статьи не позволяет изложить подробности указанных
процессов. Обстоятельный литературный обзор имеется в книге
Эллиса [51] **.
* А. П. Терентьев [А. П. Терентьев с сотрудниками, ДАН, 51,603,68'9 (1946#;
55, 231, 631, 845 (1947); 65, 513 (1949); 67, 859 (1949); ЖОХ, 18, 723 (1948):
19, 255, 258, 1365, 1467, 2118 (1949); Веста. Моск, унив., 1947, № 6, 9; 1948,
№ 10, 16; № 11, 123; 1949, № 8, 63] подробно исследовал сульфирующие свой-
ства пиридинсульфотриоксида и диоксансульфотриоксида. Он показал, что эти
реагенты практически количественно сульфируют ацидофобные (боящиеся кис-
лот) соединения: виниловые эфиры, дивинил, изопрен, стирол, фуран и его
гомологи, пиррол и его гомологи, кумарон и т. п. (Прим, ред.)
** М. И. Ушаков и Б. М. Михайлов [ЖОХ, 7, 249 (1937)] разработали
метод превращения олефиновых углеводородов в спирты, основанный на ката-
литическом восстановлении хлоргидринов в присутствии никелевого или пал-
ладиевого катализаторов:
г.н. _l ног; _гн____гн„
I I
01 он
СН2-СНо С»Н5ОН.
' ' ! I
С1 ОН
' Выход этилового спирта составляет '90%.
Реакция гидрирования проходит с хорошим выходом лишь в присутствии
Реакции замещения у соединений алифатического ряда
329
: Другой новый метод получения спиртов, предложенный Меер-
вейном, заключается в восстановлении альдегидов и кетонов
с помощью алкоголятов некоторых металлов [52—58] *.
Наконец, в качестве третьего метода получения спиртов сле-
дует указать на каталитическое восстановление карбоновых кис-
лот и их эфиров. Этот метод в последнее время приобрел особое
значение в химической промышленности и во многих случаях
вытеснил классическую реакцию восстановления сложных эфиров
с помощью натрия и спирта по Буво-Блану [59] **. Как показали
Кристиансен [60], Шмидт [61], Шраут, Шенк и Штикдорн [62],
а также Норманн [63], сложные эфиры, особенно эфиры высших
карбоновых кислот, могут быть восстановлены до соответствую-
щих спиртов водородом в присутствии катализаторов при высо-
кой температуре как при нормальном, так и при повышенном
давлении.
Этот метод делает доступными алифатические спирты, кото-
рые имеют большое значение для синтеза моющих средств. Метод
был далее разработан и расширен Адкинсом и Фолькерсом [64],
исследовавшими восстановление эфиров низших моно- и дикарбо-
новых кислот. Ими было детально изучено влияние на ход реак-
ции таких факторов, как температура, давление, катализаторы и
растворители. При жестких условиях восстановление, особенно
для эфиров высших кислот, легко идет вплоть до образования
углеводородов. С помощью высокоактивных катализаторов уда-
лось значительно снизить применявшиеся первоначально высокие
температуры и давления и добиться лучшего выхода спиртов.
Многочисленные патенты [65] указывают на большое промышлен-
ное значение этой реакции, приобретающей дополнительный
интерес благодаря новым методам получения карбоновых кислот,
например путем окисления парафина.
В качестве катализаторов применяются кадмиевые, хромовые,
медные, цинковые, железные, никелевые, кобальтовые и свинцо-
вые соли кислот. Восстановление проводится при 240—400° и
под давлением 140 атм. С удовлетворительным выходом
удается получить также и ненасыщенные спирты, например олеи-
новый.
Другой синтетический метод, разработанный в Германии, со-
стоит в присоединении окиси углерода и водорода к олефинам
щелочи и сопровождается образованием небольшого количества этиленгликоля.
Исходя из этих данных, авторы высказали предположение, что первичным про-
дуктом реакции является окись этилена. (Прим, ред.)
* См. статью Т. Берзина [Успехи химии, 10, 606 (1941)]. (Прим,
ред.)
। ** Как известно, метод восстановления органических соединений дей-
ствием металлического натрия в спиртовой среде предложен А. Н. Вышне-
градским [ЖРФХО, 17, 396 (1885)]. (Прим, ред.)
330
И. Неллес
с последующим-восстановлением образовавшихся альдегидов до
спиртов [66]:
RCH=CH24-CO + H2 —> RCH(CH3)CHO,
RCH(CH3)CHO + Н2 —> RCH(CH3)CH2OH.
В последнее время некоторые данные об этом методе появи-
лись в литературе [67]. Наконец, при окислении парафинов
кислородом воздуха наряду с другими продуктами получаются
и смеси спиртов. Наметкин и Тенева [68] осуществили этот про-
цесс в техническом масштабе и выделили при этом ряд нормаль-
ных спиртов, начиная от пропилового и кончая октадециловым.
ЭФИРЫ
В области синтеза алифатических эфиров следует указать на
две новые реакции.
1. Присоединение а-галоидозамещенных эфи-
ров к олефинам. Как установил Скотт [69], а-галоидоэфиры,
например монохлордиметиловый, легко присоединяются к олефи-
нам согласно уравнению
СН3-О -СН2С1 + СН2=СН2 —> СН— О—СН2СН.2СН2С1.
Как видно из приведенной реакции, атом галоида проявляет
весьма большую подвижность. В некоторых случаях оказалось
целесообразным вести реакцию в присутствии катализаторов.
Особенно подходящими для этой цели оказались галоидопроиз-
водные металлов [70].
Независимо от Скотта, эту реакцию исследовал также
Штаусс, распространивший ее на диолефины [71]. Полученные
эфиры могут подвергаться дальнейшим превращениям, например
отщеплению галоидоводородной кислоты, гидрированию и т. д.,
благодаря чему реакция является ценным дополнением к синте-
тическим методам органической химии.
2. Синтез виниловых эфиров из спиртов и аце-
тилена. В качестве второго интересного и имеющего общее
значение метода Реппе [72] * предложил синтез виниловых эфи-
ров из спиртов и ацетилена. Уже давно известно, что Q Ту g'T'LTJF g FJ
* Винилирование спиртов в действительности было открыто выдающимся
русским ученым А. Е. Фаворским [ЖРФХО, 20, 518 (1889)]. В дальнейшем эта
реакция была широко изучена А. Е. Фаворским и М. Ф. Шостаковским [ЖОХ,
13, 1 (1943)], которые впервые и за несколько лет до Реппе показали, что
с ацетиленом можно вполне безопасно работать под давлением, не прибегая
ни к каким разбавителям, кроме исходного спирта. (Прим, ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 331
в присутствии катализаторов, особенно ртутных соединений, ре-
агирует со спиртами с образованием ацеталей:
OR
2ROH + СН=СН СН3СН<
XOR.
Если же проводить реакцию при повышенной температуре
в присутствии соединений с основными свойствами (гидратов
окисей щелочных металлов или их цианидов), то получают с хо-
рошим выходом виниловые эфиры:
ROH + СНееСН R—О—СН=СН2.
При этом часто целесообразно проводить реакцию при повы-
шенном давлении. Во избежание взрывов, ацетилен разбавляют
инертным газом, например азотом, в соотношении 1 : 2. Полу-
чены количественные выходы [73] и проведено исследование ско-
рости реакции и ее механизма [74].
Реакцию можно проводить и с многоатомными спиртами, при-
чем как в жидкой, так и в газовой фазе [75]. В другом патенте
в качестве катализаторов вместо щелочных соединений предла-
гаются цинковые или кадмиевые соли органических карбоновых
кислот [76]. Присоединением к ацетилену меркаптанов получают
тиовиниловые эфиры [77] *.
АМИНЫ
Методы получения аминов алифатического ряда, по сравне-
нию со способами получения других алифатических соединений,
довольно разнообразны: расщепление амидов по Гофману, рас-
щепление азидов по Курциусу, восстановление нитросоединений,
нитрилов и оксимов, а также присоединение аминов к активиро-
ванной этиленовой связи. В последнее время были описаны но-
вые методы, основанные на уже известных превращениях, но
* Клебанский, Красинский и Сафонова [ЖОХ, 16, 1,212 (1946)] нашли, что
направление присоединения спирта, к дивинила,цетилену в присутствии едкого
кали зависит от характера спирта. При присоединении этилового спирта обра-
зуется эфир непредельного первичного спирта (присоединение в положении 1,6);
метиловый спирт присоединяется в положении 1,4 с образованием вторичного
винилового эфира.
В некоторых случаях простые эфиры удобным путем и с высоким выходом
могут быть получены по разработанной Д. Н. Кургановым и В. Н. Сеткиной
[Изв. АН СССР, ОХН, 1948, S28; 1949, Г90, 2'74] реакции, основанной на обмене
и расщеплении четвертичных солей аммония. Так, спирты при обмене с солями
.аммония, содержащими радикал R—О—СН2, образуют формали с выходом
до 95%.
При аналогичном взаимодействии четвертичных солей аммония со щелоч-
ными солями карбоновых кислот с хорошим выходом (70—80%) получаются
алкоксиметиловые эфиры кислот. (Прим, ред.)
332
И. Неллес
более удобные для практического выполнения и имеющие более
широкие области применения.
В первую очередь, следует указать на описанное Шмидтом [78]
превращение карбоновых кислот с помощью азотистоводородной
кислоты в амины, содержащие на один атом углерода меньше,
чем исходная кислота. При действии 10-процентного раствора
азотистоводородной кислоты на раствор карбоновой кислоты
в концентрированной серной при 40—45° образуется с отщепле-
нием азота и углекислого газа сернокислая соль амина:
R-CH»-COOH 4- HN3 —> R—CH.2-NH, 4- CO2 4- N».
Механизм реакции окончательно не установлен. Шмидт вы-
сказался в пользу двух возможных вариантов:
1) присоединение свободного имина (=NH), образующегося
из азотистоводородной кислоты, к двойной связи карбоксильной
группы с последующим отщеплением воды и перегруппировкей
в изоцианат:
ОН О
R—С—ОН .JLC% R—С —► RNCO RNH2+CO2;
I I
N N=
2) как и при методе Курциуса, сначала образуется азид кис-
лоты, распадающийся через изоцианат на амин и углекислый газ:
RCON3 —> RCON= -4 Х2 —> RNCO RNH2-j-CO2.
По этому методу бензойная кислота была превращена в ани-
лин с выходом 80%, а адипиновая кислота — в тетраметилеи-
диамин с выходом 83%.
Более подробно условия этого метода были описаны Брау-
ном [79], который перенес его на алициклические соединения.
Дальнейшие примеры подобных превращений были приведены
Эстерлином [80]. Как установил Эстерлин, этот метод не приме-
ним к некоторым замещенным карбоновым кислотам, в частности
к кислотам гетероциклического ряда. Это обусловлено присут-
ствием серной кислоты, действующей сульфирующим и расщеп-
ляющим образом на гетероциклические соединения. В то же
время другие, более подходящие растворители для данной реак-
ции до сих пор предложены не были. Эстерлин обходит трудно-
сти, связанные с применением свободной азотистоводород-
ной кислоты, помещая смесь карбоновой и серной кислот над
слоем хлороформа и прибавляя в эту смесь сухой азид натрия.
При условии соблюдения известных мер предосторожности при
обращении с азидом натрия данный метод представляет собой
ценный вклад в химию алифатических соединений.
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 333
Метод Эстерлина был использован Миллером и Бахманом [81]
для получения замещенных аминобензофенонов. Реакциям Гоф-
мана, Шмидта и Курциуса посвящено несколько. специальных
обзоров [82].
Способ, разработанный Нетели и его сотрудниками [83], схо-
ден с вышеописанным методом, но несколько ближе к реакции
Курциуса. При взаимодействии азида натрия с хлорангидридами
кислот в индиферентных растворителях при незначительном на-
гревании во многих случаях гладко образуются изоцианаты,
превращающиеся при омылении разбавленной кислотой с отщеп-
лением углекислого газа в соответствующий амин:
RCH2COC1 + NaN3 —> RCH2CON3 + NaCl,
RCH2CON3 —> RCH2NCO + N2,
RCH2NCO + H2O —> RCH0NH2+ co2.
По этому методу из алифатических моно- и дикарбоновых
сислот [84] амины получаются с хорошим выходом. Метод приго-
ден также и для получения изоцианатов [85, 86]. В отличие от
азида натрия, свежеприготовленного по способу Тиле, техниче-
ский азид иногда отличается инертностью, которая может быть
устранена активированием азида с помощью гидразингидрата [87].
Как упоминалось выше, реакция гидрирования оксимов и ни-
трилов известна уже давно. В последнее время Адкинс и Вой-
чик [88] осуществили также и каталитическое гидрирование ами-
дов. Оказалось, однако, что эта реакция, в отличие от других
подобных превращений, приводит к неоднородным продуктам.
