Памяти Никалая Вааильевича Несмеянова,отца и деда
А.Н.НЕСМЕЯНОВ, Н.А.НЕСМЕЯНОВНАЧАЛА
ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИВ ДВУХ КНИГАХчМОСКВА *1974
А.Н.НЕСМЕЯНОВ, Н.А.НЕСМЕЯНОВНАЧАЛА
ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИКНИГА ВТОРАЯИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕИЗДАТЕЛЬСТВО «ХИМИЯ*
647УДК 547(075.8)
Н55Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А.Н 55 Начала органической химии. В двух книгах. Книга II.
Изд. 2-е, пер. М., «Химия», 1974. 744 с., 30 табл., 49 рис.Книга представляет собой двухтомное руководство, пред¬
назначенное для систематического изучения органической хи¬
мии. Материал разделен иа две части и по объему несколько
шире программы химических специальностей университетов.В книгу II вошли разделы первой части — ароматические
и гетероциклические соединения и вся вторая часть (элемен¬
тоорганические соединения, небензоидные ароматические со¬
единения, изопреноиды, алкалоиды, белки, нуклеотиды и фер¬
менты). Во вторую часть включены также понятия о химиче¬
ской связи и сведения о методах физического исследования
органических соединений. Материал изложен в порядке нара¬
стающей трудности — вначале достаточно просто и подробно,
затем все более лаконично. Данрое руководство является вто¬
рым, переработанным изданием. Первое издание было выпу¬
щено в 1970 г.«Начала органической химии» могут служить как для
самостоятельного знакомства с предметом, так и для изучения
его в университетах и химических вузах. Книга будет, несо¬
мненно, интересна и для аспирантов, преподавателей, моло¬
дых ученых и инженеров, работающих в области органиче¬
ской химии.20504-039	547050 (01)-74Редактор Рабинович Ф. В.Технический редактор Кочетова А. С.Художник Бекетов Е. В.Корректоры Тарасова Н. А., X р и п у н о в а М. СТ-14739 Сдано в иаб. 4/II 1974 г. Подп. а печ. 12/VIII 1974 г. Формат бумаги 70X1087ie
Бумага тип. № 2 Уел. печ. л. 65,1.	Уч.-изд. л. 60,09.	Тираж 35 000 экз.Зак. 79. Изд. № 32. Цена в переплете 2 р. 43 к. Цена а суперобложке 2 р. 49 к.Издательство сХимия». 107076, Москва, ул. Стромынка, 13, к. 2.Ордена Трудового Красного ЗнамениЛенинградская типография № 2 имени Евгении Соколовой
Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжрой торговли.198052, Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29.© Издательство «Химия», 1974.
К н И Г A IЧАСТЬ ПЕРВАЯВведениеАциклические соединения
Предельные соединения
Непредельные соединения
Гетерофункциональные соединения
Алициклические соединенияАлициклические углеводороды и их производныеК н И Г А IIАроматические соединенияБензол и его производные
Многоядерные ароматические соединения
Гетероциклические соединенияЧАСТЬ ВТОРАЯЭлементоорганические соединенияНебензоидные ароматические системыКарбанионыСвободные радикалыКарбеныКарбониевые ионы (карбкатионы)Механизмы химических реакций
Реакции элиминации
Перегруппировки
ИзопреноидыАлкалоиды гетероциклического ряда
Белки (протеины)Нуклеотиды и полинуклеотиды. Синтез белка в
организме
Ферменты
АРОМАТИЧЕСКИЕСОЕДИНЕНИЯ
БЕНЗОЛ
И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕБЕНЗОЛ И ЕГО СТРОЕНИЕВ начале этого курса, во «Введении», уже было сказано о чисто случай¬
ном происхождении термина «ароматические соединения», присвоенного
в начале XIX столетия бензолу, его производным и соединениям, в
основе которых лежат углеводороды с конденсированными бензольными
циклами (нафталин, антрацен и др.). Первыми известными химикам
веществами этого ряда (бензойный альдегид, бензойная кислота, толуол
и т. д.) были или хорошо пахнущие вещества, или вещества, выделенные
из ароматных бальзамов (толуол из толуанского бальзама) или других
благовонных экзотических продуктов (бензойная кислота из росного
ладана). Сам родоначальный углеводород ароматического ряда — бен¬
зол открыт в 1825 г. Фарадеем в светильном газе, из которого он выкри¬
сталлизовывался при охлаждении. В главных чертах строение бензола
было установлено Кекуле уже в 1865 г. — через пять лет после создания
Бутлеровым теории химического строения. Несмотря на это в строении
бензола и его производных оставалась загадка, к которой химики воз¬
вращались на протяжении всей последующей истории и которая разъяс¬
нилась лишь сравнительно недавно. Известные Кекуле факты, послу¬
жившие основой для предложенной им «формулы Кекуле» бензола,
были следующие. БензолСННС/ ^СНII IНСХ ^снсни его гомологи удовлетворяют формуле С„Н2п-б, что при очевидной для
бензола моноциклической структуре должно обозначать наличие в нем
трех двойных связей (или одной тройной и одной двойной).В бензоле равноценны все углеродные атомы, так же как и все водо¬
родные, что совместимо только с предположением о циклической струк¬
туре. Таким образом, замещение любого водородного атома бензола
приводит к одному и тому же монозамещенному продукту. С другой сто¬
роны, существуют всегда три изомерных между собой двузамещенных
производных бензола — орто-(о-), мета-(л-) и пара-(л-)изомеры. Напи¬
санная выше формула Кекуле удовлетворяет всем этим фактам, за ис¬
ключением числа орто-дизамещенных бензолов, что знал и сам Кекуле.C11С11С11С1(1сci1СС1—с/ Чен== II 11сНС/ Чен1сH<j/ Чен^снснНС\ ^сн
снHtLs. ^с—Cl
снНСч. ^сн
с
1I Uо-дихлорбеизолIIIл-изомер1С1IVл-нзомер
10БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕДействительно, если основываться на знании химии жирного ряда,
формулы I и II должны соответствовать двум различным изомерным
друг другу веществам. На самом деле таких двух орто-изомеров не су¬
ществует и орто-дизамещенные бензолы существуют всегда в виде од¬
ного единственного вещества, так же как мета- и пара-изомеры. Кекуле
пришлось ввести специальную гипотезу о быстрой «осцилляции» двой¬
ных связей в бензоле, чтобы сохранить свою формулу, что выражено
введением стрелок обратимости между формулами V и VI. Краткости
ради пишут обычно одну формулу, подразумевая, однако, что двойные
связи не фиксированы в определенном положении. Обычно при написа¬
нии формул бензола и других ароматических соединений довольствуются
изображением шестиугольника, опуская знаки углеродных и водород¬
ных атомов (формула VII):СН	СННС^ ^СН НО^ ХСН1 I =*=* I IIНС\ ^СН НС^ /СНСН	СНV	VI	VIIПоследующее развитие химии принесло многочисленные подтвержде¬
ния структуры Кекуле.Байер установил, что терефталевую кислоту (п-бензолдикарбоновую)
можно восстановить водородом в момент выделения в циклогексадиен-
дикарбоновую, а последнюю гидрировать в циклогександикарбоновую:СООН	СООНI	IСН	СН2Н_ НС-" Nj;H 4H(NI) Н2С-" ХСН2iooH	соонТаким образом были впервые связаны ряды бензола и циклогексана
и воочию доказано наличие в бензоле шестичленного цикла.Около 1900 г. Сабатье, используя найденный им метод гидрирования
непредельных соединений молекулярным водородом над никелем, по¬
казал, что те же отношения существуют для самого бензола и цикло¬
гексана:СН,3H2(Ni) НгС'''' "Ч'СН2Н2С\ /СН,СН2В 1912 г. Н. Д. Зелинский осуществил обратную реакцию — арома¬
тизацию циклогексана в бензол над платиновым или палладиевым ка¬
тализатором:СН:Н2С/" NjLH2н^сн,В 1904 г. Гарриес проозонировал бензол, причем озонирование про¬
ходило по типу озонирования олефинов. Это доказывает, что все шесть
углеродных атомов бензола по валентному состоянию олефиновые; озо-pt+ ЗН2СООНСООН
БЕНЗОЛ И ЕГО СТРОЕНИЕIIнид бензола после гидролиза превращается в глиоксаль и перекись
водорода:нс/°\
/V Осн	\|НС^СН 30, 0^1 сннг /ГН 	^ I °	IНС\^СН	Q |	СН>СЧ X I
нс\/>снЗН20 Н	К	>3 J.C—сГ + зн2о2ОГ Л>Озонирование о-ксилола (о-диметилбензола) приводит к глиоксалю,
метилглиоксалю и диацетилу в молекулярном соотношении 3:2:1
(Вибо, 1941 г.)СН3
СНС' ^.С—СН3 З03 О 1/сО°XIнс.лЬн> 1 о°\|НС ° ,не' о
оG-СНз зн2о
СНон н.>2СН3-С-С' + .С—Счо оН'Оo/0)i fH=
/°СН,СНзНС** ^С-СН3 З03 НСhcVhch ^ НСо оо‘о зн2он->СНа-С-С-СН3+ 2 ^с—С'о чоно| О сн
о >6очто с очевидностью доказывает полную эквивалентность по отношению
к озонированию всех связей С—С в цикле о-ксилола и тем самым отсут¬
ствие фиксации двойных связей.На свету бензол оказался способным присоединять шесть атомарных
хлоров, превращаясь в смесь геометрических изомеров гексахлорцикло-
гексана, в том числе в сильнейший инсектицид «гексахлоран» или «гам-
мексан»:ClIСНС1—НС^ XCH—С1
+ 6С1 —*■	I ГС1—НС\ /СН—С1снМолекулярный хлор растворяется в бензоле, не вступая с ним вовзаимодействие.Недавно было установлено, что бензол, а еще легче его гомологи, могут реагиро¬
вать и как диены, присоединяя в жестких условиях очень активные диенофилы.
12БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕПрисоединению сильно способствует хлористый алюминий, улучшающий выход и по¬
зволяющий снизить температуру реакции вплоть до комнатной (вместо 150—480 °С).Вот примеры таких синтезов, приводящих к производным бицикло[2,2]октатриена
(Сиганек, 1967; Криспан и др., 1968):ОCNIСIIIСICNCF3ТУ +111НзС^^СНз f
CF*При облучении реакционной смеси и малеиновый ангидрид присо¬
единяется к бензйлу как к диену, образуя следующее соединениеОt°Предложенное Кекуле строение бензола подтверждается многими
синтезами бензола, его гомологов и производных из соединений жирного
ряда, которые будут приведены на стр. 17.Несмотря на такое, казалось бы, блестящее согласие формулы с фак¬
тами, многие крупные химики возвращались к пересмотру структуры
бензола и предлагали иные формулы (Клаус, Ладенбург, Байер), пред¬
ставляющие ныне лишь исторический интерес. Эта неудовлетворенность
формулой Кекуле основывалась на том, что бензол (и все ароматиче¬
ские соединения) в реакциях присоединения несравненно инертнее оле-
финов. Реализуются лишь редкие реакции присоединения (ЗН2/№; 03;
6С1), а многие из реагентов, которые присоединяются к олефинам, в
ароматическом ряду приводят к замещению водородов. Особенно ха¬
рактерна стойкость бензола к окислителям (КМп04, Н2Сг207).Большая инертность бензола сравнительно с олефинами (на примере
циклоолефинов, наиболее близких к бензолу) явствует из следующего
энергетического сопоставления:СН2Pt НХСН2
| + Н2 —► Т Г + 28,8 ккал
Н2СХ /СН2
СН2СН2Pt Н2С/ ХСН2—*. | [ + 49,8 ккал
Н2Сч. /СН2
СН2Если бы каждая двойная связь бензола энергетически была равно¬
ценна двойной связи циклогексена, то при гидрировании бензола в ци-+ ЗН2
БЕНЗОЛ И ЕГО СТРОЕНИЕ13клогексан выделилось бы 28,8 X 3 = 86,4 ккал/моль, т. е. на
36,6 ккал/моль больше, чем в действительности. На эту величину бен¬
зол энергетически беднее (и, значит, устойчивее), чем был бы цикло-
олефин с фиксированной структурой Кекуле — циклогексатриен.Любое нарушение «бензоидности» ароматического соединения, на¬
пример путем присоединения хотя бы пары атомов за счет изъятия из
секстета двух электронов, вело бы к дополнительной потере «энергии
резонанса» (36,6 ккал/моль), что и является одной из причин редкости
подобных реакций.^	Н? (ГН>НС /СН2
СН2С1НС,<*=•СННС'сн—С1
„сн—CIснРис. 80. Схема уровней орби¬
тальных энергий для моле¬
кулы бензола.Из приведенных ранее (см. метод МО, кн. I, стр. 233 сл.) молекуляр¬
ных диаграмм видно, что в случае бутадиена можно еще приближенно
говорить о двойных связях между углеродами 1—2 и 3—4, хотя я-связи
локализованы в бутадиене не в такой степени, как в этилене. На это
указывает существенно отличный от двух (— 1,45) порядок связи между
атомами углерода 2—3, отличные от нуля, р
хотя и небольшие, значения энергии дело¬
кализации (в методе МО) или энергии ре¬
зонанса (на языке теории резонанса) и, на¬
конец, несколько сокращенная длина связи
между углеродами 2—3 (1,48 А вместо
1,54 А для ординарной связи С—С). Таким
образом, представление бутадиена струк¬
турной формулой СН2=СН—СН=СНг
неоднозначно.В бензоле же говорить о локализован¬
ных двухцентровых я-связях уже невоз¬
можно. Все шесть связей в молекуле бен¬
зола одинаковы, как и все шесть атомов углерода, что совершенно ясно
вытекает из экспериментальных данных: молекула копланарна, длина
каждой из шести связей равна 1,40 А, все валентные углы равны 120°,
симметрия молекулы гексагональная. Результаты квантово-химических
расчетов находятся в согласии с экспериментальными данными.Расчет по методу МО JIKAO в я-электронном приближении Хюк¬
келя исходит из шести атомных /?г-орбиталей углерода. Качественно
схема уровней энергии и распределение по ним электронов в основном
состоянии показаны на рис. 80.Пунктирная горизонтальная линия означает энергию электрона на атомной рг-ор¬
битали углерода, принятую за начало отсчета на шкале орбитальных энергий; гори¬
зонтальные сплошные линии — уровни орбитальной энергии. Уровням, расположенным
ниже пунктирной линии, соответствуют связывающие молекулярные орбитали, а лежа¬
щим выше — разрыхляющие; стрелками обозначены я-электроны (с противоположным
спином) на связывающих орбиталях.Все молекулярные орбитали относятся к я-типу (рис. 81).В основном состоянии молекулы два электрона занимают самую глу¬
бокую орбиталь (а2и), принадлежащую нижнему невырожденному
14БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕзначению орбитальной энергии. Остальные четыре электрона заполняют
две связывающие молекулярные орбитали (eig), принадлежащие сле¬
дующему в порядке возрастания
двукратно вырожденному уровню
энергии. Три разрыхляющие (или
антисвязывающие) молекулярные
орбитали (я*, Л2> лз) расположены
симметрично связывающим относи¬
тельно начала отсчета на шкале ор¬
битальных энергий (см. рис. 80).
На эти орбитали я-электроны бен¬
зола переходят при возбуждении
поглощением в ближней ультрафио¬
летовой области (я —>• я*-переход).
Первый максимум поглощения в
электронном спектре бензола соот¬
ветствует наименьшему кванту све¬
та и, следовательно, наибольшей
длине волны X ж 250 ммк (2500А).На рис. 81 показаны граничные
поверхности молекулярных я-орби-
талей бензола, а на рис. 82 дано
приблизительное изображение гра¬
ничной поверхности трехмерной
я-электронной плотности в моле¬
куле бензола.Молекулярная диаграмма бен¬
зола, находимая в я-электронном
Рис. 81. Граничные поверхности моле- приближении Хюккеля, имеет сле-
кулярных я-орбиталей бензола (вид дующий вид:
сверху):	0,40Jtj, я2. яз — связывающие орбитали (соответ¬
ственно а2а, eXgt	я*( я*, я*—разрыхляю¬
щие орбитали; пунктирные линии 0—узловые
плоскости.Эффективные заряды атомов равны нулю; симметрия позволяет огра¬
ничиться указанием порядка одной связи 1,66 и индекса свободной ва¬
лентности 0,40 одного атома; порядки a-связей при¬
няты равными единице (кн. I, стр. 232).Диаграмма бензола хорошо отражает выров-
ненность связей и равноценность атомов.Энергия делокализации по сравнению с систе¬
мой трех локализованных двухцентровых я-свя-
зей формулы Кекуле в единицах р равна 2
(~36 ккал/моль).Э.	Хюккель в 1931 г. сформулировал и обосно¬
вал в рамках своего я-электронного приближения
в методе МО ЛКАО так называемое (4« + 2)-
правило.Согласно этому правилу, плоские моноцикличе-
ские системы, состоящие из атомов, вносящих в
я-электронную систему молекулы 4п + 2 р-элек¬
тронов, являются, подобно бензолу, ароматическими циклами с зам¬
кнутыми электронными оболочками (все связывающие и только связы¬
вающие орбитали заполнены электронами), стабилизованными в силу
значительной величины энергии делокализации,Рис. 82. Граничная
поверхность трехмер¬
ной я-электронной
плотности в молекуле
бензола (приблизи¬
тельное изображение).Ш*л1(св.)\ / ]feVJjpUV.'•г?;*шШАШ■I--.-:- -Ишiiiie&1(разр.)
БЕНЗОЛ И ЕГО СТРОЕНИЕ15Хюккель предвидел, однако, возможность дестабилизующего влияния
напряжения а-скелета.Такого рода системы будут рассмотрены и ниже в разделе «Нр6рн-
зоидные ароматические системы».Интересно, что циклооктатетраен, не удовлетворяющий правилу Хюк-
келя, совершенно лишен ароматического характера*. Существуют и
гетероциклические ароматические системы (см. «Гетероциклы») и в их
числе — «неорганический бензол», боразол:вн	+ ён+	+ ВН+Ш' XNH	HN^ ^NH	HN^ N\IHНВЧ /ВЦ	HB\ /ВН	HB\ /ВНNH	NH	NH+ +Переходя к описанию я-электронной структуры бензола с точки зре¬
ния резонанса, мы представляем ее как резонанс пяти так называемых
«канонических» структур — двух структур Кекуле (а и а') и трех струк¬
тур Дьюара (б) **:а	а’				$Напомним, что понятие о резонансе структур исходит из стремления
использовать по возможности привычные в классической химии способы
изображения строения молекул. Резонансные структуры не предпола¬
гаются существующими в отдельности даже в качестве возбужденных
состояний молекул.В резонансе пяти канонических структур вес*** структуры а или а'
гораздо больше, чем вес какой-либо из структур б. Вес одной структуры
Дьюара б и вес одной структуры Кекуле а относятся как 0,19: 1; в про¬
центах вес одной структуры Кекуле составляет 39%, тогда как вес од¬
ной структуры Дьюара — 7%. Энергетически резонанс пяти канониче¬
ских структур беднее структуры Кекуле **** на величину энергии резо¬
нанса, а именно на 36,6 ккал/моль, а эта последняя значительно беднее
структуры Дьюара.Несмотря на отсутствие в бензоле локализованных двойных связей,
его структуру обычно и сейчас изображают формулой Кекуле. Наряду*	Однако при действии щелочного металла циклооктатетраен захватывает два
электрона и превращается в ароматический двузарядный анион CsH|-, удовлетворяю¬
щий правилу Хюккеля (4 • 2 + 2 = 10).** Такое обозначение структур Дьюара законно, поскольку зх-связи между ато¬
мами углерода в пара-положении имеют формальный характер и существенной
является, с одной стороны, антипараллельность спинов р-электронов на атомных
рг-орбиталях этих атомов, а с другой — полнота набора канонических структур. Сле¬
дует, конечно, иметь в виду, что стрелки не подразумевают указания на абсолютную
ориентацию спинов.*** Весом резонансной структуры называется квадрат модуля коэффициента при
соответствующей структуре в линейной комбинации, представляющей резонанс. В слу¬
чае действительных волновых функций и коэффициентов это — квадрат коэффициента.
Чем больше вес структуры, тем она в некотором, точно математически определимом
смысле ближе к линейной комбинации, представляющей резонанс.**** Энергию структуры Кекуле рассчитывают по аддитивной схеме из термохими¬
ческих данных.
16БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕс ней применяют и другие обозначения, стремящиеся выразить большую
симметричность молекулы. В дальнейшем мы будем пользоваться пер¬
вой и последней из приведенных формул:Структуры Дьюара б, вносящие малый вклад в резонанс структур,
лучше изображать как I, а не так, как ее изображал сам Дьюар (фор¬
мула II) во избежание употребления одной формулы для обозначения
разных соединений.О ФДело в том, что недавно получен как химический индивид так назы¬
ваемый дьюаровский бензол II, в молекуле которого имеется только че¬
тыре я-электрона; геометрия его ядерной конфигурации иная,чем в бен¬
золе, и связь между атомами 1 и 4 не является я-связью. Этот дьюаров¬
ский бензол, или бицикло[2,2,0]гексадиен-2,5, получен в 1963 г. Ван
Тамелином и Паппасом следующим путем: аддукт бутадиена-1,3 и ма-
леинового ангидрида (А) превращали в ангидрид циклогексадиен-3,5-
дикарбоновой-1,2 кислоты (Б), который под действием ультрафиолето¬
вого облучения перегруппировывался в продукт В\ при декарбоксили-
ровании В тетраацетатом свинца при 45°С в пиридиновом растворе
получался «дыоаровский» бензол Г:^СН2
НСГ	НС—СО+НС:ЧНС—с/осн2сн2 s'ВгНС"'' хсн—сГосн2НС'" Чн-Сч ВГ2
/° ~~*НС\ /СН—С	ВгНСч. /СН—сЧ)	СН2 Ч0о—2НВгсн2АGHHC^ ^CH—сч ftv НС'
> ->■
неч /СН—С^	НС\СН Ч0снн—с:оЧ (СН3С00)4РЬ:о	>■/сн-с'
сн Ч0НС"'нсхснхснснгСНз:0-ь 2С02 + РЬ/ОССН3\ +
/СН	( I,\оСНз-С^ч0Бицикло [2,2,0] гексадиен-2,5 (дьюаровский бензол) представляет со¬
бой валентный изомер, а не резонансную структуру бензола и отли¬
чается от последнего по спектральным характеристикам, спектру ЯМР
и химическим свойствам (его пиролиз приводит к диаллилу). Нагретый
до 90 °С в течение получаса раствор углеводорода Г изомеризуется в
бензол.
СИНТЕЗ бензола17Синтез бензола и его производных из алифатических
и алициклических соединенийИз этих синтезов промышленное значение в настоящее время имеют аро¬
матизация парафинов и дегидрогенизация циклогексанов (реакции 3
и 4). Реакции 1 и 2 имеют только познавательное значение, в частности,
подтверждая приведенные выше заключения о строении бензола. Лишь
в некоторых случаях, например для мезитилена, трифенилбензола, гек-
сафенилбензола, такие синтезы имеют препаративное значение.1.	При пропускании через ацетилен электрических искр Бертло по¬
лучил небольшие количества бензола. При 450—500°С над активиро¬
ванным древесным углем (примененным Н. Д. Зелинским для заполне¬
ния противогазов) ацетилен превращается с хорошим выходом в смесь
ароматических углеводородов, содержащую бензол (Н. Д. Зелинский,
Б. А. Казанский, 1922 г.):Ту же реакцию можно осуществить по Реппе (1948 г.) «мокрым путем»
под действием дикарбонил-дитрифенилфосфинникеля [(С6Н5)зР]2№(СО)2,
получаемого из трифенилфосфина и тетракарбонила никеля. Тот же
катализатор тримеризует монозамещенные ацетилены в 1,3,5-замещен-
ные бензолы (стр. 345, раздел «Элементоорганические соединения») и
в изомерные им 1,3,4-производные бензола. Со времени открытия Реппе
выяснено, что то же действие оказывает ряд комплексных катализато¬
ров. Так, по М. Е. Вольпину, [(С2Н50)3Р]4СоС1 также катализирует три-
меризацию ацетиленов в бензолы.Катализаторы Циглера [А1 (С2Н5)3 TlСЦ, см. кн. I, стр. 374], вызы*
вающие полимеризацию этилена и его гомологов, тримеризуют как
моно-, так и дизамещенные ацетилены соответственно в 1,3,5-тризаме-
щенные и гексазамещенные бензолы (Француз; Лютц). По данным
В. О. Рейхсфельда и К. Л. Маковецкого, лучше всего осуществлять
эту тримеризацию смесью триизобутилалюминия с четыреххлористым
титаном в соотношении AI: Ti = 3 : 1.Дифенилацетилен превращается в гексафенилбензол под действием
многих катализаторов, в частности под действием СгС13 в момент его
восстановления гриньяровым реактивом (Цейсс).2.	Ацетон при действии концентрированной серной кислоты образует
1,3,5-триметилбензол (мезитилен). Реакция представляет собой случай
циклической кротоновой конденсации трех молекул кетона:Подобным образом ведут себя все кетоны типа R—СО—СНз. Так,
из ацетофенона СвНбСОСНз можно получить 1,3,5-трифенилбензол.Этот тип реакций циклизации вообще довольно распространен, а при
наличии в исходном соединении альдегидной группы, связанной с очень
подвижной метиленовой группой, протекает самопроизвольно, часто сСНСН;СХСН3СНС^ хснII+ зн2оСНз—С^ /С—СН;сн2 Лак. 79
18БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕколичественным выходом. Так, реакции, б которых должен был бы по¬
лучиться полуальдегид малоновой кислоты НООС—СН2—СНО, на
деле приводят к кротоновой конденсации последнего в тримезиновую
кислоту:СООННООСОНССООН(!:н2\СНО1+Н2Ссн2// \НООСх-СООНОНС СООН3.	Замечательная реакция ароматизации парафинов открытаН.	Д. Зелинским, Б. А. Казанским и А. Ф. Платэ. При пропускании
н-гексана, «-гептана и других парафинов, имеющих цепь не менее чем
из шести углеродных атомов, над платиновым катализатором при
~300°С образуются бензол (в первом случае), толуол (во втором) или
их гомологи и выделяется водород:СНз—С Н2—СН2—СН2—СН2—СН3СНз—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2+ 4Н2+ 4Н2Было выяснено, что того же эффекта можно добиться, применяя в
качестве катализатора окись хрома, осажденную на окиси алюминия
(Б. Л. Молдавский), при более высокой температуре (>400°С). Эти
реакции широко используются при ароматизации погонов нефти.4.	Как уже отмечалось, пропуская парообразный циклогексан (или
его гомологи) над платиной или палладием при ~300°С, можно коли¬
чественно превратить его в бензол (или гомологи) (Н. Д. Зелинский,
1912). Позднее было найдено, что подобная дегидрогенизация циклогек-
санов может быть осуществлена при нагревании их с серой до ~400°С
(Ружичка) или с селеном (~500—600°С), причем водород уходит в
виде сероводорода или селеноводорода.5.	Циклогексен, циклогексадиен и их гомологи при действии платины
или палладия диспропорционируются в бензол и циклогексан (или го¬
мологи) уже при комнатной температуре (реакция «необратимого ка¬
тализа» Зелинского):Превращения бензола в алифатические
и алициклические соединенияКак ни прочен бензол, однако, энергичные воздействия разрушают его
ароматическую систему. Сюда прежде всего относится энергичное окис¬
ление воздухом над V2O5 в качестве катализатора, приводящее к ма-
ИСТОЧНИКИ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ19леиновому ангидриду:02; V20-,ОIIсНС' \
НС\ /сО + 2СОг + 2Н2 ОАПроцесс используется в промышленности.В организме (кроликов) бензол окисляется в муконовую кислоту и
таким образом выводится из организма. При протекании этой реакции
сохраняется углеродный скелет из шести атомов и две двойные связи
бензола:о	г^МЮОН
~к^/СООНРеакция гидрирования бензола в циклогексан уже рассматривалась
(см. стр. 10).Восстановление бензола посредством HI проходит с изомеризацией
и приводит к метилциклопентану (Н. М. Кижнер).Действуя ультразвуком на бензол, Цейхмейстер (1957) получал аце¬
тилен, изолированный им в виде ацетиленида меди; действием ультра¬
фиолетового облучения он изомеризовал бензол в фульвен:ftvСН2В 1968 г. Уорд и Уишнок облучением бензола в жидком состоянии
дальним ультрафиолетовым светом (1650—2000 А) получили валентный
изомер бензола — дьюаровский бензол (бицикло[2,2,0]гексадиен-2,5) на¬
ряду с двумя другими валентными изомерами бензола — бензваленом
и фульвеном:Источники ароматических углеводородовБензол и его ближайшие гомологи, нафталин и другие конденсирован¬
ные ароматические углеводороды в виде многочисленных своих произ¬
водных находят разнообразное применение в промышленности —
в производстве пластмасс, синтетических каучуков, красителей, как2*
20БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕлекарственные вещества, растворители, полупродукты для разных отра¬
слей органической промышленности. Их мировое потребление изме¬
ряется многими миллионами тонн. Одним из главных, а до недавнего
прошлого единственным источником их была каменноугольная смола,
получающаяся при коксовании угля для нужд металлургии (ранее
с целью производства светильного газа). При нагревании коксующе¬
гося угля в закрытом пространстве вплоть до 1000°С происходит пиро¬
лиз, в результате которого остается кокс, отходят коксовые газы и
отгоняется каменноугольная смола — тяжелая густая черная масса
(выход —■ 3% от количества угля).Выход и состав каменноугольной смолы сильно зависят от темпера¬
туры и скорости коксования. Чем они выше, тем меньше выход камен¬
ноугольной смолы и тем она беднее ценными фенолами. В этом смысле
интересы металлургической промышленности и химической не совпа¬
дают. Большая часть летучих углеводородов содержится в коксовом
газе, выделяющемся в количестве 250 м3 на 1 т угля. В этом газе
имеется (в 1 м3) около 40 г бензола и толуола — соотношение бензола и
толуола в смеси от 3 : 1 до 5: 1. Углеводороды выделяют из газа погло¬
щением их более тяжелыми фракциями каменноугольной смолы. Осталь¬
ную часть этих углеводородов выделяют из каменноугольной смолы, ко¬
торую сначала подвергают разгонке на грубые фракции (см. таблицу).Фракции каменноугольной смолыЛегкое(фракция3-5%)масло
80—170 °С;выходСодержит циклопентадиен и ароматические углево¬
дороды — бензол, толуол, о-, м- и «-ксилолы, не¬
много полиметилбензолов и этилбензола, а также
азотистые и сернистые гетероциклыСреднее масло
(фракция 170 —240 °С;
~ Юо/о)выходСодержит главным образом нафталин, оба метнл-
нафталина, фенол, о-, м- и га-крезолыТяжелое масло
(фракция 240—‘270 °С;
Ю-15%)выходНафталин, крезолы, гомологи нафталина и нафтолы
дифенил, аценафтен, частично хинолинАнтраценовое или
зеленое масло
(фракция до 360 °С; выход
-20%)Антрацен, фенантрен, флуорен, индол, карбазолПек(остаток от перегонки;
до 60%)выходУголь, высшие конденсированные ароматические
углеводородыПосле фракционирования получают сырую бензольно-толуольную
фракцию (— 1 % от количества смолы), нафталин (~6%), от которого
отделяют фенол и крезолы (в сумме 1,5%), пользуясь их раствори¬
мостью в водной щелочи; выделяют также ~1% антрацена.Все возрастающим по важности источником ароматических углеводо¬
родов является нефтепереработка. Из нефти получается более половины
всей ароматики.Некоторые виды нефти (например, майкопская, румынская, нефть
острова Борнео) в заметном количестве содержат бензол и его гомологи.
