Kéntartalmú vegyületek

Átírás

1 Kéntartalmú vegyületek

2 zén-kén kötést tartalmazó vegyületek ómenklatúra Tiolok (tioalkoholok és tiofenolok - ariltiolok) Tioéterek v. szulfidok - diszulfidok - szulfoxidok - szulfonok - szulfonsavak C 2 C 2 Ph R metántiol 2-merkaptoetanol 2-szulfaniletanol nem tiofenol, benzoltiol tiolát dimetil-szulfid (vö. éter) előtagként alkiltio, ariltio ( vö. alkoxi, ariloxi), preferált alkil-, ill. arilszulfanil C 2 C 2 3 C epitio (vö. epoxid) 3 C dimetil-szulfoxid dimetil-szulfon

3 3 C 3 3 metánszulfonsav 3 C 2 Cl metánszulfonsav-klorid (mezil-klorid) 3 C benzolszulfonsav 3 F 3 C 2 4-toluolszulfonsav trifluormetánszulfonsav F 3 C 2 Cl trifluormetánszulfonsav-klorid (trifil-klorid) 3 C 2 Cl 4-toluolszulfonsav-klorid (tozil-korid)

4 RI R I R tiol Li + foly. 3 I 2 R---R R'I - C 3 R--R' tioéter 1/2 2 (R=R'= ) R"-I R R R R dialkil-szulfon + R" I - triligandumos diszulfid dimetil-szulfoxid (DM) trialkil-szulfónium só R 1 R 2 ofmann-redukció királis szulfoxid Zn / tetraligandumos a C atomhoz hasonló térszerkezet 2

5 R R, R, R R 2 R, R R, R 2 R

6 Kémiai és fizikai tulajdonságok 1. Aciditás pk a 2 7,0 2 15,7 R R R R Ar Ar 6-8 Ar Ar ldékonyság A tiolok vízben rosszul oldódnak (nincs -kötés) - 3 csoport bevitelével a vízoldékonyság jelentősen nő

7 Fontosabb képviselők 3 C DM dimetil-szulfoxid kitűnő dipoláris aprotikus oldószer ( 2 reakciók) teratogén! 3 C 2 Cl R bázis 3 C 2 R mezilát R 3 C 2 Cl bázis 3 C 2 R tozilát kiváló távozó csoportok nukleofil szubsztituciós reakcióban: toziloxi, meziloxi, trifiloxi 3 C R +u 3 C + R u 2 4 a 3 a β aftol β aftoesav

8 C ac a C 3 a β-naftoesav 100 % C 95 % C a a β-naftil-amin 1. a β-naftol Z

9 C Cl C C C C C C C C C Cl 2 3 Cl 2 3 Cl Cl 2 Cl 2 3

10 a 3 C I + 3 C a a -ai + C 3 nátrium-mezilát mezilsav PCl 5 R + C 3 ab 4 C 3 R R C 3 Cl mezil-észter mezil-klorid 3 C R +u 3 C + R u

11 Zsír-, fehérjeés szénhidrát anyagcsere C metionin cisztein cisztin aminosavak biotin ("-vitamin") Z szacharin 2 ajoen Fokhagymában Mesterséges édesítőszerek 3 C C C 2 C 2 3 C C C C 2 bűzállatok 3 a nátrium-ciklamát

12 zulfonamidok Baktériumokban a folsav bioszintézisét gátolják, ennek következtében a baktérium D és R sejtfalának szintézisét is C Quinoseptil X Cl 3 X 2 Cl Ar 2 X 2 Ar zulfonok Lepra ellenes adjuváns szer

13 1869. Knapp C E Ar C C C 2 Cl 2 Cl 3 Cl Cl 2 acetanilid acetilszulfanilsav acetilszulfanilsav-klorid acetilszulfanilamid Általánosítva: C C C R 1 R 2 C Cl R 1, R 2 =, alkil R 1 =, alkil; R 2 = aril R 1 R 2 Példa 1. Példa

14 E Ar (aromás elektrofil szubsztitúció) C 2 Cl 1 C C C ,2 (orto) 1,3 (meta) 1,4 (para) Elektronküldő /aktíváló/ szubsztituens (pl. amino-, acetilamino-, hidroxilcsoport stb.) esetén orto és para, míg elektronszívó /dezaktíváló/ szubsztituens (pl. karboxilcsoport stb.) esetén meta termék keletkezik főtermékként (kinetikus kontroll).