Наряду с основной реакцией по схеме
R' W
I I
CON + 2Но —> RCH2N + Н2О
R" R"
so многих случаях имеет место ряд побочных реакций, как, на-
пример, отщепление амидного остатка, дезалкилирование, обра-
зование вторичных аминов и т. д. В некоторых случаях при гид-
рировании алкилированных амидов эти побочные процессы
оттесняют нормальную реакцию на задний план. В то же время
другие амиды, например амиды лауриновой и энантовой кислот,
превращаются в соответствующие амины с выходом 40—70%.
Особенно удачные результаты были получены при проведении
реакции в среде диоксана в присутствии медно-хромового катали-
затора при температуре 175—200° и давлении 100—300 атм.
Как известно, при каталитическом гидрировании нитрилов
в растворе наряду с первичными часто образуются и вторичные
334
И. Неллес
амины, в молекуле которых содержатся два алкильных остатка
нитрила:
RCN + Н2 (катализатор) —> RCH2NH5 -|- (RCH2)2NH.
Во избежание гидролиза образующихся в качестве промежу-
точных продуктов иминов реакцию целесообразно проводить
в щелочной среде [89]. Как установили Миньоньяк [90] и другие [91],
присутствие аммиака способствует образованию первичных
аминов. В этих условиях и динитрилы с успехом могут быть вос-
становлены до диаминов [92]. Процесс может быть проведен
в паровой фазе [93]. С другой стороны, имеются патенты, в которых
для получения вторичных аминов из нитрилов рекомендуется не-
прерывно удалять образовавшийся аммиак из сферы реакции [94].
В последнее время большое значение в качестве сырья для полу-
чения различных аминов, аминоспиртов и родственных со-
единений приобрели нитропарафины и продукты их превращения.
Замена галоида на аммиак, представляющая собой один из
-наиболее важных методов получения алифатических аминов,
обычно' проводится в растворителях, например в воде или спирте.
При этом в большей или меньшей степени также имеет место
образование вторичных аминов. Как показал Браун [95], во мно-
гих случаях, особенно при работе с высшими галоидными соеди-
нениями, образования вторичных аминов удается избежать, если
проводить реакцию в жидком аммиаке без растворителя и при
повышенном давлении. Для получения этилендиамина из дихлор-
этана Бэрсуорс [96] рекомендует работать с безводным аммиаком
при 150°. При всех этих методиках обычный порядок подвиж-
ности галоидов (I > Br ]> С1) не меняется. На важность этого
метода указывают многочисленные патенты [97]. •
Прежние работы Лебо [98] и Шаблея [99] о действии амида
натрия на галоидные алкилы недавно были повторены Шривом и
Ротенбергером [100], получившими результаты, не совпадающие
с ранее имевшимися данными. Авторы получали амид натрия из
натрия и жидкого аммиака, по методу Вогна, Фогта и Нью-
ленда [101], в присутствии! азотнокислого железа в качестве ка-
тализатора. В то время как по старым данным при взаимодей-
ствии амида натрия с галоидными алкилами, наряду с неболь-
шими количествами аминов, всегда получались насыщенные и,
непредельные углеводороды, по новой видоизмененной методике
выход гексиламина из бромистого гексила может быть доведен
до 75%. Изучено влияние температуры, растворителя и природы
галоида на ход реакции. Представляло бы интерес исследовать
возможность применения этой методики в тех случаях, когда
другие методы дают отрицательные результаты.
Как показывают многочисленные патенты, реакция замены
гидроксила на амино- или алкиламиногруппу приобрела значи-
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 335
тельный технический интерес после того, как Сабатье осуще-
ствил эту реакцию каталитическим путем. Низшие спирты
превращаются в амины в паровой фазе под действием аммиака
или аминов в присутствии дегидратирующих катализаторов,, на-
пример ThO2( А12О3) W2Os и т. д. [102]. В последнее время удалось
значительно улучшить эти каталитические методы подбором ка-
тализаторов [103] и условий реакции [104]. Было осуществлено
также и каталитическое получение высших первичных, вторичных
или третичных аминов, в частности, синтез алифатических аминов
из алифатических спиртов и аммиака в запаянной трубке при
температуре 300—400° и давлении выше 50 атм в присутствии
окиси алюминия [105]. С высшими спиртами реакция может быть
проведена также и в паровой фазе [106]. Подытоживая эти дан-
ные, можно утверждать, что каталитическое превращение спир-
тов в амины в большинстве случаев происходит с удовлетвори-
тельным выходом. Однако выбор наиболее подходящего катали-
затора при этом обусловлен природой исходных и конечных
веществ, а также условиями реакции.
С помощью гидрирующих катализаторов в присутствии водо-
рода может быть осуществлено одновременное восстановление
и алкилирование смесей альдегидов или кетонов с аммиаком,
аминами или нитрилами. Меняя соотношения карбонильных и
азотсодержащих соединений, можно получить первичные, вторич-
ные или третичные амины [107].
Для получения аминов была использована также реакция
Гриньяра. Н. И. Шевардиной и К. А. Кочешковым [108] было по-
казано, что О-алкилгидроксиламины при взаимодействии с реак-
тивом Гриньяра образуют с хорошим выходом первичные амины:
RONH2-r R'MgX —R'NH2 + ROMgX.
Выход зависит от природы галоида X и увеличивается при
переходе от хлора к иоду. Если R обозначает СН3 или С6Н5СН2,
го выход достигает 65—75%. Магнийорганические соединения
R'MgX с успехом могут быть заменены литийорганическими со-
единениями (R'Li).
Вторичные и третичные амины могут быть получены из пер-
вичных по методу, разработанному Прево и Серф де Мони [109]:
RR'NH + СН2О —> RR'—NCH2OH,
RRzNCH2OH + НС1 —> RR'NCH2 • HC1 + H2O,
RR'NCH2C1-j-R"MgX —> RR'NCH2R" 4-MgXCl.
При этом нет необходимости выделять оксиметил- или хлор-
метиламины. Первая стадия проводится в водном растворе; про-
дукт реакции высаливают поташом и растворяют в бензоле.
Бензольный раствор насыщают хлористым водородом. Образую-
336
И. Неллес
щийся при этом хлоргидрат хлорметиламина обрабатывают боль-
шим избытком реактива Гриньяра. Метод еще недостаточно* раз-
работан, но дает хорошие результаты.
Марксер [НО] получил ряд аминоспиртов взаимодействием
магнийорганических соединений типа R2N(CH2)nMgX с кето-
нами. Магнийорганические соединения этого типа могут быть
получены с удовлетворительным выходом в тех случаях,
когда п > 3.
Большое число соединений, содержащих аминогруппы, может
быть получено в присутствии формальдегида по методу Манниха
конденсацией аминов с соединениями, содержащими подвижный
водород:
СН„СССН3 4- СН2О 4- RSNH —> CH3COCH,CH2NR2 — Н,О.
Превосходный обзор этого метода опубликован Бликом [111].
Реакцию можно проводить также с нитропарафинами [112]. Об-
зор имеющихся данных по промышленному получению аминов
путем аминолиза составлен Майором [ИЗ].
АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Превращение спиртов в альдегиды или кетоны за последние
годы особенно подробно исследовано и использовано в промыш-
ленном масштабе в странах, располагающих природными запа-
сами нефти и легко получаемыми из нее олефинами. Как указано
выше, олефины могут быть гидратированы в спирты, и способ
получения ацетона из пропилена через изопропиловый спирт
в настоящее время успешно конкурирует с производством аце-
тона ив природных веществ или уксусной кислоты:
СН„СН;.=СН, СН3СНОНСН3 СН3СОСН3ШН2.
Превращение вторичных спиртов в кетоны может быть осу-
ществлено дегидрированием, или окислением, или же комбина-
цией этих двух процессов. Комбинированный процесс в энерге-
тическом отношении представляется наиболее выгодным, по-
скольку окисление является экзотермической, а дегидрирование—
эндотермической реакцией. Для обоих процессов было предло-
жено большое количество катализаторов.
Сабатье и Сандерен [114] в качестве катализатора предложили
металлическую медь. Из более новых катализаторов следует
упомянуть сульфиды, фосфиды и селениды цинка, кадмия, ко-
бальта, железа и алюминия [115]. Металлические сплавы, напри-
мер медно-цинковый [116], были рекомендованы в качестве
устойчивых катализаторов, подавляющих побочные процессы
(в частности, образование олефинов). По данным Тейлора и
Лэзиера [117], хорошим дегидрирующим катализатором является
Реакции замещения у соединений алифатического ряда _ 337
окись цинка с примесью 4,5% соды. При температуре 400° в при-
сутствии этого- катализатора из изопропилового спирта получают
ацетон с выходом 95—99%. Дегидрированием могут быть полу-
чены также и высшие кетоны, используемые в лакокрасочной
промышленности в качестве растворителей, например метилпро-
пилкетон из метилпропилкарбинола [118]. Аналогичным образом
получают дипропилкетон [119].
Недавно Бэдин [120] исследовал дегидрирование алифатиче-
ских первичных спиртов с помощью никелея Ренея в жидкой
фазе. При этой реакции образуются также парафиновые и эти-
леновые углеводороды. Коци [121] проводил аналогичные иссле-
дования, применяя в качестве катализатора пятиокись ванадия.
В целом ряде' патентов описано окисление спиртов до кетонов
с помощью воздуха или кислорода.
Сабатье и Сандеран [122] применяли в качестве катализато-
ров медь, никель, кобальт или платину. Среди многочисленных
работ и патентов, появившихся после открытия метода Сабатье —
Сандерана, следует указать на обширные исследования Симинг-
тона и Адкинса [123] и патент Кардарелли [124], согласно кото-
рому смесь изопропилового спирта с рассчитанным количеством
кислорода проводят над медью, причем температура регулируется
баней, наполненной жидкостью, кипящей между 225—350° (на-
пример, дифенилом).
В других патентах в качестве катализаторов были предло-
жены трехОкйси молибдена и вольфрама [125] и медно-серебря-
ный катализатор, нанесенный на пемзу [126].
Важными исходными веществами для получения кетонов
являются карбоновые кислоты. Этот путь получения кетонов
приобрел особое значение в промышленности Органического син-
теза. Благодаря таким новым методам получения карбоновых
кислот, как окисление парафинов или присоединение окиси
углерода и воды к олефинам под давлением, во многих случаях
старый способ .перегонки кальциевых солей кислот заменен ката-
литическими методами.
Для получения кетонов в газовой фазе был предложен ряд
катализаторов, например окислы тория и урана [127], соединения
марганца [128], Соединения кальция и бария, нанесенные на
алюминий. Для получения высших кетонов Тресслер [129] реко-
мендует применять окислы железа при повышенной температуре
в присутствии углекислого газа. По этому способу карбоновые
кислоты проводятся при 200—320° над катализаторами без носи-
теля или нанесенными на силикагель, глину, активированный
уголь и т. д. Иногда реакцию ведут при уменьшенном или повы-
шенном давлении.
Если в эти реакции вводят любую индивидуальную карбоно-
вую кислоту, то как при перегонке ее кальциевой соли, так и
22 3». 1789.
338
И. Неллес
при реакции в присутствии катализаторов образуются симме-
тричные кетоны. Для получения несимметричных кетонов необхо-
димо исходить из смесей карбоновых кислот, что приводит
к смеси кетонов:
RCO-H4- R'CO,H —> R-CO-R + R-CO—R'+ R'—СО—R' -4- СО, + Н?О.
В случае смеси муравьиной кислоты или ее солей и другой
карбоновой кислоты реакция приводит к альдегидам, обладаю-
щим скелетом второй кислоты:
RCO2H + НСО,Н —> RCHO + Н,0 + СО,.
В качестве катализатора рекомендуется двуокись титана [130].
За последние годы методы превращения карбЪновых кислот
в альдегиды и кетоны с тем же или близким числом атомов угле-
рода значительно усовершенствованы и дополнены рядом новых
способов получения карбонильных соединений из кислот. Эти но-
вые реакции особенно ценны потому, что они могут быть
использованы для синтеза малоустойчивых и труднополучаемых
иными путями веществ. Наиболее интересные из этих новых ме-
тодов описываются ниже *.
ct-Оксикислоты при перегонке превращаются в альдегиды, со-
держащие на 1 атом углерода меньше, чем исходная кислота,
причем в качестве промежуточных продуктов образуются лак-
тиды [131, 132]:
2R-CHOH—СООН ”агревание-> R—CH—О—СО нагр-еван-^ 2RCHO + 2CO.
I I
СО—О—CHR
Бажар [133] применил в качестве исходных веществ ацилиро-
ванные ct-оксикарбоновые кислоты, что позволило обойти проме-
* Важнейшим методом получения альдегидов и кетонов- является откры-
тая Кучеровым (Вег., 14, 1532, 1540 (1881); 17, 13 (1884)] реакция гидратации
ацетиленовых углеводородов в присутствии солей двухвалентной ртути.
А. Е. Фаворский и М. Ф. Шостаковский разработали важный метод
получения уксусного альдегида, гидролизуя виниловые эфиры слабой серной
кислотой. Альдегид получается почти с количественным выходом. [А. Д. Пе-
тров, Пути развития органического синтеза, 1934, стр. 86].