Из соответствующих фракций можно извлечь ароматические углеводо¬
ИЗОМЕРИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ БЕНЗОЛОВ21роды, пользуясь селективными растворителями, например жидким сер¬
нистым ангидридом и фурфуролом, или адсорбцией на силикагеле, при
помощи которой отделяются легко адсорбирующиеся ароматические
углеводороды.Однако так добывается лишь малая часть ароматических углеводо¬
родов. Большая их часть получается пиролизом или каталитической
ароматизацией углеводородов нефти. Пиролиз, проводимый при ~800°С
в трубчатках, превращает алициклические и жирные углеводороды неф¬
ти в ароматические углеводороды, осколочные олефины и низшие ал-
каны. Основной путь получения ароматики — каталитическая аромати¬
зация, основанная на реакциях, описанных на стр. 18. В этом процессе
применяется и платиновый катализатор, работающий при более низких
температурах («платформинг»), и окись хрома, отложенная на окиси
алюминия, и другие окислы металлов (Mo, V) при 450—500 °С. При
переработке нефти соотношение бензола, толуола и ксилолов составляет
1:4:5, тогда как при коксовании преобладает бензол: его в пять раз
больше, чем толуола, и в 15 раз больше ксилолов.Изомерия замещенных бензоловМы уже упоминали, что монозамещенные бензолы не имеют изомеров,
например существует только один монометилбензол — толуол. Специаль¬
ной серией реакций было доказано, что если в монозамещенном бензоле
замещать последовательно каждый из остальных водородов и элими¬
нировать (т. е. замещать на водород) первый заместитель, то будет
получаться все один и тот же монозамещенный бензол.Дизамещенные бензолы с одинаковыми заместителями существуют
в трех и только трех изомерных формах (изомеры положения):\Хорто-, или	мета-, или	пара-, или1,2-ди-Х-беизол	1,3-ди-Х-бензол	1,4-ди-Х-беизолДля указания положений заместителей в бензольном ядре обычно
пользуются цифровыми обозначениями атомов углерода бензола. Обо¬
значение орто-, мета- и пара- введены Кернером (сокращенно пишут
о-, м-, п-).Тризамещенные (с одинаковыми заместителями) бензолы также су¬
ществуют в виде трех изомеров:XXсмежный, или	1,2,4-три-Х-бензол симметрический, или1,2,3-тр и-Х-беизол	1,3,5-тр и-Х-бе изолТетразамещенных бензолов, очевидно, тоже три (в них оставшиеся
незамещенными два водорода могут находиться в орто-, пара- или мета-
22БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕположении друг к другу):
X1	-X.XХ'/Ч-Х^Х х^ж1,2,3,4-тетра-Х-бензол1,2,.3,5-тетра-Х-бензол1,2,4,5-тетра-Х-бензолНаконец, пентазамещенный бензол (опять-таки при одинаковых за¬
местителях) бывает один.Гораздо больше комбинаций получается при разных заместителях.
Так, при трех разных заместителях возможно 10 изомеров положения.Для того чтобы выяснить, какое из трех изомерных веществ является
орто-, какое мета- и какое пара-изомером, было использовано правило
Кернера: при введении нового заместителя прямой реакцией замещения
водорода на галоид, нитрогруппу и т. п. (см. ниже) из орто-изомера
получаются два изомерных между собой вещества, из мета-изомера —
три изомерных вещества, а из пара-изомера — одно-единственное ве¬
щество:СН3СН3-СН,С12сн3сн3^С1сн.С1сн.С12^СНзСНз1СН3СНзСНз1о&г11С1СНз1СН3СНзjС1Разделяя продукты реакции и устанавливая, сколько изомерных ве¬
ществ образовалось, можно решить поставленный вопрос.Этот путь, однако, не всегда легок, так как не просто, например, из
смеси трех изомеров выделить каждый, так как они могут присутство-
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ. Ш23вать далеко не в равных количествах и нужно не потерять и тот из них,
который имеется в малом количестве (несколько процентов или доли
процента).Другой путь установления положения заместителей, особенно приме¬
нимый для орто-производных, — по способности образовывать цикличе¬
ские производные. Так, фталевая кислота — это о-бензолдикарбоновая
кислота, так как она единственная среди своих изомеров образует ци¬
клический ангидрид:ОCQI - 00-*“ч0 ||оо-Фенилендиамин — единственный среди своих изомеров образует
гетероциклы с рядом диальдегидов и дикетонов:NH °Ч /Н	N^/NH2 ^ с	^СНВ настоящее время уже нет надобности прибегать к определению
положения заместителей каким-либо первичным способом, так как из¬
вестно положение заместителей в множестве производных, к которым
можно свести любое новое вещество рядом подходящих реакций. На¬
пример, зная, что во фталевой кислоте карбоксилы находятся в орто¬
положении друг к другу, можно установить соответствие положений во
фталевой кислоте и о-ксилоле, окисляя последний хромовой кислотой во
фталевую кислотуос;; ^ сс-N>или действуя бромом на фталат серебра и замещая таким образом
карбоксилы на бром, получить о-дибромбензол:ос“«+2вг- - ос:;—сЧ)ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ
ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ *. IIIРазработанный Дебаем в 1912 г. способ измерения дипольных моментов
молекул дал в руки химиков абсолютный метод установления располо¬
жения заместителей в бензольном ядре. Однако он появился тогда,
когда в этом его применении практически уже почти миновала необхо¬
димость.*	См. также кн. 1, стр. 319 и 550.
24БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕЕсли известны дипольные моменты двух монозамещенных бензолов
Ц1 и Ц2, то по формуле векторного сложения можно вычислить диполь¬
ный момент ц двузамещенного бензола с двумя такими заместителями:ц = V + И2 + 2(Х](Х2 cos аЗдесь а — угол между векторами дипольных моментов двух заме¬
стителей в одном бензольном ядре. Для орто-положения а = 60°,
cos а = V2; Для мета-положения а = 120°, cos а = —7г; для пара-по-
ложения а = 180°, cos а = —1.При одинаковых заместителях, электрические моменты которых на¬
правлены по диагоналям бензольного шестиугольника, дипольные мо¬
менты дизамещенных бензолов по сравнению с дипольным моментом
монозамещенного бензола выразятся (на примере хлорбензолов) сле¬
дующими величинами в единицах Дебая):*«=1,58v«o = 2,26вычислено 2,74JUM—1,4 6
1,58Общая формула в этих случаях превращается в следующие:Р« = °Совпадение вычисленного дипольного момента с найденным не
идеальное, особенно для орто-изомеров, где заместители весьма сильно
влияют друг на друга, что и нарушает аддитивность. Случаются и го¬
раздо большие нарушения аддитивности. Тем не менее по величинам
дипольного момента можно уверенно различить все три изомера.При разных заместителях, даже если дипольные моменты монозаме¬
щенных бензолов неизвестны и их направление не совпадает с диа¬
гональю шестиугольника, но известны их знаки *, то по дипольным
моментам все же можно уверенно различить все три изомера.Примеры:СН3CitСНз
± /С1СНзI\СНзIхлорбензол1.58DС1
tо-хлортолуолU56DС1л-хлортолуол1,790ICI/г-хлортолуол2,190ВгС1t\ВгбромбензолI.54Dо-хлорбромбензол2,210jK-хлорбромбензол1,530я-хлорбромбензол
0,1 D*	Т. е. известно, направлен ли отрицательный конец диполя от бензольного цикла
или к нему, что можно легко сообразить, зная электрический характер атомов состав¬
ляющих замещающую группу.
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УСТАНОВЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ. III25Для количественного применения приведенных выше формул нужно,
однако, чтобы направление вектора диполя заместителя совпадало с
диагональю бензольного шестиугольника, что всегда выполняется лишь
для одноатомных заместителей (галоиды), для линейно построенных
заместителей (C=N, —С = С—R) и для заместителей с симметричным
расположением атомов, т. е. таких, в которых «центр тяжести» заряжен¬
ных атомов ложится на диагональ шестиугольника бензола (СН3, СС13,
N02). Уже для карбоксилов это условие не выполняется, и, например,
этиловый эфир терефталевой кислоты имеет jx — 2,3D.СоНвООС,НвВ табл. 59 приведен ряд примеров соблюдения аддитивности диполь-
ных моментов бензолов с простейшими заместителями.Таблица 59. Аддитивность дипольных моментов (в D) замещенных бензоловМо ноза ме ще нный
бензолДизамещенные бензолызамести¬тели№заместителиop TO-мета-пара¬^набл^выч^набл^вычми абл^вычС11,58С1, С12,272,741,481,5800Вг1,54Вг, Вг2,12,671,461,5400no23,98no2, no26,006,903,893,9800nh21,53nh2, nh21,45—1,791,801,5—он1,6no2, Cl4,14,973,43,472,502,40no2, nh24,243,664,944,726,25,17Cl, nh21,771,71——2,272,30no2, oh————5,074,34Как видно, аддитивность для пара- и мета-производных бензола
выполняется лучше, чем для орто-замещенных. Отклонения последнего
рода объясняются геометрическим искажением молекулы — выводом за¬
местителей из плоскости кольца, отклонением угла бензольного шести¬
угольника от 120°. Нарушение аддитивности совершенно другого проис¬
хождения бывает в случае, если замещающие группы (это яснее всего
для пара-расположенных заместителей) обладают противоположным
мезомерным эффектом (+М- и — М-) и, значит, находясь в противопо¬
ложных положениях бензольного кольца, действуют согласованно. Уве¬
личение (х по сравнению с рассчитанным является следствием сопря¬
жения (резонанса). Это особенно явно в случае и-нитрофенола
(см. табл. 59), строение которого может быть выражено следующими
структурами:-У~С>-0-И ~ -о)й=0=6~н""Такой эффект связан с углублением окраски соединения (стр. 96)
и впервые на этом основании был констатирован В. А. Измаильским
26БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕеще в 1913 г. (явление названо им мезотропией). Привился предложен¬
ный позднее Инголдом, широко исследовавшим этот эффект, термин
мезомерия\ еще позднее Полингом был введен термин резонанс. По
признаку неаддитивности дипольных моментов эффект мезомерии можно
проследить на n-нитроанилине (стр. 84) и п-диметиламинонитроанилине.Явление того же типа прослеживается и на монозамещенных бензо¬
лах (стр. 24). Как уже указывалось, дипольный момент галоидбензолов
заметно меньше, чем дипольный момент соответствующих галоидалка-
нов. Это объясняется мезомерией такого типа:Cfy% или	с): -<—>■ (\Л: ■<—>■ :(^y=zCi:При наличии электроноакцепторных заместителей дипольный момент
ароматических соединений больше, чем жирных:CH3-N^°_	CII3—C=N^=4,030	Ji=3,15D	/1=3,Q4D	JJ=3,51DВо всех случаях сказывается обычная «податливость» бензольного
ядра к «требованиям» замещающей группы.Таким образом, дипольные моменты говорят многое не только о рас¬
положении замещающих групп в бензольном ядре, но и об их взаимо¬
действии с бензольным ядром и через бензольное ядро друг с другом.Вопросы номенклатуры бензольных производныхДля углеводородов бензольного ряда и их производных применяются
тривиальные, «радикальные» и женевские названия. Тривиальные на¬
звания не требуют пояснений. В основе «радикальных» названий (имею¬
щих совершенно частное значение) лежат наименования радикалов:СпН2п-б .... Арен (ArH) СвНб	Фенил (от первого старинногоп и	а п.. г. / л .л	названия бензола — «фен»)СлНгп-? .... Арил (Ar)	sСвН4	Феннлен (о-, м- или п-)СПН2„_8 .... Арилен	СН3С6Н4 ....	Толил (о-, м- или п-)CeHsCH2 ....	БензилQH5CH	БензилиденГалоидпроизводные по этой номенклатуре называются так:
СбНбС1 — хлористый фенил (неупотребительно); CIC6H4CH3 — хлори¬
стый толил (также неупотребительно), C6H5CH2CI — хлористый бензил;
СбНбСНСЬ — хлористый бензилиден.По женевской номенклатуре перед названием углеводорода ставятся
названия замещающих групп с номерами углеводородных атомов, не¬
сущих заместители, например:С1	СНз	СН*ОN02 CH3Ck	Вг\ Л /F"'-Cl	^	^j^^CHjI1,2-хлорнитро-	1-метокси*	2,6-фторбромтолуол,	4-иод*л*-ксилол»бензол	4-хлорбензол	нли 2,6*фторбром*	или 4-иод*1,3-ди-1-метилбензол	метнлбензол
Таблица 60. Ароматические углеводороды ряда бензолаЖ	.л t °о _
ч * Я<м Q
§ S" а
я о а
Ef S м сл к
Ч Я(U Ян <и2 s Ч?СО о *■isj рнС аО ОСО f4» СЧ
юсО —-о" о оо*СГ) Ю с^} со
0 СО™ ^	ОО s О О* Оооo'СМ00СТ>00сосооо05 осмСМ оооюh-юСО05оюсо•"f СП00 ю05 Юо0505о05счо ^о050505Г^ —юЮлююсоioя00—я— о.-В— яаяо.Sо05сч—ою00—азсоою1ЛN-со00СОСОCih-соо00000000_0000.00да05o'о"о*оо"о*оо©■“ оУ I
gs go SE°°- ® U. <
о а о 2*ooi05О 00ососч —<N-СОСО сою0000 00°°»©■©“ о"о"P-«s<U сHЯ ц*	2 с
uSc*	S*
о 3 cu
с; 01 t-
о гС Sо	со	— о—	СО	— ГРo' о	аГ оо00	—	со со—_ сосо стГN- СОооооосчсчоrrt^юь-о1Псо05счсооГГ)05сососоююсч—<—сч—«ю о о со см
ю Ю 05 со со05 W Ю -N-оооnTciо*Г^Гсо"ююrf 00счюО ©Лсо ^I	I +I I I++о05Лю—ГСО*со"о051N-1+—. СЧ СО1■tЮюсоюсососчсчсоСМ CSIсм——чоЧ сг)
о яСП <УЯ о
<1> Ч
О SЧ ьЯЯ	Sч	чЯ Яч Я	5о о	о
m >• Чк ч я<и о	о
СЛ h ^Q. £о 5чоСПЯа>о45• н<иSЯО.ьЯ2а>UЯчs•яЯЯX<и2о^ Ч
«Я о°	£и	яо	чef	Чк £О. 5оя«■наяоотCJCL)сSяччяя»яя*яяCJмCL)сга>ясга.яна.CL)нй чCL)-г ОSо >. к
со ^ о Ччоняяа)р.кячя»яоачооfcfа.к>>D.а.очооНчо4	ч
я	о
Н	со
о	S35	^
то	о
а	ч
«	я(У	нL-	(7}ЧОs>»*ячячч оО от
п Яя	оо	оо	чч	яя	св	о0	О.
О.	Кс S1	Sочяаоа.аол.«XXXSСОо£ококсооксо£оСОоооооXлиС*5I I
*. О О1^*1 r^i
<2 и оIIIсо Ю ИНООО
28БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕВ табл. 60 приведены названия и физические свойства углеводородов
бензольного ряда.Реакции электрофильного замещения
в бензольных углеводородахБензол и еще легче его гомологи вступают в реакцию со многими элек-
трофильными реагентами так] что один или несколько водородных ато¬
мов бензольного цикла замечаются на электрофильные группы атакую¬
щего реагента. Напишём в качестве примера четыре итоговых уравнения
такого рода реакций для самого бензола:С1+ С12 FeC'3 <™™л“затор)^	+НС1хлорбензол+ no2 so4h* —-* (Q) +h2so4нитробензолSOsH+ H2S04 —> (^)) H-H20бензол-сульфокислотаCH3AICI3(катализатор)толуол+ СН3С1Все эти реакции будут подробно разобраны в соответствующих раз¬
делах. Сейчас для нас важно отметить, что такого рода легко идущие
при комнатной температуре замещения являются наиболее характерным
свойством ароматических соединений, резко отличающим их от предель¬
ных соединений. Что касается олефинов, то под влиянием тех же ре¬
агентов они претерпевают в обычных условиях иные реакции — элек¬
трофильное присоединение по двойной связи или полимеризацию, так
что возможность реакции замещения остается непроявленной.По всей вероятности, первой фазой атаки электрофильного реагента
является образование я-комплекса (Дыоар), в котором электрофильная+ +частица, в наших примерах Cl+, NOa, SO3H, СН3, связывается с моле¬
кулой бензола за счет всех его я-электронов (как мы увидим дальше,
иногда могут образоваться и прочные изолируемые я-комплексы). За¬
тем электрофильная частица вытягивает из бензольного цикла (из аро¬*	Сульфат нитроння, образующийся растворением азотной кислоты в серной:
РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ29матической шестерки) пару электронов связи, причем остальные четыре
я-электрона располагаются в две сопряженные двойные связиКонечно, эти я-электроны обобщены, как мы видели на примере бу¬
тадиена. Но, кроме того, соседний с местом атаки (формула в) положи¬
тельный центр (карбкатион) не остается безучастным к соседней системе
я-электронов, и фактически я-электроны растекаются по всем пяти
углеродным атомам, оставшимся во втором валентном состоянии, а ата¬
кованный атом становится тетраэдрическим углеродом (в первом ва¬
лентном состоянии). Поэтому вместо формулы в часто пишут формулу г
(ст-комплекс) с положительным зарядом, рассредоточенным по всем
пяти углеродным атомам.По сути дела этот промежуточный комплекс еще правильнее изобра¬
жать как резонансный гибрид структур:Из изображения ясно, что распределение положительного заряда не¬
равномерно и максимально в положениях 2, 4 и 6 по отношению к угле¬
роду, принимающему атаку. Затем из атакованного, ставшего тетраэдри¬
ческим углеродного атома отделяется протон, и привязывавшая послед¬
ний электронная пара вливается в состав вновь образующейся аромати¬
ческой шестерки я-электронов (s'—*■<?).В дальнейшем мы будем пользоваться как формулами типа в, так и
формулами типа г, не делая между ними различия. Структуры типа в
или г, в которые переходит образовавшийся вначале я-комплекс, по
аналогии называются ст-комплексами. Для упрощения мы иногда не со¬
всем правильно будем называть эти a-комплексы реакционными ком¬
плексами или переходными состояниями, а сейчас объясним разницу
между истинным переходным состоянием и ст-комплексом.Переходным состоянием называется высшая энергетическая точка на
пути реакции (кн. I, стр. 87), энергетический перевал. Реакция может
проходить и через несколько таких перевалов. Схематически это пока¬
зано на рис. 83. Первый невысокий пик — переходное состояние, ведущее
к малоустойчивому я-комплексу, первый минимум — я-комплекс. Второй+N02или, с использованием формулы Кекуле:+NOo.N02,no2Н+ н+а'В'В‘д
30БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕпик — переходное состояние к о-комплексу, а следующий за ним неглу¬
бокий минимум — о-комплекс. Наконец, третий, последний небольшой
пик — переходное состояние от о-комплекса к продуктам реакции. Энер¬
гетически второй пик, неглубокий минимум о-комплекса и третий пикразнятся незначительно — их ордина¬
ты почти равны. По постулату Хэм¬
монда (стр. 534, раздел «Механизмы
химических реакций») при этом усло¬
вии и по геометрии о-комплекс близок
к обоим соседним переходным состоя¬
ниям, что дает нам право указанного
упрощения.1.	Протонирование и дейтерироваиие
бензола. Самой простой и потому по¬
учительной реакцией электрофильного
замещения в бензоле и вообще в аро¬
матическом ряду является протониро¬
вание и дейтерирование. Бензол рас¬
творим в крепких безводных кисло¬
тах, а в дейтерокислотах обменивает
один за другим все свои водороды на
дейтерий *. С галоидоводородом в присутствии галоидного алюминия
(т. е. с кислотой НА1СЦ) бензол и его гомологи образуют твердые при
низкой температуре комплексы. Аналогичные комплексы образуются
с HBF4 (например, комплекс толуола, т. пл. —65 °С). Как показывает
подробное спектроскопическое исследование этих веществ, проведенное
Перкампусом, они имеют следующее строение:Рис. 83. Энергетическая диаграмма
реакции электрофильного замещения
в бензольном ядре.протонированныибензолпротонированныитолуолДействительно, Олах синтезировал такой комплекс следующим путем-СН3О//НгСГ'Я
I NBr •
НаС-^/бромированиев.аллильное*положениеСН3+AgBF4-AgBr.СН,BF4причем продукт реакции оказался идентичным продукту прямого прото¬
нирования толуола. С такого рода структурами, постулированными Ин-
голдом как промежуточные при электрофильных замещениях в арома¬
тических циклах, мы уже встречались на стр. 32.Макор, Гофстра и Ван-дер-Ваальс непосредственно определили основность ряда
ароматических углеводородов, в том числе бензола и его гомологов, измеряя их рас¬
пределение между гексаном и безводным фтористым водородом. Константа основности
Кь равна в этом случае:[АгНд ] [F~][АгН]^АгН*	Конечно, аналогично происходит и обмен водородов бензола на водороды кис¬
лоты.
РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ31где в квадратных скобках концентрации соответствующих ионов или молекулы;I	— коэффициенты активности ионов (/+ и /_) и молекулы.Ниже приведены константы основности ароматических углеводородов:ig*bБензол	—9.4Толуол 	—6,3«-Ксилол	—5,7.и-Ксилол . . . .
Мезитилен . . . .
Г ексаметилбензол-3,2
-0,4
+ 1,4Как видно, бензол очень слабое основание, захватывающее протон
указанным выше механизмом. По мере алкилирования сила ароматиче¬
ских углеводородов как оснований повышается на много порядков.2.	Реакции захвата электрона. Все ароматические углеводороды при
действии сильных доноров электронов способны захватить один элек¬
трон и образовать радикал-анион, дающий сигнал ЭПР (см. стр. 490).
Бензол захватывает электрон труднее, чем другие ароматические угле¬
водороды, он забирает электрон лишь от калия, но не от натрия, и—	+образует недиссоциированную ионную пару СбНбК.Электрон занимает низшую из незанятых орбита-
лей бензола.3.	Реакция металлирования. Как открыл П. П. Шо-
рыгин, бензол вступает в следующую реакцию об¬
мена с натрий- и калийалкилами:С6Нб + СНз Na —C6Hs Na + СН4Эта реакция вряд ли имеет аналогии среди реак¬
ций электрофильного и нуклеофильного (см. даль¬
ше) замещений в ароматическом ядре и, вероятно,
должна рассматриваться как атака алкиланионом
на водород бензола. Она аналогична действию
гриньярова реактива на ацетилен.4.	Клатратные соединения бензола. К. А. Гофман
открыл «молекулярное соединение» бензола
CsH6-Ni(CN)2NH3, долгое время остававшееся за¬
гадкой. Пауэлл и Рейнер получили ряд аналогич¬
ных соединений для производных бензола и арома¬
тических гетероциклов (тиофен и др.). При помощи рентгеноструктур¬
ных исследований была выявлена клатратная (стр. 116) природа этих
веществ: бензол «застревает» в пустотах решетки, образуемой неорга¬
ническими ингредиентами соединения (рис. 84).5.	Синтез гомологов бензола. Гомологи бензола можно синтезировать,
действуя натрием на смесь галоидного алкила и галоидбензола (реак¬
ция Вюрца — Фиттига), например:о Nt	@NH3o=ocn *снРис. 84. Схематиче¬
ское изображение
клатратного комплек¬
са CeHs-Ni(CN)2NH3.C6H6Br + C2H6Br + 2Na —С6Н5С2Н5 + 2NaBrОднако эта реакция лишь частично проходит в нужном направлении.
Наряду с целевыми продуктами образуются диарил (в данном примере
дифенил С6Н5СбН5) и продукты взаимодействия двух жирных радика¬
лов 2С2Н5«, т. е. алкан, алкен и диалкил (в данном случае СгН6, С2Н4
и С4Н10). Поэтому гораздо шире используется алкилирование бензола
галоидными алкилами или олефинами по реакции фриделя — Крафтса,
т. е. с применением безводного хлористого алюминия в качестве
32БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕкатализатора *. Реакция проходит уже при комнатной температуре:
С6Н6 + С1СНз	С6Н6СНз + НС1С6Н6+«С1СНз	С6Нб_„(СН3)„ + «НС1С6Н6 + 6С1СНз	С6(СНз)а + 6НС1С6Нб + С1СН2СНз	С6Н5СН2СНз + НС1с6н6 + сн2=сн2	С6Н5СН2СНзС6Н6 + СН2=СНСНз -^1 С6Н5СН(СНз)2
С6Н6 + СН2=С(СНз)2	СеН5С(СНз)зВзаимодействие очень активных олефинов с бензолом можно вы¬
звать не только действием хлористого алюминия, но и кислот (концен¬
трированной серной, фтористого водорода, фосфорной). Как видно из
приведенных примеров, несимметрично построенные олефины вводят
б бензол вторичные или третичные алкильные радикалы. Первичные
радикалы, кроме метила и этила, таким путем ввести нельзя. По суще¬
ству вариант реакции Фриделя — Крафтса с олефинами можно рас¬
сматривать как присоединение бензола к олефинам, проходящее в со¬
ответствии с правилом Марковникова (водород бензола присоединяется
к «более гидрогенизированному» олефиновому углероду, а фенильный
радикал — к его партнеру). Вполне возможно применение бромистого
алюминия и бромистых алкилов. Кроме галоидного алюминия катали¬
заторами реакции Фриделя — Крафтса могут служить в порядке осла¬
бевающего действия BF3 (только для фтористых алкилов), GaCl3, SnCU,
FeCl3. С их помощью алкилируются только ароматические соединения,
более нуклеофильные, чем бензол. Для алкилирования олефинами
предпочитают применять в качестве катализатора фосфорную кислоту.Реакции Фриделя — Крафтса это типичные реакции электрофиль¬
ного замещения в бензольном цикле. Смысл действия катализатора
Фриделя — Крафтса (это всегда льюисова кислота) на галоидный алкил
и олефин выражается следующими схемами:а+RC1 + А1С13 —> RС! С!
С1 С1Активирование хлористым алюминием может быть ограничено про-а+ в-сто поляризацией галоидного алкила RC1 ... А1С13 без полной его
ионизации:Clr'ch=ch2 + AICI3 —•> r'ch—ch2aiciА,Образующиеся карбониевые катионы или комплексы с б+ на угле¬
роде уже являются сильными электрофильными реагентами, которые и
атакуют своим положительным углеродом ароматический цикл. Однако
галоидный алюминий не индифферентен к бензольному ядру и активи¬
рует его. Это подтверждается тем, что в присутствии хлористого алю¬
миния бензол образует сэндвичеобразные я-комплексы с металлами
(стр. 378, 417 сл.), которые без хлористого алюминия не образуются.*	Применением в органической химии этого замечательного катализатора наука
обязана Г. Г. Густавсону (1878 г.), профессору Лесной академии (ныне Тимирязев¬
ской сельскохозяйственной академии).
РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ33Однако попытки Б. Н. Меншуткина доказать методом физико-хими¬
ческого анализа образование соединений хлористого алюминия с бен¬
золом привели к отрицательному результату, тогда как бромистый
алюминий (тоже катализатор реакции Фриделя — Крафтса) такие со¬
единения образует.По В. В. Коршаку и Н. Н. Лебедеву, реакция галоидного алкила
с ароматическим углеводородом осуществляется так, что в комплексе
RCI-AICU синхронно разрывается связь С—С1 и образуется связь С—С.
В нитробензоле, обычной среде для этих реакций (сам нитробензол не
вступает в реакции Фриделя — Крафтса), сначала образуется ком¬
плекс, катионная часть которого и связывается с галоидным алкилом,
поляризуя его и катализируя реакцию:В среде с меньшей диэлектрической проницаемостью комплекс дей-здесь требуется активация и бензола, так что вся реакция выражается
схемой:В высшей степени интересно, что алкилирование бензола галоидным
метилом не заканчивается образованием гексаметилбензола. Далее об¬
разуется сг-комплекс такого строения и состава (конечно, с противо¬
стоящим анионом АЮЦ)который является прототипом сг-комплексов при электрофильном заме¬
щении в бензольном ядре и подобен ст-комплексам бензола и толуола
с протоном или дейтроном, приведенным на стр. 30.Особенностью синтезов с хлористым алюминием является то, что он
катализирует не только алкилирование, но и дезалкилирование гомоло¬
гов бензола, так как обладает способностью разрывать углерод-угле-
родные связи. Кроме того, в более жестких условиях он способствует
изомеризации цепи углеродных атомов галоидного алкила или олефина.
Таким образом, в реакциях алкилирования с применением А1С13 могут
встретиться осложнения.И. П. Цукерваник разработал реакцию алкилирования ароматиче¬
ских углеводородов спиртами в присутствии хлористого алюминия и по¬
казал, что в этом случае спирт ROH превращается в алкилирующий
агент R0A1C12. Подобное алкилирование спиртами идет также в при¬
сутствии трехфтористого бора. Олефины алкилируют ароматические2QH5NO2 + А12С1в[А1С14]А"С1-+ствует уже как ионная пара АК и слабее поляризует RC1. ПоэтомуАК...С1—R + АгН...АК —»- ArR + HCl+2KA-	+ в- 6+ - +Н3С СНзСН32 Зак. 79
34БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕсоединения и в присутствии кислот — серной, фосфорной и др. Про¬
мышленные процессы такого рода, например получение этилбензола и
изопропилбснзола, разработали в СССР М. А. Далин и Ю. Г. Мамед-
алпеп.Гомологи бензола можно синтезировать и путем ацилирования по
Фриделю — Крафтсу с последующим восстановлением ацилбензола
(кетона) в алкилбензол по Клемменсену. Ацилирование бензола идет
только до стадии моноацилбензола и не сопровождается изомериза¬
цией:а+	2ZH+4HC1ч/П-с и 4**'^ '	* иО: А1С1.6.	Синтез диарил- и триарилметанов. Альдегиды в сильнокислой среде
энергично реагируют с ароматическими углеводородами и даже с бо¬
лее пассивными их галоидпроизводными уже при низкой температуре.
Конечные продукты этой реакции — диарилалканы или, в случае аро¬
матических альдегидов, триарилметаны. Реакция протекает, конечно,
через стадию образования вторичного спирта (который обычно не изо¬
лируют) по схеме:/Н	I*	/НR-< +Н+ —* R—С+ R-C' .I	VАн "'°-нНI
А„ч*+о-о4*^о4ОН	ОН	R0~i*+0 0-НЭ+н*r	кТаким образом, реакция проходит как электрофильное замещение
в ароматическом ядре при атаке карбкатиона.В растворе фтористого водорода альдегиды аналогично реагируют
с толуолом уже при —70°С. Хлораль при комнатной температуре в
концентрированной серной кислоте вступает в описанную реакцию
с хлорбензолом, образуя известный инсектицид ДДТ:НСС13СНО + 2С6Н6С1	С1—^—О—С1• ici3О такого рода конденсациях см. также стр. 193 и 199.ОРИЕНТАЦИЯ ЗАМЕЩЕНИЯРеакции электрофильного замещения в ряду бензола подчиняются сле¬
дующим правильностям, установленным эмпирически (Голлеман).1.	Место вступления электрофильного заместителя определяется
(в основном) характером уже присутствующих одного или нескольких
заместителей в бензольном цикле.2.	Заместители (ориентанты) делятся на две группы:
ОРИЕНТАЦИЯ ЗАМЕЩЕНИЯ35а)	заместители первого рода, или орто-пара-ориентанты, направляю¬
щие новый заместитель в орто- и пара-положение по отношению к себе
(здесь и ниже ориентанты даются в порядке убывающей ориентирую¬
щей способности; R — означает алкил):О	ОII	II—О, —NR2, —NHR, —NH2, -ОН, —OR, — NH-C—R, —О—С—R,—СНз и другие алкилы, алкенилы, I, Br, Cl, Fб)	заместители второго рода, или мета-ориентанты, направляющие
вступающий заместитель в мета-положение:,о-NR3,-n;O'-CN, —SOjH,
,0OH-CF3, -CC13,
4OR-cf;/И/R
—С ,О/о/3.	Заместители первого рода облегчают (ускоряют) вступление элек-
трофилыюго заместителя, заместители второго рода — затрудняют (за¬
медляют). Это правило имеет исключение — галоиды являются ориен-
тантами первого рода, но затрудняют вступление следующего электро¬
фильного заместителя. В разделе о дифенилоксиде и трифенилоксонии
(стр. 121) мы познакомимся с еще одним таким исключением.Следующая схема иллюстрирует первые два правила ориентации:СНзСНзN0.
36БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕПри наличии двух заместителей разного типа место вступления сле¬
дующего электрофильного заместителя определяет заместитель первого
рода, так как он активирует бензольное ядро к электрофильной атаке.
Например:СНз	СН3	СН3	СН3Если же оба ориентанта одного рода, то место вступления опреде¬
ляет более сильный, а при не слишком разнящейся ориентирующей спо¬
собности получаются все изомеры, требуемые как одним, так и другим
ориентантом.Ориентация может быть согласованной, когда оба наличных заме¬
стителя ориентируют в одно положение (тогда вопрос о месте вступле¬
ния нового заместителя ясен), и несогласованной. Например:Согласованная ориентацияСНз	СН3	СНзНесогласованная ориентация с ориентантами оди¬
наковой силыСН3	СН3	СН3СНз	СН3
ПРИЧИНА ЯВЛЕНИИ ОРИЕНТАЦИИ37Несогласованная ориентация с ориентантами раз¬
ной силыС1	С1	С1СНз	СНзВозникает вопрос, как увязать все только что сказанное с изложен¬
ным на стр. 22 правилом Кернера об установлении орто-, пара- или
мета-расположения групп в двузамещенных бензолах? Правило Кер¬
нера исходит из образования всех возможных изомеров при вступлении
третьего заместителя, а правила ориентации ограничивают число воз¬
можных изомеров. Дело в том, что правила ориентации определяют
главные направления реакции, пренебрегая теми изомерами, которых
получается очень мало (доли процента или немногие проценты), а спо¬
соб Кернера основывается на учете всех продуктов реакции, в том
числе и образующихся в очень малых количествах. В этом причина кро¬
потливости способа.ПРИЧИНА ЯВЛЕНИИ ОРИЕНТАЦИИДействие ориентанта заключается в изменении свободной энергии акти¬
вации G* переходного состояния сравнительно с незамещенным бен¬
золом (см. также стр. 29).Ориентанты первого рода по¬
нижают эту величину для пе¬
реходного состояния вступле¬
ния нового электрофильного
заместителя, особенно в орто-
и пара-положения (рис. 85).
В результате в соответствии
с выражением для константы
скорости реакции (кн. 1,
стр. 88)д а*Горбы переходного состояния-
к в-комплексуI К провутам
реакцииY.TkRTПродукты
- реакции
нитрованияРис. 85. Энергетическая диаграмма заме-
+щения на электрофил (N02) в бензоле и
в мета- и пара-положения толуола.резко (в показателе!) повы¬
шается константа скорости ре¬
акции замещенного бензола
сравнительно с незамещенным
бензолом. Понижение G* про¬
исходит благодаря подаче электронов ориентантом первого рода к угле¬
роду, с которым этот ориентант соединен и на котором по преимуществу
возникает в переходном состоянии положительный заряд.
38БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕРассмотрим следующие примеры:Атака в орто-положение>- [ОТ + Н+ -I- Гили,что то же, при другом способе изображенияАтака в пара-положение
СН3	СН3н no2н no2Атака в орто-положениеИз приведенных схем видно, что электрофильный реагент, атакуя
бензольное кольцо, вытягивает из ароматического секстета пару элек¬
тронов * и привязывается этой парой к атакуемому углероду, сохраняю¬
щему в переходном состоянии и в о-комплексе связь и с водородом.Атакованный углеродный атом становится в о-комплексе тетраэдри¬
ческим углеродом, а оставшиеся четыре я-электрона располагаются
в виде двух сопряженных двойных связей в кольце. Вследствие от¬
тяжки пары электронов, образовавшей связь с атакующей группой, на
соседнем с атакуемым атоме углерода возникает положительный заряд.
Этот положительный заряд может быть частично нейтрализован (ком¬
пенсирован), если он находится на углероде, несущем орто-пара-ориен-
тант, т. е. электроиодонор, при условии, что атаке подвергается угле¬
родный атом в орто- или пара-положении по отношению к углероду,
несущему ориентант.*	Предварительную стадию образования я комплекса мы здесь не учитываем и
поатому не изображаем.
ПРИЧИНА ЯВЛЕНИИ ОРИЕНТАЦИИ39Механизм компенсации положительного заряда различен в зависи¬
мости от характера орто-пара-ориентанта. Если ориентант первого рода
несет на ключевом атоме свободную (неподеленную) пару электронов
(—NH2> —ОН, — ОСН3, —С1: и др.), то он передает эту пару в сов¬
местное обладание связанному с ним углероду бензольного кольца,
устанавливая с ним двойную связь и переходя в результате в поло*
жительно заряженное — аммониевое, оксониевое и т. п. — состояние.
Это знакомый нам + Г-эффект (ср. кн. I, стр. 312).Такая система гораздо беднее энергетически, чем система положи¬
тельного карбониевого углерода. Поэтому свободная энергия актива¬
ции переходного состояния ниже, чем в отсутствие ориентирующей
группы. Если орто-пара-ориентант, например алкил, не имеет свобод¬
ной пары электронов, то^ он частично компенсирует возникший положи¬
тельный заряд связанного с ним карбониевого углерода путем сдвига
пары электронов связи от алкила к бензольному карбониевому угле¬
роду в соответствии с +/-эффектом, присущим алкильным группам
(нужно помнить, что понятие об +/-эффекте возникает только при срав¬
нении эффекта, оказываемого алкилом, со стандартом — водородным
атомом). Сравним, например, бензол и толуол:При атаке нитрогруппой (нитроний-катионом) возникший в орто¬
положении к месту атаки положительный заряд лучше нейтрализуется
соседней СН3-группой (толуол), чем водородом (бензол), так как
электронная пара связи Н3С: С обслуживает бензольный углерод в
большей степени, чем электронная пара связи Н : С.В случае электрофильной атаки в мета-положение компенсации за¬
ряда за счет ориентанта не происходит:Поэтому, например, нитрование толуола в мета-положенпе должно
было бы происходить примерно с той же скоростью, что и незамещен¬
ного бензола. На деле ориентанты первого рода, резко ускоряющие
процесс электрофильного замещения в орто- и пара-положения, все же
несколько ускоряют и замещение в мета-положение. Так, толуол нит¬
руется в орто- и пара-положения примерно в 40 раз быстрее, чемСН;CIV;ИЛИ
40БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕбензол, а в мета-положение тоже быстрее, но лишь в два-три раза. Эту
передачу влияния в мета-положение объясняют обычно индуктивным
эффектом (+/-эффектом), обозначаемым прямой стрелкой, символизи¬
рующей смещение электронной пары простой (а-) связи сравнительно
со стандартом:СН3	СНз	СНз+ NO,Поскольку /-эффекты быстро затухают по цепи атомов, они очень
слабы сравнительно с Г-эффектами и повышение скорости замещения
в мета-положение невелико.ГИГШРКОНЪЮГАЦИЯ И ОРТО-ПАРАОРИЕНТАЦИЯВсе алкилы во много раз увеличивают скорость электрофильного заме¬
щения в бензольном ядре. Однако Бэкер и Натан отметили неожидан¬
ную последовательность алкилов как орто-пара-ориентантов при их
расположении в ряд по ориентирующему действию, в частности по ско¬
рости хлорирования и бромирования. Относительные скорости галоиди-
рования при 24 °С в 15%-иой водной уксусной кислоте изменяются
следующим образом:СН3 СН,СН3 СН(С.Н,), С(СН3)зАлкилбензолы
Скоростьхлорирования	 0,29 100 94	51	32бромирования .... — 110 76	44	23Эта последовательность прямо противоположна ряду тех же алки¬
лов в порядке убывающего -[-/-эффекта:-С(СН3)3 > -СН(СН3)2 > -СН2СН3 > -СН3Если сопоставить в той же последовательности дипольные моменты
алкилбензолов, то окажется, что толуол имеет в этом ряду (не считая
бензола) наименьший дипольный момент, а трет-бутилбензол — наи¬
больший, т. е. что метил (в нереагирующей молекуле) передает ядру
меньший отрицательный заряд, чем грег-бутильная группа. Это согла¬
суется с понятием индуктивного -f- /-эффекта (кн. I, стр. 180) как эф¬
фекта подачи ковалентной пары электронов связи атомом X атому Y
в комбинации X—>Y сравнительно с Н—*Y.Ясно, что чем больше алкильных групп несет ключевой (связанный
с бензолом) атом углерода, тем больше его +/-эффект:СНзч	снЗЧчАлкилбензолы. . . СН3->С—>СбНб Н->С->СбНв СНз- >СН2->СбН5 СН3->СеН5
СНз'*	СН/Дипольный момент, D . . .0,7	0,65	0,58	0,37Описываемый парадокс, получивший название эффекта Натана —
Бэкера, был объяснен большей поляризуемостью Н—С-связи сравни¬
ОРИЕНТИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ГАЛОИДНОГО ЗАМЕСТИТЕЛЯ41тельно с С—С-связью и возможностью благодаря этому тем большей
подачи электронов алкильной группы уже за счет + Г-эффекта, чем
с большим числом водородов связан ее ключевой атом (гиперконъ¬
югация) :Н	Н,'Vci-ci —н~с—<^y-ci +н4сг
н	нНа языке резонанса гиперконъюгацию в молекуле толуола изобра¬
жают так:Понятие гиперконъюгации не ограничивается только что рассмот¬
ренной областью или явлениями взаимодействия алкилов с ароматиче¬
ским ядром, но имеет и общее значение. Это — частный, но важнейший
случай сг,я-сопряжения (ср. кн. I, стр. 399), которое касается уже нетолько взаимодействия систем Н—С—С= или Н—-С—^ , но исистем с другими (неводородными) атомами.ОРИЕНТИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ ГАЛОИДНОГО ЗАМЕСТИТЕЛЯОсобым случаем является ориентирующее действие галоида. Галоиды —
это самые слабые из обычных ориентантов первого рода. Но в отличие
от всех других ориентантов первого рода они не ускоряют, а замедляют
реакции электрофильного замещения. Объясняется это противополож¬
ным знаком их —/ и + Т-эффектов. Галоиды оказывают на бензольное
ядро сильный —/-эффект (оттягивание электронов из ядра сравни¬
тельно со стандартной связью Н—С) и слабый + 7-эффект (способ¬
ность в момент атаки в орто- и пара-положения подать пару электронов
и нейтрализовать таким образом положительный заряд, возникающий
на первом углеродном атоме цикла). Это выражают следующей схемой:Понимать это следует таким образом: прямая стрелка показывает,
что бензольное ядро хлорбензола обеднено электронами сравнительно
с бензолом. Однако в случае электрофильной атаки в орто- или пара¬
положения все же возникает переходное состояние обычного для орто¬
пара-ориентации типа. Правда, уровень свободной энергии этого пере¬
ходного состояния выше, чем в случае незамещенного бензола, по¬
скольку компенсация положительного заряда первого углерода за счет
неспаренных электронов галоида менее полная, чем для любого дру¬
гого обычного ориентанта первого рода. Не компенсируется полностью
даже та оттяжка электронов (сравнительно с бензолом), которая осу¬
ществилась за счет сильного индуктивного эффекта хлора.
БЕНЗОЛ И ЕГО' ПРОИЗВОДНЫЕпредельное(недостижимое)состояниеОписанного действия ‘+7-эффекта было бы достаточно, чтобы объ¬
яснить орто-пара-ориентацию электрофильного замещения галоидом.
На деле, как это часто бывает, -{-Г-эффект сопровождается ^+М-эффек-
том, т. е. мезомерным эффектом, являющимся постоянной составляю¬
щей (а не только в момент реакции) таутомерного эффекта. Кривые
стрелки, идущие от хлора к бензольному ядру — в орто- и пара-поло¬
жения, — изображают взаимодействие галогена с бензольным ядром и
вне реакции, но это взаимодействие слабо. Лучше всего это можно по¬
нять, вспомнив (кн. I, стр. 327) разницу дипольных моментов хлорбен¬
зола (1,56D) и хлоралкана, например хлорэтана (2,00D). Хлор в хлор¬
бензоле подает электроны бензольному ядру, если сравнивать его
с хлором хлорэтана, но сильно оттягивает электроны из бензола, если
в качестве стандарта для сравнения взять сам бензол (т. е. вести срав¬
нение хлора с водородом). О такой возможности сравнения оценок
электронных влияний не следует забывать.Другой пример дезактивирующего действия орто-пара-ориентанта
см. при трифенилоксонии (стр. 121). Так же дезактивируют орто-пара-
ориентанты —СНгС! и —СН —СН—NO2.МЕТАОРИЕНТАЦИЯМета-ориентанты бывают двух родов — действующие благодаря—	М-эффекту или же —/-эффекту. Первые имеют я-связи у ключевого
атома:+ в+^° ,/R
-N	—S==0	—	—С	и т. п.Вторые действуют только благодаря наличию положительного за¬
ряда на ключевом атоме:+ /СН3	fi+/F—N—СНз	—С—F —С—С1 и т. п.^СНз	>4F	^ClВ обоих случаях это действие за счет оттяжки электронов имеет ре¬
зультатом создание положительного заряда на том углероде бензоль¬
ного кольца, который несет мета-ориентант. Мы видели, что атака
электрофильного реагента в орто- и пара-положения по отношению
к любому заместителю также создает положительный заряд на том же
самом углеродном атоме. Поэтому соответствующее переходное состоя¬
МЕТА-ОРИЕНТАЦИЯ43ние и сг-комплекс менее выгодны (энергетически выше), чем у незаме-.
щенного бензола.При атаке же в мета-положения столь невыгодной комбинации не
возникает, и эта атака оказывается наиболее благоприятной. Так как
осуществляется и общая оттяжка электронов из бензольного кольца,
в частности из мета-положений (—/-эффект), то и в мета-положения
атака совершается труднее, чем в незамещенном бензоле, и бензольное
кольцо, замещенное мета-ориентантом, оказывается в целом более пас-
сивным к электрофильным замещениям:Когда идет электрофильная атака производного бензола, содержа¬
щего мета-ориенты, несущие свободные пары электронов, напримерто наряду с вступлением электрофильного заместителя преимуществен¬
но в мета-положение, замещение направляется в довольно значитель¬
ной степени и в орто-положение. Поэтому в данных примерах при нит¬
ровании получаются кроме мета- также и орто-изомеры;По-видимому, это объясняется первичным связыванием атакующего
электрофила р-парами или п-электронами ориентанта с последующим
перемещением электрофила в ближайшее орто-положение;.Й(СНз)з++no2Н NOg65N(CH3)34t +•no2>tsО:—n;\оNO,н—С—ОНО—С-.0н .о
\ //
44БЕНЗОЛ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕОРИЕНТАЦИЯ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯДо сих пор мы рассматривали только электрофильные атаки на бен¬
зольное ядро. Естественно предположить, что наличие сильных мета-
ориентантов, оттягивающих электроны и обнажающих положительные
заряды на углероде, должно способствовать успеху нуклеофильных
атак. Предыдущие рассуждения показывают, что в бензоле, несущем
мета-ориентирующий заместитель, наиболее подвержены нуклеофиль¬
ным атакам должны быть орто- и пара-положения. Действительно,
-М'динитробензол реагирует со щелочью и с амидом натрия, замещая
один из орто- или пара-водородиых атомов на ОН или, соответственно,
на NH2. Этот водород должен покидать молекулу с парой электронов,
т. е. уходить в виде гидриданиона:В данном случае этой иначе энергетически невыгодной реакции спо¬
собствует окисление гидрид-аниона избытком динитробензола в ион
водорода.Заметим, что в ориентирующем действии нитрогруппы при нуклео¬
фильной атаке проявляется ее —Г-эффект, в отличие от электрофиль-
ной атаки, при которой действие нитрогруппы, как и ориентантаМ(СН3)3, ограничивается —/-эффектом. Другими словами, при нуклео¬
фильной атаке на о- или я-углероды нитробензола (или динитробен¬
зола и т. д.) возникающий на этих углеродах отрицательный заряд (за
счет нуклеофила, привязывающегося своей парой электронов) перехо¬
дит на кислород нитрогруппы по системе сопряженных связей.Подобным же образом действуют на л«-динитробензол и 1,3,5-три-
нитробензол натриевые или калиевые производные аминов, например
пиперидина (стр. 298). Изображен только результат реакции:"О—N—О'ОНН ОН no+o2nNO,N•N02 + H:NaNO;Ганч нашел, что и многие калиевые соли «С—Н-кислот», т. е. карб¬
анионы (см. раздел «Карбанионы», стр. 469), нуклеофильно атакуют
тринитробензол, причем в этом случае атака нарушает ароматичность
ОРИЕНТАЦИЯ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ45и останавливается как бы на полпути — гидрид-анион не уходит из
молекулы. Так, тринитробензол в присутствии метилата калия реаги¬
рует с ацетоном следующим образом, давая черно-фиолетовый продукт
присоединения — о-комплекс:0,N-N0,+ОСГК (СН2-С-СН3) ч-> к (СН2=-С-СН3).N0,NO,'ОК+ +N=-Но^сн2—с—СИз
no2Если покидать молекулу продукта приходится не гидрид-аниону,
а, например, аниону хлора, дело происходит гораздо легче. В этом
случае нет необходимости в согласованном действии на место атаки
двух мощных мета-ориентантов, а достаточно и одного. Так, в молеку¬
лах о- и я-нитрохлорбензолов и других аналогичных соединений
имеется, как принято выражаться, «подвижный» хлор (открытие
П. А. Лачинова, А. Н. Энгельгардта), чем эти молекулы отличаются от
хлорбензола, в котором хлор лишь в жестких условиях и медленно
вступает в реакции обмена. Этот подвижный хлор легко обменивается
на нуклеофильные группы (ОН, NH2, SH и т. п.). Причина такой под¬
вижности хлора заключается в нуклеофильиости связанного с ним
углерода, который становится восприимчивым к нуклеофильным атакам
благодаря способности мета-ориентанта компенсировать привнесенный
атакующим нуклеофилом отрицательный заряд:о о~V/N' -а .:0:Н —>••О О-
\+/NCl :0sН	ОНПри атаке в мета-положение такой компенсации не происходит,
поэтому хлор в ж-нитрохлорбензоле «неподвижен».Действие, подобное нитрогруппе, оказывают и другие мета-ориен-
танты. Это явление —лишь иное проявление законов ориентации за¬
мещения в бензольном ядре. Дело, следовательно, не в «подвижности»
галоида, а в возросшей нуклеофильиости связанного с ним углерода.
Разумеется, электроноакценторные заместители в орто- и пара-поло¬
жении облегчают замещение на нуклеофилы не только галоида (и
46ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДАгидрид-аниона), но, и других групп, способных покидать молекулу
в виде аниона (NH2, ОН и др.).При накоплении электроноакцепторных заместителей нуклеофиль¬
ная атака может остановиться на стадии о-комплекса, который в этом
случае достаточно устойчив. Мы уже видели это на примере взаимо¬
действия тринитробензола с анионом ацетона (Ганч, стр. 45). Мейзен-
геймер, действуя этилатом щелочного металла на 2,4,6-тринитроанизол
(анизол — метоксибензол СбНбОСНз), получил продукт присоединенияII,	который лишь в более жестких условиях отщепляет алкоксил, обра¬
зуя продукт замещения метоксила на этоксил (III):ОШ3VКОо
I+ C2H50”Na+сн3о ОС2Н5
OsN^V" К02NOs
II+. CH30*Na+Легко видеть, что cr-комплекс II аналогичен, но противоположен по
знаку сг-комплексам, образующимся при электрофильной атаке, среди
которых тоже встречаются индивидуализируемые соединения
(стр. 30 и 33).ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДАИз сказанного в предыдущем разделе следует, что бензол, его гомологи
и их производные легко подвергаются замещению на хлор или бром, но
только в присутствии катализаторов, так называемых переносчиков
галоида (FeCl3, А1С13, ICI3 и другие галогениды). Общее свойство этих
галогенидов состоит в способности образовывать с анионом галоида бо¬
лее или менее прочные анионы типа [FeClJ-, [А1С14]~, [ICI4]", [FeBrJ-
и т. д.По силе действия переносчики брома располагаются в следующий
ряд (Б. В. Тронов):FeBr3 > А1Вг3 > ZuBr2 > IBr3 > SbBr3 > CuBr2 > S2Br2 > PBr3При действии нейтральной молекулы галоида (только хлора или
бро ма) эта молекула галоида поляризуется в силу захвата (полного
или в совместное обладание) одного из двух атомов молекулы «пере¬
носчиком галоида», причем второй атом галоида получает 6-{--заряд
и действует как электрофильный реагент:
ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДА47Таким образом, хлорирование в ядро бензола и толуола выразится
следующими итоговыми уравнениями;+ Q—-[—ClFeChl8-«++ Cl-[-ClFeCl3]s-Так же происходит и бромирование.Хлорбензол впервые получен в 1865 г. Н. В. Соколовым.При действии большего количества галоида получаются более га-
лоидированные ароматические углеводороды (А. А, Курбатов);Можно прохлорировать бензол избытком хлора в гексахлорбен¬
зол. В качестве побочного продукта гексахлорбензол получается и при
хлорировании в жестких условиях многих алифатических и алицикли-
ческих углеводородов и погонов нефти (Ю. Г. Мамедалиев).Метильная группа толуола при электрофильном хлорировании с «пе¬
реносчиком» остается незатронутой. Если же хлорировать (или броми-
ровать) толуол и другие гомологи бензола на свету, лучше при темпе¬
ратуре кипенпя (в парах), при тщательно обеспеченном отсутствии
железа и других «переносчиков», то галоидирование идет по законам
цепных реакций только в алкильную группу. Толуол при этом после¬
довательно превращается в хлористый (или бромистый) бензил, хло¬
ристый бензилиден и бснзотрихлорид, а этилбензол — в а-хлорэтилбен-
зол и а,а-дихлорэтилбензол. Легко галоидируется именно а-положение
боковой цепи, а более удаленные от бензольного ядра положения —
труднее, а именно так же, как в предельных углеводородах. Это про-•исходит потому, что свободные радикалы типа бензильного СвНбСНгили ос-фенилэтильного СбНбСНСНз, которые фигурируют как проме¬
жуточные продукты в цепной реакции, более устойчивы и, значит, обра¬
зуются с меньшей энергией активации (а, следовательно, и с большей
48ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДАскоростью), чем изомерные им радикалы, например СбН5СН2СН2:С12 ■ ВС> 2С1 • (инициирование цепи)С6Н5СН3 + С1 • —>■ С6НбСН2 + НС1 (звено цепи)СаН6СН2 + С12 —► С6Н5СН2С1 + С1 • и т. д.Таким же путем (пишем лишь итоговое уравнение) образуются хло¬
ристый бензилиден и бензотрихлорид:С6Н5СН3 + 2С12 —► С6Н6СНС12 + 2НС1СбНБСНз + ЗС12 —► С6Н5СС13 + ЗНС1Реакцией электрофильного замещения можно ввести в ароматиче¬
ские углеводороды группу СН2С1 (хлорметилирование). Для этого на
ароматический углеводород действуют формальдегидом (в виде фор¬
малина или параформа) в присутствии хлористого цинка, пропуская
одновременно хлористый водород (Блан):СН20+|Г —> СН2ОН -<-> сн2=о-нАгН + СН2ОН —► АгСН2ОН	АгСН2С1-Н+Интересную реакцию обмена толуола с четыреххлористым углеро¬
дом (225—235 °С) описал Ю. А. Ольдекоп:С6Н6СН3 + СС14—>С6НВСН2С1 + СНС13Иодирование в боковую цепь не идет. Иодированные и фторирован¬
ные в цепь продукты получают путем обмена соответствующих хло¬
ридов с AgF, SbF3, Nal.Иодирование не требует «переносчика галоида», однако оно проис¬
ходит только при наличии достаточно активного ориентанта первого
рода. Ни бензол, ни алкилбензолы иодом непосредственно не иоди¬
руются, но ароматические амины, ациламины и фенолы иодируются
очень легко. Можно, однако, непосредственно проиодировать и бензол,
и его гомологи, если одновременно действовать окислителем на выде¬
ляющийся иодистый водород. Реакция иодирования обратима, йодистый
водород восстанавливает полученный иодбензол (в случае бензола) в
бензол, а окисление иодистого водорода купирует обратную реакцию.