15 C 3 Cl 2 2 Cl a 2 C 3 a 2 C 3 p = 8 p > a kevésbé vízoldékony vízoldékony

16 mezomerek tautomerek

17 Analóg példa antranilsav protomerek 3

18 zulfonamidok Domagk 2 2 R prontosil in vivo: erős antimikrobás hatás in vitro: hatástalan R C Generikus név sulfaguanidine 2 2 C sulfadicramide Tréfouel, itti, Bovet 2 sulfamethoxazole az azokötés a szervezetben metabolitikusan aminocsoporttá alakul 2 sulfadimidine A szulfonamidok a baktériumok sejtfalában kompetitíven gátolják a folsav (ld. később) és így a D és R szintézisét.

19 2 C PABA (para-aminobenzoesav)

20 2 Cl Cl 2 cc. 3 a Ac Ac Ac 2 2 C 2 2 C 2 szulfaguanidin Ac 2 C 2 2 C 2 szulfatiokarbamid Ac 2 2 szulfapiridin Ac

21 2 Cl Cl 2 cc. 3 a Ac Ac Ac szulfatiazol Ac 2 2 szulfametiltiazol Ac 2 2 szulfapirimidin Ac 2 C C 2 5 szulfaetiltiodiazol Ac

22 2 2 2 C KC Cl a Ac Ac Ac C 2 C 2 2 KC C 2 Cl a Ac Ac Ac 2 2 C 2 3 C 2 + C 2 2 2

23 Cl C 2 Cl C 2 5 Cl C C C 2 5 C C 2 C 3 ( C) 2 a C C 2 5 C C 2 5 2

24 , Cl 0 C Cl 2

25 hatású szulfonamidok

26 Antiepileptikus hatású szulfonamidok acetazolamid Antitumor hatású szulfonamidok Indisulam

27 valdecoxib zelektív CX-2 (gyulladáscsökkentő hatású) inhibitorok

28 Mesterséges édesítőszerek

29 itrogéntartalmú vegyületek

30 itrovegyületek ómenklatúra - 2 csoportot tartalmaznak 2 3 C C 2 3 C 2 3 C nitrometán 2-nitropropán nitrobenzol zerkezet δ δ Ν Ο Ο

31 Előállítás 1. Alifás nitroxvegyületek R I 2 R 2 nitr o-alkán R alkil-nitr it ~ 2 ~ 1 R 1 a 2 + ClCCa R 2 zénhidrogének (R-) nitrálása R 1 2 C C C 2 + C 2 a R 2 lánc tördelődés R 1 R 2 2. Aromás nitrovegyületek

32 Fizikai és kémiai tulajdonságok 1. Fizikai: magas forráspont; jó oldószerek 2. Kémiai: Redukció 2 red. 2 Aciditás 3 C 2 B 2 C pk a ~ 10 R C itr ovegyület - R C R C + R C Aci-for ma (itr onsav)

33 Biológiai tulajdonságok toxikusak gyógyászati jelentőség 2 C CCl 2 2 C 2 C 2 (-)-klóramfenikol metronidazol 3 CC 2 C C nifedipin nitrazepam

34 Csoportosítás Aminok 1. Rendűség szerint (nem azonos az alkoholokéval) R 1 2 R 2 R 1 R 2 R 3 R 1 R 4 R 2 primer szekunder tercier kvaterner (a nitrogénatomhoz kapcsolódó alkil- vagy arilcsoportok száma szerint) 2. A szénhidrogéncsoport minősége szerint R 3 3 C 2 alifás, metil-amin 2 2 C 2 2 R C C enamin R 1 R 2 aliciklusos, ciklohexil-amin aromás, anilin aralkil, benzil-amin

35 3. Az aminocsoportok száma szerint (értékűség) etiléndiamin (kétértékű) R poliamin 2 Geometria:, R,, R R,,, R C 2 C 2 aziridin trigonális piramisos, vegyértékszög ~ 108 Konfigurációs inverzió a b X c (a centrális atomhoz kapcsolódó ligandumok oly módon rendeződnek át, hogy a centrális atomhoz kapcsolódó kötéseik nem hasadnak el) Az sp 3 semleges inverziójához általában csekély energia kell (5-7 kcal/mol), de ez lényegesen nagyobb lehet aziridinekben és osztatlan elektronpárt tartalmazó atomokhoz kapcsolódó esetében. a b X c a b sp 3 sp 2 sp 3 X c