И. Н. Назаров и И. И. Зарецкая [Изв. АН СССР, ОХН, 1941, 221; 1942,
СМЛЛП____ —____ —_______ __________ __________ _____________ т-» ______
/ин] исслсдивалм реалцию шдратации диевинивых углеводородов. D условиях
Кучерова эту реакцию провести не удается, так как продукты реакции поли-
меризуются. В водных растворах метилового спирта с хорошим выходом
получаются метоксикетоны, которые при перегонке с п-толуолсульфокислотой
образуют винилаллилкетоны. [И. Н. Назаров, Успехи химии, 14, 3 (1945)].
И. Н. Назаров и его сотрудники [И. Н. Назаров, Успехи химии, 17, 377
(1949)] разработали метод получения дивинилкетонов изомеризацией легко
доступных винилэтинилкарбинолов при комнатной температуре под влиянием
солей ртути.- (Прим, ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 339
жуточную стадию образования лактидов:
R-CHOCOCH3 нагрев™% RCHO-}-CHbCO»H + CO.
СО2Н
В последнее время Дарзенс [134] распространил этот метод на
ct-алкоксикарбоновые кислоты, которые могут быть получены
действием алкоголятов на tf-галоидокислоты. Для превращения
в альдегиды сг-алкоксикарбоновые кислоты подвергают перегонке
в присутствии меди:
R—СНСО2Н ^£Р^ние^ RCHO + CH3OH + CO.
осн3
Этим путем из tf-метоксиэнантовой кислоты был получен капро-
новый альдегид с выходом 70%.
Другой метод получения альдегидов с уменьшением числа
атомов углерода из аг-галойдо кислот был разработан Брау-
ном [135]. По этому способу альдегиды или кетоны получают рас-
щеплением хлорангидридов кислот с помощью азида натрия по
Курциусу, не выделяя промежуточных продуктов:
RCHBrCOCl + NaNs —> RCHBrCONg %- NaCl,
RCHBrCONg —> RCHBrNCO + N2,
RCHBrNCO —RCHBrNH2 + CO,,
RCHBrNH2 RCHO Д NH4Br.
Получающиеся в качестве первичного продукта реакции изо-
цианаты тут же омыляют с помощью едкого кали до альдегидов
или в случае карбоновых кислот с разветвлением в се-положе-
нии — до кетонов. Этим путем из tf-бромкаприловой кислоты был
получен энантол с выходом 70%, а из tf-бромдибутилуксусной —
дибутилкетон.
Грундман [136], пользуясь диазометаном, разработал способ
превращения хлорангидридов кислот в альдегиды с тем же чис-
лом атомов углерода. Об этой реакции, а также о других мето-
дах синтеза карбонильных соединений с помощью диазометана
см. статью Эйстерта в этом же сборнике.
Метод Дарзенса [137] позволяет синтезировать из галоидных
алкилов альдегиды, которые содержат на 1 атом углерода больше,
чем молекула исходного .вещества. Для получения этим спосо-
бом альдегидов пользуются уже описанной выше реакцией рас-
щепления tf-алкоксикарбоновых кислот. Галоидные алкилы пре-
.вращают с помощью этоксинатриймалонового эфира в замещен-
ные эфиры малоновой кислоты, которые при омылении и
22*
340
И. Неллес
декарбоксилировании образуют «-алкоксикарбоновые кислоты.
Последние при перегонке превращаются, как описано выше,
в альдегиды:
/COOR /COOR
R—Br + Na -С----- ОС2Н5 —> R—С ---- ОС»Н5 + NaBr
\COOR ^COOR
/СООН
—х R—С-------ОС2Н64-СО2 ±агРевание^. RCHO + СаН5ОН + со.
\н
Таким образом, из лаурилового спирта С12Н25ОН через бро-
мид был получен альдегид С^НззСНО.
Зонном и Мюллером [138] было описано получение аромати-
ческих альдегидов из амидов кислот через хлоримиды восстано
влением последних с помощью хлористоПо олова в эфирном рас-
творе. Неллес, а затем и Браун установили, что перенести дан-
ный метод на амиды алифатических кислот не удается; так как
соответствующие хлоримиды, за некоторыми исключениями, не-
устойчивы. Устойчивые хлоримиды образуют лишь ct,f>-Henpe-
дельные кислоты, однако они не восстанавливаются хлористым
оловом. Браун и Рудольф [139] показали, что хлоримиды ^-не-
предельных карбоновых кислот могут быть восстановлены до
альдегидов с помощью двухлористого хрома:
/С1
R—СН=СН—СО—NHAr — -» R-CH=CH—C=NAr — -»
—> R—CH=CH—CH=NAr — -» R—CH=CH-CHO + NH2Ar.
По этому способу анилиды а,^-непредельных кислот с по-
мощью пятихлористого фосфора превращают в соответствующие
хлоримиды, которые затем восстанавливают в эфирном растворе
суспензией двухлористого хрома в эфире, и продукт реакции
омыляют в кислой среде. Таким образом, из гексеновой кислоты
был получен гексеналь с выходом 50%.
В то время как метод восстановления алифатических хлор-
имидов в эфирном растворе действием хлористого олова и соля-
ной кислоты не может быть использован для синтеза альдегидов,
нитрилы в этих условиях с хорошим выходом превращаются
в альдегиды. Эта реакция, открытая Стефеном [140] в 1925 г.,
повидимому, протекает согласно следующей схеме:
/С|
R—CN4-HC1—► R—C=NH,
/О
R —C=NH 4- SnCb, + 2НС1 —> R—CH=NH • HC1 4 SnCi4 —
—> R—CHO+ N'HjCi,
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 341
Как показал Розенмунд *, хлорангидриды могут быть восста-
новлены в альдегиды гидрированием в жидкой фазе в присут-
ствии благородных металлов в качестве катализаторов. Выходы
при этом во многих случаях получаются хорошие.
фрешль и Данов [141] в последнее время разработали способ
каталитического восстановления хлорангидридов кислот в паро-
вой фазе, применяя палладиевый катализатор, и получили этим
путем с хорошими выходами ряд алифатических альдегидов.
Недавно было показано, что алифатические альдегиды могут
быть получены с хорошим выходом непосредственно из кислот
при восстановлении амальгамой натрия [142].
В заключение данного раздела следует еще указать на метод
получения кетонов путем присоединения хлорангидридов кислот
к непредельным соединениям. Эта реакция, открытая И. А. Кон-
даковым еще в 1892 г. [143] и изучавшаяся позднее Виландом и
Беттагом [144], в простейшем случае изображается уравнением
СН3СОС1 + СН2=СН2 СН3СОСН2СН3С1.
Это один из немногочисленных случаев применения реакции
Фриделя—Крафтса в алифатическом ряду [145]. Образующиеся
в результате реакции се-хлоркетоны могут подвергаться целому
ряду превращений. Так, например, отщеплением от них хлори-
стого водорода получают а,^-непредельные кетоны. Реакция мо-
жет быть проведена также с хлорангидридами галоидозамещен-
ных и непредельных кислот [146]. Неницеску и Чьоранеску [147]
установили, что данный метод позволяет получать также и ке-
тоны, не содержащие хлора, если присоединение хлорангидридов
к олефинам, например к циклогексену, производить в присутствии
доноров водорода (циклогексана). Этим путем из хлорангидрида
валериановой кислоты и циклогексена в присутствии хлористого’
алюминия и циклогексана был получен циклогексилбутилкетон.
Как установили Фролих и Везевич [148], реакция может быть
проведена не только в присутствии эквивалентного количества
хлористого алюминия, но и в присутствии небольшого количества
таких катализаторов, как хлористый висмут.
Присоединением хлорангидридов кислот к ацетилену [149]
получают ^-хлорвиниловые кетоны [150]:
R—СОС1 + СН=СН —> RCOCH=CHCI.
Крэгер, Сова и Ньюленд [151] успешно распространили этот
метод на алкилацетилены.
Новые возможности в области синтеза карбонильных соеди-
нений дает так называемый оксосинтез [152]. Процесс заклю-
* Как известно, каталитическое восстановление хлорангидридов кислот
до альдегидов над палладием впервые разработано М. М. Зайцевым в 1872 г
(Прим, ред.)
342
И. Неллес
чается в реакции олефинов (особенно подходящими для этой
цели оказались олефины, содержащие группу =СН2) с окисью
углерода и водородом (водяной газ) в присутствии катализатора
Фишера—Тропша:
RCH=CHR + СО + Н2 —> RCH2CHRCHO Д- (RCH2CHR)»CO.
Среди продуктов реакции преобладают альдегиды. Реакцию
проводят при давлении 150 атм и температуре 180°. Катализатор
содержит кобальт, торий и магний [153] на кизельгуре и диспер-
гируется в дизельном масле. Катализатор нечувствителен по от-
ношению к сере [154] и может быть использован 50—100 раз.
Хенне и Перилыптейн [155] тщательно проверили известный
метод получения альдегидов и кетонов путем озонирования оле-
финов, применив озонатор новой конструкции и разлагая озониды
каталитическим гидрированием. При этом алифатические моно-
и диальдегиды получаются с хорошим выходом. Джонсон и
Дегеринг [156] синтезировали ряд алифатических альдегидов и
кетонов, пользуясь давно известным методом гидролиза аци-
нитросоединений, образующихся из нитропарафинов *. Нитропа-
рафины растворяют в водной щелочи и прибавляют полученный
раствор по каплям к разбавленной серной кислоте. Авторы полу-
чили следующие выходы альдегидов и кетонов: пропионовый
альдегид 80, масляный 85, метилэтилкетон 86, изомасляный
альдегид 32,4%. Процесс описан также в патентной литера-
туре [157].
Окисление 1,2-диоксисоединений в соответствующих условиях
может привести к карбонильным соединениям:
RRZC--CHR" + [О] --> RR'CO + Р/'СНО + Н2О.
I !
ОН он
В качестве окислителей были предложены соединения трехва-
лентного иода [158], тетраацетат свинца [159] и иодная кис-
лота [160]. Перечисленные реагенты отличаются большой избира-
тельностью действия. Они обычно используются для анализа и
определения строения органических веществ, но применялись
также и для синтеза некоторых карбонильных соединений, полу-
чить которые иным путем очень трудно. В частности, метод окис-
ления иодной кислотой был описан Джексоном [161]. Метод может
быть применен для окисления не только гликолей, но и соеди-
нений, содержащих в соположении гидроксил и аминогруппу
* Метод окислительного гидролиза изонитросоединений был разработан
С. С. Наметкиным и Е. И. Поздняковой [ЖРХО, 45, 1421 (1913)1. Изонитро-
соединения также могут быть превращены в кетоны путем обработки в момент
выделения хлористым оловом по Коновалову [ЖРХО, 30, 960 (1898)1. (Прим,
ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 343
(первичную или вторичную). Подобным же образом окисляются
л-кетоспирты, дикетоны и а'-кетоальдегиды *.
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
За последние годы в промышленности особенно интенсивно
разрабатывались два метода получения карбоновых кислот:
окисление парафинов и взаимодействие спиртов или этиленовых
углеводородов с окисью углерода.
О методе окисления парафинов в последние годы появилось
несколько обзорных статей [162]. Пары парафина, в частности
синтетического, образующегося при производстве синтетического
топлива по Фишеру—Тропшу, продуваются в смеси с воздухом
при 100—150° над катализатором (например, соединениями мар-
ганца). Последующему выделению й очистке полученных жир-
ных кислот, что представляет собой не простую задачу, посвя-
щено большое число патентов.
С точки зрения промышленного использования особый инте-
рес представляют синтез и дальнейшая переработка высших
жирных кислот. Не следует, однако, забывать, что метод окисле-
ния парафинов пригоден также и для синтеза низших членов
ряда карбоновых кислот с 5—10 атомами углерода. При приме-
няющихся ,в последнее время промышленных способах окисления
парафинов эти кислоты образуются в качестве побочных продук-
тов в виде так называемого «головного погона жирных кислот».
Если же исходить из парафиновых углеводородов с меньшим
числом атомов углерода, то указанные кислоты являются глав-
ными продуктами реакции. Описаны попытки остановить реакцию
окисления на стадии спирта или альдегида [163]. Имеются также
указания на образование при подобных окислительных процессах
оксикислот, лактонов, кетонов и т. д. Однако современные дан-
ные еще не позволяют направлять подобные процессы в желае-
мую сторону, и разрешение этой задачи потребует значительной
экспериментальной работы.
Широко изучались способы получения алифатических карбо-
новых кислот путем окисления других соединений. Азингер [164],
а также Хенне и Хилль [165] дают подробные указания о получе-
нии кислот путем озонирования олефинов. В нескольких патен-
тах [166] описано окисление спиртов кислородом в присутствии
* П. П. Шорыгиным и сотрудниками [Шорыгин, Кизбер, Смолянинова,
ЖПХ, 2, 149 (1929); Шорыгин, Jlocee, ЖОХ, 3, 821 (1933)] был разработан
метод каталитического получения альдегидов и кетонов из моногалоидопроиз-
л водных углеводородов пропусканием смеси паров хлористого алкила с возду-
хом и перегретым водяным паром при 380—38'0? над катализатором (пятиокись
ванадия, нанесенная на пемзу). При этом одновременно происходит гидролиз
галоидного алкила и окисление образовавшегося спирта. (Прим, ред.)