Окисление часто производят йодноватой кислотой. Очень удобно иоди¬
ровать по Тронову, действуя на ароматическое соединение иодом в нит¬
рующей смеси (т. е. смеси концентрированных азотной и серной
кислот).Фторировать ароматические углеводороды неразбавленным элемен¬
тарным фтором нельзя, так как реакция заходит дальше — до образова¬
ния четырехфтористого углерода и фтористого водорода. Поэтому арома¬
тические фторпроизводные получают через диазосоединения по реакции
Шимана (стр. 98). Введение нескольких атомов фтора непосред¬
ственно фторированием бензола при помощи, например, CoF3 или MnF3
приводит к полифторциклогексанам, которые нужно ароматизировать
дегидрофторированием, чтобы получить смесь полифторбензолов.Оказывается, пиролиз при 630—640 °С CBr3F, а также фреонов (на¬
пример, CF2C12) приводит к гексафторбензолу (Дезиран).По Н. Н. Ворожцову мл., Г. Г. Якобсону, В. Е. Платонову гекса¬
фторбензол можно получить нагреванием гексахлорбензола с безвод¬
ным фтористым калием до 450—530 °С. При этом получаются также
ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДА49пентафторхлорбензод, тетрафтордихлорбензолы и другие полигалоген-
бензолы.Гексафторбензол — жидкость, кипящая при 80,26 °С. В гексафтор-
бензоле фтор относительно легко обменивается нуклеофильно. Так, на¬
пример, действуя на него 30%-ным водным раствором аммиака при
150 °С в течение 4 ч, Н. Н. Ворожцов мл. и сотр. получили пентафтор-
анилин (85%) и некоторое количество тетрафтор-л-фенилендиамина.
В близких условиях действием на гексафторбензол водного раствора
едкого натра был получен пентафторфенол. П ентафторхлорбензол
(а также пентафторбромбензол) образуют гриньяров реактив. Исходя
из этих и других первичных соединений, Н. Н. Ворожцов мл. и сотр.
развили целую область химии перфторароматических соединений.В табл. 61 приведены физические свойства галоидбензолов и галоид-
толуолов.Обращает на себя внимание то обстоятельство, что замена водорода
на более тяжелый фтор (в 19 раз тяжелее) практически не меняет
температуру кипения вещества. Это зависит от исключительно малой
поляризуемости фтора (ср. низкие показатели преломления фторпро-
изводных с данными для других галоидпроизводных) и отсюда — мало¬
сти дисперсионных сил (сил Ван-дер-Ваальса). По той же причине
изделия из фторопласта (политетрафторэтилена) не смачиваются ни¬
какими жидкостями.Химические свойства галоидпроизводных
ряда бензолаГалоидные атомы, непосредственно связанные с углеродами бензоль¬
ного ди^ла,.,«неподвижны», они с трудом вступают в реакции нуклео¬
фильного замещения. Наиболее способен к этому типу реакций иод,
наименее — фтор.1.	Ароматические галоидпроизводные (кроме фторпроизводных)
вступают во взаимодействие с литием, натрием и магнием. Иодбензол
и бромбензол в эфирном растворе реагируют с магнием лишь немно¬
гим более вяло, чем галоидные алкилы, и образуют галоидный фенил-
магний. Так же реагируют и гомологи этих галоидбензолов. С хлор¬
бензолом подобная реакция идет при более высокой температуре
(~150°С), поэтому его можно превратить в хлористый фенилмагний
в автоклаве без эфира (П. П. Шорыгин) или в тетрагидрофуране в
обычных условиях. В лаборатории, конечно, предпочтительнее приме¬
нять для гриньярова синтеза бромиды и иодиды. Таким же образом
в эфире или в углеводородном растворе из металлического лития по¬
лучают растворы фениллития, применимые для тех же реакций, что и
растворы галоидного фенилмагния. Обе реакции идут через стадию
образования свободного радикала:C6H6Br+Mg —> CeHs • + • MgBr —> C6H5MgBrСвНвВг —ЬЦ. С6Н5 • -Ы CeH5Li—LiBrЭто ясно из того факта, что в качестве побочного продукта обра¬
зуется довольно много дифенила:2CSHS. —► С6Н5-С6Н5(бромбензол и иодбензол индифферентны по отношению к гриньярову
реактиву).Реакцию галоидбензолов с натрием можно задержать на стадии об¬
разования натрийорганического соединенияМ я	АCsH5Br 	v С6Н5. —> C6H5Na—NaBr
Таблица 61. Галоидные производные бензола и толуола
о о осо8во8со о
00 го«0'«j-а>rf-1Лh-гос>ж—к*W,-н—«—п.яUо!Я юКсхсо а уООО£г ю Й ^
сч °© СЧ 00 CS3^ Я И Я
с. с, а.
я к еUв?0 1Л
О СЧw я
сх
сU Uо в
^ Ю 1;1Л
Щ СЧ С> Сч
СЧ С*СХеоиОи00в оо. 1Л ^ . .1 !2- 2 1 *1Л 0(МоCDСОоt*-гоС-1Й2 221 1 ^ 12 |о1 1Ch-**!тгю1Л 1Л1 1 1-0 11 1Л1Л«—1~—Г Я ^ Я
j: &—' a
сх
к“а.сUС5 •иo'СЧ оогоо>а>8.Sо s*— ЯсхО.всCNоCD00csjОСЧ050500t^.(MоooоQoгоp-<«-N«М•xи у и и_о 00°	со °	о °^ i-^ ем ю сч оо	2£ счCD — g СЧ	О —	СО СЧ(Мс.ясхс: я ,
сх
яГ К
сх
яи о	аГ^о -о	-л о СОЙ^2ш8ч-о1-0 *■*■< ч«м	| —— 00СМ •	- соЯ —' И	*“1 53 «
СХ СХ О.с с	с£ °ооово02Ы<м■м«1C2со00воОвоаз о
сл «л 52со 2оnTS>смсх23sяжа<сQ00О 002 .h-"t^.- 1СО ч*1 1+О.1^00оооCD00*, 00001-0гососчг:00сотр<I I +I IОIоСООСТ)счIfe-оСиол»»вч1со11CN1го1»—^-Г«ч-ч1—.—чякt-*F.я1-—яяt-рfc-чрSJчSfcj*JgSяft;ЯЯя•»о.О.•-51сь&.ОсносоочсхXt-fe-ft;ооос;оооннh-схсхJSоо6нСч’©'>сОсзРЗеЗннЬ-SяО)фОсt:с:*1t-ЯяСО23«5£оо:Г*tW*о5рнооСно.Ооь*чеXчЯслкя35<1)0)Шнччяfe-яяясокяк<1)0)CDооО>я•55»яяяЯнььоояяо.схJTпооfe-сх&Xюtsf5ясхЕ,оонfe-*©"Xяяв.а.нноомГОяЯ<Уа>toиза.Ео«aио■»*•к<£>ОСОКО03£о"5Ки«»mогаоиX£ои(ь£и1Лжtoии£и1(1a<£>ОCQ•NXи£иь	оX	Еи	ол	юX	Ж<а	<ои	исоXоIAX(Оиьи(ОXсоиоишкСОи(при
52ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДАно фенилнатрий реагирует с бромбензоломC6H5Br + CeH5Na —>- NaBr + С6Н6—С6Нбтак что реакцию можно сразу вести как реакцию Вюрца:2C6H5Br + 2Na —»- С6Нб-СбН6 + 2NaBrМожно исходить и из двух разных галоидных арилов или брать га¬
лоидный арил и галоидный алкил:C6H5Br + C2H5Br + 2Na —>■ C6HS—С2Н5 + 2NaBr2.	Галоидные арилы, реагируя с медью, тоже образуют диарил (ре¬
акция Ульманна):2CsH6I + 2Cu —> CeH5—СаН5 + 2CuI3.	Реакции нуклеофильного замещения галоида (но не фтора) в га¬
лоидных арилах катализируются металлической медью (Ульманн),
иногда закисью меди и солями двухвалентной меди, так что в довольно
жестких условиях осуществимы такие типы реакций:С6НбС1 + 2NaOH CsH6ONa + NaCl + Н20
С6Н51 + NaO-С-СНз CaHsO-C-CH3 + Nal•I	1О	ОСбН5Вг + NaCN -% C6H6CN+NaBrВ отсутствие меди хлорбензол также можно прогидролизовать ще¬
лочью, но для этого требуются очень жесткие условия, например про¬
должительное действие 10—20%-ной щелочи при 300 °С и 150 кгс/см2.
Сравнительно недавно найдено, что относительная реакционная способ¬
ность различных атомов галоида зависит от реагента и условий реак¬
ции; пары хлорбензола реагируют с парами воды при атмосферном
давлении и ~500°С на силикагеле, промотированном солью двухва¬
лентной меди (способ Рашига). Этот процесс был положен в основу
одного из способов промышленного получения фенола, впрочем, не
имеющего большой перспективы.Причина инертности та же, что инертности галоида в галоидном
виниле (книга I, стр. 285), и связана с меньшим дипольным моментом
связи С—Hal в ароматических и винильных галогенидах сравнительно
с предельными. Атомы галоида, обладая свободными парами электро¬
нов, взаимодействуют с зх-связями винильной группы и с я-системой
связей бензольного ядра. Это мезомерный эффект (+М-эффект, кн. I,
стр. 175 сл., 234 сл.), который невелик, так как активность р-электро-
нов хлора мала. Напротив, индуктивный эффект хлора (—/-эффект,
т. е. оттяжка электронной пары связи к хлору как очень электроотри¬
цательному элементу) всегда велик, и он наводит положительный за¬
ряд на связанный с этим хлором углерод и далее на орто- и пара-угле-
роды бензола или на p-углерод хлористого винила (он соответствует
орто-углероду бензола). Однако эти б+-заряды в орто-, пара- и, соот¬
ветственно, p-положениях оказываются меньше, чем они были бы, если
бы не мезомерный эффект хлора, имеющий обратное направление
(+А1-эффект, подающий электроны) и уменьшающий упомянутые
б-|--заряды. В справедливости этого утверждения можно убедиться, со¬
поставив дипольные моменты ряда галогенидов (см. стр. 54). Вслед¬
ствие уменьшения 6+ (на орто-, пара- или |3-углеродных атомах хлор¬
бензола и соответственно хлористого винила и их бромистых аналогов)
дипольные моменты этих галогенидов значительно ниже, чем у пре¬
дельных галоидных алкилов, обладающих только —/-, но не -(-М-эф-
ГАЛОИД ПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДА53фектом галоида. Выше уже объяснялось, как наличие —/-эффекта ска¬
зывается на замедлении электрофильных атак на углероды хлорбен¬
зола—они обеднены электронами, оттянутыми хлором. Подобным
образом и хлористый винил, несмотря на слабый +М-эффект, благо¬
даря сильному -/-эффекту в целом (конечно, его углероды), обеднен
электронами. Поэтому присоединение кислот или галоидоводородов
(электрофильная атака) к хлористому винилу идет медленнее, чем
к этилену и тем более к пропилену. Однако электрофильные атаки со¬
вершаются и в ароматическом (в орто- и пара-положения) и в этиле¬
новом галогеннде (в (3-положение).В отношении галоидбензола это было объяснено раньше (стр. 41).
Аналогично объясняется ориентация присоединения протона (электро¬
фильная атака) в 0-положение хлористого винила:Промежуточный катион а явно энергетически беднее катиона б, по¬
тому что хлор легко компенсирует положительный заряд, появляющийся
на соседнем с ним углероде в результате присоединения протона к
крайнему углероду. Это может быть выражено следующим образом:что символизирует уже не присущий покоящейся молекуле малый ме¬
зомерный +М-сдвиг электронов, отраженный в уменьшенном диполь-
ном моменте, а полный таутомерный + Т- (или, что то же самое, элек-
тромерный) сдвиг с передачей пары электронов из свиты одного атома
в свиту другого.Совершенно аналогично дело обстоит с хлорбензолом с той только
разницей, что хлор здесь в состоянии за счет своего +Г-эффекта хотя
бы частично скомпенсировать положительный заряд, внесенный атакую¬
щим электрофилом, например NO2, при атаке в орто- и пара-положения
,(<х-комплексы в и г), но не в мета-положение (о-комплекс (3):Н+ *СН2=СН—СГ+NOsaПодача электронов посредством ’+ Г-эффекта хлора в ядро, обеднен¬
ное его —/-эффектом, доходит только в орто- и пара-положения, где
54ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ ВьНЗОЛЬНОГО РЯДАи происходит (хотя и замедленное) замещение водорода электрофиломзКак указывалось на стр. 41, все четыре галоида — орто-пара-ориен-
танты, замедляющие, однако, электрофильные замещения в бензольном
ядре. -{-./Vf-Эффект фтора больше, чем у других галоидов. Скорости
нитрования фтор-, хлор- и бромбензолов относятся как 5: 1,1:1
(Инголд). Однако при ориентации в орто-положение преимущество
имеет хлор. Так, по данным Н. Н. Ворожцова мл., в случае конкури¬
рующей ориентации хлором и фтором место вступления N02 определяет
хлор. Например, 1,3-дифтор-4,6-дихлорбензол нитруется в орто-поло¬
жение по отношению к обоим хлорам и в мета-положение по отно¬
шению к фторам.Естественно, что уменьшенная полярность связи С—X в галоид-
бензолах и галоидном виниле (-f-Af-эффект, налагающийся на —I-эф¬
фект) снижает обменоспособность галоида. Например, нуклеофильные
атаки ОН", NHJ и CN" на углерод, несущий галоид, здесь гораздо
менее эффективны и требуют более жестких условий, чем в галоидных
алкилах.Как видно из приведенных ниже значений дипольных моментов, у
галоидных винилов и галоидбензолов они действительно значительно
ниже, чем у соответствующих предельных галогенидов:,Углерод, несущий галоид, в ароматических и винильных галогени-
дах менее положителен и менее подвержен поэтому нуклеофильным
атакам. Стоит увеличить его положительность, введя в орто- или пара¬
положение оттягивающую от него электроны электроноакцепторнуюделается способным воспринимать нуклеофильные атаки (см. стр. 44)
и, значит, галоид становится подвижным, легко вступающим в обмен сИнтересно, что фтор в я-нитрофторбензоле еще значительно легче
замещается на нуклеофилы, чем хлор в л-нитрохлорбензоле. Поэтому
нитрофторбензолы, особенно 2,4-динитрофторбензол, широко исполь¬
зуются для введения 2,4-динитрофенильного остатка, например, в кон¬
цевые аминогруппы белков (см. кн. I, раздел «Аминокислоты» и в этой
книге —раздел «Белки»), Напомним, что в предельных соединениях,
наобррот, хлор подвижнее фтора. Такое обращение подвижности легко
объясняется тем, что хотя фтор и подает связанному с ним углероду
свои свободные электроны, но его способность компенсировать наведен¬
ный на этот углерод нитрогруппой положительный заряд гораздо
меньше, чем у хлора.Что касается галоидбензолов, не содержащих электронооттягиваю¬
щих групп, то иногда замещение галоида на нуклеофилы проходит не
прямо, а через предварительное отщепление галоидоводорода с обра¬DD2,091,411,54С2Н5С1 . .
СН2=СНС1
С6Н5С1. .2,0	C2HsBr . .1,44 CH2=CHBr
1,56 С6Н5Вг. .как углероди т. п,
ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДА55зованием нестойкого, в высшей степени реакционноспособного бензина,
или дегидробензола (см. стр. 59), содержащего одну тройную связь
в цикле и способного присоединять воду, аммиак и другие нуклеофиль¬
ные молекулы. Такой вывод (Робертс) был сделан на основании того,
что при действии щелочи на n-хлортолуол образуются два изомера —
п- и ж-крезолы:сн3СНз■^1 ,А,\\ 1онн ,, ОНCI	11Окончательно этот механизм был доказан получением анилина дей¬
ствием аммиака на хлорбензол, в котором хлор был связан с радио¬
активным изотопом углерода 14С:+NH3-nh4ci	„ ^	„"NH2nh2В 50% анилина аминогруппа оказалась связанной с радиоактивным
углеродом, а в 50%—с соседним с ним углеродным атомом. Такое не¬
прямое замещение называется кинезамещением.Совершенно иначе обстоит дело с а-галоидами боковой цепи. В то
время как более удаленные галоиды боковой цепи обладают нормаль¬
ной подвижностью галоида в предельных соединениях, а-галоид более
подвижен. Хлористый бензил — слезоточивое соединение; раздражение
слизистых оболочек носа и глаз — следствие реакционной способности
соединения. Еще большим слезоточивым действием обладает иодистый
бензил — «полицейский слезоточивый газ».Галоидные бензилы гидролизуются и вообще вступают в обмен с
нуклеофилами в спиртовом растворе по реакции первого порядка, что
означает, что они сначала электролитически диссоциируют (медленная
стадия реакции, определяющая первый порядок всего процесса), затем
бензилкатион очень быстро связывается с нуклеофилом. Поскольку кон¬
центрация нуклеофила никак не влияет на скорость электролитической
диссоциации галоидного бензила, скорость реакции пропорциональна
только концентрации последнего (реакция первого порядка):С6Н6СН2С1 —> СвН6СН2 + СГ
С6Н6СН2 + Н:0 —► С6Н6СНгОЙ + Н+Таково течение реакции в хорошо сольватирующих средах с высокой
диэлектрической проницаемостью.Легкость электролитической диссоциации галоидного бензила (срав¬
нительно с галоидными алкилами) объясняется большей стабильностью
(более низким энергетическим уровнем) бензильного катиона сравни¬
тельно с алкильными катионами. Однако когда хлористый бензил гид¬
ролизуется no MexaHH3My.Sjv2, он также реагирует быстрее, чем галоид¬
ные алкилы. Отчасти это^можно объяснить значительным — /-эффектом
фенила.Хлористый бензил широко используется для бензилирования — вве¬
дения бензильной группы.Как всегда, скопление двух и более атомов хлора у одного угле¬
рода делает соединение более стабильным и менее подверженным
56ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДАнуклеофильным атакам. Все же хлористый бензилиден при нагревании
гидролизуется в бензальдегидС5Н5СНС12 + Н20 —► С6Н6СНО + 2НС1а бензотрихлорид при высокой температуре в присутствии серной кис¬
лоты гидролизуется водой (1 моль) в хлористый бензоил — хлорангид-
рид бензойной кислоты:С6Н5СС1з + Н20 —> С6НбС^ +2НС1С1Это промышленный процесс.При избытке воды бензотрихлорид гидролизуется в бензойную кис¬
лоту:С6Н6СС13 + 2Н20 —> С6Н5С^ +ЗНС1ХОНДействием трехфтористой сурьмы бензотрихлорид легко превра*
щается в бензотрифторид:С6Н5СС13 + SbF3 —> C6H5CF3 + SbCI3Это соединение исключительно устойчиво, совершенно не гидроли¬
зуется и не склонно вступать в реакции обмена. Группы СС13, и осо¬
бенно CF3, — сильные мета-ориентанты, пассивирующие бензольное ядро
к электрофильным атакам.СОЕДИНЕНИЯ С МНОГОВАЛЕНТНЫМИ ГАЛОИДАМИРаньше всех(90-егоды XIX столетия) стали известны органические со¬
единения многовалентного иода, открытые В. Мейером. Разработанный
им синтез органических соединений трех- и пятивалентного иода таков:/Cl 2Ag20 + H80
С6Н51 + С12 —у C6H6l( 	>• СвН51=0ХС1фенилиодидхлорид	иодозобензолПри нагревании иодозобензола до 100 °С он диспропорционируется,
давая иодбензол и иодобензол:перегонка	гчс паромС6Н51=0 	»- С6Н61 + С6Н5-Киодбензол иодобензолИодобензол — своеобразное фенилирующее средство, обменивающее
группу C6Hs на О2-, чем и объясняется течение столь необычной ре¬
акции:С6Нзч+ _СбН51=0 + C6H6I + AgOH —►	I ОН + AgI03%о	с6н/гидроокисьдифенилиодонияСбНбч +	СеНбч)i он + HCi —> ;i-ci + н2оС6Н5/	С6Н</днфенилиодоний*
хлорид
СОЕДИНЕНИЯ С МНОГОВАЛЕНТНЫМИ ГАЛОИДАМИ57Однако путь синтеза этих веществ по В. Мейеру относительно
сложен.Может быть наиболее нагляден путь синтеза некоторых типов орга¬
нических соединений многовалентного иода, осуществленный одним из
авторов этой книги и P. X. Фрейдлиной. При действии на треххлористый
иод дифенилртутью хлор замещается на фенил, и в зависимости от взя¬
тых соотношений реагентов можно осуществить две реакции:1C 13 + (C6H5)2Hg —► C6H6ICl2 + C6H5HgClфенилиодид-хлоридIC13-j-2(C6H5)2Hg —> (C6H6)2IC1 + 2C6H5HgClдифенилиодо-нийхлоридВторая реакция, возможно, проходит в две стадии: образующийся
по первой реакции фенилиодидхлорид затем претерпевает реакцию
Вильгеродта:СбН61С!2 + Hg(C6H5)2 —* (СеН5)21С1 + C6H6HgClФенилиодидхлорид СбЬЩСЬ, который можно получить и прямым
действием хлора на иодбензол, растворенный, например, в хлорофор¬
ме,— желтое кристаллическое вещество, постепенно разлагающееся на
хлористый водород и /г-иодхлорбензол. При действии на CsHsICh ще¬
лочью получается иодозобензол:C6H5ICl2 + 2NaOH —> С6Н51=0 + 2NaCl + Н20Иодозобензол — слабое основание и с некоторыми кислотами обра¬
зует солеобразные производные:ОIIJO	/ОС-СНзCeHsI=0 + 2CH3C^ —* CsH5l(	+н20Х)Н	Х)С-СН3АИ иодозобензол и иодбензол при действии кислоты Каро окисляются
в иодобензол:н°-°чC6H5I+2	V —>■ C6H5i; +2H2S04НО' ^о	^оиодобепзолИодосоединения и, в частности, иодобензол — кристаллические бес¬
цветные взрывчатые вещества. И иодобензол и иодозобензол' восста¬
навливаются (например, H2SO3 или HI) в иодбензол.Дифенилиодонийхлорид (СбН5)21С1 образует растворимые в воде кри¬
сталлы; в растворе он электролитически диссоциирует на катион дифе^-
нилиодония (СбНб)21+ и анион С1"\ который легко обменять на любой
другой анион. При действии AgOH получается раствор гидроокиси+дифенилиодония (C6H5)2l ОН — основания, окрашивающего лакмус
в синий цвет. По своим аналитическим характеристикам катион ди¬
фенилиодония напоминает катион одновалентного таллия (образует не¬
растворимые иодид, хромат, сульфид, растворимую гидроокись). При
нагревании до температуры плавления галоидные соли дифенилиодония
распадаются:(С6Н6)21Х —> CSH5I + С6Н5Х
58ГАЛОИДПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛЬНОГО РЯДАДифенилиодонийиодид (CeHsbll — димер иодбензола, превращаю¬
щийся в него при плавлении. Распад дифенилиодониевых солей в вод¬
ном растворе идет гетеролитически, а в неионизирующих средах — го-
молитически, что ясно из следующих типичных реакций:(С6Н5)211 + Hg	> C6H5HgI + C6H5Iчерез стадию—*■ с»вд + с«н>- +(СвН5)|1С1 + ног —>-свн5он + С6Н51 + сгС6Н51 + С6Н5+ + CL-1Проще всего получать соли иодония прямым действием раствора
йодноватой кислоты в серной кислоте на ароматический углеводород
(Мэссон):свн£ч+ _2С6Н6 + НО—1^ + H2S04 —► )l S04H + 2НаО + О
'О	C6HS/Мэссон открыл, а Беринджер подробнее исследовал новый тип ди-
арилиодозиловых солей, получаемых конденсацией иодосоединений с
бензолом или его производными в щелочной среде с последующим под-
кислением:+	НС1	+СвН6Ю2 + С6Нв —► Сен5—I—С6Нв —► Санв—I—с6н5I) ОН	I) сгВ 1950—1960 гг. одним из авторов совместно с Т. П. Толстой полу¬
чены и изучены хлорный и бромный аналоги дифенилиодониевых солей
(СбН5)2С1+ X- и (СбНб)2Вг+ X-. Способ их получения через диазониевые
соединения см. стр. 100. Смысл его состоит в том, что генерированный
из фенилдиазониевой соли фенил-катион С6Н5 атакует свободную пару
электронов хлор- или бромбензола, и образуется катион галогенония —
дифенилхлорония или дифенилбромония:••	С6Н5Ч +С6н6-С1: + с6н£ —► ХС1*с,н/"Если X' — прочный комплексный анион, такой, как BFI или HglJ,
соли обоих дифенилгалогенониев вполне устойчивы и разлагаются
лишь— (C6H5)2Br-BF4 при 120°С и (C6H5)2CbBF4 при 110°С. Галоид¬
ные соли гораздо менее прочны; так, (С6Н5)2Вг1 разлагается при 81 °С,
а (С6Н5)2СП — при 56°С.Соли дифенилбромония и дифенилхлорония по химическим свойствам
похожи на соли дифенилиодония, но еще легче вступают в реакции
с нуклеофилами: уже на холоду реагируют с водным раствором ще¬
лочи по схеме:(С6Н6ЬС1 X* + ОН' —> СсН6ОН + С6Н6С1 + X'через стадиюCeikiYеда..