36 Összehasonlításként: R R 1 R R 1 X R 2 R R1 R P R 1 zulfoxid zulfóniumsók zulfitok Foszfinok Ezek szintén trikoordinált piramidális szerkezetűek, inverziójuk sokkal lassúbb. R 2 Mechanizmus: a b X c a b X c b a X c sp 3 sp 2 sp 3

37 Ammóniumsók és amin-oxidok R 2 R 1 R 3 R 4 tetr aéder es X R 1 R 2 R 3 tetr aéder es ha a szubsztituensek különbözők: királis év: pl. trimetil-amin-oxid Amin-oxid: vö. ilidek: P,, C-hez kapcs.,, R 3 - R 3 P=CR 2 R 3 P CR 2 ez a szerkezet (nincs d pálya) foszfor-ilid mezomer rendszer R pπ - dπ R R 3 CR 2 nitrogén-ilid,, R 2 =CR 2 R 2 CR 2 kén-ilid

38 primär sekundär tertier quartär Kohlenstoffatom einer organischen Verbindung Alkohol existiert nicht Amin (siehe QAV) Carbonsäureamid existiert nicht Phosphin (siehe QPV)

39 ómenklatúra Primer aminok a) Funkciós csoportnév: -amin (pl. etil-amin) b) Az R alapvegyület nevéhez illesztett amin utótaggal (pl. alkánamin) c) A nitrogén-hidrid alapvegyület, az azán, R-csoporttal szubtituált származékaként zekunder és tercier aminok zubsztituens előtag: amino-; pl.: 2-aminoetanol a) és c) di- és trialkil-amin; ill. -azán) pl.: dietil-amin, trietil-amin (általában szimmetrikus aminok) (dietilazán) b) -alkilalkánamin főcsoport nitrogénen () helyettesített aminként, pl.:,-dimetilpentánamin Kvaterner ammónium-vegyületek Az R 4 X típusú sókat és hidroxidokat szubsztituált ammóniumvegyületekként nevezhetjük el, pl.: tetrametilammónium-bromid.

40 Példák 3 C C 2 2 ( 3 C) 3 C C( ) 3 2 (C 2 ) 5 2 etil-amin di-terc-butil-amin pentametilén-diamin etánamin pentán-1,5-diamin ( C 2 ) 2 C 2 C 2 C( ) 2 2 C 2 C 2 C 2 izopentil-dietil-amin,-dietil-3-metilbutánamin 3-aminopropán-1-ol 5 C 2 C 2 C 2 C 2 3 Cl (etil-trimetilammónium)-hidroxid (3-hidroxipropil)ammónium-klorid

41 Triviális nevek 2 2 anilin toluidin metilanilin (o, m, p) ( ) feniléndiamin (o, m, p),-dimetilanilin

42 Aminok alkilezése Előállítások RBr + 3 R 3 Br R R R 2 + RBr R 2 2 Br RBr + R 3 R 4 Br (C 2 ) 3 Br + 3 a (C 2 ) 3 2 ~ 10 mol ~ 20 mol 47 % (alkoholban) Cl Cu 2, 2, C nyomás

43 Primer aminok előállítása Gabriel-szintézis C C K - 2 K R X - K X R R 2

44 zekunder aminok előállítása R 1 K - 2 R 1 R 2 X K - KX R 1 R 2 3 v. / 2 + R 1 R 2

45 Magasabb oxidációs fokú nitrogénvegyületek redukciójával Az aminok a legalacsonyabb oxidációs fokú nitrogénvegyületek. 1. R 2 + 2e + 2 R () 2 R R + 2e + 2 R + R 2 3. R 2 + 2e + 2 R Valamennyi fém/alkohol redukció, a Bechamp redukció és kénvegyületekkel végzett redukció elektronfelvétellel és proton jelenlétében a fentiek szerint megy végbe.