344 И. Неллес
альдегидов и различных металлов — катализаторов. При этом
альдегиды, повидимому, образуют перекисные соединения, кото-
рые затем и окисляют спирты. Были разработаны также усовер-
шенствованные методы окисления альдегидов [167] и кетонов [168].
В патентной литературе описаны методы получения дикарбоно-
вых кислот для производства синтетического волокна. Исходными
веществами могут служить циклоалканы [169], циклооле-
фины [170], циклические спирты [171] и циклические кетоны [172].
Другим технически важным процессом является получение
карбоновых кислот из олефинов или спиртов действием окиси
углерода и воды или одной окиси углерода. Реакция протекает
по следующей схеме:
СН2=СН2 + СО + Н2О —> СН3СН2СООГ,
RCH,OH 4- СО —> RCH2COOH.
Этиленовые углеводороды, например этилен или бутилен,
в смеси с окисью углерода и водяным паром проводят над ката-
лизаторами при 200—400° под высоким давлением (обычо 700 атм
и выше). В качестве катализаторов рекомендуются разнообраз-
ные вещества; среди них хлористый водород, хлориды щелочных
металлов, меди, кобальта и других металлов, окислы метал-
лов 3—6 групп периодической системы, фосфаты, молибдаты [173]
и хлорированные органические кислоты [174]. Были предложены
также хлористый аммоний [175] и четыреххлористый углерод
в присутствии активированного угля [176]. Согласно Ларсону,
вместо олефинов можно исходить из галоидных алкилов, напри-
мер хлористого этила [177]. Предполагается, что последние
в условиях реакции отщепляют галоидоводородную кислоту и
превращаются в олефины. Гарди [178] получал карбоновые кис-
лоты из олефинов и окиси углерода в присутствии фосфорной
кислоты в качестве катализатора.
Фосфорная кислота, как известно, является также и активато-
ром реакции между окисью углерода со спиртами. Гарди предпо-
лагает, что при этой реакции имеет место промежуточное образо-
вание олефинов, вступающих затем во взаимодействие с окисью
углерода и водой [179].
Конденсация спиртов с окисью углерода во многих случаях
может быть осуществлена с теми же катализаторами и при тех
же условиях, как и конденсация олефинов [180] с водой и окисью
углерода.
За последние годы было описано несколько методов получе-
ния карбоновых кислот из соединений, содержащих другие функ-
циональные группы.
Мортон, Ле Февр и Гехенблейкнер [181] исследовали реакцию
галоидных алкилов, в частности, хлоридов, с натрием и углекис-
Реакции замещения у соединений алифатического ряда 345
лым газом под давлением. При этом с различными выходами
были получены соли моно- и дикарбоновых кислот согласно сле-
дующей схеме;
С5НИС1 + 2Na + СО2 —>- C6HuCO2Na + NaCl, (9)
2С5НцС1 + 4Na % 2СО2 —C4H9CH(CO2Na)2 %- С6Н12 % 2NaCl. (10)
В зависимости от условий (давление, растворитель, количе-
ство натрия) преобладает реакция (9) или (10). Особый интерес
представляет образование производных малоновой кислоты. Так,
из 1-хлорпентана при действии натрия и углекислого газа в ли-
гроине были получены бутилмалоновая и капроновая кислоты
с выходами 51 и 40% соответственно' от теоретического.
Интересный способ превращения карбоновой кислоты в ее
следующий высший гомолог был предложен Арндтом и Эйстер-
том [182] *.
На стр. 322 описан новый метод прямого нитрования углево-
дородов в паровой фазе с помощью азотной кислоты, благодаря
которому многие алифатические нитросоединения стали доступ-
ными исходными веществами для дальнейших синтезов (см.
стр. 324). Это обстоятельство привлекает особое внимание к из-
вестной реакции превращения нитросоединений в карбоновые
кислоты. Эта реакция, описанная еще в 1873 г. В. Мейером и
Вурстером [183], а также Гейтером [184], в последнее время была
вновь исследована ЛиппинкоттохМ и Хэссом [185]. При взаимодей-
ствии 1-нитропропана с 85-процентной серной кислотой при по-
вышенной температуре без избыточного давления была получена
пропионовая кислота с выходом 96%. Реакция сопровождалась
образованием сернокислого гидроксиламина. Указанная реакция
может быть проведена также и действием других кислот, напри-
мер соляной и фосфорной, однако наилучшие результаты были
получены с серной кислотой. Схемы механизма реакций, предло-
женные различными авторами, собраны и критически обсу-
ждаются в статье Хэсса и Рилей [29].
В ряде новых работ и патентов описано взаимодействие
спиртов с едкими щелочами с образованием кислот:
R-CHoCH + NaOH —± R—COONa 4- 2Н-,.
Этот способ получения карбоновых кислот, открытый еще
Дюма и Стассом [186], в последнее время был разработан Вейц-
маном и Герредом [187], а также Рейдом и сотрудниками [188].
Рейд проводил реакцию в автоклаве при температуре выше 320°
с водноспиртовым раствором щелочи. В результате выделения
водорода давление доходит до 400 атм. Реакция идет с весьма
Подробное описание синтеза Арндта—Эйстерта см. «Органические реак-
ции», сб. 1, Госиноиздат, 1948. (Прим, ред.)
346
И. Неллес
удовлетворительными выходами; так, например, этиловый спирт
действием едкого натра был превращен в уксусную кислоту с вы-
ходом 99%. Реакция была проведена также с некоторыми дру-
гими спиртами; однако, для того чтобы судить о границах приме-
нимости этой реакции, потребуются ее дальнейшие исследования.
Появившийся недавно патент [189] описывает получение карбо-
новых кислот с разветвленной углеродной цепью при нагревании
спиртов с металлическим натрием *.
КАРБОНИЛИРОВАНИЕ
За годы второй мировой войны в Германии был разработан ряд
синтезов с помощью окиси углерода, данные о которых были
опубликованы лишь в последнее время [67, 190]. Окись углерода
вступает во взаимодействие с разнообразными органическими со-
единениями под давлением 200 атм, при повышенной температуре
200—300° и в присутствии катализаторов, например никелевых
или кобальтовых.
Эти реакции большей частью проходят гладко и дают хороший
выход.
1. Взаимодействие окиси углерода с ацети-
леновыми углеводородами:
НС^СН % СО % Н2Э —> СН2=СНСО2Н,
11С=СН + СО 4- С2Н5ОН —> СН2=СНСО2СгН5 (выход 80—90%).
В аналогичную реакцию ацетилен и окись углерода вступают
также с аминами, меркаптанами или кислотами, образуя амиды,
тиоэфиры или ангидриды.
* Эфиры 3 -замещенных кислот могут быть получены из олефинов по ме-
тоду, разработанному Клебанским и Шорыгиной [ЖОХ, 5, 535 (1'935)]. При
конденсации этиленовых углеводородов с фосгеном в присутствии хлористого
алюминия (в сероуглероде) получаются хлорангидриды (З’-хлорзамещенных
кислот.
Выделить образовавшийся хлорангидрид, однако, не удается, так как он
разлагается при обработке реакционного комплекса водой. Если же разлагать
комплекс спиртом, то с удовлетворительным выходом удается выделить со-
ответствующий эфир [3-хлорзамещенной кислоты. В случае этилена выход
эфиров несколько ниже, так как этилен в условиях реакции полимеризуется.
Б. Н. Долгов и М. ,М. Котон ЭКОХ. 6, 1444 (1936); там же, 6, 1456 (1936)1
осуществили синтез сложных эфиров путем каталитической дегидрогенизации
спиртов по схеме
2RCH2OH —> RCHjOCOR % 2Н:.
Спирт при 275° пропускают над зерненным медным катализатором, активи-
рованным церием. Метод отличается простотой и доступностью аппаратуры
и в случае этилового спирта дает этилацетат с выходом 45%. Авторы счи-
тают, что первичным продуктом реакции является альдегид, вступающий за-
тем в конденсацию. (Прим, ред.)
Реакции замещения у соединений алифатического ряда
347
2. Взаимодействие окиси углерода с олефи-
нами:
СН2=СН2 % СО % Н2О —> СН3СН2СО2Н (выход 90%),
СН2=СН2 + СО + СН3СН3СО2Н —► (СН3СН2СО)2О (выход 90%),
СН3СН=СНСН3 + СОЛ-Н2О —>
—> СН3СН2СН(СН3)СО,Н + СН3СН2СН2СН2СО2Н
Н2С—сн,
I I ' + 2СО + Н2О —> НОоС(СН,)4СО,Н (выход 70%)
Н2С сн2
Описанный на стр. 342 оксопроцесс представляет собой один
из вариантов реакции олефинов с окисью углерода.
Возможности использования реакции карбонилирования в ор-
ганическом синтезе еще далеко не исчерпаны. Имеющиеся данные
показывают, что существует много других интересных областей
применения этой реакции.
ВИНИЛИРОВАНИЕ И ЭТИНИЛИРОВАНИЕ
Реакции ацетилена с альдегидами, кетонами и органическими
кислотами уже в течение ряда лет используются в промышленном
масштабе. За последние 10 лет исследование этих реакций и от-
крытие новых реакций ацетилена позволило осуществить синтез
ранее мало доступных или вовсе недоступных алифатических со-
единений как в лабораторном, так и в промышленном мас-
штабе [191]. Сюда относятся две следующие группы реакций.
1. Винилирование. Под винилированием подразумевают
реакции ацетилена со спиртами, меркаптанами, аминами и кисло-
тами с образованием простых виниловых эфиров и тиоэфиров (см.
стр. 330), виниловых аминов и сложных виниловых эфиров. Реак-
ция проводится под давлением, при котором реагирующие веще-
ства кипят выше температуры 150—200°, необходимой для прове-
дения реакции. Катализаторами служат основания (обычно едкое
кали), алкоголяты щелочных металлов или цинковые соли нафте-
новых кислот *.
2. Этинилирование (реакция ацетилена с альдегидами
и кетонами). Особое значение среди этих реакций имеет взаимо-
действие ацетилена с водным формальдегидом, приводящее, в за-
висимости от условий, либо к бутиндиолу-1,4, либо к пропаргило-
* О синтезе уксусного альдегида через стадию образования виниловых
эфиров см. примечание редактора к разделу «Альдегиды и кетоны». (Прим-
ред.)
348
И. Неллес
вому спирту. В качестве катализатора применяется ацетиленид
меди с добавкой висмута [190]:
ClteCH 4- СН.О —> НС=ССН2ОН или носн2с=_ссн2он.
Подробному изучению подвергались превращения бугин-
диола-1,4. а) Гидрирование бутиндиола приводит либо к бутен-
диолу-1,4, либо к бутандиолу-1,4;
-> НОСН2СН=СНСН2ОН
НОСН2С=ССН2ОН J- н2-
-V7—т--—> НОСН2СН2СН2СН»ОН
IX1 V, И Kj Г
При дегидратировании бутендиола-1,4 образуется дигидрофуран;
при гидратировании его получают эритрит. При взаимодействии
с синильной кислотой и последующем гидрировании бутен-
диол-1,4 превращается в гексаметилендиамин.
б) Гидратация бутиндиола в присутствии ртутного катализа-
тора и последующая дегидратация приводят к винилоксиметил-
кетону
НОСН2С=ССН2ОН (НОСН2СОСН2СН2ОН) —>
—> НОСН2СОСН=СН2.
Бутандиол-1,4 в свою очередь также может служить для полу-
чения целого ряда органических веществ. Среди них наиболее
интересным является у-бутиролактон, получающийся окислением
бутандиола и последующим замыканием лактонового кольца. Об-
зор этих реакций см. [152] *.
* Реакция этинилирования весьма успешно изучалась рядом отечествен-
ных химиков. Ж. И. Иоцич еще в 1902 г. впервые получил ацетиленовые
магнийгалоидные соединения и применил их для этинилирования альдегидов
и кетонов \Ж. И. Иоцич, ЖРФХО, 34, 100. 239 (1902); Bull. soc. chim. [3], 30,
208 (1'903); [3], 32, 5251 (1904); [3], 34, 181 (1905); [3], 36, 17? (1906); [31, 38,
252, 656 (Г9О6); [4], 4, 981, 1203 (1908); [3], 39, 652 (1907)].
При получении магнийорганических производных ацетилена, повидимому,
устанавливается равновесие XMgC = CMgX + С2Нг<^ 2HC = CMgX. Поэтому
реакцию можно направить в сторону образования спиртов или гликолей, изме-
няя давление ацетилена в растворе.
Залкинд с сотрудниками [ЖОХ, 3, 369, 4312 (1933)] использовали эту
реакцию для получения несимметричных ацетиленовых гликолей.
А. Е. Фаворский открыл и разработал реакцию этинилирования кетонов
ацетиленовыми углеводородами в присутствии порошкообразного едкого кали
[ЖРФХО, 37, 643 (1905), авт. свид. 31017 (1903); ЖОХ, 8, 879 (1938)].