ДЕГИДРОБЕНЗОЛ (ЦИКЛОГЕКСАДИЕНИН, «БЕНЗИН»)59Они способны к гомолитическому распаду и реагируют с металлами
подобно солям дифеннлиодония:(C6H0)2CI—I + Hg C6H6HgI + CeHsCIВ реакциях синтеза солей дифенилбромония и дифенилхлорония сво¬
бодные пары электронов галоида исходного галоидбензола обусловли¬
вают проявление галоидом нуклеофильных свойств. Это редкие реакции,
где ковалентно связанный галоид реагирует подобно трехвалентному
азоту и двухвалентному кислороду; в последних, однако, свободные (не-
поделенные) пары электронов гораздо активнее.Соли дифенилбромония и дифенилхлорония чувствительны к нуклео¬
фильным реагентам и ими разлагаются, но к действию электрофильных
реагентов они устойчивы. Например, борфторид дифенилбромония
можно в жестких условиях пронитровать нитрующей смесью и получить
борфторид ди-(лг-нитрофенил)-бромония. Таким образом, положительно
заряженный галоидный атом бромония — резко выраженный мета-
ориентант.В 1958 г. Остерлинг и сотр. описали перхлорильные производные/°бензола и его производных, содержащие группу —С1=0. Перхлорил-'Чобензол (жидкость с т. пл. —3°С, т. кип. 232°С, е?4 = 1,185) получается
при пропускании газообразного фторангидрида хлорной кислоты FCIO3
в теплый бензол в присутствии хлористого алюминия:ОAicis	IIC6H6 + FC103 	С3Нб—С1=0 + HFОн выдерживает нитрование нитрующей смесью (в мета-положение)
и сульфирование при температуре до 280 °С, но при кипячении со ще¬
лочью постепенно гидролизуется до фенола. Получены перхлорильные
производные и для гомологов бензола.Перхлорильные соединения взрывчаты.ДЕГИДРОБЕНЗОЛ (ЦИКЛОГЕКСАДИЕНИН, «БЕНЗИН»)Виттиг открыл замечательную реакцию образования дегидробензола при
действии амальгамы лития на о-фторбромбензол:Наличие в продуктах реакции дегидробензола констатируют по его
реакциям, так как вещество неустойчиво и не было выделено в свобод¬
ном состоянии. Если нет подходящего реагента, оно димеризуется в ди¬
фенилен и тримеризуется в трифенилен:
60СУЛЬФОКИСЛОТЫ И ДРУГИЕ СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯВ присутствии диена, выдерживающего условия реакции (например,
не полимеризующегося), проходит диеновый синтез, причем дегидро-
бензол играет роль диенофила (стр. 259). Подходящим диеном является
фуран:0| + °0н+СУЛЬФОКИСЛОТЫ И ДРУГИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ
СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯРеакция сульфирования в ряду бензолаБензол медленно сульфируется при приливании его при встряхивании
(уже при комнатной температуре) в 100%-ную серную кислоту (так
называемый моногидрат) и быстрее — при действии олеума (серная
кислота, содержащая растворенный серный ангидрид):ОIIс6не + h2so4 —► C6H6-S—он + н2оАбензол сульфо¬
кислот аВыделяющаяся вода разбавляет серную кислоту, и скорость сульфи¬
рования быстро падает, поэтому необходимо брать избыток серной кис¬
лоты. Если порядок введения реагентов в реакцию обратный, то в из¬
бытке находится углеводород, что приводит к получению дифенилсуль-
фона в качестве побочного продукта;О2С6Н6-f H2S04 —► С6Н5—S-C6H5+2НгОдифенилсульфонБензолсульфокислоту отделяют от серной кислоты одним из двух
способов.1.	Выливают реакционный раствор в концентрированный раствор
поваренной соли. При этом оседает бензолсульфокислый натрий, кото¬
рый, как и большинство натриевых солей сульфокислот, мало растворим
в растворах поваренной соли.2.	Осаждают серную кислоту баритовой водой. Тогда бензолсульфо¬
кислый барий остается в растворе и свободную сульфокислоту можно
получить, добавляя точно эквивалентное количество серной кислоты (до
прекращения выпадения BaS04) и выпаривая досуха фильтрат. С каль¬
циевыми солями отделение менее полное вследствие некоторой раство¬
римости гипса. Соли сульфокислот со щелочноземельными металлами
все растворимы в воде.Сульфокислоты — сильные кислоты, порядка серной кислоты.Толуол сульфируется легче, чем бензол, образуя смесь о- и п-толуол-
сульфокислот. В целом реакция сульфирования — типичная реакция
элект|Ч фильного замещения и подчиняется правильностям, изложенным
СУЛЬФОКИСЛОТЫ И ДРУГИЕ СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ61на стр. 34. Поскольку сама сульфогруппа мета-ориентант, вторая суль-
фогруппа вступает в бензол в мета-положение к первой, а полученная
так (действием олеума) лг-бензолдисульфокислота уже настолько пас¬
сивирована наличием двух сильных мета-ориентаитов, что третью суль-
фогруппу ввести сульфированием в бензол не удается.Доказательством прямой связи серы с углеродом (а не через кис¬
лород, как в эфирах серной кислоты) в сульфокислотах служит их гене¬
тическая связь с меркаптанами. При восстановлении самыми сильными
восстановителями сульфокислоты превращаются в меркаптаны, а при
окислении меркаптанов азотной кислотой образуются сульфокислоты:i.iAiH,С6Н6— S03H ——> C0H5-SHPC15	H2S04 + ZnC6H6S03H 	► CeH5S02Cl 	>- С6Н6—SHHNO3С6Н6—SH 	► СвН6—SO3HФункциональные производные сульфокислотСульфокислоты ароматического ряда, как и вообще сульфокислоты, об¬
разуют следующие функциональные производные, получаемые приведен¬
ными ниже реакциями.Хлорангидриды сульфокислот можно синтезировать, действуя пяти¬
хлористым фосфором на сульфокислоту или на ее сольО	ОII	IIС6Н5—s—ONa + РС15 —► CSH6—S—Cl+ POCI3 + NaClII	IIО	Оили сульфируя углеводород хлорсульфоновой кислотой, взятой в из¬
бытке:ОIIС6Но + 2CISO3H —► Свн6—S—С1 + НС1 + H2S04ОСложные эфиры сульфокислот получают реакцией этерификации
о	оAr—S—ОН + ROH ч=± Ar—S—OR + Н20ii	АО	Оили действием хлорангидрида сульфокислоты на спирты:О	оII	IIAr—S—Cl + ROH —► Ar—S—OR + HCIА	оСложные эфиры сульфокислот, как и сложные эфиры серной кис¬
лоты,— алкилирующие агенты, находящие практическое применение:О	О
62СУЛЬФОКИСЛОТЫ И ДРУГИЕ СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ4Здесь ROH может быть спиртом, фенолом, карбоновой кислотой;
можно алкилировать и амины.Амиды сульфокислот получают действием аммиака, а замещенные
амиды — действием аминов на'хлорангидриды сульфокислот:О	ОII	IIАг—S—C1+2NH3 —> Аг—S—NH2 + NH4CIА	ААмиды сульфокислот дают с NaOH соли типа ArS02NHNa.При хлорировании амидов сульфокислот один или оба водорода
амидогруппы замещаются на хлор и получаются так называемые хлор-
амины, гидролизующиеся с образованием НОС1 и исходного сульф¬
амида и обладающие сильным дезинфицирующим действием.СН3IСНз1ЛЛУV1o=s=oоII-СО-11О1NHC1nci2хлорамин Тдихлорамии ТNHC1	NC12хлорамин Б дихлорамин ВРеакции сульфокйслот с замещением сульфогруппыИз таких реакций важнейшей является реакция «щелочного плавления»
(Кекуле), при помощи которой до сих пор еще получают синтетический
фенол:ОIIСоНв— S-ONa + 2NaOH —► CeH5ONa + Na2S03 + H20AЗдесь примечательно восстановление серы до четырехвалентной за
счет окисления атома углерода, получившего в результате реакции связь
с кислородом.Аналогично проходит не имеющая существенного препаративного
значения реакция с солью синильной кислоты (М. Г. Кучеров);ОIIC6HS—S—ONa + NaCN —► С6Н6—Сзг N + NaaSOa
Другие сернистые функции ароматического рядаВосстановление хлорангидридов сульфокислот цинком с кислотой при¬
водит к не слишком устойчивым слабым сульфиновым кислотам01	Zn + HCl	S
Аг-S—Cl 	► Аг—SА\ОНкоторые легко окислить в сульфокислоты или восстановить в меркап¬
таны.
НИТРОСОЕДИНЕНИЯ РЯДА БЕНЗОЛА63Хлорангидриды кислот реагируют с ароматическими углеводородами
в присутствии хлористого алюминия, образуя сульфоны:О	ОII	А1С1з	IIAr—S-C1 +СсН6 	-> Ar-S—C6HS + НС1Сульфоны очень прочные соединения. Сульфонная группа — сильный
мета-ориентант, пассивирующий бензольные циклы к электрофильным
замещениям. Сульфоны очень трудно восстанавливаются в сульфиды.Дифенилсульфид окисляется в две стадии: рассчитанным количе¬
ством окислителя (например, II2O2) в дифенилсульфоксид (C6H5)2S—»0,
а избытком сильного окислителя в дифеиилсульфон (C6H5)2S02.Меркаптаны при действии слабых окислителей превращаются в ди¬
сульфиды1'22C0H5SH —► С6Н5—S—S—С6Н6 + 2HIа при действии сильных окислителей дают сульфокислоты.Как и жирные меркаптаны, ArSH образуют характерные прочные
бесцветные нерастворимые меркаптиды с Hg2+, Pb2+ и катионами дру¬
гих тяжелых металлов.НИТРОСОЕДИНЕНИЯ РЯДА БЕНЗОЛАО	строении нитрогруппы см. кн. I, стр. 202. Обычным нитрующим сред¬
ством служит нитрующая смесь, т. е. раствор концентрированной азот¬
ной кислоты (60—100%-ной) в концентрированной серной кислоте.
В таком растворе азотная кислота ведет себя как основание:HONO, + 2Н, S04 4=* NOs S04H + H30+ + HS07Нитроний-катион и является электрофильным нитрующим агентом.
Сама азотная кислота нитрует гораздо более медленно, а так как она
сильный окислитель, то сказываются или преобладают окислительные
реакции.Реакции последовательного нитрования бензола изображаются так:no2NO,	N02	NO,На второй стадии нитрования получаются также небольшие коли¬
чества о-динитробензола.
64НИТРОСОЕДИНЕНИЯ РЯДА БЕНЗОЛАТаблица 62. Ароматические иитросоединеиииФормулаНазваниеТемпература
плавления, °Сc6h5no2C6H4(N02)2CsH3(N02)3CH3CsH4N02ch3c6h3(no2)2CH3C6H2(N02)3ClCeH4N02BrC6H4N02ic6h4no2НитробензолДинитробензол
о-, или 1,2-м-, или 1,3-я-, или 1,4-Тринитробеизол1,3,5-1.2.3-1.2.4-Нитротолуол
о-, или 1,2-м-, или 1,3-
или 1,4-2,4-Динитротолуол2,4,6-Т ринитротолуолНитрохлорбензол
о-, или 1,2-
м-, или 1,3-
п-, или 1,4-Нитробромбензол
о-, или 1,2-
м-. или 1,3-
п-, или 1,4-Нитроиодбензол
о-, или 1,2-м-, или 1,3-или 1,4-5,711889,57173,5123127,561,0-4,1
(Р-форма)
-10,6
(а-форма)
+ 15,5
51,370,580,732,544.483.542.056.0
127,049,436,0171,5
НИТРОСОЕДИНЕНИЯ РЯДА БЕНЗОЛА	65Температура кипения, °СПлотность d.Показатель прелом»20Дипольный момент
|Х в бензоле при 20 °С, D210,9319(при 773 мм рт. ст.)
302,8(при 770 мм рт. ст.)
299(при 777 мм рт. ст.)Возг.222,3231.0238.0300(разл.)240(взрыв.)245,7235,5242261256,5256,0290.0280.0
288,11,20301,565
(при 17 °С)
1,571 (dj)1,6251,688
1,73 (4е)1,16301,15711,12861,521
(при 15 °С)1,6541,368 (df)
1,5341,520 («*«■)1,6245 (<*“)
1,7036
1,934 (rff)1,810 (<*>•)
1,804 (rfi6)
1,809 (dj5'5)1,55291,54741,5475
1,5346
(при 62,5 °C)1,6621,59793.975.98
3,78
0,000,8
3,69; 4,224.174,444 ЧЧ
(при 25°С)1,15(при 25 °С)4,333,402,574,203,412,653,92
(при 22 °С)
Ч 44
(при 22 °С)
3,04
(при 22 °С)3 Зак. 79
66НИТРОСОЕДИНЕНИЯ РЯДА БЕНЗОЛАТринитробензол (идеальное бризантное взрывчатое вещество) обра¬
зуется лишь в жестких условиях и с плохим выходом. Несмотря на
усилия химиков многих стран, во время второй мировой войны осуще¬
ствить эту реакцию с приемлемым выходом не удалось.Толуол, как все алкилбензолы, на всех стадиях нитруется легче, чем
бензол. Вот стадии его нитрования:сн.no2СН,02NvСНзno2no2NOsТаким путем получается 2,4,6-тринитротолуол (тол, или тротил) —
бризантное взрывчатое вещество, служащее для начинки снарядов.
В отличие от 1,3,5-тринитробензола тротил получается с хорошим вы¬
ходом.Нитрование м-трет-бутилтолуола до тринитропродукта приводит к образованию
«искусственного мускуса», имеющего запах, подобный запаху естественного мускуса
(кп. 1, стр. 540). Формулы ряда искусственных мускусов приведены ниже:02NС(СН3)замбровыймускуснеточныймускусОни находят применение в парфюмерии в качестве душистых веществ и фикса¬
торов запаха.При действии на толуол разбавленной азотной кислоты при высокой
температуре (100—150 °С) электрофильное нитрование в ядро подав¬
лено разбавлением азотной кислоты, и происходит гомолитическое ни¬
трование толуола по цепному механизму в метальную группу (М. И. Ко¬
новалов, А. И. Титов):СбН5СН3 + • N02 —* СбНБСН2 • + HN02СВНБСН2 • + HONO* —> CeH8CH2N02 + НОинициирование реакции
(одна из возможностей)СвН6СН3 + • ОНс6н6сн2. + н2звено цепиВ а-положение в этих условиях нитруются и гомологи бензола с бо¬
лее длинной боковой цепью.
ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИИ67Тот же ос-нитротолуол можно получить, действуя хлористым бензи¬
лом на нитрит натрия (см. также кн. I, стр. 201):С6Н6СН2С1 + NaN02CeH6CH2N02 + NaClНитротолуол — одно из немногих нитросоединений, для которого
можно изолировать непрочную сильнокислую д^ы-форму (см. кн. I,
стр. 204), таутомерную с ос-нитротолуолом:CeHeCHjNCb + NaOHCSH5— CH=N.Nd"НС1	+ /’Na+ "TTTt СвНв—CH=N.—NaCiO"OHCjHB-CH=N;O'CSH5—CH2—N:OHO'оачи-формаМононитропродукты, выпускаемые промышленностью в огромных
масштабах, применяются главным образом для дальнейшего восстанов¬
ления в амины (см. раздел «Ароматические амины»). Эта реакция
|(Н. Н. Зинин) служит доказательством того, что азот нитрогруппы
соединен с углеродом прямо, а не через посредство кислорода.Физические свойства ряда ароматических нитросоединений приве¬
дены на стр. 64 в табл. 62.ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ НЕПОЛНЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ
НИТРОСОЕДИНЕНИЙЭлектрохимическое восстановление нитросоединений в зависимости от
среды (кислой или щелочной) и плотности тока приводит к серии про¬
дуктов, содержащих новые для нас функциональные группы, включаю¬
щие азот;кислая среде	щелочная среда.	CeH5N02 '	jнитробензолc6h5-n=oнитрозобензолС„Нб—N=N—С6Н6А-азокснбензолC6H5-NH-OHфеннлгидрокснламннС6Н5—N=N—С6Н6
азобензолС(Н8—NH—NH—С6Н5гидразобензол	* CeH6NH2 <	1анилинКаждый из этих продуктов может быть получен также восстанов¬
лением нитросоединения посредством подходящего реагента. Конечным
продуктом серии восстановлений и в кислой и в щелочной среде яв¬
ляется первичный амин — анилин.3*
68ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИЙВ табл. 63 приведены физические свойства продуктов неполного вос¬
становления нитробензола.Таблица 63. Продукты неполного восстановления нитробензолаФормулаНазваниеТемператураплавления.°СТемпературакипения,°сПлотностьа?СвН5—N=0Нитрозобензол6859(при 18 мм—CeH5-N=N-CeH6Азобензол68рт. ст.)
2931,203CeHg—N=N—СвНв
£Азокснбензол36Разл.1,2460С6Н6—NH—NH—С6Н6Гидразобензол, нлн126; 131Разл.1,158 (dj®)днфенилгидразинСвН6—NHOHФеннлгндрокснламнн82——НитрозобеизолВосстановление нитробензола в кислой среде трудно задержать на ста¬
дии образования нитрозобензола. Последний легче получить окислением
следующего продукта восстановления нитробензола — фенилгидроксил-
амина (Бамбергер). Это и есть обычный путь синтеза нитрозобензола:ЗС6Нв—NHOH + Н2Сг207 + 6Н+ —► ЗСвНБ—N=0 + 7Н20 + 2Сг3+В последние годы опубликован и прямой метод восстановления ни¬
тросоединений в нитрозосоединения пентакарбонилом железа Fe(CO)s.Ароматические нитрозосоединения — бесцветные кристаллические ве¬
щества, димерные в твердом состоянии. В растворе, расплаве и в форме
пара они диссоциируют на две молекулы мономерного нитрозосоедине¬
ния, имеющего изумрудно-зелено-голубую окраску, причем устанавли¬
вается равновесие:2CeHBN0 =<=fc [CeH5NO]2Димер нитрозосоединения имеет строение, аналогичное разбираемым
далее азоксисоединениям *:С6Нб—N=N—С8Н6	СвНб—N=N—СвНвI	i	4;О О	одимер ннтрозобензола	азокснбензолВозможно, этим объясняется легкое восстановление нитрозосоедине-
ний в азокси- и далее в азосоединения.Доводом в пользу такой структуры димера является открытое не¬
давно существование геометрической изомерии димеров нитрозосоедине-
ний в жирном ряду. Что касается ароматических нитрозосоединений, то*	Напоминаем, что знаки—N= н — N=£	о-эквивалентны и обозначают семиполярную связь — ковалентную пару электронов, свя¬
зывающую атомы, несущие полный ионный положительный И отрицательный заряд.
ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИЙ69для них также существуют цис- и транс-изомеры (или, что то же, син-
и ангы-изомеры). Однако сам димерный нитрозобензол известен только
в ^ис-форме, как показывает аналогия его ИК,- и раман-спектров с за¬
ведомой цис-формой о,о'-нитрозобифенила (он бесцветен, но моно¬
мерен)Оу ,0
°\	N=N/ \Для обоих веществ получаются две полосы поглощения между 1389
и 1397 см-1 и полоса при 1409 см-1; для ароматических транс-днмеров
наблюдается единственная полоса поглощения между 1253 и 1299 см-1.Другие пути образования ароматических нитрозосоединений: дей¬
ствие N2O3 или C1NO на металлоорганические соединения, например
на дифенилртуть; бензольное ядро, содержащее сильные ориентанты
первого рода [—ОН, —N(CH3)2], индифферентные к азотистой кислоте,
может быть прямо пронитрозировано в водном растворе действием
азотистой кислоты:-ОН + НО—N=0 —>- 0=N——ОНN(CH3)2 + H0-N=0 —► 0=N——N(CH3)2Нитрозирование проходит на холоду в кислом водном растворе и
идет практически нацело в пара-положение.Нитрозофенол — особый случай нитрозосоединения. В его растворах
наблюдается таутомерия нитрозофенольной и хиноноксимной форм (ср.
стр. 110, таутомерия нитрофенолов):0=N—/ГЪ—ОН «=> НО—N={ >=0Положение таутомерного равновесия зависит от применяемого рас¬
творителя.Нитрозодиметиланилин также отличается от обычных нитрозосоеди¬
нений. Вследствие согласованного взаимодействия электронодонорной
диметиламиногруппы и электроноакцепторной нитрозогруппы его струк¬
тура заметно смещена в сторону хиноидной формы (см. стр. 143), и он,
как образно говорится, представляет собой резонансный гибрид:0=N——N(CH3)2 -f-> '0-N=/ \=N(CH3)2Это обнаруживается по увеличенному дипольному моменту, бато-
хромному сдвигу светопоглощения и неспособности образовать димер.
Иное взаимодействие двух нитрозогрупп наблюдается в о-динитрозобен-
золе, который по существу является гетероциклом — бензфуразаномНитрозосоединения способны к многочисленным реакциям конден¬
сации. Они реагируют с выделением воды с соединениями, содержащими
70ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИИгруппировку H2N—X (будут разобраны далее в этом разделе), и с со¬
единениями, имеющими подвижную метиленовую группу. Например:°Ч /R	°Ч /RС	СС6Н6—N=0 + H2C^ —► C6H6-N=C(/ + Н20\с	\сNr	о/ N*анил трикетонаО	О'К 11CeH6-N=0 + [^jJ^^)CH2 —* j^jj^^c=N-c0H5 + н2оNH	NHанил изатина*Вторая группа реакций — присоединения к нитрозогруппе с образо¬
ванием четырехчленного цикла:(С6Н6)2С—СН2
С6Н6— N=0 + (С6Н6)2С=СН2 —►	| |СеН5—N—ОС6Н6—N—ОС6Н5—N=0 + R—N=CH2 —►	Ч |Н2С—N—RНаконец, с диенами идет диеновый синтез, в котором нитрозо-
группа выступает в роли диенофила (Ю. А. Арбузов):_^СН2 уС6Н6	СВСН	N	Н(Г >'~С«Н=сн +о	нсХ/0
Ч:н2	сн’ФенилгидроксиламинФенилгидроксиламин получают восстановлением нитробензола (в виде
взвеси в водном растворе хлористого аммония) посредством цинковой
пыли. Из водного раствора фенилгидроксиламин высаливают поварен¬
ной солью. Это — бесцветное кристаллическое вещество с запахом, раз¬
дражающим слизистые оболочки носа. Фенилгидроксиламин очень
легко окисляется и темнеет на воздухе, а при более энергичном окисле¬
нии превращается в нитробензол. С нитрозобензолом в щелочной среде
он образует азокснбензолС„Н6—NHOH + 0=N—С6Н6 —► СвН5—N=N—С6Н6 + HsO4чем и объясняется появление азоксисоединения при восстановлении ни¬
тробензола в щелочной среде.Фенилгидроксиламин — очень слабое основание. Замечательным (и
используемым) свойством фенилгидроксиламина является перегруппи-*	Анилами (стр. 131) называются продукты взаимодействия ароматических аминов
с оксосоединениями, например:°\CeH5NH. + ^С—С0Н6 —> С6Н6—N=CH—С6Н6 + Н20
IV
ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИИ71ровка (изомеризация) его при нагреванни с кислотой в более сильное
основание — /г-аминофенол:—NHOH	НО——NHSл-Аминофенол — известный фотопроявитель. Проявителями служат и его произ*
водные:NH—СНзФОНметолПромышленный процесс получения n-аминофенола осуществляют
иногда электрохимически в одной ванне, восстанавливая нитробензол и
перегруппировывая фенилгидроксиламин.АзоксибензолгАзоксибензол, полученный впервые Н. Н. Зининым, можно синтезиро¬
вать восстановлением нитробензола метилатом натрия:4CeH5—N02 + 3CH3ONa —► 2С6Н5—N=N—С6Н6 + 3HCOONa + 3H20IОВ свою очередь азоксибензол восстанавливается (посредством Zn,
Fe) в азобензол. Несимметричное положение кислорода в азоксибен-
золе следует из существования изомерии типа (Анжели):Аг—N=N—Аг' и Аг—N=N—Аг'I	IПри окислении Аг—N = N—Аг' получаются оба изомера. То же про¬
исходит и при реакции:Аг—NHOH + О—N—Аг' —* [Аг-NH-N-Ar'] [Ar-N-N-Ar'J ——*■||	. |	-н2оНО О	НО он—>. Аг—N=N—Аг' + Аг—N=N—Аг'I	IО	ОНагревание азоксисоединений в кислой среде ведет к их перегруп¬
пировке в n-оксиазосоединения (перегруппировка Валлаха):н+CeHs—N=N—CeHs 	► НО—СВН4—N=N—С6Н6IОПо М. М. Шемякину, азоксибензол передает кислород в пара-поло¬
жения обоих фенилов, что доказывается опытом с азоксибензолом, со¬
держащим один меченый атом азота (изотоп ,CN). О том, что промежу¬
точно образуется симметрично построенная молекула, свидетельствует
72ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИИвосстановление в смесь продуктов взаимодеиствия анилина и я-амино-
фенола с эквивалентным распределением между ними 15N:о	L о<§)~N=N-^O}-0HHiАзобензолАзобензол получается восстановлением нитробензола станнитом натрия
и многими другими восстановителями в щелочной среде:2С6Н6—NOj + 4Sn(ONa)2 —>- CeH6—N=N—С6Н6 + 4Na2Sn03
Его можно получить и реакцией нитрозобензола с анилином:С6Н6—N=0 + H2N-CeH6 —*■ C6H5-N=N-CeH6 + Н20Все эти реакции приводят к азобензолу с т. пл. 68 °С. При облучении
ультрафиолетовым светом этот азобензол превращается в свой мало¬
устойчивый геометрический изомер, энергетически более богатый (при¬
мерно на И ккал/моль) и имеющий т. пл. 71 °С. Это цис-транс-иэомерия,
которая для случаев геометрической изомерии с участием азота обычно
обозначается как син-анги-изомерия:—N:	—Ns:N——Nsобычный транс-, или	цис-, или син•анги*азобензол	азобензол(т. пл. 68 °С)	(т. пл. 71 °С)син-Азобензол — неплоское соединение, так как при плоском распо¬
ложении бензольные остатки наложились бы друг на друга. Вопрос о
конфигурации обоих соединений был решен рентгеноструктурным ис¬
следованием.С геометрической изомерией, обусловленной расположением замести¬
телей вокруг атомов азота при двойной связи, мы уже встречались при
рассмотрении нитрозосоединений. В дальнейшем мы еще встретимся
с этим явлением, особенно хорошо изученным на примере альдоксимов
и кетоксимов. Дело в том, что двойная связь N = N (а также связь
C = N в оксимах) не допускает, как и С = С-связь, свободного враще-
Nния, а угол о/ отличен от 180° (он ближе к 120°). Последнее об¬
стоятельство связано с тем, что неподеленная (свободная) р-пара элек¬
тронов азота требует места.Азобензол — основание, еще более слабое, чем фенилгидроксиламин.
Он растворим в концентрированной серной кислоте, но высаживается
из нее водой вследствие гидролиза образовавшейся соли. Такая соль
в среде концентрированной серной кислоты легко отнимает у множества
типов органических соединений водородный атом с двумя электронами
(гидриданион) и, превращаясь в гидразобензол (стр. 73), перегруппи¬
ровывается в бензидин (А. Н. Несмеянов, Р. В. Головня).Азогруппа представляет собой одну из важнейших функций арома¬
тического ряда, и многочисленные азосоединения в виде азокрасителей
ФУНКЦИИ, ОБРАЗУЕМЫЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ НИТРОСОЕДИНЕНИИ73в очень больших количествах готовятся синтетически. Однако способ
создания азогруппы в синтезе азокрасителей иной (через диазосоедине¬
ния) и будет изложен после рассмотрения диазосоединений.Азобензол представляет собой легкоплавкие, растворимые в органи¬
ческих растворителях ярко-оранжевые кристаллы. Однако его окраска
далека по интенсивности от окраски азокрасителей, и он не способен
закрепляться на волокне.Азосоединения при кипячении с раствором хлористого олова или при
действии треххлористого титана количественно восстанавливаются в
первичные амины. Восстановлением азобензола цинковой пылью в ще¬
лочи получают бесцветный кристаллический гидразобензол2НC6H5-N=N—С6Н5 > С6Н5—NH—NH—С6Н5который уже кислородом воздуха постепенно окисляется обратно в азо¬
бензол. Самым замечательным свойством гидразобензола является ко¬
личественно протекающая при кипячении в водных растворах сильных
кислот перегруппировка в бензидин (п, п'-диаминодифенил):^ ">-^0_<ннБензидиновая перегруппировка, открытая Н. Н. Зининым, изучалась
многочисленными исследователями. Выяснено, что наряду с п,/г'-пере-
группировкой происходит и о, n-перегруппировка и получается, хотя и
в меньшем количестве, дифенилин(о,п-диаминодифенил)-<0)—NHs
лNH2Если одно из пара-положений гидразобензола занято заместителем,
происходит семидиновая перегруппировка, приводящая к первично-вто¬
ричному диамину ряда бензола (а не бифенила)—семидину, являю¬
щемуся п-замещенным производным п-аминодифениламина:X—<^_NH-NH-<g>	X-<^-NH-<0—NH,Перегруппировка происходит интрамолекулярно, т. е. внутри одной
молекулы, а не интермолекулярно, т. е. не путем взаимодействия двух
(или более) молекул. Это доказывается тем, что из смеси двух разных
гидразосоединений получаются два и только два разных бензидина I
и II, продукт III не получается вовсе:		NH-NH— (Q) + (Q)—NH-NH—(Q)Vh3 н3с/h2n—(( ))—(( ))—nh2 + h2n—qjf-<{U/—NH2Н3с/	\сн3
74АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫНаиболее вероятной гипотезой механизма реакции, очевидно, сле¬
дует считать вариант гипотезы Р. Робинзона, предложенный чешским
ученым Вечержем. Первая стадия — фиксация протонов обоими ато¬
мами азота:<^)—NH-NH-^) + 2H+	N—N—@н н н нТакое состояние с двумя полными положительными зарядами на со¬
седних атомах азота неустойчиво. Поскольку каждый азот приобретает
тетраэдрическую конфигурацию, противоположные (пара-) концы бен-
зольных ядер сближаются друг с другом. Для гемолитического разрыва
связи N—N требуется по одному дополнительному электрону на ка¬
ждый атом азота. Эти электроны доставляются от пара-углеродных ато¬
мов, которые в свою очередь приобретают свободнорадикальный харак¬
тер. Бензольные ядра спаиваются своими пара-углеродными свободно-
радикальными атомами в систему дифенила *:——-У- H3N——(о)—NH3При действии на азобензол серной кислоты и донора гидридного
водорода, например первичного или вторичного спирта, также происхо¬
дит бензидиновая перегруппировка. Сначала образуется гидразобензолН*R—С—ОНIНкоторый далее перегруппировывается, как показано на стр. 73.
АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫПростейший ароматический амин — анилин C6H5NH2. Впервые он был
получен сухой перегонкой природного индиго (Фрицше, 1826 г.), откуда
и его название (anil — по-испански, «индиго»). Следы анилина найдены
также в каменноугольной смоле. Промышленное значение анилин при¬
обрел после получения его Н. Н. Зининым реакцией восстановления
нитробензола сероводородом:C6HBN02 + 3H2S —► C8H6NH2 + 2Н20 + 3S*	Пунктирные стрелки обозначают перемещение одного электрона.
АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫ75До недавнего прошлого главным способом промышленного получе¬
ния анилина и ряда других ароматических аминов был вариант зинин-
ской реакции — восстановление нитросоединений чугунной стружкой в
присутствии небольшого количества соляной кислоты (Бешам):
4C6H6N02 + 9Fe + 4Н20 —► 4C6HSNH2 + 3Fe304По мере увеличения производства анилина на первый план в про*
мышленности выдвигается каталитическое восстановление нитросоеди¬
нений:N1C6H5N02 + 3H2 —*■ C6H5NH2 + 2H20В лаборатории излюбленным восстановителем служит металлическое
олово с крепкой соляной кислотой:2C6HsN02 + 3Sn + 14HCI —► 2C6H6NH2 • HCl + 3SnCl4Восстановлением- соответствующих питросоединений получают гомо¬
логи анилина — о-, м- и я-толуидины CH3C6H4NH2, а также замещенные
анилины — о-, м- и я-хлоранилины С1СбН4ЫН2, о- и я-анизидины
CH3OC6H4NH2, о- и я-фенетидины C2H5OC6H4NH2 и т. д.Восстановление л<-динитробензола (чугунной стружкой или катали¬
тически) дает ,и-фенилендиаминno2	NH2а при восстановлении полинитросоединении сернистыми металлами вос¬
станавливается лишь одна нитрогруппа и из л«-динитробензола обра¬
зуется л«-нитроанилин.Восстановлением о- и n-нитроанилина получаются о- и я-фенилен-
диамины, например:Fe(H+)H2N—С6Н4—Ш2-о 	»- H2N—C6H4—NH2-oДругим важным методом получения ароматических аминов является
обмен атома хлора на аминогруппу действием водного раствора ам¬
миака при повышенной температуре под давлением. Наибольшее зна¬
чение имеет получение этим методом о- и я-нитроанилинов из соответ¬
ствующих изомеров хлорнитробензола. Соединения, не содержащие
электроноакцепторных групп (например хлорбензол), реагируют лишь
в присутствии солей меди.Иные способы получения ароматических аминов имеют подчиненное
значение. Назовем некоторые из них.1.	Восстановление (например, при помощи олова и соляной кислоты)
любого из промежуточных продуктов восстановления нитросоединений,
в частности азосоединений (стр. 73).2.	Действие азотистоводородной кислоты на ароматические углево¬
дороды (Шмидт):C6H6 + Н—N=N=-N —► C6HSNH2 + N23.	Действие амида натрия в жестких условиях на галоидбензолы.
Проведение реакции с галоидбензолом, в котором меченый углерод
(например, радиоактивный 14С) связан с галоидом, показало (Робертс),
что аминогруппа связывается лишь на 50% с этим углеродом, а на
50% с орто-углеродным атомом. Это объясняется предварительным
76АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫТаблица 64. АминыФормулаНазваниеТемператураплавления,°СТемпературакипения,°Сc8h5nh2ch3c8h4nh2N02CeH4NH2C1C6H4NH2hso3c6h4nh2CeH6NHCH3CeH6N(CH3)2(C6H6)2NH(C6H6)3NАнилин
T олуидино-, или 1,2-м-, или 1,3-
n-, или 1,4-Нитроанилин
о-, или 1,2-м-, или 1,3-п-, или 1,4-Хлор анилин
о-, или 1,2-м-, или 1,3-
п-, или 1,4-
Аминобензолсульфокислота
о-, или 1.2- (ортаниловая)
м-, или 1,3- (метаниловая)
п-, или 1,4- (сульфаииловая)
МетиланилинДиметиланилинДифениламинТрифениламин-6,2-24,4(а-форма)-16,3(Р-форма)-31,5+4571,5111,8147,5-14(а-форма)-3,5(Р-форма)-10,4+70Разл.
Разл.
280 (разл.)
-57+2,553126,5184,4199,8203.3200.3284,1306.3331.7208.8229,8231195,7193,5302365отщеплением галоидоводорода сильноосновным NaNH2 и образованием
дегидробензола, затем уже присоединяющего NH3 к тройной связи (ки-
незамещение, см. также стр. 55):t3p+NaNH2-NaBr+ NH3'+•NHS4. Действие на ароматические соединения гидроксиламин-О-сульфо-
кислоты в присутствии A1CU при нагревании (Ковачик, Беннет). Пре¬
обладает орто-пара-замещение:СН3СбН6 + NH2-0-S03HАЮ13CH3C6H4NH2 + H2S04
ОСНОВНЫЕ свойства77Плотность.204Показатель
преломления
_ 20
nD*а*ьДнпольный момент
ц в бензоле
при 20 °С, Dпри 25 °С1,0221,5863—3,82-10-101,531,0041,5728—2,47-Ю"101,600,9891,5711_4,92-10"‘°1,45(при 22 °С)1,0461,5532	1,18-10“91,31(при 59 °С)1,442_6 -10“44.96(при 0 °С)1,430_	2,7-10-54,85(при 0 °С)1,424	——6,32(при 25 °С)1,2131,5895“—1.771,2161,5942.	2,681,427——00сло1сл2,97	_3.3 - ю—3_———00СЛО1————5,9-10“4——0,9861,5702	5-10-101,64(при 21 °С)0,9551,5582—1,15-10-91,561,159_7.6-10-140,95(при 15 °С)0,7741,353—_0,52(при 0 °С)(при 16°С)Некоторые физические свойства ароматических аминов сопоставлены
в табл. 64. Гомологи анилина называются о-, м- и ге-толуидинами (одна
группа СНз) и ксилидинами (две группы СН3).Основные свойства ароматических
аминовАнилин — основание гораздо более слабое, чем аммиак и жирные амины.
Так, Къ для метиламина 5-10~4, а для анилина 3,8-10-10 (Ка для сопря¬
женной кислоты 1СИ’6). Действительно, анилин, слабо растворимый в
воде, дает растворы, не окрашивающие ни лакмус, ни фенолфталеин.
Он не образует солей с такими слабыми кислотами, как угольная, си¬
нильная кислота или сероводород, но с сильными кислотами образует
78АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫтвердые соли, например/Н	+/НCeHs-JT + HCl —v C6HS-N-H СГ
^ ХН	\нв водном растворе сильно гидролизованные.Ослабление основных свойств трехвалентного азота в анилине вы¬
звано мезомерным эффектом аминогруппы, или, иначе говоря, сопря¬
жением свободной пары электронов азота с я-электронами ароматиче¬
ского цикла (р.я-сопряжение). Это значит, что орбиталь р-электронов
азота (свободная пара) перекрывается с я-орбиталями бензольного цик¬
ла. Такое взаимодействие возможно, очевидно, лишь в том случае, если
оси р-электронных орбиталей азота приблизительно параллельны осям
/ьэлектронных орбиталей углеродов цикла. Действительно, выведение
аминогруппы из (условно говоря) плоскости цикла тотчас увеличивает
ее основные свойства и уменьшает дипольный момент молекулы. Такое
нарушение копланарности возможно при наличии двух достаточно гро¬
моздких орто-заместителей, и его влияние видно, например, из сравне¬
ния дипольных моментов анилина и 2,3,5,6-тетраметил-1-аминобензола
(аминодурола);I1=1,53D	11=1,39DМетильные группы, вообще сообщающие лишь малый дипольный мо¬
мент ароматическому ядру, в данном случае расположены симметрично,
так что их собственйое итоговое влияние на дипольный момент равно
нулю. К сожалению, нельзя сравнивать основные свойства аминогруппы
в обоих соединениях, так как при орто-расположении метилов поля их
водородов отталкивают атакующий ион водорода, что ослабляет основ¬
ные свойства и скрадывает интересующий нас эффект. Разница диполь¬
ных моментов двух ароматических аминов обусловлена только нали¬
чием мезомерного эффекта в случае анилина и его отсутствием у ами¬
нодурола.Реакции электрофильного замещения
в бензольном ядре аминовВзаимодействие аминогруппы с бензольным ядром особенно сильно про¬
является в момент электрофильной атаки в орто- и пара-положения,
например, при галоидировании. а-Комплексы (см. стр. 29) в этих слу¬
чаях имеют следующее строение:
РЕАКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В ЯДРЕ79Способность азота легко превращаться в положительно заряженный
аммонийный азот и брать на себя (в промежуточном ст-комплексе) по¬
ложительный заряд, возникающий на связанном с ним углероде цикла
в момент атаки электрофила на о- и л-углеродные атомы, и является
причиной снижения уровня энергии переходного состояния и большой
скорости (сгр. 29) прохождения электрофилышх замещений. Таким об¬
разом, слабые основные свойства ароматической аминогруппы и ее
сильное орто- и пара-ориентирующее действие имеют одну и ту же
причину.Ориентирующее действие аминогруппы в анилине и его гомологах
настолько сильно, что прямым воздействием иода при комнатной темпе¬
ратуре анилин иодируется в 2,4,6-трииоданилин. Еще более энергично
он реагирует с бромом и хлором, образуя 2,4,6-тригалоиданилины.При сульфировании анилина требуется уже повышенная темпера¬
тура, так как сначала образуется соль, в которой азот, став аммоний¬
ным, перестает быть орто- и пара-ориентантом. Кроме того, в данном
случае сульфирование сначала проходит по аминогруппе, и лишь затем
первоначально образовавшаяся фенилсульфаминовая I кислота превра¬
щается в и-аминофенилсульфокислоту II (сульфаниловую кислоту) в
результате интрамолекулярной перегруппировки в пара-положение: ско¬
рость перегруппировки пропорциональна концентрации фенилсульфани-
ловой кислоты и функции кислотности (Врба, Аллан, 1968). Эти авторы
дают следующий предположительный механизм перегруппировки:О+	IIMI,	NH, S04H" Н—N—S—ОННитровать прямо анилин нельзя — реакция слишком энергична, а
выделяющиеся вследствие окисления анилина окислы азота диазоти-
руют оставшийся неокисленный анилин. Поэтому анилин предварительно
ацетилируют (или формилируют), а образовавшееся ацильное произ¬
водное (анилид) нитруют, получая смесь о- и л-нитроацетанилидов (или
о- и n-нитроформанилидов). Гидролизуя защитную ацильную группу,
получают смесь о- и n-нитроанилинов, которые разделяют.О	ОII	IINH, "О—С—СН,	NH—С—СН3NH,О
80АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫО	0	0II	II	IINH—С—СН3	NH—С—СН3 NH—С—СН3Л/NO,+ H2S04оIINH-С-СНз+ Н20Здесь аминогруппа защищена от диазотирующего действия окислов
азота, а бензольное ядро вследствие уменьшения ориентирующей силы
группы NH2 (группа —NH—С—СН3 более слабый орто-пара-ориен-Отант) становится менее доступным для окисления и избыточного ни¬
трования.Замещение в аминогруппеАнилиды. Мы уже встретились с реакцией ацилирования анилина. Аро¬
матические амины можно ацилировать хлорангидридами и ангидри¬
дами кислот или сильным нагреванием аминов с кислотами вплоть до
отщепления воды:C6H6NH2 + R-C-C1 —► С6Н5—NH—С—R + HCLА	АC6H6NH2 + R—С—О—C—R —V C6H5NH—С—R + R-С—ОНА А	А АC6H5NH2 + R—С—ОН —> C6H6NH3 "OOC-R —> CBH5NH-C-R + Н20II	IIО	оДля формилирования пригоден только последний способ.
Ацилированные ароматические амины носят общее название ана¬
лизов. Анилиды толуидинов называются толуидидами, анилины анизи-
динов — анизидидами и т. д.Анилиды можно рассматривать также как фенилированные амиды
кислот:СН3—С—NH2	СНз—с—NHC6H6II	IIО	оацетамид	фенилацетамид,или ацетанилидКак все амиды, они гидролизуются при нагревании и в кислой, и
в щелочной среде:CGH6NH—C-R + Н20 —► C6H5NH2 + НО—С—R
ЗАМЕЩЕНИЕ В АМИНОГРУППЕ81Анилиды лишены основных свойств.Некоторые анилиды применяются как лекарственные седативные
и жаропонижающие вещества. Таковы сам ацетанилид (антифебрин),
я-ацетилфенетидин С2Н50—С6Н4—NH—С—СН3 (фенацетин).ОАлкиланилины. При нагревании сернокислого анилина с метанолом под
давлением один или два водорода аминогруппы замещаются на метил
и образуются метил- и диметиланилин (преобладание того или другого
вещества зависит от условий реакции). Той же цели можно достигнуть,
пропуская пары анилина и метанола над дегидратирующим катализа¬
тором (А1203) при нагревании:AI2O3C6H5NH2 + СН3ОН 	► QH5NHCH3 + Н20метиланилинА1203C6HbNH2 + 2CH3OH 	► C6H5N(CH3)2 + Н20диметиланилинМетил- и диметиланилин готовятся в больших масштабах, так как
моноалкиланилины применяются в некоторых странах как антидетона¬
торы моторных топлив. Они же (особенно диалкиланилины) исполь¬
зуются в промышленности синтетических красителей (азокрасители и
трифенилметановые красители). Кроме того, при нитровании диметил-
анилина, наряду с 2,4,6-замещением в ядро, происходит замещение на
нитрогруппу одного метила, и получается тетрил — сильное бризантное
взрывчатое вещество:СН3—N—СН3	СН3—N—N02°,NV i /NO,+ N02 HSOI —»-	С J	+ Продукты окисления CH3—N02Монометиланилин, как и вообще вторичные амины, при действии
азотистой кислоты образует нитрозамин, при нагревании перегруппи¬
ровывающийся в и-нитрозометиланилин:СН3—N—N—О СН3—NHI+ HONO~н2оN=0Этим монометиланилин отличается от самого анилина, который при
действии азотистой кислоты диазотируется (стр. 88). Что касается ди-
метиланилина, то он при действии азотистой кислоты прямо нитрози-
руется в пара-положение, образуя я-нитрозодиметиланилин:СН3—N—СН3	СН3—N—СН3I+ HONO-н20
82АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫДля нитрозирования приходится применять разбавленный водный
раствор азотистой кислоты. Уже поэтому данная реакция электрофиль¬
ного замещения в ароматическом ядре осуществима лишь с самыми
активными по отношению к электрофильным атакам ароматическими
ядрами, например содержащими такие заместители, как —N(CH3)2 или
—ОН. Нитрозш;руппа как заместитель (в растворах, где нитрозосоеди-
непие мономерно, см. стр. 68) благодаря своему — Г-эффекту является
сильным электроноакцептором и оттягивает электроны от орто- и пара-
углеродных атомов. В результате пара-углеродный атом, несущий ди-
метиламиногруппу, делается уязвимым для нуклеофильных атак. По¬
этому нитрозодиметиланилин при кипячении со щелочью отщепляет ди¬
метиламин, превращаясь в нитрозофенол:n(ch3)2N—ООНН+[Qj + nh(ch3)2N=0АРОМАТИЧЕСКИЕ ВТОРИЧНЫЕ И ТРЕТИЧНЫЕ АМИНЫНагреванием хлористоводородной соли анилина получают вторичный
чистоароматический амин — дифениламин:2C6H6NHj СГC6H6NHCSH6 + NH4CI + НС1Дифениламин является антиоксидантом. Многие аналогично по¬
строенные ароматические вторичные амины, например>NH—С6НБ<^~^>—NH——NH—фенил-13-нафтиламин	п-(М,М'-дифенил)-фен илен диаминслужат для защиты пластмасс от окислительного разрушения. Сам ди¬
фениламин применяется как стабилизатор пироксилиновых порохов
(связывание окислов азота).Фенилируя его натриевое производное по Ульману действием иод-
бензола в присутствии порошка меди можно получить и третичный
амин — трифениламин:С6Н6.СеН/N Na + С6Н61Си(C6H6)3N + NalУже дифениламин практически почти лишен основных свойств, все
же он растворим в концентрированной серной кислоте (в таком рас¬
творе Ка его сопряженной кислоты равно 10-1); из такого раствора
вода (более сильное основание) высаживает дифениламин. С окисли¬
телями, в частности с азотной кислотой, дифениламин в сернокислом
растворе дает сивее окрашивание — чувствительная реакция на ион
NO3. Реакция состоит в превращении дифениламина в окрашенную
иммониевую соль следующего строения:[c-h‘-n“0=0=<c„‘h'] HS0‘Трифениламин в отличие от других третичных аминов не метили¬
руется иодистым метилом и не образует четвертичных аммониевых со¬
лей. Он индифферентен даже к концентрированной серной кислоте.
НИТРОАНИЛИНЫ83С самой сильной — хлорной кислотой он все же образует соль — пер¬
хлорат.В трифениламине достигается настолько полное перекрывание р-ор-
битали свободной пары электронов азота с я-орбиталями всех трех
бензольных ядер и рассредоточение этой пары, что ойа практически
себя не проявляет (кроме реакции с хлорной кислотой). Трифенил-
амин, в частности, не способен к комплексообразованию и, как уже от¬
мечалось, не реагирует с иодистым метилом.Молекула трифениламииа плоская, иначе невозможно было бы
р, я-сопряжение. При нарушении плоскостной структуры основность
азота возрастает. Виттигу удалось, отнимая НС1 от Э-(о-хлорфенил)-
9,10-дигидроакридина посредством NaNH2 в жидком аммиаке, замкнуть
пространственный гетероцикл — азатриптицен. Последний представляетсобой как бы трифениламин, в котором группа НС— связывает трио-углеродных атома трех фенилов и выводит последние из плоскости:НCl NaNHgNHАзатриптицен представляет собой сильное основание, образующее
с иодистым метилом иодметилат. В этом соединении р-электронные
орбитали азота не могут сопрягаться с орбиталями я-электронов трех
фенилов вследствие взаимной перпендикулярности их осей. Таким об¬
разом, рассредоточения электронов азота по фенильным кольцам нет,
и можно сказать с уверенностью, что орто- и пара-ориентирующее дей¬
ствие аминного азота в азатриптицене полностью отсутствует.НИТРОАНИЛИНЫ	-4-Способы получения всех трех изомерных мононитроанилинов были
приведены на стр. 97 сл. 2,4-Динитроаиилин может быть получен как
нитрованием ацетанилида, так и, еще проще, аммонолизом динитро¬
хлорбензола:С1no2	1 .no2+ 2NH3 —► К)] +№ШАналогичной реакцией из 2,4,6-тринитрохлорбензола получается
2,4,6-тринитроанилин:Cl	nh2o2n^ X ^no2	02NsI.N02+ 2 NH3 —►	fDl +NH4C1no2Это вещество за свои амидоподобные свойства названо пикрамй-
бол —амидом пикриновой кислоты, т.е. 2,4,6-тринитррфенола (стр. 107).
84АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫПикрамид практически лишен основных свойств.Из трех мононитроанилинов мета-изомер — более сильное основа¬
ние, образующее соль с водной соляной кислотой; о- и л-нитроанилины
растворяются в избытке достаточно концентрированной водной соляной
кислоты, но при испарении кислоты остаются свободные основания.
При пропускании хлористого водорода в эфирный раствор о- и л-нитро-
анилинов могут быть осаждены их солянокислые соли, при действии
воды тотчас полностью гидролизующиеся. Таким образом, это очень
слабые основания.Сопряженным кислотам нитроанилинов соответствуют следующие
величины рК&.о-нитроанилина	—0,29 2,4-динитроанилина .... —4,53л-нитроанилина	+2,5	2,4,6-тринитроанилина . . . —9,41я-нитроанилина	+1,02Однако в 3,5-диметил-4-нитроанилине соседние метильные группы
выводят нитрогруппу из плоскости бензольного ядра, вследствие чего
нарушается сопряжение (резонанс) ее с ядром и с аминогруппой и вы¬
ключается — Г-эффект нитрогруппы. Свойственный ей —/-эффект, как
всегда, далеко по цепи атомов не распространяется. Поэтому 3,5-диме-
тил-4-нитроанилин как основание значительно превосходит л-нитроани-
лин и существенно не отличается от анилина.С выключением сопряжения за счет выведения аминогруппы из
плоскости бензольного ядра мы уже встречались (стр. 78). Можно про¬
следить это выключение сопряжения и на разнице в дипольных момен¬
тах, если подобрать выводящие из плоскости заместители так, чтобы
вносимые ими дипольные моменты в итоге давали нуль. Для примера
возьмем производные дурола (2,3,5,6-тетраметилбензола). Сравнение
дипольных моментов л-нитроанилина и нитроаминодурола (в бензоль¬
ном растворе) показывает, что дипольный момент последнего на 1,2 D
меньше, чем л-нитроанилина. Это также является следствием выключе¬
ния сопряжения NO2- и ЫН2-группы с ядром, а значит, и между собой:XTU	Н НNH2	\+/Г2	нн3аЛ.сн3 НзС^Ахнзraf YTno2	H3C^Y^CH3 h3c^Y^ch3N+	N+cf V	~o o~/г=6,18 D	a'	5'(вместо вычисленных	£>b> 17 D для структуры a)Еще резче, чем в /г-нитроанилине, взаимодействие групп NO2 и
Ы(СНз)2, находящихся в пара-положении друг относительно друга:N(CH3)S	N(CH3)2
АНИЛИНСУЛЬФОКИСЛОТЫ85Диметиламиногруппа — более сильная электронодонорная группа,
чем группа NH2. Увеличение дипольного момента по сравнению с адди¬
тивным здесь достигает 1,2—1,3 D.Сдвиг в сторону структуры г (или, по Полингу, «вес структуры» г)
здесь больше, чем вес аналогичной структуры б в п-нитроанилине.Все три мононитроанилина широко применяются в Синтезе краси¬
телей (особенно азокрасителей) и для получения соответствующих фе-
нилендиаминов.4АНИЛИНСУЛЬФОКИСЛОТЫ	^Из них обычны две: я-анилинсульфокислота, или сульфаниловая кис¬
лота, и лг-анилинсульфокислота, или метаниловая кислота. Обе кис¬
лоты находят применение в синтезе азокрасителей. Получение сульф-
аниловой кислоты сульфированием анилина было уже описано на
стр. 79. Метаниловую кислоту получают, сульфируя в жестких условиях
нитробензол и восстанавливая полученную ж-нитробензолсульфокис-
лоту.Очень важен амид сульфаниловой кислоты и некоторые из его
многочисленных производных, замещенные в аминогруппе.Сам сульфаниламид получают следующей серией реакций:О	ОNHCCH,+ НО-оII-S-IIо-С1NHCCH3+ 2NH3
—NH4CINH,н2о(н+)
	>■-снзсоонСульфаниламид, называемый в медицине белым стрептоцидом или пронтальбииом,
важное бактериостатическое вещество, излечивающее ряд стрептококковых заболева¬
ний, в частности рожу. В медицине применяются также следующие замещенные сульф¬
аниламидыNK21NH2ллиVоII—1/3-IIОo=s=oNHCCH31NHCNHj,ОальбуцидNHсульгин, или
сульфагуанидинуросульфан(производноемочевины)бадионал(производноетиомочевины)
86АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНЫа также ряд веществ типа NH2	S02—NHR, где R —тот или иной гете¬роцикл — пиридин (в сульфидине), пиримидин (в сульфадимезине), тиазол (в сульф¬
азоле) .Эти сульфамидные препараты вызвали в период 1930—1940 гг. подлинный перево¬
рот в терапии ряда инфекционных бактериальных заболеваний. Благодаря им стали
легко излечиваться прежде опасные или смертельные болезни — крупозное воспаление
легких, заражение крови, стрептококковые ангнны и др. Значение сульфамидных
препаратов несколько померкло после открытия в период 1940—1950 гг. ряда антибио¬
тиков во главе с пенициллином, которые еще шире по спектру излечиваемых бакте¬
риальных заболеваний.Действие сульфамидных препаратов основывается на совершенно новом принци¬
пе — применении «антиметаболита». Дело в том, что почти все организмы, в том числе
и бактериальные, нуждаются в фолевой кислоте, существенной для их жизнедеятельно¬
сти. В молекулу фолевой кислоты входит «-аминобензойная кислота (витамин Hi),
которая является «фактором роста» бактерий. Амид сульфаниловой кислоты по физи¬
ческим и геометрическим параметрам молекулы близок к п-аминобензойной кислоте
и потребляется бактерией вместо нее, не создавая веществ, обладающих ферментатив¬
ной активностью. Бактерии перестают размножаться и быстро побеждаются организ-
мом-хозяином. Таким образом, в случае сульфамидных препаратов речь идет о чем-то
принципиально ином, чем ядовитое действие, убивающее бактерии. Непосредственно
сульфамидные препараты не ядовиты для бактерий. Их действие основано на подмене
естественного метаболита (продукта обмена веществ организма). Действие сульф¬
амидных препаратов сказывается при достаточной их концентрации, далеко превосхо¬
дящей концентрацию природной n-аминобензойной кислоты, и может быть снито до¬
бавлением последней.АРОМАТИЧЕСКИЕ ДИАМИНЫСпособы синтеза трех диаминов — о-, м- и я-фенилендиаминов — из
л-динитробензола и о- и я-нитроанилинов были приведены на стр. 75.
га-Фенилендиамин можно также легко получить из аминоазобензола
(стр. 93) восстановлением его посредством SnCl2 или TiCl3 в водном
растворе:Фенилендиамины — твердые вещества, быстро окисляющиеся и тем¬
неющие на воздухе, довольно хорошо растворимые в воде.о-Фенилендиамин отличается способностью легко образовывать ге¬
тероциклы. Так, при диазотировании он дает внутреннее диазоамино-
соединение — азимидобензол (бензотриазол):•NH2 + H2N—>—NH2 + 2SnCl4n-фенилеидиаминЫНNНагревание с карбоновыми кислотами приводит к гетероцикличе¬
ским амидинам — бензимидазолам:
АРОМАТИЧЕСКИЕ ДИАМИНЫ87Реакция с а-диоксосоединениями дает хиноксалиныа взаимодействие C-SO2 — пиазтиол;Интересную деструкцию о-фенилендиамина, протекающую через
о-фенилендинитрен, открыли Иакагава и Оноуе. Окислением о-фени¬
лендиамина тетраацетатом свинца они получили динитрил муконовой
кислоты (выход 50%):м-Фенилендиамин служит как первой, так и второй компонентой
в синтезе азокрасителей (стр. 95). Наряду с п-аминодиметиланилином
он применяется в синтезе тиазиновых красителей.п-Аминодиметиланилин получают восстановлением нитрозоднметил-
анилина:Окислением n-фенилендиамина хлорным железом в присутствии се¬
роводорода получают краситель — фиолетовый Лаута:о■N:о-фенялен-диннтренh2nNH2 Н хт
H2S'"-nh2FeCljNNH21,	s	nh2 h2nСГ:NH2СГАналогичен синтез метиленового синего (Каро):NH2 H2N\+(CH3)JN/H2S''4N(CHj)2NFeC!3NСГС Г
88ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯДИАЗОСОЕДИНЕНИЯСоли ароматических амин-ов (в присутствии избытка сильной кислоты)
в водном растворе диазотируются азотистой кислотой и превращаются
в соли арилдиазониев:/НС6Н6—N— Н СГ + НО—N=0 —>■ C6HSN = N СГ + 2Н20\нЭта реакция открыта в 1858 г. Гриссом.Кинетические исследования Инголда показали, что реакция на деле
протекает не по приведенному выше наглядному уравнению, а следую¬
щим образом:Н—О—N=0 + н+ —► h26-n=o
C6Hs-NH2 + Н20—N=0 —► c6h5-nh-n=o + НзбIСвН5—N=N—ОН
|HC1C6H5-N^N СГ -f H20Такое толкование процесса следует из того, что диазотирование —
реакция третьего порядка, константа скорости которой пропорциональ¬
на произведению концентраций свободного амина, азотистой кислоты
и иона водорода (а не азотистой кислоты и соли амина). Этим объяс¬
няется также и то, что амины с более слабыми основными свойствами
диазотируются с большей скоростью (большая концентрация амина за
счет гидролиза). Ароматические амины, несущие в ядре (особенно в
орто- и пара-положении) заместители второго рода, диазотируются
быстрее, чем незамещенные, и дают более прочные соли диазония.
Справедливо и обратное положение. В случае очень слабоосновных
аминов, подобных 2,4,6-тринитроанилину, диазотирование приходится
проводить в концентрированной серной кислоте.Соли арилдиазониев с простыми анионами малопрочны, и их не вы¬
деляют из водного раствора, а непосредственно подвергают дальней¬
шим превращениям. Однако из водного раствора можно осадить (до¬
бавлением соответствующей соли или кислоты) комплексные («двой¬
ные») соли, например:С6Н5—N — N HgC17	(C6HS—N = N)2 SnCl62-C6HS—Ns=N BF7	(C6HS—NsN)2 SiF62~C6H5—№sN SbCir	C6H5—№=N SbCleC6H6—N=N ZnCir	C6H6—N=N FeClTДля получения хлористого арилдиазония в твердом виде солянокис¬
лую соль амина растворяют в спирте и диазотируют сложным эфиром
азотистой кислоты; образовавшийся хлористый арилдиазоний высажи¬
вают эфиром.Кроме главного пути синтеза диазониевых солей — диазотирования
аминов, соли диазония можно получить по Бамбергеру двумя путями —
ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ89действуя на нитрозосоединения гидроксиламином (образование диазо¬
гидрата, подробно см. стр. 90) или N0CSH5—N=0 + H2NOH —v С6Н6—N=NOH + Н20
С6Н8—N ==0 + 2N0 —v C6H5-№=N N07i-а так как окислы азота (N2O4 и N203) нитрозируют многие металло¬
органические соединения, можно получать соли диазония, действуя
этой смесью окислов азота на следующие металлоорганические соеди¬
нения (А. Н. Несмеянов, Л. Г. Макарова):(C6H5)2Hg (C6H5)2Cd (C6H5)4Sn (C6H5)3BiНедавно Ботт описал новый путь синтеза ароматических диазоние-
вых солей действием на арилсульфинилимиды (нерассмотренный нами
класс соединений) нитрозилперхлоратом (в скобках — гипотетический
промежуточный продукт реакции):N=0I	сю;Аг—N=S=0Аг—N=S=0 + N0+ СЮ;ArN=N СЮГ + S02Арилдиазониевые соли — ионно построенные соединения и их вод¬
ные растворы — электролиты. Они хорошо растворимы в воде, хуже
в спирте, нерастворимы в эфире и углеводородах. Фенилдиазонийхло-
риды', сульфаты и нитраты взрывают при нагревании, очень неустой¬
чивы (при комнатной температуре могут храниться обычно не более
суток). Соли с комплексными анионами менее растворимы и более+устойчивы. Наиболее прочные соли типа ArN2 BF4, которые можно хра¬
нить месяцами.Строение диазониевых солей, аналогичных во многом аммониевым
солям, установил уже в 1869 г. Бломстранд. Их можно рассматривать
как ониевые соединения молекулы азота, сопоставляя с аммониевыми,
оксониевыми, сульфониевыми и прочими соединениями, являющимися
ониевыми производными атомов N, О, S (ср. кн. I, стр. 22). Реакции
с анионами слабых кислот проходят, однако, для диазониевых солей
иначе, чем для других ониевых солей. Обычные ониевые соли могут
только электрофильно арилировать (или соответственно алкилировать)
анион с передачей ему ониевого катиона без пары электронов связи:Аг3б + ОН" —► АгОН + Аг—О—АгДиазониевые катионы при этом образуют с анионами слабых кислот
(CN-, S03H~, ОН") ковалентно построенные диазосоединения:Аг—N=N : + ОН- —► Аг—N=N—ОН
Аг—№=Ns+CN~ —► Аг—N=N—C==N
Аг—N==N:+ ~S03H —► Аг—N=N—SO3HИли то же в электронной интерпретации:Аг—nsn: + :о:н	>- Аг—n=n:o:h• • • •Различие обусловлено участием второго атома азота, который
вследствие частичного оттягивания от него пары электронов связи при¬
обретает заряд 6-^ПАг—n=n:а следовательно, и способность воспринимать нуклеофильные атаки.
90ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯОсобенно подробно изучалось взаимодействие катионов арилдназо-
ния с гидроксильным анионом. Первой довольно медленно протекаю¬
щей реакцией является уже описанное образование диазогидратаАг—NssNJ + OH" —► Ar—N=N—ОН	(1)который быстро реагирует со щелочью как кислота, образуя диазотат-
аниошАг—N=N—ОН + ОН" —> Ar-N=N-0“ + H2Q	(2)При сливании эквивалентных количеств диазониевой соли и ще¬
лочи благодаря быстрому прохождению реакции (2) лишь половина
диазония успевает превратиться в диазогидрат и далее (быстро) в ди-
азотат-анион, а половина остается в форме диазоний-катиона:2Ar—NsN s + 20Н" —► Ar—N=N: + Ar—N=N—О" + Н20Диазотат (натрия или калия), образующийся при действии избытка
щелочи, по старым наблюдениям Ганча сначала активен в реакции
азосочетания с фенолами и третичными аминами (стр. 93), затем са¬
мопроизвольно превращается в изомерную неактивную форму. Первая
называется нормальным диазотатом (и ей соответствует нормальный
диазогидрат), вторая — изодиазотатом (ей соответствует изодиазо-
гидрат).Один из крупнейших исследователей диазосоединений прошлого
века Бамбергер приписывал изодиазогидрату на основании реакций
его ацилирования структуру первичного нитрозамина:Н	О	0=С—RАг—N—N=0 + R—С—С1 —*- Ar—N—N=0 + HC1Другой исследователь, Гаич, считал, и это принятая и сейчас точка
зрения, что изодиазогидрат и первичный нитрозамин находятся в отно¬
шениях таутомерии:Аг—N=N-OH	Аг—N—N=0IНКак было указано, образование изодиазогидрата по реакцииAr—NssN: + ОН" —► Аг— N=N—ОНпротекает медленно. Добавляя к соли диазония щелочь на холоду, Ганч
выделял в осадок вещество, которое в отличие от изодиазогидрата ре¬
агировало с фенолами, образуя азокрасители (стр. 95), и давало иной
спектр поглощения. Это якобы более реакционноспособное вещество
было названо им нормальным диазогидратом. Ганч предположил, что
выделенный им «нормальный диазогидрат» находится с изодиазогидра-
том в отношениях геометрической сык-аигы-изомерииАг—N	Аг—NII	IIНО—N	N—ОНснн-диазогидрат	янг«*диазогидратподобной изученной им же стереоизомерии оксимов (кн. I, стр. 131)
Аг—С—Н	Аг—С—НII	IIN—ОН	НО—Nсин-оксимангы-оксим
ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ91Бамбергер считал наличие стереоизомерии диазогидратов не дока¬
занным и приписывал им структурную изомерию:НIAr—N=N— ОН	Ar—N—N=0нормальный дназогидрат	изодиазогидрат j,<по Бамбергеру)	(по Бамбергеру)Е. Мюллер, впервые получивший неустойчивые первичные нитроз-
амины, действуя при —70 °С хлористым нитрозилом на первичные аро¬
матические амины, превратил эти нитрозамины добавлением этилата
калия в твердые диазотаты калия:ArNH2 + ClN=0 —► Ar—NH—N=0 + HCI
Ar—NH—N=0 + C2H5OK —>- ArN=N0KОн установил разную в случае разных Ar способность таких диазо-
татов к азосочетанию, а именно меньшую для NO2C6H4—N—NOH(I),
чем для СбН5Ы —NOH(II), и поэтому считал, что диазотат(1) это «нор¬
мальный» ганчевский, а диазотат (И) — изодиазотат. Однако воочию
две стереоизомерные формы структурно одного и того же диазогидрата
или диазотата металла никогда не были констатированы.Таким образом, приходится прийти к выводу, что стереоизомерия
арилдиазосоединений на примере диазогидратов и их солей твердо не
установлена и что в данное время нет оснований приписывать един¬
ственной известной форме диазогидратов или диазотатов ту или иную
конфигурацию.Ганч приписал стереоизомерию диазосоединениям, связанным не только с ОН',
но и с другими анионами слабых кислот, например CN'. Эти арилдиазоцианиды
изучались многими исследователями. По-видимому, здесь не существует стереоизоме¬
рии, а два ряда диазоцианидов структурно изомерны между собой. Последнее уста¬
новлено О. А. Реутовым и Л. А. Казицыной путем ИК-спектроскопического исследова¬
ния двух рядов изомерных арнлдиазоцианидов. При сливании на холоду (—15 °С)
растворов арилдиазониевой соли и цианистого калия выделялись «лабильные» арил¬
диазоцианиды с частотами ИК-спектра, близкими к частотам изонитрилов (~2150 см-1).
При хранении эти «лабильные» диазоцианиды превращались в более высокоплавкие
«стабильные» продукты с частотами, близкими к частотам связи C = N (на 40 см"1
выше, чем у «лабильных» продуктов). На этом основании О. А. Реутов и Л. А. Кази-
цына заключили, что «лабильные цианиды» являются нзоцнанидами и что обоим рядам
веществ принадлежат следующие изомерные структуры:Ar—N=N—C=N:	Ar—N=N—N=C !стабильные	лабильные цианидыцианиды	(изоциаинды)Частота ИК-спектров связи C=N в нитрилах обычно действительно выше, чем
в нзонитрилах. Правда, разница в частотах больше найденной (40 см-1) и равна
примерно 100 см-1, а частота стабильных арилдиазоцианидов несколько ниже, чем
обычно у нитрилов, но это может быть объяснено сопряжением, уменьшающим «крат¬
ность» СВЯЗИ CsaN.- .. ,С\ Г\Ar— N=N— C=N:Неясности в отношении строения диазосоединений, существовавшие
более 100 лет, были вызваны малой устойчивостью этих соединений,
вынуждавшей работать с растворами веществ часто при неустановив-
шемся равновесии, и невозможностью нормальной индивидуализации
твердых продуктов вследствие их быстрого разложения. Более устой¬
чивы в твердом состоянии лишь диазониевые соли, структура которых
не вызывает сомнений, и только что упомянутые цианиды.
92ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯАроматические диазосоединения широко применяются в лаборатор¬
ных и промышленных синтезах, основанных на их богатой реакцион¬
ной способности.Различают два типа химических превращений арилдиазониев и
арилдиазосоедцнений: без выделения азота и с выделением азота.Реакции диазосоединений без выделения азота1.	При восстановлении диазосоединений солями сернистой кислоты пер¬
воначально образующийся арилдиазосульфонат восстанавливается в
арилгидразинсульфонат, который гидролизуется в кислой среде в соль
фенилгидразина:О+ II HjS03; Н20
C6HB-N=N + 'S03Na —> С6Нб—N—N—S—ONa 	—-■ >-о—► CeH6-NH—NH-S—ONa —S°4: Нг°> CaHs-NH-NH3 "S04H + NaHS04Этим путем фенилгидразин получают в заводском масштабе.2.	При действии брома на раствор соли арилдиазония оседает пер-
бромид, который с аммиаком дает фенилазид:+ + + 4NH3 + -
C6H6-N=N Br' + Br2 —> CeHs—N=N Brl 	>- CeH5-N=N=N + 3NH4Br3.	При взаимодействии арилдиазониевых солей с первичными аро¬
матическими аминами получаются диазоаминосоединения, называемые
также триазенами:Аг—№^N + H2N—Аг' —Аг—N=N—NH—Аг'+ Н+Триазенам свойственна трехазотная таутомерия:Аг—N=N—NH—Аг' ч=* Аг—NH—N=N—Аг'Равновесие смещено в сторону того соединения, в котором протон
связан с более основным азотом.Диазоаминосоединения образуются также при действии галоидного
арилмагния на арилазиды:+ -	н2оАг—N=N=N + Ar'MgBr —► Аг—N=N—N—Аг' 	> Аг—N=N—NH—Аг'|	—MgBrOHMgBrЭтой реакцией могут быть получены и алифатические триазены.При действии сильных кислот диазоаминосоединения расщепляются
на соль диазония и первичный амин:Аг—N=N—NH—Аг' + HCI —>- Аг—№=N Cl" + Аг'—NH2Практически вследствие таутомерии ацидолиз идет в обоих возмож-+ных направлениях и образуется также ArNH2 и Ar'N == N Cl-Эта реакция позволяет получать соли диазония в тех случаях, когда
диазотирование невозможно или амин недоступен. Так, одним из авто¬
ров, В. А. Сазоновой и В. Н. Дроздом были получены диазосоедине¬
ния ферроцена (о ферроцене см. раздел «Элементоорганические соеди¬
нения; стр. 438), который не выдерживает действия азотистой кислоты.
РЕАКЦИИ БЕЗ ВЫДЕЛЕНИЯ АЗОТА93Реакция идет по схеме (Fc — ферроцен):Cu2+	+ - CeH5MgBr	Н20FcBr + NaN3 	>- Fc—N=N=N 	► Fc—N=N—N—CSH6 	*■IMgBr2HC1	+	+—>• Fc—N=N—NH—C6H6 	► Fc—N=N СГ + C6HSNH3 СГПри нагревании с солью амина диазоаминосоединения претерпевают
перегруппировку в аминоазосоединения. Например, диазоаминобензол
при нагревании с раствором солянокислого анилина превращается в
л-аминоазобензол:c6h5nh3 сгCSH5—N=N—NH—CSH6 	>■ С6Нб—N=N-CeH4—NH2В отличие от бензидиновой и других интрамолекулярных перегруп¬
пировок превращение диазоаминобензола в аминоазобензол — интер¬
молекулярная перегруппировка. Она протекает с ацидолизом диазо¬
аминосоединения на диазоний и амин, которые и вступают в реакцию
азосочетания (см. ниже):С6Н6—N=N—NHC6H6 + CeH6NH3 СГ —► С6Н5—N=N СГ + 2C6H6NH2
CeH6NH2 + С6Н6—N=N СГ —► С6Н6—N=N—C„H4NH2-nл-Аминоазобензол, содержащий в качестве одной из функциональ¬
ных групп уже знакомую нам азогруппу, — простейший азокраситель.
Это слабое основание: рКа сопряженной его кислоты 2,82, р/Са ани¬
лина 4,6. Таким образом, введение в пара-положение анилина азо¬
группы понижает силу основания на два порядка.4.	При действии солей арилдиазониев на ароматические соединения,
содержащие очень сильные ориентанты первого рода (NH2, NHR, NR2,
ОН), происходит реакция азосочетания и образуется оксиазо- или
аминоазосоединение:Ar—N=N + <^)—ОН —>• Ar—N=N—(^)—ОН + Н+Ar-N=N + <^)—N(CH3)2 —>• Ar—N=N—<^>—N(CH3)2 + H+Азосочетание — новый пример электрофильного замещения в бен¬
зольном ядре (фенола или амина). Замещение происходит по преиму¬
ществу в пара-положение, и лишь если оно занято — в орто-положение.
Такое предпочтение пара-положения обычно объясняют тем, что в
продукте реакции (и в переходном состоянии) возникает более длин¬
ная, чем в случае орто-положения, цепь сопряжения л-связей. При
этом уровень свободной энергии в переходном состоянии ниже и, как
следствие, скорость реакции больше.Реакция азосочетания широко применяется в технике для приготов¬
ления сотен марок азокрасителей, дающих наибольшее разнообразие
среди всех типов синтетических красителей.Диазосоединение, вступающее в азосочетание, называют первой
компонентой или диазосоставляющей, а ароматический фенол или
амин — второй компонентой или азосоставляющей. Чем более сильные
ориентанты второго рода находятся в орто- или пара-положениях в ди¬
азосоставляющей, тем быстрее и энергичнее проходит азосочетание.
Диазотированный 2,4-динитроанилин и 2,4,6-тринитрофенилдиазоний
94ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ(из пикрамида) вступают в азосочетания даже с полиметилбензолами,
например, с л-ксилолом:Н3С^0sN~О”^N+ <0)“СНз 1^“\no2N=N—(СЪ—С
•NOj НзС^OjjN—(( —N=N—\^_2/—С Нз
\мп„ н .с/Реакция азосочетания осуществляется и с жирными азосоставляю¬
щими, если они содержат подвижный метиленовый водород, подобно
малоновому эфиру, ацетоуксусному эфиру и циклопентадиену (по су¬
ществу реакция совершается между катионом арилдиазония и анионом
жирного соединения, т. е. требуется щелочная среда для отрыва про¬
тона от метиленовой группы):с^° с^°
рОСаН5 рОС*Нв
Ar-feN +"СН 	>-Ar~N=N—СНх>с*н8	Ьос*НвS>	%><°СНз	)+ С-Ar—NSN + СН 	> Ar—N=N—СН1>С,.OC2H5	1 хОС2Н5с*.	с-Ar—\NSN + <(-Л| —>- АгАзосочетание с соединениями, содержащими активную метиленовую
группу, осложняется последующим перемещением второго водорода
этой группы к азоту, соседнему с ароматическим радикалом, и превра¬
щением азосоединения в арилгидразон. В случае малонового эфира по¬
лучается арилгидразон эфира мезоксалевой кислоты, а в случае цикло¬
пентадиена— арилгидразон циклопентадиенона:С^°	с^°I'чюс2н8	| Чэс2нвАг—N=N—СН	—> Ar-NH—N=C,OC2He	j^/ОСгНв
РЕАКЦИИ БЕЗ ВЫДЕЛЕНИЯ АЗОТА95В случае ацетоуксусного эфира в щелочной среде происходит кис¬
лотное расщепление (кн. I, стр. 391). Азопроизводное ацетоуксусного
эфира (в этом примере замещенное на R) в щелочной среде подвер¬
гается кислотному расщеплению и превращается в арилгидразон эфира
а-кетонокислоты, восстановлением которого можно получить эфир
а-аминокислоты (метод В. В. Феофилактова):NaOH	S	>- СНз-С; + Аг—NH—N=C—R\()Na	| /ОС2Н5Сн<I	ХСНз
Аг—N=N—С—R| /OCzHs? /ОСгН5
Аг—NH2 + H2N-CH-C(Что касается азосочетания с ароматическими азосоставляющими,
то практически для этой цели применяются лишь фенолы и амины.
Фенолы вступают в реакцию в щелочной среде, для аминов предпочи¬
тают пользоваться слабокислой средой. Активность ориентантов первого
рода в этих азосоставляющих, как всегда, убывает в следующей после¬
довательности:б—Аг > H2N—Аг > НО—Аг > H3N—АгВ последнем случае в качестве ориентанта также выступает группа
NH2, но в малой концентрации, так как она образуется за счет гидро¬
лиза соли:H3N—Аг + Н20 —>■ H2N—Аг + НзОПрактически применяемые азокрасители содержат обыкновенно две
и более азогруппы. Для введения нескольких азогрупп и получения
бис-, трис- и тетракис-азокрасителей существуют разные способы. Огра¬
ничимся здесь отдельными примерами синтеза известных азокрасите¬
лей, что даст понятие и о введении нескольких азогрупп:-03S—(СЪ—+	N(CH3)2 —"0jS N^N хС )>—N(CHa)2метиловый оранжевый<0>/NH2	/N=N~—<( ))—NH*2HCI
	>-H2N\Чш2	\\=N	^N=N——NH2H.N^одно из азосоединений
везувина
96ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯ/гH03s/yNH2	H2N^- 0-N-N-<0>-<0)-b'=''-0"03s/	\sorпростейший краситель типа „коиго“В кислой среде азокрасители присоединяют протон по азогруппе,
что сопровождается перестройкой связей в бензольном цикле, несущем
амино- (или окси-) группу, и изменением цвета (индикаторные свой¬
ства):,СН3	>—v	/=\ . /СН3N<0bN-»-<O>-N(CHj'+H* - <0>-n-n=0=\Ch,Полученная соль азокрасителя имеет хиноидную (стр. 143), а не
бензоидную структуру. Присоединение протона произошло не к диме-
тиламиногруппе, а к азоту азогруппы, в результате реакции с перене¬
сением реакционного центра, но аммонийным стал все же азот диметил-
аминогруппы.Наличие цветности азокрасителей связано с мезомерией их
структуры, выражающейся для приведенного выше примера двумя пре¬
дельными структурами:Вес первой структуры больше, но, как видно из направления атаки
протона, вторая тоже дает себя ясно знать.С наличием сопряжения связано сближение основного энергетиче¬
ского уровня азокрасителя и его возбужденного уровня. Поэтому он
поглощает в более длинноволновой области спектра не только по срав¬
нению с бензолом, но и сравнительно с азобензолом. Этот батохромный
сдвиг, т. е. сдвиг поглощения в длинноволновую область спектра срав¬
нительно с азобензолом, обязан наличию в пара- (или могло бы быть
и в орто-) положении ориентанта первого рода, способного нести по¬
ложительный или отрицательный заряд (в данном случае положи¬
тельный). Такой заместитель называется ауксохромом. Этот ауксохром
«работает» и в смысле передачи основных свойств (в данном случае
отрицательного заряда) удаленному атому азота, и в смысле батохром-
ного сдвига поглощения только при наличии сопряженной системы,
реализующейся при плоскостном расположении молекулы. Только при
этом условии (и в меру плоскостности) проявляется сопряжение (мезо-
мерия) и его эффекты.Так, по А. И. Киприанову и сотр. при переходе от красителя А
РЕАКЦИИ С ВЫДЕЛЕНИЕМ АЗОТА97к красителю БN=N—(П)—N02Бнаблюдается гипсохромный сдвиг (сдвиг поглощения в более коротко¬
волновую область спектра) вследствие того, что о-метильный замести¬
тель заставляет диметиламиногруппу вывернуться и тем (частично) вы¬
ключиться из схемы сопряжения (ср. стр. 78).Если, однако, диалкиламиногруппу связать в цикл, прочно удержи¬
вающий ее в (почти) плоском положенииН3СН2\ /Н2С-СН5вто, напротив, сдвиг поглощения сравнительно с А будет батохромным.
Сказанное здесь имеет совершенно общий характер для красителей.Реакции диазосоединений с выделением азотаСоли диазония и диазосоединения * непрочны и способны распадаться
гетеролитическиС6Н5—N-N —> C6H5 + N2и гомолитическиСен6—№=N СГ —* CfiH5-N=N-Cl —>- CaH6- + N2 + Cl-Направление распада зависит от аниона соли диазония и раствори¬
теля. Гомолитическому распаду (гомолизу) способствуют в основном
анионы слабых кислот, но в неводных растворах так распадаются даже
хлориды. Растворители с высокой диэлектрической проницаемостью
способствуют гетеролитическому распаду. Борфториды арилдиазония
распадаются только гетеролитически. Далеко не во всех типах реакций
замещения диазогруппы выяснен характер распада. Из приведеннных
далее примеров следует, что, вероятно, он гетеролитический в реак¬
циях 1, 2, 6, 11а, 12 и гомолитический в реакциях 3, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 13.Диазосоединения широко используются (особенно в лабораторной
практике) для синтезов, состоящих в замене диазогруппы на различные
атомы и группы. При этом диазогруппа в результате того или другого
типа распада удаляется в виде N2. В качестве примеров приведены сле¬
дующие типы реакций.1.	Замена диазогруппы на гидроксил нагреванием водного раствора
соли диазония:Ar-N=N + Н20 —> ArOH + N2 + Н+2.	Замена диазогруппы на алкоксил нагреванием диазосоединения со
спиртами:Аг—N=N + ROH —> ArOR + N2 + Н+*	Название «диазосоединения» мы будем употреблять как обобщающее для диазо-
ниевых солей и собственно диазосоединений.Н3С\.Н3с/N-<0)
сн/4 Зак. 79
98ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯРеакция имеет ограниченное применение, так как сопровождается
замещением диазогруппы на водород по реакции 3, особенно для диа-
зониев с мета-ориентантами в ядре. Хорошо идет для неокисляющихся
спиртов.3.	Замена диазогруппы на водород осуществляется многими восста¬
новителями и, в частности, первичными спиртами (в этом случае со¬
перничающей является реакция 2);ArN=N + СНз—СН2ОН —► ArH + N„ + СН3—+ Н+Поэтому лучше элиминировать (т. е. замещать на водород) диазо¬
группу, действуя Н3Р02> муравьиной кислотой или станнитом натрия:ArNs=N + Sn(ONa)2 + Н20 —»- ArH + N2 + 2Na+ + HSnOIКроме того, гомолитический распад диазосоединений в среде ве¬
ществ, содержащих предельный алифатический водород (даже в алка-
нах, кетонах, кислотах), ведет к захвату радикалом Аг атома водорода
и к образованию АгН.4.	Замещение диазогруппы на иод непосредственно действием йоди¬
стого калия на водный раствор соли диазония. Получены доказатель¬
ства того, что первым актом реакции является передача одного элек¬
трона иод-иона катиону диазония, в результате происходит гомолити¬
ческий распад образовавшегося диазо-радикала:ArN=N + I~ —► Ar—N=N • + I • —► Arl + N25.	Замещение диазогруппы на хлор, бром, циан и родан, осуще¬
ствляемое по реакции Зандмейера. Соли закисной меди и этих анионов
разлагают соли диазония, причем место диазогруппы занимает анион
(Х=С1, Вг, CN или SCN):2Ar№=N S04H~ + 2CuX —* 2ArX + 2Na + Cu2S04 + HsS04Приходится исходить из сернокислого диазония или заботиться
о том, чтобы анион галоида в соли диазония совпадал с анионом мед¬
ной соли.6.	Замещение диазогруппы на фтор разложением при нагревании
сухого комплексного борфторида диазония (Бальц — Шиман):ArN=N BF4 —► ArF + N2 + BF37.	Замещение диазогруппы на остаток сульфиновой кислоты дей¬
ствием SO2 в присутствии катализатора — порошка меди (Гаттерман):+	СиArN=N + S02 	► Ar-S; +N2XT8.	Замещение диазогруппы на нитрогруппу действием нитрита нат¬
рия в присутствии порошка меди (Гаттерман):+	Си	+/°ArN=N + NOJ 	* Ar—+ N29.	Замещение диазогруппы на металлы (А. Н. Несмеянов, Э. И. Кан,
К. А. Кочешков, О. А. Реутов, Л. Г. Макарова) восстановлением метал-
РЕАКЦИИ С ВЫДЕЛЕНИЕМ АЗОТА99лом двойных диазониевых солей с галогенидом металла или диазоние-
вой соли с анионом BF4:CeHsNjCI -HgCl2-f2Cu —► CeH5HgCl + N2 + 2CuClаммиак;ацетон2C6H5N2CI • HgCIj + 6Cu 	► (C6H6)2Hg + 2N2 + 6CuCl + Hg • Аммиак2C6H5N2-BF4 + T1 —► (CSH5)2T1F + 2N2 + 2BF3 + T1F
(C0H5N2Cl)2-SnCl4 + Zn —>■ (CeH6)2SnCl2 + 2N2 + ZnCI2
2CGH5N2C1 • SbCl3 + Zn —>■ (C6H5)2SbCl3 + 2N2 + ZnCl2 + SbCl3
3CeH5N2 • BF4 + 2Bi —► (CeH5)3Bi+3N2 + 3BF3 + BiF310.	Замещение диазогруппы на остаток мышьяковой кислоты
^Барт):JCTC6H,-N^N + AsO]' —► CcH5-Asf + N2II	Чгo11.	Реакция Гомберга. При действии диазониевых солей (в присут¬
ствии ацетата натрия) на ароматические соединения, не способные к
азосочетанию, ароматический радикал диазосоединения связывается
углерод-углеродной связью с ароматическим ядром второго реагента,
замещая в нем водород. Так образуются производные дифенила
(стр. 184):A r~N=N—О—С—СН3 + <^)—X —> Аг——X + N2 + CH3—С^О	°В схеме приведено лишь замещение в пара-положение, которое дей¬
ствительно всегда преобладает независимо от характера ориентанта X,
так как в реакции Гомберга реагентом является свободный радикал
арил Аг* и замещение это не электрофильное, а гомолитическое. Хотя
пара-замещение и преобладает (даже если X — мета-ориентант, по¬
добный группе NO2), но получаются и орто- и мета-замещенные би¬
фенилы:<О>-0~» о,©НЭ +ы’+нх\о2CHDОая/11а. Если в нитробензоле проводится разложение борфторида фе-
нилдиазония, промежуточным продуктом реакции является не свобод¬
ный радикал арил, а катион арил, и атака на нитробензол злектро-
фильная:qhb-n^n BF* —> c6hJ + n2 + bf:4*
100ДИАЗОСОЕДИНЕНИЯВ качестве преобладающего продукта замещения в ядре нитробен¬
зола образуется л-нитродифенил (А. Н. Несмеянов, JI. Г. Макарова):12.	При разложении борфторида фенилдиазония в хлорбензоле,
бромбензоле, иодбензоле и простом дифениловом эфире наряду с реак¬
цией Гомберга происходит присоединение образующегося фенил-ка¬
тиона по свободной паре электронов галоида или кислорода и обра¬
зуются соли (борфториды) ониевых катионов — дифенилхлорония, ди-
фенилбромония, дифенилиодония и трифенилоксония (А. Н. Несмеянов,
Т. П. Толстая):CeH6--N=N BF7 + C6H6CI —v С6Н6-С1-С6Н5 BF7 + N2
Свн5—№=N BFT + СоН5Вг —► СВН5—Вг—С6Н6 BF7 + N2СбНь—№=N BF; + C6H5-0-CeH5 —> СвН6-0-С6Н6 BF7 + N2Iсвн6Полученные соли ониевых катионов растворимы в воде и таким об¬
разом могут быть извлечены из реакционной массы и выделены, хотя
они получаются с невысоким выходом ('-'6%).13.	Разложение диазосоединений в а,р-непредельных кислотах, ке-
тонах и т. д. ведет к присоединению арила и аниона диазосоединения
по двойной связи (Меервейн — Кельш) с нарушением правила ориен¬
тации электрофильного присоединения (кн. I, стр. 371), так как реак¬
ция течет гомолитически:Аг—NMN СГ —> Аг—N=N—С1 —> Аг • + N2 + CI./ОС2Н5	/ОС2Н6Аг • + СН3—СН=СН—С	+С1. —> СН3—СН—СН—с{Ч> •	I I Ч>' Аг С1Разложение же борфторида арилдиазония приводит к обратному
порядку присоединения (А. Н. Несмеянов, JI. Г. Макарова):/ОС2Н5Аг—N=N BF* + СН3-СН=СН-С^	—►Ч)/ОС2Н5—► СНз—СН—СН—С	+ N2 + BF3I	IF ArВ этом случае реакция осложняется последующим отщеплением HF:/ОС2Н6	/ОС2НвСНз-СН-СН—С	—> СНз—СН=С—С^	+ HFI	I N)	I чоF С6Н5	СвН514.	Естественно, что сама диазониевая группировка — сильный элек-
троноакцептор, оттягивающий электроны из ядра и активирующий о- и
ФЕНОЛЫ101я-углероды по отношению к нуклеофильным атакам. Описаны реакции
такого типа:^Вг	^ВгBr——N=N СГ	С1—<^) + СИз-С^ + N2 + HBr'Br	^Br+Замещение Br на Cl — результат присутствия группы — N = N, и
совершается оно до замещения последней на водород.ФЕНОЛЫТермин «фенолы» происходит от старинного названия бензола «фен»,
введенного Лораном (1837 г.), и обозначает ароматическое вещество,
содержащее гидроксил, связанный непосредственно с углеродом арома¬
тического ядра.Физические свойства фенолов и некоторых их производных приве¬
дены в табл. 65.Как уже говорилось, каменноугольная смола содержит простейший
из фенолов — оксибензол (собственно, фенол) и его гомологи: о-, м- и
я-крезолы в тем большем количестве, чем ниже температура коксова¬
ния угля. Дополнительные количества фенола, мировое потребление
которого достигает миллионов тонн, получаются из бензола. Для этого
используется (все в меньших масштабах) старый метод щелочного
плавления соли бензолсульфокислоты:CBH5S03Na + NaOH —СеИ5ОН + Na2S03Некоторое количество фенола получают гидролизом хлорбензола пе¬
регретым паром (450—500 °С) над катализатором — силикагелем, про-
мотированным ионами Си2+ (Рашиг):силикагель: Си5+С*Н5С1 + Н20	*- С6НБОН + НС1Наибольшие перспективы развития имеет разложение перекиси ку-
мола (изопропилбензола) разбавленными кислотами. Процесс состоит
в следующем:ООНIСНз-СН—СНз	СНз-С-СНзМеханизм разложения перекиси приведен в разделе «Перегруппи
ровки», 553.Путь введения гидроксила на место диазогруппы
Таблица 65. Фенолы*К— _» А) *3"Н 0°£ я «ipОчиС* « .г> !Ч2°§.