46 Bechamp-redukció Fe + Cl 4Ar 2 + 9Fe = 4Ar 2 + 3Fe 3 4 Egyéb redukálószerek: ncl (Cl) Zinyin-redukció ( 4 ) 2 : dinitro vegyületből mononitro + amin 2 2 ( 4 ) 2 X 2 2

47 Reduktív alkilezés Leuckart-Wallach: C + 2C o C R 2 4 feleslegben R 1 C R 1 R 1 C C 2 R 2 R 2 R 1 R 2 C 3 v. 2 / C primer amin szár mazéka idr olízis C 2 angyasav és ammónia elegyeként viselkedik, és a hangyasav redukálja az oxovegyület és az ammónia Reakciótermékét. R 1 R 2 C 2 + C

48 Reduktív alkilezés Eschweiler-Clarke: formaldehid+hangyasav = metilezés C 2 2 C 2 C + C 2 C C 2 2 C + 2 C 2 2 C

49 R 1 R 2 C R 1 R 2 1 R C imin C R 2 oxim 2 /kat. 2 /kat R 1 R 2 C 2 pr imer amin 3 R R R 2 C R 3 chiff - bázis ab 4 R 1 R 2 C R 3 szekunder amin

50 Lebontásos módszerekkel (l. karbonsavszármazékoknál is) 1. ofmann-lebontás (savamidokból alg vegyülettel egy szénatommal rövidebb primer amin) 2. Curtius-lebontás (savazid termikus átrendeződésével karbamát, ebből hidrolízissel primer amin)

51 ofmann-lebontás R C Br 2 R C a 2 Br R C 1 2 Br Br savamid R = alkil, aril -brómsavamid 1 2 ~ R R C 2 R C R-izocianát R-karbamidsav Curtius-lebontás 1 2 ~ R C 2 R C R C 1 2 R 2 savazid acilnitrén

52 Kétértékű aminok előállítása Béchamp red. Béchamp red. 2 ( C) 2 pir idin 2 C 2 3 jégecet 0-5 C 2 C 2 hidr. 2 2 red C red

53 % o C a 2 diazotálás 2 peroxi-monokénsav (Caro sav) o C

54 Alkil-azidok redukciójával Br 3 C C 2 C 2 C + a 3 3 C C 2 C 2 C LiAl 4 3 C C 2 C 2 C 2

55 itrilek és savamidok redukciójával pl.: 2 /kat R C R C 2 2 v.lial 4 LiAl 4 3 C C 2 C 2 C 3 C C 2 C 2 C 2 2 R C LiAl 4 2 R C 2 2 R C R 1 LiAl 4 R C 2 R 1

56 Fizikai tulajdonságok idrogénhíd (hidrogénkötés) fp [ C] fp [ C] fp [ C] C C 2 C C 2 C ( ) C 2 C C 2 +8 hidrogénhíd az aminekben gyengébb, mint hidrogénhíd az alkoholokban.

57 Bázicitás Kémiai tulajdonságok Jellemzése pk a, vagy pk b Minden olyan hatás, amely növeli a nitrogénen az elektronsűrűséget, növeli a bázicitást. Gázfázisban: Vízben: R 3 > R 2 > R 2 > 3 R 2 > R 2 > R 3 > 3 >> Ph 2 B: + 2 B + szolvatált ionok minél kevesebb a, annál rosszabbul szolvatálódnak

58 R R > > R > > > R > 2 > 3 > R R > 3 C X 3 C X dipól-dipól kölcsönhatás δ δ hidrogénkötés

59 R pk a ~ 11 az aminok mint bázisok R 2 R + pk a ~ 36 az aminok mint savak R 3 R 2 + gázfázisban R 3 + R vizes oldatban

60 Bázicitás - saverősség pk b - pk a 3 (aq) + 2 (l) 4 (aq ) + (aq) K b = [ 4 ] [ ] [ 3 ] pk b = 4,7 4 (aq) 2 (l) 3 (aq) 3 (aq) + + K a = [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] pk a = 9,24 K a K b = [ 3 ] [ ] = K w = mol 2 dm -6 (298 K) Vagyis bármely konjugált sav / bázis pár esetén vízben 298 K hőmérsékleten pk a + pk b = 14