Реакцию Фаворского в дальнейшем разрабатывали А. Т. Бабаян [ЖОХ, 8,
602 (1938); ЖОХ, 9, 1'631 (1939)] и И. Н. Назаров, распространившие ее на
винилацетилен. Получающиеся при этом винилэтинилкарбинолы могут быть
использованы для синтезов различных соединений жирного, алициклического
и гетероциклического ряда [Успехи химии, 14, 3 (1945)].
Другой способ этинилирования кетонов был предложен Казарьяном [ЖОХ,
4, 1347 (1934); авт. свид. 4151'6 (1935)], показавшим, что алифатические кетоны
в эфирном растворе в присутствии едкого кали вступают в реакцию с карби-
дом кальция, образуя ацетиленовые спирты и гликоли. (Прим, ред.)
Литература
349
ЛИТЕРАТУРА
1. М. И. Шешуков, Вег, 17, 412 (1884); ЖРФХО. 16, 478 (1884).
2. И. Л. Кондаков, Вег., 24, 929 (1891); ЖРФХО, 17, 290 (1885).
3 Burgin, Engs, Groll, Hearne, Ind. Eng. Chem., 31, 1413 (1939).
4. Schales, Ber., 70, 116 (1937).
5. Англ. пат. 468016; ам. пат. 12077382; 2130084.
6. Groll, Hearne, Ind. Eng. Chem., 31, 1530 (1939).
7. Ind. Eng. Chem., News Ed., 16, 630 (1938).
8. Tulleners, Tuyn, Waterman, Rec. trav. chim., 53, 544 (1934).
9. Brouwer, Wibaut, Rec. trav. chim., 53, 1001 (1934).
10. Smith, Chemistry and Industry, 56, 833 (1937); Ann. Repts. Progress
Chem., 36, 186 (1940); Mayo, Walling, Chem. Revs., 27, 351 (1940).
11. Kharasch, J. Am. Chem. Soc., 55, 2468 (1933).
12. Kharasch, J. Am. Chem. Soc., 55, 2521 (1933).
13. Kharasch, J. Am. Chem. Soc., 56, 712 (1934).
14. Kharasch и др., J. Org. Chem., 4, 428 (1939).
15. Kharasch и др., J. Am. Chem. Soc., 55, 2531 (1933).
16. Brouwer, Wibaut, Rec. trav. chim., 53, 1003 (1934).
17, - Sherrill, Mayer, Walker, J. Am. Chem. Soc., 56, 926 (1934).
18. Герм. пат. 3941'94.
19. Walling, Kharasch, Mayo, J. Am. Chem. Soc., 61, 1711 (1939).
20. Ремик, Электронные представления в органической химии, Издатинлит.
М., 1950.
21. Kharasch, Chemistry and Industry, 57, 774 (1938); J. Am. Chem. Soc.,
61, 3092 (1939).
22. Kharasch, Chemistry and Industry, 57, 752 (1938).
23. Kharasch, Brown, J. Am. Chem. Soc., 61, 2142, 3432 (1939); 62, 925
(1940).
24. Bockemiiller, Pfeuffer, Ann. 537, 178 (1939).
25. McBee, Hass, Ind. Eng. Chem., 33, 176, 181 (1941).
26. McBee, Hass, Ind. Eng. Chem., 33, 137 (1941).
27. M. И. Коновалов, ЖРФХО, 25, 472 (1893); Ber., 28, 878 (1893).
28. Worstall, Am. Chem. J., 21, 210, 218 (1899).
29. Hass, Riley, Chem. Revs., 32, 373—430 (1943).
30. McCleary, Degering, Ind. Eng. Chem., 30, 64 (1938).
31. Hass, частное сообщение.
32. Landon, ам. пат. 2161475; 2164774.
33. Gabriel, Chem. Ind., 45, 664 (1939); Ind. Eng. Chem., 32, 887 (1940).
34. Hixon, Miller, ам. пат, 2138166.
35. Vanderbilt, ам. пат. <2177757.
36. Kohler, J. Am. Chem. Soc., 38, 889 (1916).
37. Johnson, Sprague, J. Am. Chem. Soc., 58, 1348 (1936); 59, 1837 , 2439
(1937); ам. пат. 2146744; 2147346.
38. Rathke, Ber., 14, 1774 (1881).
39. Stevens, J. Chem. Soc., 81, 79 (1902).
40. J. Am. Chem. Soc., 59, 1837 (1937).
41. Am. пат. 2142934.
42. Johnson, Sprague, J. Am. Chem. Soc., 59, <2439 (1937).
43. Johnson, Sprague, J. Am. Chem. Soc., 60, 1486 (1938).
44. Reed, ам. пат. 2046090; 2174492; 2228598; <2239974.
45. Kharasch, J. Am. Chem. Soc., 61, 3089 (1939).
46. Kharasch, Brown, J. Am. Chem. Soc., 62, 925 (1940); Kharasch, Chao,
Brown, J. Am. Chem. Soc., 62, 2393 (1940).
47. Baumgarten, Die Chemie, 55, 115 (1942).
48. Brown, Ind. Eng. Chem., 36, 785 (1944).
49. Сьютер, Органические соединения серы, Издатннлит, М., 1950.
350
И. Неллес
50. Marek, Fiege, Ind. Eng. Chem., 24, 1428 (1932); Stanley и др., J. Soc.
Chem. Ind., 53, ЖТ (1934).
ol. Ellis, The Chemistry of Petroleum Derivatives, 2-е изд., N. Y., 1937.
52. Meerwein, Schmidt, Ann., 444, 221 (1925).
53. Ponndorf, Z. angew. Chem., 39, 138 (1926).
54. Verley, Bull. soc. chim., 37, 537, 871 (1925): 41, 788 (1927).
55. Lund, Ber., 70, 1520 (1937).
56. Adkins, J. Am. Chem. Soc., 60, 1151 (1938); 61, 3364 (1939); 62, 3305
<1940).
57. Органические реакции, сб. 2, Издатинлит, М., 1950, стр. Г94.
58. Angew. Chem., 58, 266 (1940).
59. Bou.veau.lt, Blanc, Compt. rend., 136, 1676 (1903); 137, 60 (1903).
60. Christiansen, ам. пат. 1302011.
61. Schmidt, Ber., 64, 2051 (1931).
62. Schrauth, Schenck, Stickdorn, Ber., 64, 1314 (1931).
63. Normann, Angew. Chem., 44, 714 (1931).
64. Adkins, Folkers, J. Am. Chem. Soc., 53, 1095 (1931); 54, 1145 (1932).
65. Am. пат. 2320095—2322099; 0340343; 2340344; 2340687—2340691.
66. G. Natta, Chemical industria (Italy), 24, 389—393 (1942).
67. Office of the Publication Board, Dept, of Commerce, Washington, D. C,
PB-27713.
68. С. С. Наметкин, Тенева, ЖОХ, 12, 229 (1942).
69. Scott, ам. пат. 2024749.
70. Ам. пат. 2143021.
71. Straus, Ann., 525, 151 (1936).
72. Reppe, C„ 1932, II, 923; C. A., 26, 4825 (1932).
73. И. H. Назаров, ЖОХ, 13, 1 (1943).
74. E. С. Вассерман, А. Б. Бердинцева, Изв. АН СССР, 33, 34—36 (1941).
75. Франц, пат. 45333; С. А., 30, 2578 (1936).
76. Англ. пат. 481389.
77. Герм. пат. 617543; 624845.
78. Герм. пат. 500435.
79. Braun, Ann., 490, 125 (1931); Вег., 64, 2866 (1931).
80. Osterlin, Angew. Chem., 45, 536 (1932).
81. Miller, Bachman, J. Am. Chem. Soc., 57, 2443 (1935).
82. Органические реакции, сб. 3, Издатинлит, М., 1950.
83. Naegeli, Helv. Chim. Acta, 12, 227 (1929).
84. Naegeli, Landorff, Helv. Chim. Acta, 15, 49 (1932).
85. Schroeter, Ber., 42, 3356 (1909).
86. Boehmer, Rec. trav. chim., 55, 379 (1936).
87. Nelles, Ber., 65, 1345 (1932).
88. Adkins, Wojcik, J. Am. Chem. Soc., 56, 247 (1934).
89. Англ. пат. 536940.
90. Mignonac, англ. пат. 282083.
91. Schwoegler, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 61, 3499 (1939); Robinson, Sny-
der, Org. Syntheses, 23, 71 (1943); Bachman, Mayhew, J. Org. Chem.,
10, 245 (1945).
92. Канад, пат. 408981; 408983.
93. Франц, пат. 851748.
94. Ам. пат. 0355356.
95. Braun, Ber., 70, 979 (1937).
96. Bersworth, ам. пат. 2028041.
97. Am. пат. 2305830.
98. Lebeau, Compt. rend., 140, 1042, 1264 (1905).
99. Chablau, Compt. rend., 156, 327 (1913); Ann. chim., 1, 469 (1914).
100. Shreve, Rothenberger, Ind. Eng. Chem., 29, 1361 (1937).
101. Vaughn, Vogt, Nieuwland, J. Am. Chem. Soc., 56, 2Г2О (1934).
Литература
.351
102. Sabatier, Reid, Catalysis in Organic Chemistry, N. Y., 1923.
103. Groggins, Stirton, Ind. Eng. Chem., 29, 1363 (1937).
104. Am. пат. 231'27'54.
106. Франц, пат. 779913.
106. Am. пат. 2078922.
107. Henze, Humphreys, J. Am. Chem. Soc., 64, 2878 (1942); ам. пат. 2298284;
канад. пат. 409004; Campbell, Sommers, Campbell, J. Am. Chem. Soc.,
66, 82 (1944); ам. пат. 2278372; 2278373; брит. пат. 542609.
108'. Н. И. Шевердина, К. А. Кочешков, ЖОХ, 8, 1825 (1938); Бюлл. АН
СССР, отд. хим. наук, 1941, 75.
109. Prevost, Cerf de Маипу, Compt. rend., 216, 771 (1943).
110. Marxer, Helv. Chim. Acta, 24, 209E (1941).
111. Органические реакции, сб. 1, Издатинлит, М., 1949, стр. 82.
И2. Bachman, Cooper, J. Org. Chem., 9, 307 (1944); Bachman, Mayhew,
там же, 10, 244 (1945).
113. Mayor, Ind. chim., 28, 206 (1941).
114. Sabatier, Senderens, Ann. chim. phys., 4, 459 (1905).
115. Англ. пат. 262120; 263877.
116. Am. пат. 1952702.
117. Taylor, Lazier, ам. пат. 1895516; 1895528; 1895529.
118. Am. пат. 2028'267.
119. Канад, пат. 321645.
120. Badin, J. Am. Chem. Soc., 65, 1809 (1943).
121. Cozzi, C. A., 38, 4499 (1944).
122. Sabatier, Sanderens, Compt. rend., 136, 983 (1903).
123. Simington, Adkins, J. Am. Chem. Soc., 50, 1449 (1928).
124. Gardarelli, ам. пат. 198848’1.
125. Англ. пат. 547743.
126. Davies, Hodgson, J. Chem. Soc., 1943, 282.
127. Senderens, Bull. soc. chim., 5, 905 (1909); Kistler, Swann, Appel, Ind,.
Eng. Chem., 26, 388 (1934).
128. Cowan, Jeffrey, Vogel, J. Chem. Soc., 1940, 171.
129. Tressler, ам. пат. 1941640.
130. Davies, Hodgson, J. Chem Soc., 1943, 84.
131. Davies, Hodgson, J. Soc. Chem. Ind., 62, 128 (1943).
132. Blaise, Compt. rend., 138, 697 (1904).
133. Bagard, Bull. soc. chim., 1, 307 (1907).
134. Darzens, Compt. rend., 196, 348 (1933).
135. Braun, Ber., 67, 218 (1’934).
136. Grundmann, Ann., 524, 31 (1936).
137. Darzens, Compt. rend., 196, 489 (1933).
138. Sonn, Muller, Ber., 52, 1927 (1919).
139. Braun, Rudolph, Ber., 67, 269, 1735 (1934).
140. Stephen, J. Chem. Soc., 127, 1875 (1925).
141. Froschl, Danoff, J. prakt. Chem., 144, 217 (1936).
142. Davies, Hodgson, J. Soc. Chem. Ind., 62, 1:28 (1943).
143. И. А. Кондаков, Bull. soc. chim., 7, 576 (1892).
144. Wieland, Bettag, Ber., 55, 2246 (1922).
1’45. Am. пат. 1737203; Colonge, MeHafavi, Bull. soc; chim., 6, 335, 342 (1939).
1'46. Англ. пат. 459537.
147. Nenitzescu, Cioranescu, Ber., 69, 1820 (1936).
148. Frolich, Wiezevich, ам. пат. 2006198.
149. Герм. пат. 642147.
150. Cornillot, Alqvier, Compt. rend., 201, 837 (1935).
151. Kroeger, Sowa, Nieuwland, J. Org. Chem., 1, 163 (1936).
152. Office of the Publication Board, Dept, of Commerce Washington, D C.
(PB-27713, PB-2437, PB-7416).
352
И. Неллес
153. Ам. пат. 2327066.
154. Synthetic Organic Chemicals, 18, № 3 (1046).
155. Henne, Perilstein, J. Am. Chem. Soc., 65, 2183 (1943).
156. Johnson, Degering, J. Org. Chem., 8, 10 (1943).
157. Am. пат. 2267375.
158. Герм, пат, 717203.
169. Criegee, Angew. Chem., 50, 153 (1937); 53, 321 (1940); Ann.. 495,
211 (1932); Ber., 64, 260 (1931); 65, 1770 (1932).
160. Baer, J. Am. Chem. Soc., 62, 1597 (1940).
161. Джексон, Органические реакции, сб. 2, Издатинлит. М., 1950.
стр. 362—397.
Г62. R. Strauss, Fettchem. Umschau, 41, 45 (1934); Imhausen, Chem.-Ztg.,
62, 213 (1938); Wietzel, Angew. Chem., 51, 531 (1938); 52, 60 (1939);
Schrauth, Chem.-Ztg., 63, 274 (1939); Mannes, Die Chemie, 57,
6 (1944); Fette u. Seifen, 49, 441 (1942); Burstin, Flick, C. A., 38,
6200 (1944).
163. Am. пат. 1939255; 2265948; 2287125; 2288769; 2342028; брит. пат. 373642;
франц, пат. 714000.
164. Asinger, Ber., 75, 658 (1942).
165. Henne, Hill, J. Am. Chem. Soc., 65, 752 (1943).
186. Am. пат. '2353157—2363160; 2287803; герм. пат. 729672.
167. Am. пат. 2294984; брит. пат. 540915; герм. пат. 732720.
168. Ам. пат. 2267377; 2270252; брит. пат. 540225.
169. Ам. пат. 2285601.
170. Ам. пат. 2323861.
171. Брит. пат. 533066.
172. Ам. пат. 2341288 ; 2298387; брит. пат. 540004; герм. пат. 725486.
173. Ам. пат. 1924762; 1957939; >2008348 ; 2015065.
174. Ам. пат. 2025677.
175. Ам. пат. 1924765.
176. Ам. пат. 2020689.
177. Larson, ам. пат. 1993535.
178. Hardy, J. Chem. Soc., 1936, 364.
179. Hardy, J. Chem. Soc., 1936, 358, 362.
180. Am. пат. 1940787—1'940789; 1946254—1946259; 2054807; 2068265.
181. Morton, Le Fevre, Hechenbleicher, J. Am. Chem. Soc., 58, 754 (1936).
182. Arndt, Eistert, Ber., 68, 200 (1935).
183. Meyer, Wurster, Ber., 6, 1168 (1873).
184. Geuther, Ber., 7, 1620 (1874).
185. Lippincott, Hass, Ind. Eng. Chem., 31, 118 (1939); ам. пат. 2113812—
2113814.
186. Dumas, Stass, Ann., 35, 129 (1840).
187. Weizmann, Carad, J. Chem. Soc., 117, 324 (1920).
188. Reid, J. Am. Chem. Soc., 61, 99 (1939).
189. Am. пат. 2293649.
190. Chem. Met. Eng., 53, 120 (1946).
191. Office of the Publication Board, Dept, of Commerce, Washington
D. С. PB-2437.
I.IP ЕДМЕТН ЫЙ У К А ЗА тел ь
А
Адипиновой кислоты эфир 261
Азосоединения 124
Азотистоводородная кислота в син-
тезе аминов 332
Азулены, дегидрогенизация 160
— , образование 183, 188
— , синтез 120
Акридин, присоединение водорода
241
Акролеин, конденсация 80
Алициклические соединения, арома-
тизация 182, 183
— — , дегидрогенизация 158—189
Алкалоиды, дегидрогенизация 190
Алкилбензолы, ацилирование 70
— , галоидирование боковой цепи
321
— , получение 257—258
— , фторирование 51, 52
Алкилизогиомочевнна 325, 326
Алкилирование аминов 147
— аммонийных производных 335
— ароматических соединений 233
— , механизм 76
— многоядерных соединений 81
— альдегидами 233
— галоидными алкилами 72
— спиртами 72
— эфирами 72
— толуола 74
Алкилсульфоновые кислоты 325—328
Алкилфторсиланы 41
Алкоголиз 251
Алкоксикарбоновые кислоты 389
Аллильные соединения, конденсация
с .многоядерными структурами
80—81
Алюминий в катализаторе Ренея 202
Альдегиддегидраза 283
Альдегиды, алкилирование 233
— , биохимическое восстановление
272, 274—278, 289
— , — окисление 272, 282—284
— , восстановление 276—278
— гетероциклические 153
— гидрогенизация 227, 250 257—
260
— непредельные 284—289
— , окисление 282—284, 344
— , получение из амидов 340
— > — — галоидных алнвлсв 339
23 Заи. !7К
Альдегиды, получение из гликолей 151
— , — — кислот 152, 338, 339
— • — — нитрилов 34Q
— , — — оксикислот 154
— , — — олефинов 329, 342
— ,------спиртов 273
— ,------хлорангидридов 339. 341
— , реакция с диазометаном 99—105
— , —'Канниццаро 213, 227
— — с нитропарафинами 324
Альдозы, окисление 283
— . превращение в кетозы 283
Альдольная конденсация 232
Альдоновые кислоты, дегидрогениза-
ция 279
— — , получение 283, 284
Альдоспнрты 259
Амиды, гидрогенизация 234, 251,
265—267, 333
— > получение из ацетилена 347
— , — — диазокетонов 134
— , превращение в амины 265—267
— , эиолизация 98
Амилан, получение 65
Аминирование 232—234
— кетонов 232
— фурфурола 240
Аминокетоны, гидрогенизация 228
Аминокислоты ароматические, фто-
рирование 24
— — , получение 229 , 230
Аминоспирты, окисление 155
— > получение 326
Амины ароматические, алкилирова-
ние 73
— — , превращение в фториды 23,
53
— , восстановительное действие 232
— . гидрогенизация 251
— , получение из амидов 265—267
— , — — галоидных алкилов 334
— , — — гидроксиламина 273
— . — — карбонильных соединений
232, 233, 335
— .------кислот 332
— . — — ннтрозосоединений 229, 273
— , — — нитрилов 231, 333—334
— , — — нитропарафинов 229. 230
— • — — оксимов 231
— .------хлорангидридов кислот 33?
— . реакция Гриньяра 335
Амиран 164, 170
Аммиак, аминирование 232
Ир^дишный uw'iai i’i'4
Ангидриды кнс.чог, алкилирование 70
— — , восстановление 234
— — , получение 346
----, превращение во фторангидри-
ды 63
----, реакция с диазометаном 116
Андростеноны, энзиматическое вос-
становление 304 и сл.
Андростеролы, энзиматическое окис-
ление 304—305
Андростерон. энзиматическое вос-
станозленпе 298
Анилин, нитрование 58
— , сульфирование 61
Антрахинощы), гидрогенизация 238,
239
, — , получение 141, 165
Арплтрихлор метильные соединения,
фторирование 13—16, 45—18
Ароматизация аллцик.юв 181 —183.
237
Ароматические дисульфиды 121
Ароматические соединения, ацилиро-
вание 70, 71, 143
— — , восстановление 236—239
---- , гидрогенизация 236—239
----, растворимость во фтористом
водороде 57
---- , сульфирование 61
----, фторирование 10, 23—24, 50
и сл.
Aspergillus 284
Aspergillus niger 283, 284
Аценафтещы), ацилирование 71, 72
— , конденсация с акролеином 81
Ацетали 112
— , получение 331
Ацетальдегид полимеризация 68
Ацетиленовые соединения, гидроге-
низация 225, 254
----, присоединение фтористого во-
дорода 12
---- , получение 348
Ацегилен(ы), карбонилирование 346
— , присоединение бромистого водо-
рода 320
— . — диазометана 116
— > — спиртов 330. 331, 347
— , — фтористого водорода 12, 41 —
43.
— , — хлорангидрндов кислот 341
Ацетилирование ароматических соеди-
нений 143
— гетероциклических соединений 146,
147
— кетонов 146
— миогоядерных соединений 144—145
Ацетнлцрэаание окснкислог 146
— олефинов 145
— терпенов 146
— тетраацетатом свинца 144—150
— углеводородов 144—150
— эфиров 146
Acelobacter 278—281
— dioxyacetonicum 282
— gluconicum 283
— suijoxydans 2-80—283
— xylinum 279. 281, 283
Ацетон, гидрогенизация 250, 259
— , полимеризация 68
Ацилирование ангидридами кислот 70
и ст.
— ароматических соединений 143
и сл.
— аценафтена 70
— внутримолекулярное 80 и сл.
— многоядерных соединений 143 и сл.
Ацилирование терпенов 146
— углеводородов 146
— фенолов 70
— хлорангидридамп кислот 70 и сл.
Б
Бария соединения в медно-хромовых
катализаторах 253
Bacillus putrificus 295. 298, 304, 308
— subtilis 295
— fluorescens 295
Бекмана перегруппировка 63
Бензол, гидрогенизация 189, 235
— сульфирование 60
Бензотрифторид 14, 15
Бензойная кислота, нитрование 58
----, растворимость во фтористом
водорозе 56
Биохимическое восстановление аль-
дегидов 272. 274—276, 287—288
----бактериями 277, 294, 295, 304,
306. 307
----в животном организме 295—
296
— — гидроароматических соедине-
ний 292
----дрожжами 276—278, 294—296,
304—305. 308
— — кетокислот 293, 294
---- кетонов 272—274
— — , механизм 274 и сл.
----олефинов 272, 284—294
---- стероидов 296—304
Биохимическое окисление альдегидов
272. 282 —284
— — бактериями 278—284, 294—306
Предметный указатель
355
----в животном организме 309—311
----дрожжами 269—297
Биохимическое окисление метильных
групп 272, 309—311
----, механизм 274—276, 282—283
----, процедура 279—282, 304—307
----спиртов 272, 274—276, 278—282
----стероидов 296—309
Бисульфит 321
Бициклические соединения, дегидро-
генизация 184
Бромистый водород 320
Буво, метод восстановления 260
Бутадиен, реакция с диазометаном 121
Бутилен, галоидирование 317—318
— , реакция с фтористым водородом
38
В
Ванадия пятиокись 337
Виниламииы 347
Винилацетилен 42
Винилирование 347
Виниловые эфиры 330—331
Винил хлористый 318
Винной кислоты эфир 150
Витамин А 278
Восстановление адипиновой кислоты
эфиров 261
— амида тетрагидропирослизевой
кислоты 265
— ангидридов кислот 234
— альдегидов 276—278
— ароматических соединений 236—239
— брома соединений 235—236
— гликолей 206—227
— дисульфидов 272
— избирательное 273
— имидов 266
— карбалкоксисоединений 254, 255,
264, 265, 269
— карбонильных соединений 329
— дрожжами 272, 276—278
— карбоксильных групп 168
— кетокислот 226
— кетонов 272, 277—278
— кетостероидов 296—307
— многоядерных соединений 238—239
— оксидифенилов 238
— олефинов 286—287
— прегнеионов 308
— спиртов 226
— стероидов 301—309
— тиоальдегидов 273
— Фурфурола 259, 268
— хиионов 272, 276
23*
— хлорангидридов кислот 341
— хлора соединений 235
— хромонов 240
— эфиров 258, 260—265
— эфиров фенола 236
Г
Галоидирование бутилена 318
— карбоновых кислот 321
— нитропарафинов 324
— олефгенов 317—323
— пропилена 318
— этилена 318
Галоидные алкилы, алкилирование
72
---, превращение в амины 334
--- , карбоновые кислоты 344
Галоидные соединения, гидрогениза-
ция 235—236
Галоидоводородные кислоты, «пере-
кисный эффект» 320
а -Галоидокислоты 39
Гексаметиленгликоль, получение
261—262
Гексеи-4-ол-1, получение 289
Гексозилфторид, получение 64
Гетероциклические соединения, гидро-
генизация 234, 239—244, 255,
265—266
---, дегидрогенизация 1421 189—
190
---, реакция с диазометаном 111
Гидразоны 95, 122—123
Гидрогенизация акридина 241
— альдегидов 207, 250, 258—260
— амидов 233, 250—251, 265—267, 333
— аминокетонов 228
— ароматических кетонов 227
---соединений 236—239
— ароматического ядра 235—239,
254—256, 268
— ацетиленовых соединений 225,
254—255
— ацетона 250
— биохимическая (см. Биохимиче-
ское восстановление)
— галоидных соединений 235—236
— гетероциклов 234, 239—244, 255,
265—266
— гидроароматических соединений
292
— гликолей 257
— дикетонов 226—227, 251
— жиров 224
— индола 241
— карбазолов 241
356
Предметный указатель
Гидрогенизация карбоксильных групп
168, 224, 234, 295
— карбонильных соединений 165,
225—229, 250—251, 254, 257—260
— каталитическая 202—244, 248—269
— кетонов 250, 258—260
— малоновой кислоты эфиров 250, 264
— , медно-хромовый катализатор
247—249
— нафтолов 237
— непредельных альдегидов 273,
284—286, 287, 289
----кислот 223, 296
----спиртов 222, 284—287, 295
— нитрилов 231
— оксикислот 223
— пиперидилов 234
— пиперидина производных 363
— пиразолона 243, 263
— пирана 240
— пиридина и его производных 240,
242, 256
— пиррола производных 240, 242,
256, 263
— при дегидрогенизации 169—172,
188, 189
— Ренея катализатором 202—204
— селективная 230, 241, 267—269,
273, 287, 294
— спиртов 256—266
— терпенов 221—223
— фурана производных 255. 257, 265,
268
— фурфурола 239
— циклических кетонов 226, 288
---- спиртов 289
— эфиров 250, 258, 260—261, 264
----янтарной кислоты 250
Гидроксиламины 324
Гидрохиноны, окисление 141, 272
Гильдебрандта кислота 310
Гипофосфиты, восстановление 212
Гликоли, восстановление 226, 227
— , гидрогенизация 257
— , получение 226—227
— > циклические 154
Глицерин 282
— , получение 319
Глицерофосфатная дегидраза 275
Глутаримиды 234
Глюкозамина производные 155
Глюкозиды 63—66
Глюкозилфторид 64
Глюкозодегидраза 283
Гормоны 146, 189 и сл.