61 Kölcsönhatás a gyűrűvel ehezebben protonálódik, és a protonálódás hatására megszűnik a delokalizáció.

62 3 C 2 3 C 3 C 3 pk b 3,4 3,2 4,2 4, pk b 9,4 14,2 13,0 9,5 8,7

63 R R R > R 2 > R > R 3 >> 2 amin Ph 2 3 ( ) 2 ammóniumion Ph 3 4 ( ) 2 2 pk a (vizes oldatban) 4,60 9,24 10, ,63 ( ) 3 ( ) 3 9,80

64 pk a : - 0,26 1,11 4,51 5,30 2 C C 2 2 C C 2 enamin

65 Reakciók az amin-nitrogénen R 1, R 2, R 3 lehet v. alkil -csoport sóképzés: alkilezés: R 1 R 1 R 1 R 1 R 2 + X R2 R 3 R 3 X R 2 + R 4 X R2 R 3 R 3 R4 X ammóniumsó ld. halogénvegyületek reakcióinál oxo-vegyületekkel: R C R 2 R 3-2 R 2 R 1 C chiff-bázis R 3 R 1 R 2 + C R 3 C R 4-2 R 1 R 2 C R 3 C R 4 enamin

66 Amin-védőcsoportok Az aminocsoport R 1 R 2 R 3 a) protonálódhat b) reagálhat elektrofilekkel Védés: a magános elektronpár reaktivitását csökkenti acilcsoporttal amidok alkoxikarbonil-csoporttal karbamát R 1 R 2 RCCl v. (RC) 2 R 1 R 2 C R R 1 R 2 ClCR R 1 R 2 C R

67 Acilezés R 1 + C R 3 R 2 X X= Cl, Br, R- v. C R 3 - X R 1 R 2 C savamid R 3 2 C R anilid

68 Mannich reakció R 1 R 2 Cl ammónia v. primer v. szekunder amin + R 3 C aldehid (legtöbbször R 3 = ) Aktív -t tartalmazó vegyületek + 3 C C aktív -t tart. vegyület R 1 R 3 C C 2 C R 4 R 4 R 2 Cl Mannich-termék C CR C CR C 2 C C RC C C R R

69 Izonitril képzése primer aminokból - Cl CCl 3 + K CCl 2 diklórkarbén CCl 2 + R 2 R 2 CCl 2-2 Cl R C izonitril

70 Reakció salétromossavval R R 1 R 1 prim. amin R egyéb ter mékek R - 2 R 1-2 R 1 kvantitatív mennyiségben keletkezik 2 (Van lyke) R R 1 R R 1 R R 1 R 2 R R 1 R 2 szekunder amin -nitrozamin tercier amin salétromossav só

71 2 Ar 2 + a Cl Ar + acl o Cl C ( ) 2 ( ) 2 + 2

72 Aromás aminok gyűrűreakciói Reakció halogénekkel X 2 híg sav X X I 2 ac 3 X I C C ( C) 2 Br 2 Br

73 Aromás aminok gyűrűreakciói itrálás C Ac Ac ( C) 2 kevert sav ezekből hidrolízissel o- és p-nitroanilin 2 kénsav kevert sav bázis 2 2 m-nitr oanilin

74 Aromás aminok gyűrűreakciói itrozálás ( ) 2 ( ) zulfonálás Ac Ac Ac 2 Cl 3 2 Cl -acetilszulfanil-klor id 4 vagy ( 4 ) 2 C 3 melegítés 2 2 -acetilszulfanilamid

75 Fontosabb egyszerű aminok: szintézis alapanyagok 3 C 2 3 C C 2 2 ( ) 2 ( C 2 ) 2 az ammónia alkilezésével állíthatók elő, ipari alkilezőszer: ill. C 2 ( ) 3 ( C 2 ) 3 2 /kat. C (C 2 ) 4 C 2 (C 2 ) 6 2 hexametiléndiamin: műanyagipar Kvaterner ammónium vegyületek: fázisátviteli katalizátorok 3 C C 2 C 2 C acetilkolin Paraszimpatikus ingerület átvitel

76 Aromás aminok Alapanyagok, gyógyszerek és színezékek szintézisére: 2 C anilin acetanilid o-toluidin p-feniléndiamin C C 2 5 fenacetin C paracetamol

77 2 C (C 2 ) 2 (C 2 5 ) 2 procaine ovocain 2 C (C 2 ) 2 (C 2 5 ) 2 procainamide ovocamid C C 2 (C 2 5 ) 2 lidocaine Xylocaine