Гофмаиа реакция 333
Гриньяра реакция 335
Д
Дегидратация каталитическая 335
— с диазометаиом 123
Дегидрогеназы альдегидов 283
— карбонильных и гидроксильных
соединений 274—276
— этиленовых соединений 284—285
Дегидрогенизация азулена 160
— алициклов 159—189
— алкалоидов 190
— альдоновых кислот 279—280
— аминокислот 273
— андростеидиола 163
Дегидрогенизация бициклических со-
единений 184
— гетероциклических — 142, 189—
190
— гидроароматических —141
— гидрохинонов 141
— , катализаторы 160, 161, 192—193,
337
— , механизм реакции 161—162
— оксистероидов 305—308
— , перегруппировки 172—188
— пергидросоединений 169, 172, 174
— платиновыми металлами 160
— политерпенов 158, 160, 164, 179
— , реагенты 160, 161
— Ренея катализатором 212—214
— , селективность 171
— селеном 158—195
— серой 158—195
— сесквитерпенов 158, 187, 188
— спиросоединений 180
— спирта 142—144, 212—213
— стеролов 159, 182, 186
— терпенов 158, 183—184, 188'
---производных 161, 169, 187—
189
— тетраацетатом свинца 142—144
— , техника 191—195
— фенантренкарбоиовых кислот 167
— фенантрена производных 76
— циклических кетонов 164—166
— циклогексанона 164
Дезоксикортикостерон 306
Декарбоксилирование в энзиматиче-
ских реакциях 284—293
— с селеном 168
Диазокетоны, получение 131
— • реакции 122
Диазометан, дегидратирующее дей-
ствие 123
*- , метилирование 97—114, 119, 124
— , механизм реакции с оксосоеди-
нениями 100, 102, 117
Предметный указатель
357
— , перегруппировки 123—124
— > получение 93—98, 127—129
— , реакции с гетероциклами 111
— ,------диенами 119—121
— ,------карбонильными соедине-
ниями 99—114
—--------кислотным водородом 96—
99
— ,------металлоорганическими со-
единениями 122
— ,------ненасыщенными соедине-
ниями 116—121
— ,------непредельными эфирами
118
— ,------свободными радикалами
121—122
— ,------тиокарбонильными соеди-
нениями 115—116
— ,------тиокетонами 115
— ,------хинонами 112—ИЗ
Диазоний-бетаии 100
Диальдегиды, получение 153—154
Диамины, окисление 155
— » превращение в дифториды 24
Дигидроакпидина производные 142
Дигидрокодегидраза 285
Дигидронафталин 3
Дигидропиримидина производные 142
Диены, реакция с диазометаном
120
— — тетраацетатом свинца
148—150
Дикарбоиовые кислоты 344
Дикетоны, гидрогенизация 226, 251
— , превращение в амины 233
Диспропорционирование 171, 172, 173,
188—189, 238, 285, 293
Дисульфиды 273
Дифосфотеридиннуклеотид 274
Дифторалканы 12
2,2-Дифторпропан 17
Дихлордифторалканы 16
Древесина, осахаривание 65—86
Дрожжи, восстановление биохимиче-
ское 276—278, 284—294, 296—
297, 301—305
— , — карбонильных соединений 272,
276-278
— , — олефинов 284—294
— , — стероидов 296—309
— , — эстрона 303—309
— , окисление 296—297
— . окисление — восстановление
300—304
Е
Естественные продукты 159—195
Ж
Желатинизация, предотвращение 324
Железные катализаторы 209
Жиры, гидрогенизация 224
— , полимеризация 67
— , превращение в спирты 329
И
Изомеризация во время дегидрогени-
зации 189
Изоцианаты, получение 333
Имиды 266
Иминокислоты 273
Имины, превращение в нитрилы 143,
155
Индолы, гидрогенизация 241
Иодофториды 9
К
Кадмия соли как катализатор 331
Калия нитрат в нитровании 57—59
— сульфат в сульфировании 61
Кальцийглюконат-лактобионат 36
Кальцин соединения в медно-хромо-
вых катализаторах 252
Канниццаро реакция 213, 227
Канцерогенная активность 144
Карбоксильной группы восстановле-
ние 168, 224, 234, 295
Карбонилирование 346—347
Карбонильные соединения, ацилирова-
ние 146
-----, восстановление 272, 329
-----, гидрогенизация 165—166,
225—229, 250, 258 и сл.
— — , получение 336—343
— — , превращение в амины 232
-----, реакция с диазометаном 99—
114
Касторовое масло, полимеризация 67
Катализаторы винилирования 345
— гидрогенизация 202 и сл.
— дегидратации 335, 336
— дегидрогенизации 160—161, 192-
193
— карбонилирования 343 и сл.
— окиси металлов 338, 344
— превращении жиров в спирты
329—330
— фторировании 37
— этинилирования 348
Кетоальдегиды 153, 343
Кетозы, получение 148, 279, 282
— , превращение в циклические эфи-
ры 113
— , синтез 104
358
Предметный указатель
Кетокислоты, восстановление 206,
296—294
— непредельные 293—294
— , получение 273, 279, 280
Кетонов гидразоны 96
Кетоны, аминирование 232—234
— ароматические, гидрогенизация
226—227
----- , получение 62
----- , фторирование 45
•----, ацетилирование 146
— , биохимическое восстановление
272, 274, 289—292, 296, 297
— , восстановление 272—274
— , гидрогенизация 250, 258—260
— непредельные, реакция с диазоме-
таном 118
-----,------нитропарафинами 324
— , окисление 344
— , получение из гликолей 150—155,
342
— ,------кислот 337—338
— ,------оксикислот 154
— , — — спиртов 336—337
— ,------хлорангидридов и олефи-
нов 341
— , реакция с диазометаном 105—114
Кетостероиды, восстановление 296—
305
Кетохолановая кислота 301
Кетоэнольная таутомерия 62, 97
Кизельгур 236
Кислоты карбоновые, ацилирование
70—72
-----, восстановление 133, 152, 341
----- , галогенирование 321
----- , гидрогенизация 234
-----непредельные, гидрогенизация
223, 295 .
Кислоты карбоновые, присоединение
фтористого водорода 38
-----, фторирование 10—11
-----, окисление 310—312
----- , получение из альдегидов
282—284
----,------алканов 343
-----,------алкилгалогенидов 344—
345
— — ,-------нитропарафинов 324, 345
-----, — — олефинов 343
— — ,-------спиртов 344—346
-----, превращение в альдегиды 133,
161—152, 341
------ ,----высшие гомологи 132
------- ;---кетоны 337
-----,------оксиметилкетоны 131—
132
---->-------эфиры оксиметилкето-
нов 132
----, энзиматическое получение 271
Кнорра синтез пиррола 244
Кобальтовый катализатор 207—208
Кодегидраза 276, 283, 285
Козимаза 274
Кольца замыкание 80—86, 185—187,
190, 236—237
— образование 237, 243—244
— разрыв 183, 190, 268
— расширение 108, 120, 121, 180—182
— сжатие 182—183
Corynebacterium 274, 299
Corynebacterium helvolum 306
— mediolanum 306
Коэнзим 274—276
Крахмал 65
Кремний в катализаторе Ренея 202
— четырехфтористый 34
Кумариновое кольцо 124
Курциуса метод 332
Л
Лактамы 266
Лактиды 338
Лактоновое кольцо 123
Лактоны 234
Лейкофлавопротеин 286
Лигнин 66
Лимонная кислота 275
Льняное масло 67
М
Магний в катализаторе Ренея 202
Магния соединения в медно-хромо-
вых катализаторах 202
Малонового эфира производные 264
Малоновой кислоты эфиры 250
Манниха метод 336
Марковникова правило 37, 3'9, 42, 319
Меди ацетиленид 348
Медно-хромовые катализаторы 248—
269
-------- , избирательность действия
241, 267—270
---- — , приготовление 249—255
-------- , свойства 249—252
----— — , условия употребления
249—252
Медный катализатор, приготовление
208
Меркаптаны, присоединение к олефи-
нам 331
— , получение сульфоновых кислот
320
Предметный указатель
359
Металлические катализаторы 341
Металлический сплав как катализа-
тор 386
Металлоорганические соединения,
реакция с диазометаном 123
Металлов коррозия 35
Металлов окислы в роли катализа-
тора 337—338
Метанол-лигнин 256
Метилирование диазометаном 96—114,
122—125
— многоядерных соединений 111
— оксикислот 99
— пирона производных 119
— сульфонов 97—98
Метилкетоны, нитрозопроизводные
126, 127
----- , получение 131
Метилуретаи 125—Г26
Метильные группы, миграция 106
Микробиологические реакции 271—
311
Micrococcus dehydrogenans 306
Миноньяка метод 232, 334
Многоядерные соединения, алкилиро-
вание 80—82
-----, ацилирование 82—86, 143—146
----- , восстановление 238—239
----- , метилирование 111
Молибдаты, катализатор 344
Н
Нафталины, ацилирование 71
— , гидрогенизация 235—237
Нафтилкарбоновые кислоты 167
1-Нафтилуксусная кислота 134
Нафтола эфиры 237
Нафтолы, гидрогенизация 237
— , конденсация с акролеином 81
— , образование 165
Нафтойная кислота 133, 167
Нафтохиноны, метилирование 119
— получение 141
Непредельные стерины 296—297
Никелевый катализатор 236, 249
Нитрилы, гидрогенизация 231
— получение из иминов 143, 155
— , превращение в альдегиды 340
— ,------амины ЗЗЗ1—334
— , присоединение к нитропарафииам
325
Нитроанилины, получение 58—59
Нитрование алканов 322—323
— анилина 58—59
— ароматических соединений 57—61
— гидроароматических соединений 59
— нитритом калия во фтористом во-
дороде 57—60
Нитрогликоли 2301
Нитрогуанидины 230
Нитробензойная кислота 58
Нитрозоалкилсоединения 94
Нитрозо-(З-ал киламиноизобутилметил-
кетоны 126—127
Нитрозоаминокетоны 95
Нитрозометилмочевина 93—94, 125
Нитрозометилуретан 125
Нитрозосоединения, гидрирование 229
Нитроолефины, получение 325
Нитропарафины, галоидирование 324
— , гидрирование 230
— , получение 322—3'23
— , реакции 324—325, 345
Нитросоединения ароматические 267
— — , гидрирование 230
Нитроспирты 324
Нитрофенолы, растворимость во фто-
ристом водороде 56
О
Озонирование 342—343
Окисление аминоспиртов 155
— альдегидов 282—284, 343—344
— альдоз 203
— биохимическое (см. Биохимическое
окисление)
— вторичных спиртов 279—282
— гидрохинонов 141, 272
— диамииов 155
— дрожжами 296—'297
— замещенных алленов 150
— избирательное 273, 342
— карбоновых кислот 310'—312
— кетонов 344
— многоатомных спиртов 277—282
— пиррола производных 146—147
— прегненолона 306
— Ренея никелем 211—212
— спиртов 212,276, 278—282,328,337
— станнитов 212
— стероидов 273
— стеролов 273, 296
— тетраацетатом свинца 139—155
— циклических кетонов 344
--- спиртов 344
— — углеводородов 344
Окислительно-восстановительные ре-
акции 296—309
Окислительный потенциал тетрааце-
тата свинца 141
Оксиамины 267
Окснарилфториды, получение 43—44
360
Предметный указатель
Оксидифенилы 237, 238
Оксикетоны 228, 259, 343
— , получение 150
— , реакция с диазометаном 113
Оксикислоты, ацетилирование 146
— , гидрирование 223
— , метилирование 99
— , превращение в альдегиды 338
— , расщепление 154
Оксиметилкетоны 132
— , эфиры 132—133
Оксимы 231, 243
— , перегруппировка 61, 214
Оксифенолы 61
Оксония соли 56, 68
Олефины, галоидирование 317—321
— , димеризация 9
— , замещение 318
— , карбонилирование 346—347
— , озонирование 342, 343
— , «перекисный эффект» 320
— , получение 225
— , присоединение алкаиов 77—80
— , — ароматических соединений 12,
72—77
— , — воды 328—329
— , — галоидных алкилов 70—80
— , — галоидозамещенных эфиров
330
Олефины, присоединение диазометана
117—119
— , — меркаптанов 321, 331
— , — окиси углерода н водорода
329—330, 342, 344—345
— , — тетраацетата свинца 148
— , — фтора 8—10
— , — фтористого водорода 10—13,
37—49
— , — хлорангидрндов кислот 341
— , расщепление 151
— , хлорирование 318—319
П
Палладиевый катализатор 341
Penicillum glaucum 283
Пергидросоединения 169, 170, 171, 174
Перегруппировки при дегидрогениза-
ции 172—188, 190
— двойной связи 214
— оксимов 61, 214
— фениловых эфиров 61
Перекисный эффект 320
Пери-конденсация 80—83
Пиперидилы 234
Пиперидина производные, гидриро-
вание 263
— , получение 266
Пиперидины, получение 234
Пиразина образование 243
Пиразолиндикарбоновые эфиры 118
Пираэолины 116—118
Пиразолона производные 243
Пирана производные 240
Пиридина производные 242, 256, 263
Пиррола производные, гидрирование
240—242, 256, 263
----, окисление 146—147
----, синтез 119, 244
Пирролидина производные 266
Пирролкарбоновые эфиры 263
Пирона производных метилирование
119
Полиглюкозана получение 64
Поликумароновые смолы 67
Полимеризация ацетальдегида 68
— ацетона 68
— жиров 68
— касторового масла 67
— льняного масла 67
— растительных масел 67
— стирола 67
— фтористых алкилов 68
— фурфурола 68
Политерпены, дегидрирование 159.—
160, 164, 179—180
Прегненолон, окисление 306
Proactinomyces erythropolis 296
Прогестерон 308
Пропилен, присоединение к бензолу 12
— , — фтористого водорода 10—11
Р
Растительные масла, полимеризация
67
Рацемизация 236
Ренея катализатор в гидрировании
202—244
----в дегидрировании 212—214, 337
---- , восстановительные свойства
210—216
----, железо 209, 217
----, кобальт 207—208, 218—219
Ренея катализатор, медь 208, 217—
218
----, никель, см. Ренея никель
----, получение 202—206
— — , физические свойства 209—210
Ренея никель, активация 226
---- , амальгама 211
----, использование 221, 244, 337
---- , окисление 211—212
---- , окисление—восстановление
211—212
----, получение 206—207
Предметный указатель
361
Ретропинаколиновая перегруппиров-
ка 164, 166, 175, 177, 180
С
Салигенин 68
Сапогенин 309
Сахаров производные 52
Свартса реакция 51
Свинца тетраацетат, ацилирование
143—151
----, дегидрогенизация 142—143
---- , окисление 139—155
— — , окислительный потенциал 141
----, получение 139—140
----, расщепление гликолей 150—
155
----, реакция с диенами 148—150
Селен, дегидрирование 158—195
— , декарбоксилирование 167
Сера, взаимодействие с никелем Ре-
нея 215
— , дегидрогенизация 158—195
Сернистый газ 326
Сесквитерпены, дегидрирование 158,
169, 170, 173, 187
— , расщепление кольца 182—183
Силикагель 175
Силикофториды 34
Сорбоза, получение 280—282
Спироциклы, дегидрирование 180
Спирты, алкилирование 72
— , биохимическое окисление 272—
276
— , восстановление 227
— вторичные, окисление 279
---- , получение 289 и сл.