78 - C C - - C C - binding 5 K + C - fluorescence ID-1 Kalcium-ion indikátor, intracelluláris Ca ++ meghatározásához

79 C 2 1-feniletilamin optikailag aktív változata racém savak rezolválására amfetamin (centrális izgató) C 2 C 2 C 2 C 2 2 dopamin -C 2 fenilalanin C 2 C 2 2 tiramin -C 2 tirozin C C 2 R R = noradrenalin R = adrenalin (R-konfiguráció) zimpatikus ingerület átvitel

80 tolz szintézis Cl 2 Cl Ba() 2 Fe ClC 2 C Cl C C 2 Cl PCl 3 Fries átrendezõdés C C 2 Cl R 2 2 / kat. C C 2 R C C 2 R R= noradrenalin R= adrenalin

81 Merck-gyár szintézise C 2 CCl Br 2 2 Br C C 2 C CBr 2 /kat C C C C efedrin

82 Aromás diazóniumvegyületek zerkezet az alifás diazóniumvegyületnél jóval nagyobb stabilitás ómenklatúra A diazóniumcsoport főcsoport. Cl benzoldiazónium-klorid

83 Előállítás: diazotálással 2 Ar 2 + a Cl 0-5 o Ar Cl + acl + C 2 2,5 ekvivalens sav szükséges a kapcsolás megakadályozására. Azokapcsolás X + < G < G X G = -R 2 v. - gyengén savanyú közeg gyengén lúgos közeg - X G azovegyület

84 Mechanizmus: Ar + Ar - Ar -nitr ózamin - + Ar + + Ar Ar diazónium-hidr oxid Ar Ar + 2 diazónium ion

85 A diazóniumcsoport reakciói andmayer-reakció Kat.: Cu(I)-só Ar C + 2 ac Cu 2 (C 2 ) Ar BF 4 BF 4 Ar Cl KC Cu 2 (C) 2 Ar C + 2 Ar F BF 3 Cl Br Cu 2 Br 2 KI Cu 2 Cl 2 Ar-Cl + 2 Ar-Br + 2 Ar I + 2

86 A diazóniumcsoport reakciói Egyéb csoportok bevitele 2 Ar- Ar Cl 2 4, Cu 4 KC Cu Ar C izocianát 3 P 2 1. K a 2 Cu 2. 3 Ar Ar Ar + 2

87 Azokapcsolás X + < G < G X G = -R 2 v. - gyengén savanyú közeg gyengén lúgos közeg - X G azovegyület Lehetséges mellékreakció: Ar : Ar Ar : ar il-diazónium ion diazo-hidr oxid diazotát ion (r eagál) (nem vesznek r észt a kapcsolásban)

88 2 Cl + 0 o C a 2 ( ) 2 2 Cl + 0 o C Ca ( ) 2 2 2

89 2 Cl a / 2

90 2 Cl + a 2 EWG EWG 2 Cl + a 2

91 Azoszínezékek A szín feltétele: A π-elektronrendszer könnyű gerjeszthetősége, ennek következtében szelektív abszorpció. Az anyagot kiegészítő színben látjuk. Vegyületek színének és szelektív fényabszorpciójának összefüggése: Abszorbeált fény hullámhossza [nm] A hullámhossznak megfelelő szín ibolya indigókék kék kékeszöld zöld sárgászöld sárga narancs vörös bíbor (mélyvörös) A vegyület színe sárgászöld sárga narancs vörös bíbor ibolya indigókék kék kékeszöld zöld

92 Metilnarancs sárga (lúgban) p > 4,0 λ max = 454 nm + - piros (savban) p < 3,1 λ max = 504 nm

93 Egyéb nitrogéntartalmú vegyületek Diazometán: szerkezete határszerkezetekkel írható le: 2 C 2 C 2 C Előállítása: 4 Cl 3 C 3 Cl + 2 C 2 3 C C 2 3 C C 2 K éter C 2 + KC + 2 Egyéb korszerű diazometán-forrás: 3 C 2 -metil--nitrozo-p-toluolszulfonamid Diazometán felhasználása: kellően savas hidrogének cseréje metilcsoportra. pl.: fenolos, karbonsav, stb.