— , гидрогенизация 257
— , дегидрогенизация 143, 162, 163,
166, 167, 212, 337
— , метилирование 98
— непредельные 220
— — , гидрогенизация 222, 284 и сл.,
295, 296
---- , получение из ацетилена 348
----,-------жиров 329
----,-------эфиров 269
----, присоединение фтористого во-
дорода 38
— , окисление 212, 275—276, 337
— , получение из карбонильных со-
единений 257—261, 276, 329
— ,------кислот 329
— ,------олефинов 328—329
— ,------углеводородов 146
— .------эфиров 260 и сл.
— , превращение в амины 335
— ,------карбоновые кислоты 344
— ,------фториды 22, 53, 54
— , реакция с ацетиленом 330
Станниты, окисление 212
Стерины, дегидрирование 158—159,
172—173, 178, 182, 185—186
— непредельные 292—293
— , окисление 273, 296
Стероидные альдегиды 104
Стероиды, биохимическое восстано-
вление 296—305, 307—309
— , — окисление 296—301
— , гидрирование 307—309
— непредельные 307—309
— , окисление 278
Сукцинимид 234
Сульфиды 52, 325
Сульфирование алифатических соеди-
нений 325—328
— ароматических соединений 60, 61
— кислот 327
— хлорангидридов 327
Сульфирующие агенты 326—327
Сульфометиленовые производные 97
Сульфонилфториды 19
Сульфоновые кислоты 61
Сульфоны 60
Сурьма пятифтористая 15—17
— трехфтористая 15—18, 46—49
Сурьмы хлорфторид 46—49
Т
Терпенов производные, гидрирование
221—223
-----, дегидрирование 162—169
----- , окисление 310
----- , получение 145
Терпены, ацетилирование 145
— , ацилирование 146
— , гидрирование 220—223
— , дегидрирование 158, 160—170,
183—184, 188
Тетраарилэтилен, получение 115
Тетрагидронафталины 167
Тетрагидрофуран 124
Тестостерон 300—309
Тиоальдегиды 273
Тиовиниловые эфиры 331
Тиокарбонильные соединения, струк-
тура 121
-----, реакция с диазометаном 115
Тиокетоны, реакция с диазометаном
115, 121
Тиоспирты 273
Тиосульфаты 326
Тиоэфиры 346
• 362
Предметный указатель
Толуол, алкилирование 74
Трисульфоны 97—98
Трифосфопириднннуклеотид 275
Трихлорметильные соединения 13—15,
45—52
Трихлорфторметан, получение 48
У
Углеводороды алифатические, алки-
лирование 71 и сл.
-----, нитрование 322, 323
— — , окисление 329, 343
----- , получение 227
-----, сульфирование 326, 327
Углеводы, Канниццаро реакция 213,
227
— , получение 151—152
Углерода двуокись 344—345
— — , образование муравьиной кис-
лоты 229
Углерода окись 43
— — , синтезы 330, 342, 344, 346
Углерод четыреххлористый 46—48
Ф
Фенантрена производные, дегидриро-
вание 176
Фенантрен, ацилирование 70—71
— , гидрогенизация 238
— , конденсация с акролеином 80
Фенантренкарбоновые кислоты 167
Фенолы, гидрирование 257
— , образование из алициклов 164—
165
— , растворимость во фтористом во-
дороде 56
Флавиновые энзимы 274, 283, 285
Флавопротеины 276, 283
Фосфаты как катализаторы 344
Фосфорная кислота как катализатор
344—345
Фотоокиси 238
Фриделя—Крафтса реакция 12, 341
Фриза перегруппировка 62
Фруктозы производные 148
Фталевая кислота, растворимость во
фтористом водороде 56
Фторалкилсоединения, полимеризация
67, 68
— , получение 8—13, 16 и сл., 37 и
сл., 53—55
Фторарилсоединения, получение 15,
18, 19, 52
Фторбензол, получение 23
Фторбензойная кислота, получение 25
Фторирование алкилбеизолов 13
— арнлтрихлорметанов 13—15, 45
Фторирование ароматических амино-
кислот 24
----- кетонов 45
— каталитическое 15, 16, 22, 37, 46—
47, 54
— , материалы для реакционных со-
судов 8
— непредельных кислот 11
— , опасности при фторировании 7
— при помощи диазореакции 23—26,
53
— , растворители 56—57
— , реакции замещения при фториро-
вании 13—15
— солями серебра 19
-----сурьмы 16—19, 46—49
-----ртути 20—23
— сульфидов 52
— четыреххлористого углерода 47
Фтористый водород в осахаривании
древесины 65—66
----- в получении фторидов диазо-
реакцней 23—25, 52—53
------------- реакциями каталити-
ческого замещения 13—15, 18—19,
4'9—52
------ — некаталитического замеще-
ния 14—15, 18—19, 50—52
----------присоединения 10'—13,
37—44
-----в реакциях расщепления 62—65
----- как катализатор алкилирова-
ния 72—80
---------ацилирования 70—71
----------при замыкании циклов
80—86
----------при образовании жиров
68—69
----------полимеризации 12, 67,
68
-----Фриделя—Крафтса ре-
акции 12
-----как растворитель 55—62
-----, получение 33—35
-----, реакции присоединения 10—
14, 18—19, 37—44
Фтористый глюкозил 63
— , сульфонил 19
— , циклогексил 11
Фтороформ, приготовление 25
Фурана производные, гидрогенизация
избирательная 254—256, 257, 265,
268
----- , — с катализатором Реиея
239—240
Предметный указател'
__ — , — энзиматическая 277, 292—
294
— — . получение 234
Фурфуриловый спирт, аминирование
Э40
— — , восстановление 259—268
-----, гидрогенизация 239
----- , полимеризация 58
X
Хиноны, восстановление 271—276
— , получение 141
— , присоединение диазометана 112
Хлорангидриды кислот, ацилирование
70 1
— — , восстановление 341
----- , галогенирование 320
-----, превращение в альдегиды 339,
340
-----,------амины 333
-----, реакция с диазометаном 116,
131
-----,------хлористым сульфури-
лом 327
Хлора соединения, восстановление
235
Хлор в сульфохлоридах 326—323
Хлориды щелочных металлов 344
Хлорирование олефинов 317—318
Хлорметилкетоны 131
13 -Хлорвинилкетоны 341
Хлоролефины 317
Хлорфторметан 9
Хромоны 240
ц
Целлан 65
Целлюлоза 64—66
Циклические амины 332
Циклические гликоли 153—154
— кетоны
----- , гидрогенизация 226
-----, окисление 344
----- , реакция с диазометаном
108—113
Циклические спирты, гидрогенизация
----- , окиелеиие 344
Циклические сульфиды, образование
115, 121
Циклические углеводороды, окисле-
ние 344
Циклические эфиры 105
Циклоалканы, приготовление 226
Циклогексана получение 236
Циклогексанон 130
Циклогексанона производные, де-
гидрогенизация 161
Циклогексилбутанол, получение 236
Циклогексилфторид, получение И—12
Циклоолефпн, реакция с тетраацета-
том свинца 145—147
Цинка окись 337
Цинка соли 331
Цинка хромит 269
Цитохромная система 275
Ш
Шмидта реакция 332—333
Э
Энзимы 274—276, 282—284
Энолизация 97—99, 106—108, 226
Эпимеризация 301
л -Эстрадиол, получение 303, 304
Эстрон, восстановление 303
Этилен, реакция с диазометаиом 11S
— ,------фтористызг водородом 11
— , — замещения 317—318
Этилфторид, получение 11, 22
Этиохоланднон 308
Этиохо,1ано.’1-17-ОН-3, 305
Этиохолаиоиы 298, 308, 309
Этиохоланолы 298
Эфиры альдегидов 151
Эфиры, алкилирование 72
— , ацилирование 146
— , восстановление 250 , 258, 260—Э65
— непредельные 267
----- , восстановление 269
----- , присоединение диазометака
118
-----, — нитропарафинов 324
Я
Янтарной кислоты эфиры 250
В. Бокемюллер. Органические соединения фтора....................... 7
К. Вихерт. Применение фтористого водорода в органическом синтезе 32
Б. Эйстерт. Синтезы с помощью диазометана......................... 91
Р. Криге. Окисление посредством тетраацетата свинца.............. 139
П. Платтнер. Дегидрогенизация в присутствии серы, селена и метал-
лов платиновой группы ..................................... 158
Р. Шретер. Восстановление в присутствии скелетных катализаторов
(никеля Ренея и др.)........................................ 202
Ч. Грунд.чан. Гидрогенизация в присутствии медно-хромовых ката-
лизаторов .................................................. 248
Ф. Фишер. Применение биохимического окисления и восстановления
в препаративных целях....................................... 271
И. Неллес. Реакции замещения у соединений алифатического ряда . . 316
Предметный указатель . ...................................... 353
Редактор К. /О. Нокицчш'!.
Технический редактор А. Н. Никифорова. Корректор Б. Epyca.uewriHi.
Сдано в производство 22/VI 1S50 г. Подписано к печати 29/IX 19.50 >. А-07736.
Бумага 6ОХ921/и=’ИА бум. я,—22,8. печ. л. Уч.-вздат. л. 24,7. Инд л/ 3/797.
Цена 19 руб. Зак. 1789.
4-я типография им. Евг. Соколовой Главпаяитрафиздота при Совете Министров СССР.
Ленин! рай, /Иамайлонский г.... .Т. . \