2 а КСОю*-* ^ N.*t ю юSОСЧсчо о— 05о1 11счсчсо союСОсч9.8910,20
10.08
10,17; 10059,089,427,218,397.169,79Г8в и
1 0о1о|о|ее е»
| |ее|о7а О
t °28ООООООО ОООО 10«\г~ с• • •СО 00в N.
СО 05 СО7.73•6,64 •00<4СО05 inю **»SN.2,18.6.6-(при<■ > *0) „« 5 SQЛ £ С
«2к ч
о 4>с&&и-I о«** Tfю—Г мОнВСП 00 ю
Ю 05 05«уS3юМQ-вР УSo NOЮ Tt*
Юв -Г мОн Онс сI IО О
2" СчН 43
ОСечN.ОзО о.U' взСисзI I !н§V	СVя *VЬсч00Ю 60	ю—‘ ся	(N05 О	О~ сч	счсоюN.£Я.юTt*N.тсчсчсчS3и о 5N яосзогаЦа£0Я) *• ос 2р. ян Исэсэ0-0
со ~ соS Я ЯП
р Оч ®9.N о О о W СО
,0. .0. СО ТГсо Ч'
N СЧ 00чо<ивСЧ ”. 4IIIt-i4о.«ч S° 5я я
в*•©■ «
р* G
о
ч
Xкчякчк1сч1со1IС1с\чоячS3чЯччояS3чS3чЯч4>ЯяЯ0)ккXrQ--•в-.оо.1оагсояIо1а*снXЯяX<коX*ТЧоСОик<Dкиияок«оУ3коЕС(0и«чогкокисчкй;
РЕАКЦИИ ГИДРОКСИЛА ФЕНОЛОВ103неэкономнчный для получения самого фенола, используется для син¬
теза чистых о-, м- и я-крезолов, гваякола (см. далее) и других фенолов.
Технический крезол (смесь трех изомеров) получают из каменноуголь¬
ной смолы.Фенол —слабая кислота с константой диссоциации при комнатной
температуре в водном растворе 1,3-10~10 (константы диссоциации дру¬
гих фенолов приведены в табл. 65).Таким образом, он на несколько порядков кислее воды, не говоря
уже о жирных спиртах, но гораздо слабее уксусной кислоты (1,8-10~5).
Фенол умеренно растворим в воде (8% при 15°С). Вода растворяется
в феноле с образованием жидкого при комнатной температуре раствора.
Сам фенол — бесцветное легкоплавкое (-(-41 °С) кристаллическое веще¬
ство, вследствие окисления розовеющее на воздухе. Крезолы менее, чем
фенол, растворимы в воде, подобно фенолу хорошо растворимы в эфи¬
ре, спиртах, хлороформе, бензоле.Фенолы хорошо растворяются в водных растворах щелочей в ре¬
зультате образования фенолятов щелочных металлов:ArOH + NaOH ArO' Na+ + Н20Гидролиз фенолята (обратная реакция) вследствие слабости кис¬
лотных свойств фенола заходит далеко, и требуется избыток щелочи,
чтобы сместить равновесие вправо. Уже двуокись углерода выделяет
фенол из раствора фенолята.Кислотные свойства фенольного гидроксила вызваны мезомерным
взаимодействием с ароматическим ядром, что выражается символами:—>■ [| I —>- [[ |] -< -- >•Валентные электроны атома кислорода (в том числе и связывающие
водород с кислородом) оказываются частично рассредоточенными в ор¬
то- и riapa-положения бензольного ядра, а водородный атом гидро¬
ксила— протонизированным. Таким образом, большая кислотность
фенола (сравнительно со спиртами) —это другая сторона сильного
орто-пара-ориентирующего действия гидроксила в реакциях электро¬
фильного замещения. Отношения здесь вполне похожи на отношенияк енолах, более кислых, чем спирты, и в енолятах с их б	зарядом навтором углеродном атоме (соответствует б—заряду на о-углеродах фе¬
нолята) .Реакции гидроксила фенолов1.	Образование фенолятов (см. выше).2.‘Образование	простых эфиров фенолов алкилированием фенолятов:ArONa + RI —>- ArOR + Nal
ArONa + (CH30)2S02 —> ArOCH3 + CH30—SOaONa3.	Образование сложных эфиров фенолов г(в отличие от сложныхэфиров спиртов) не может быть достигнуто взаимодействием их с кис¬лотами, а только ацилированием фенолов ^У41116 в щелочной среде)
104ФЕНОЛЫгалоидангидридами или ангидридами кислот:ArONa+ C1-C—R —► ArO—С—R + NaClООArONa +АгО—С—R + R—С—ONaОО4.Замещение гидроксила на хлор при действии PCI5 протекает го¬
раздо труднее, чем для спиртов, и с плохим выходом. В этом случае
происходит главным образом хлорирование в ядро, причем РС15 пре¬
вращается в РС13. С РС13 в малой степени идет замещение гидроксила
на хлор, а в большей степени — образование трифенилфосфита (эфира
фосфористой кислоты). С хлорокисью фосфора РОС13 образуется фени-
ловый эфир фосфорной кислоты.5.	При перегонке с цинковой пылью фенолы превращаются в угле¬
водороды:Реакции ароматического ядра феноловГидроксил — один из сильнейших, а в щелочном растворе сильнейший
орто-пара-ориентант. В соответствии с этим для фенолов легко прохо¬
дят реакции электрофильного замещения.Механизм электрофильного замещения в фенолах обычно отли»
чается от замещения в бензоле, его гомологах и даже в эфирах фено¬
лов. Это отличие связано с легкостью гетеролиза связи О—Н, поскольку
вместо нестабильного и заряженного ст-комплекса промежуточно полу¬
чается сравнительно устойчивое соединение с хиноидной структурой
типа I:При этом установлено, что для большинства реакций фенолов пер¬
вая стадия — быстрая и обычно обратимая, а вторая — медленная.
В ряде случаев соединения типа I были выделены в свободном виде,
правда, только для тех фенолов, в которых заняты все орто- и пара¬
положения (в случае обычных фенолов ароматизация совершается
слишком быстро). Например:ArOH + Zn —► ArH + ZnOО—Н1ОНосн,Если в феноле о- и n-положения заняты, то может происходить
(особенно при нитровании) замена имеющихся заместителей на другие
РЕАКЦИИ АРОМАТИЧЕСКОГО ЯДРА ФЕНОЛОВ105группы. Легкость такого замещения увеличивается в следующей после¬
довательности: Вг <; S03H < COOHt< Н. Например:Замена карбоксильной группы происходит даже при азосочетании.
Галоидирование фенолов. В неводной среде галоидирование фенолов
при соответствующем соотношении реагентов приводит к смеси о- и
/г-галоидфенолов, далее к 2,4-дигалоидфенолам и, наконец, к 2,4,6-три-
галоидфенолам (их лучше получать в водной щелочной среде). В слу¬
чае орто- и пара-замещенных фенолов, например крезолов, занятые
заместителем (например, метилом) места галоидированием не затраги¬
ваются.Бромирование фенола избытком бромной воды проходит по схеме:Поучительно образование «трибромфенолброма» — 2,4,4,6-тетра-
бромциклогексадиенона, который долго считали эфиром бромноватистойОриентирующая сила гидроксила, т. е. сообщение гидроксилом ну¬
клеофильной активности /г-углеродному атому, такова, что этот углерод
и после замещения связанного с ним водородного атома способен вос¬
принять электрофильную атаку электроположительного атома брома.
Присоединение второго атома брома закрепляет циклогексадиеновую
структуруОНОНВгN02ОНОНОО+ ЗВг2ВгВгВг■Br+ Вгг*•—ЗНВг•НВгВг-^^ВгВгкислоты:ОВгВг
106ФЕНОЛЫОбычный таутомерный переход в фенольную форму из-за отсутствия
в пара-положении водородного атома для трибромфенолброма невоз¬
можен.Реакцию бромирования интересно сравнить с описанным на стр. 33
течением реакции метилирования бензола по Фриделю — Крафтсу,
когда сверх шести метальных групп, заместивших водороды бензола,
способна войти в соединение седьмая, образуя устойчивый аналог про¬
межуточного a-комплекса электрофильных замещений.Реакция образования трибромфенолброма количественная и применяется для опре¬
деления фенолов. Сначала ведут бромирование избытком брома, затем добавляют
иодистый калий и оттитровывают выделившийся иод. Трибромфенолбром отдает при
этом свой четвертый бром:О	ОНРасход брома составляет шесть атомов на молекулу фенола (или ж-крезола) и
четыре атома на молекулы о- и л-крезолов и вообще орто- и пара-замещенных фено¬
лов.Другие 2,4,6-трехзамещенные фенолы, например триалкилфенолы, при бромирова-
нии также дают 4-бром-2,4,6-триалкилциклогексадиеноны;ОkJLr[I j +HBrОчевидно, что при иодометрическом титровании расход брома в этом случае
будет определен как равный нулю.Введение галоида в орто- и пара-положения повышает кислотные
свойства фенолов,о- и я-Хлорфенолы (см. табл. 65) — легкоплавкие вещества с очень
навязчивым, интенсивным карболовым запахом. Они обладают еще бо¬
лее сильными, чем фенол, дезинфицирующими свойствами. Висмутовая
соль 2,4,6-трибромфенола в виде мазей или присыпок употребляется
как наружное бактерицидное средство.Простои эфир 2,4-дихлорфенола и гликолевой кислоты, получаемый
действием на 2,4-дихлорфенолят натрия монохлоруксусной кислотойONa•	/С1+ С1СН2—С—ONaClприменяется как гербицид при борьбе с сорняками (2,4-дихлорфенокси-
уксусная кислота, или 2,4-D),О—CH2—C-ONaClОНR
РЕАКЦИИ АРОМАТИЧЕСКОГО ЯДРА ФЕНОЛОВ107Сульфирование фенолов. Сульфирование фенола при комнатной тем¬
пературе дает в основном о-фенолсульфокислоту, при 100 °С получается
/г-изомер, а в более жестких условиях — 2,4-фенолдисульфокислота.
Нитрование фенолов. Для получения мононитрофенолов приходится
нитровать фенолы на холоду разбавленной азотной кислотой
(~30%-ной), лучше всего получаемой смешением водного раствора се¬
литры с серной кислотой (чтобы избежать присутствия окислов азота).
Образуется смесь о- и л-нитрофенолов, из которой о-нитрофенол уда¬
ляют отгонкой с водяным паром, а я-изомер выделяют кристаллизацией.
л-Изомер приходится готовить обходным путем, например из л-нитро-
анилина через лг-нитрофенилдиазоний. 2,4-Динитрофенол проще всего
получить гидролизом 2,4-динитрохлорбензола.В технике о- и л-нитрофенол обычно получают из соответствующих
хлорнптробензолов, действуя на них водным раствором едкого натра
около 150°С под давлением.Тринитрофенол, называемый пикриновой кислотой, производят в про-,
мышленном масштабе, нитруя крепкой нитрующей смесью 2,4-фенолди-
сульфокислоту, получаемую сульфированием фенола, без выделения ее
из сульфурационной массы. При этом нитруется не только свободное
шестое положение, но и сульфогруппы замещаются на нитрогруппы—•
явление, наблюдаемое и в ряде других случаев. Наличие в феноле
сульфогрупн защищает его и от окисления и от действия окислов азота.
Пикриновую кислоту можно получить и прямо из бензола, если нитро¬
вать его в присутствии соли ртути — катализирующей окисление проме¬
жуточно образующегося ж-диннтробензола до 2,4-динитрофенола, кото¬
рый далее превращается в пикриновую кислоту.Свойства нитрофенолов. Введение нитрогруппы в орто- и пара-положе¬
ния значительно повышает констант^ диссоциации фенола; меньший
ацидифицирующий эффект оказывает мета-нитрогруппа. 2,4-Динитро-
фенол — в шесть раз более сильная кислота, чем уксусная, а тринитро¬
фенол— очень сильная кислота:Согласованное действие на бензольное ядро обоих ориентантов (ОН
и N02), находящихся в орто- или пара-положениях друг к другу, вы¬
ражается схемой:Щелочь связывает протон гидроксила и позволяет осуществиться
сдвигу электронов в тенденции, обозначенной стрелками. Поэтому нит¬
рофеноляты натрия по существу уже не имеют строения фенолятов:
заряд аниона в них сосредоточен в значительной мере на нитрогруппе,
а не на кислороде бывшей гидроксильной группы, и ядро имеет почти
хиноидное расположение двойных связей.Фенол . . .
о-Нитрофенол. 1,3-Ю-"1
. 5,9- 10~8.«-Нитрофенол ... 4,5 • iu
2,4-Динитрофенол . . 1 • 10~‘/г-Нитрофенол . . . 7,08 • 10Трннитрофенол ... 1,6-10 1НН+
108ФЕНОЛЫ£>О■кт-^•N\q- Na ОН“+ JS;nC - +0 Na + н2ов твердом виде+ н2оТакое перемещение связей ведет к резкому изменению области све-
топоглощения и обусловливает свойства нитрофенолов (а также ди¬
нитрофенолов) как индикаторов концентрации водородных ионов.В какой-то малой степени переход протона от гидроксила к нитро-
группе, сопровождаемый хиноидным перемещением связей, происходит
и в самих нитрофенолах, особенно в растворителях, способных, подобно
воде, связывать протон, т. е. речь идет о таутомерии:■ОНДля о-нитрофенола получены
ОСНзбесцветный	окрашенныйо-Нитрофенол довольно резко отличается от своего пара-изомера и
от самого фенола тем, что он не ассоциирован в углеводородных рас¬
творах. Фенол, как и все гидроксильные соединения, ассоциирован за
счет водородных связей гидроксильных групп, а n-нитрофенол, кроме
того, еще за счет водородных связей между гидроксилом одной моле¬
кулы и нитрогруппой другой:В о-нитрофеноле водородная связь осуществляется внутри молекулы,
поэтому гидроксил уже не способен к образованию водородных связейизомерные эфиры:оII +/°ЧэСНз
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА109«на стороне»:+ОоахнТакое особое строение о-нитрофенола обусловливает и его лучшую
растворимость, более низкую температуру плавления, летучесть с во¬
дяным паром (молекулы химически не связаны друг с другом), а также
окраску.2,4,6-Тринитрофенол (пикриновая кислота)—сильная кислота.
С множеством даже слабых оснований (например, алкалоидов) она дает
хорошо образованные кристаллические соли, что широко используется
при выделении, характеристике и анализе оснований. Этим дело, однако,
не ограничивается, так как и с конденсированными ароматическими
углеводородами, такими, как нафталин и антрацен, пикриновая кислота
также образует кристаллические «молекулярные» соединения (Фрицше)
в отношении 1:1. Это свойство уже не связано с кислотностью пикри¬
новой кислоты, так как подобные соединения образуют все тринитро-
производные, например тринитробензол с нафталином. В таких молеку¬
лярных соединениях одна молекула является донором электронов, дру¬
гая акцептором (см. ниже о соединениях с переносом заряда).Пикриновая кислота ранее применялась как желтый краситель. Как
все ароматические тринитросоединения, она и ранее (впервые в русско-
японскую войну 1904 г.) находила применение в качестве бризантного
взрывчатого вещества под названиями меленит, лидит, шимоза. Впо¬
следствии она была вытеснена тротилом, так как ее кислотные свойства
создают ряд неудобств — коррозия металла, образование солей, крайне
чувствительных к удару. Некоторое применение как взрывчатое веще¬
ство находит также соль пикриновой кислоты — пикрат аммония.МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДАСуществуют соединения 2,4,6-тринитробензола с нафталином и другими
конденсированными ароматическими углеводородами, а также с мези-
тиленом (1,3,5-триметилбензолом) и вообще с высокоалкилированными
бензолами, подобные только что упомянутым пикратам ароматических
углеводородов. Все они имеют молекулярный состав 1 : 1 и отличаются
более глубокой и интенсивной окраской, чем исходные соединения.
Обычно в этих молекулярных соединениях плоскости обеих ароматиче¬
ских составляющих молекул расположены одна над другой. В настоя¬
щее время установлено, что способ связи двух молекул между собой
таков, что одна из них (конденсированное ароматическое соединение
или алкилбензол) передает на орбиталь другой (нитросоединения) в
полное или совместное обладание один из своих л-электронов. Такие мо¬
лекулярные соединения называются соединениями с переносом заряда
(charge transfer compounds). В некоторых случаях они образуются толь¬
ко в растворе при смешении компонентов, и за процессом можно коли¬
чественно проследить спектрофотометрически вплоть до установления
равновесия. В других случаях они образуют прекрасные кристаллы. Спо¬
собность вступать в такие соединения не является привилегией только
ароматических молекул, но свойственна и другим, имеющим л-связи
веществам, если партнерами будут одна высокодонорная, а другая вы¬
сокоакцепторная молекула. В качестве примера высокоакцепторной мо¬
лекулы в жирном ряду можно назвать тетрацианэтилен, который при
510ФЕНОЛЫсмешении с бензолом уже образует ярко-оранжевый комплекс. В свое
время И. И. Остромысленский предложил тетранитрометан как реактив
на двойную связь, так как при смешении его с непредельными соедине¬
ниями получается желтый раствор, по-видимому, вследствие подобного
же явления.Наконец, описанные во второй части книги (стр. 429 сл.) я-комплек-
сы металлов, начиная с я-комплексов катиона серебра с олефинамнтакже в известной степени представляются аналогами соединений с пе¬
реносом заряда. В них донором является я-связь, акцептором — катион
металла. Такие же аналоги — нестойкие промежуточные я-комплексы
олефинов или ароматических соединений с атакующими электрофиль-
ными частицами, о которых шла речь при рассмотрении реакций оле-
финов (кн. I, стр. 247) и в начале раздела, посвященного реакциям аро¬
матических соединений (см. стр. 29)„ Принципиальное отличие описы¬
ваемых здесь соединений заключается в том, что донорами и акцепто¬
рами заряда служат здесь две органические молекулы.Нитрозирование фенолов. При действии водного раствора азотистой
кислоты фенол нитрозируется в пара-положение;Нитрозофенол таутомерен мопооксиму я-бензохинона г(° хинонах
см. стр. 143);Наличие нитрозофенол — хиноноксимной таутомерии и константу
таутомерного равновесия в разных растворителях можно установить из
спектров поглощения растворов нитрозофенола. Для нитрозофенольной
формы характерен максимум поглощения в области 730 нм. По вели¬
чине коэффициента экстинкции этого максимума судят о содержании
нитрозофенольной формы.Азосочстание фенолов как реакция электрофильного замещения уже
была разобрана. Она протекает в слабощелочной среде по схеме:Если в пара-положении имеется заместитель, азогруппа вступает
в орто-положение.Электрофильные замещения в фенолах с образованием углерод-угле-
родной связи. Таких реакций известно много. Они используются для
получения бифункциональных соединений, например фенолокислот, фе-
нолоальдсгидов и фенолоспиртов. Здесь мы лишь коротко упомянем
некоторые из них.При нагревании фенолята натрия в токе СОг образуется салицилово¬
кислый натрий (реакция Кольбе);
ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫЕ ЗАМЕЩЕНИЯ В ФЕНОЛАХ111При действии на фенолят натрия (избыток щелочи) четыреххлори¬
стого углерода также образуется салициловокислый натрий, а при дей¬
ствии хлороформа — салициловый альдегид (реакция Реймера — Ти-
мана, подробнее на стр. 125):ONa он/ONaСNaOH	/+ ССЦ 	►	0 + NaCl + H20ONa	ОН/НСNaOH+ СНС13 	»■ (/)] °+NaCl+H20Действием олефинов на	фенолы в присутствии льюисовых кислотполучают я-алкилфенолы	(частный случай реакции Фриделя—•
Крафтса):ОН	ОНI[0] + №=сн* —~RCH--CH3С синильной кислотой (или нитрилами) в присутствии хлористого
водорода фенолы дают иминоальдегидофенолы или имииокетонофенолы
(реакция Г'еша), а после гидролиза иминогруппы получаются сами
оксиоксосоединения:ОН	он	он1	I , 1HCI	л2о(н+)+ XCN 	► [()] 	►X—C=NH	X—С=0(Х=Н, арил или алкил)Наиболее важная реакция этого рода — реакция фенолов с формаль¬
дегидом, которая протекает в присутствии как кислот, так и щелочей.
При нагревании фенола (избытка) с формалином и серной кислотой
происходит бурная реакция и образуется растворимый в спиртах, аце¬
тоне и сложных эфирах полимер линейного строения — «новолак». При
щелочной конденсации фенола с избытком формалина сначала обра¬
зуется легкоплавкий сравнительно низкомолекулярный полимер «резол»,
подобно новолаку растворимый в органических растворителях. Это —•
так называемый термореактивный полимер: при нагревании происходит
дальнейшая конденсация свободных оксиметиленовых групп с образо¬
ванием метиленовых мостов, и полимер приобретает сетчатую струк¬
туру. Получаемый «резитол» нерастворим в органических растворите¬
лях, но сохраняет некоторую пластичность. При нагревании до 150°С
конденсация идет дальше и получается химически очень устойчивый,
неплавкий и нерастворимый полимер — «резит», который можно нагре¬
вать до температуры ~300°С. Таковы три стадии процесса конденса¬
ции, объединяемые названием «бакелитизация» (по имени изобретателя
бакелита — Бакеланда). Обычно резол перед последующей стадией кон¬
денсации смешивают с наполнителем (минеральным типа асбеста или
112ФЕНОЛЫорганическим типа древесины, лигнина, целлюлозы) или пропитывают
им древесину или волокнистые материалы и затем подвергают дальней¬
шей бакелитизации. Этот открытый в 1909 г. тип феноло-формальдегид¬
ных пластмасс и в настоящее время сохранил свое значение.Большая часть добываемых фенола и крезолов потребляется для по-
лучения феноло-альдегидных полимеров. Химический смысл протекаю¬
щих процессов выражается следующей примерной схемой;он—снсн2он-сн,——онТаким образом происходит постепенное «сшивание» метиленовыми
мостами все большего количества молекул фенола в хаотически по¬
строенные макромолекулы резола, резитола и, наконец, резита. Хими¬
ческая стойкость резита объясняется не столько тем, что значительное
количество активных орто- и пара-положений фенола замещены мети¬
леновыми группами, сколько тем, что вследствие полной нерастворимо¬
сти бакелита реагенты могут действовать на него только с поверхности.Алифатические кетоны в кислой среде реагируют с фенолом, обра¬
зуя ди-/г-оксифенилалканы:СНз(+н+)CH3COCH3 + 2СвН5ОННО-ОН + Н20НзТакой 2,2-бис-(4'-оксифенил)-пропан (так называемый дифенилол-
пропан) применяется в синтезе пластмасс повышенной теплостойкости,
получаемых путем этерификации фенольных гидроксилов ароматиче¬
скими двухосновными кислотами типа терефталевой.
АРОКСИЛЫ113АРОКСИЛЫФенолы, алкилированные в оба орто-положения и в пара-положение,
особенно третичными алкилами, могут быть окислены окисью серебра
или феррицианидом калия в ароксилы — вещества, обладающие свой¬
ствами свободных радикалов (Е. Мюллер);, С(СНз)з	/С(СН3)3(СНз)зС-\ОН + K3Fe(CN)6 + КОН
С(СНз)з(СНз)зС-СН''С(СН3)3
+ K4Fe(CN)6 + Н20Это — стабильные свободные радикалы. В отсутствие воздуха и
реагентов они способны существовать неопределенно долго. Мы встре¬
тимся далее (стр. 205) с такого рода стабильными свободными ради¬
калами, у которых в a-положении к ароматическому ядру или, лучше,
к двум или трем ароматическим ядрам (при наличии углерода в
a-положении) находится атом с неспаренным электроном. Все они ста¬
билизуются за счет рассредоточения неспаренного электрона по всей
ароматической системе, что выражается в символике резонанса так;с(сн3)3(СН3)3С—^ V-Q.С(СНа)з(сна)3с-■ (СНз)зОЯ(сна)з
=0	(сн3у>Ь(СНз)зВ символике английской школы выразить это явление труднее по¬
тому, что кривая стрелка обозначает передвижение пары электронов,
а в данном случае рассредоточивается лишь один электрон. Иногда это
выражают пунктирными кривыми стрелками:J^CHajsи®(СНз)зС(СН3)3Ароксилы — темно-синие кристаллические вещества, растворимые в
эфире и бензоле. Их парамагнитные свойства доказывают наличие в
молекуле неспаренного электрона.Другой способ получения ароксилов состоит в элиминировании ме¬
таллическим серебром брома из продукта бромирования 2,4,6-триалкил-
фенола (стр. 106):/R
114ФЕНОЛЫ2,4,6-Триалкилфенолы служат хорошими антиоксидантами и вообще
ингибиторами цепных реакций, так как «обезвреживают» активные сво¬
бодные радикалы, ведущие цепь в цепных реакциях:А	АR—\_У—0Н + А* —► R—(7 х>—О. + АНСами они при этом превращаются в неактивные стабильные ради¬
калы, и реакционная цепь обрывается. Поэтому фенолы, способные да¬
вать ароксилы, применяются как ингибиторы цепного окисления и свя¬
занного с ним разрушения (старения) пластмасс, например полипро¬
пилена. В качестве примера практически применяющегося для этой цели
фенола приведемОН	ОН(СНз)з(Х 1	1 /С(СН3)3МНОГОАТОМНЫЕ ФЕНОЛЫ
ДиоксибеизолыИзомерные диоксибензолы носят следующие названия: о-диоксибен-
зол — пирокатехин, ж-изомер — резорцин и rt-изомер — гидрохинон. Это
хорошо растворимые в воде, твердые, лишенные запаха вещества. Свой¬
ства их представлены в табл. 66.Таблица 66. Многоатомные фенолыФормулаНазваниеТемпература
плав левая,
°СТемпературакипения.°СПлотностьrf154ПоказательпреломленияППС6Н4(0Н)2Пирокатехин, 1,2- или
о-диоксибензол105240; 2451,3711,615
(при 20°С)С6Н4(0Н)2Резорцин, 1,3- или
ж-диоксибензол110276,5; 2811,285—С„Н4(ОН)2Гидрохинон, 1.4- или
п-диоксибензол170.5-173,1286,2l,358(df)—С6Н3(ОН)3Пирогаллол, или
1,2,3-трноксибензол133,5171 (при
12 мм рт. ст.)1,453 (dj)—С6Нз(ОН)зОкснгидрохинон, или
1,2,4-триокснбензол140,5—■	—С6Нз(ОН)зФлороглюцин, или
1,3,5-триоксибепзол219(безводн.)Возг.,разл.Пирокатехин известен как продукт декарбоксилирования при нагре¬
вании протокатеховой кислоты, находимой в растениях:>_^3)_с-он — но-^+со,НО'НО'	но/	А	нп/~
МНОГОАТОМНЫЕ ФЕНОЛЫ115Его можно также получить гидролизом о-дихлорбензола (силика¬
гель— медная соль) перегретым паром.Пирокатехин — сильный восстановитель, и, окисляясь гетеролитиче*
ски (например, ионом Ag4), он превращается в о-бензохинон:+ Н20Гемолитическое окисление кислородом воздуха протекает сложнее.
Как показывают исследования методом электронного парамагнитного ре¬
зонанса (ЭПР), сначала идет окисление до семихинона II (см. стр. 148),
который легко идентифицируется по ЭПР-спектру. Этот спектр потом
сменяется спектром свободного радикала VII, который окисляется в хи-
нон VIII. Всю картину можно представить следующим образом:XXРезорцин (ж-оксибензол) получают в технике сплавлением со ще¬
лочью лг-бензолдисульфоната натрия; •/S03Na/ONa4- NaOH\SO.Na(О) + 2№*S0‘4)NaРезорцин — устойчивее своих изомеров к окислению. Кислотные
свойства его выражены сильнее, чем у фенола. Уже водородом в момент
выделения (амальгама уатрия и вода) он восстанавливается в дигидро¬
резорцин (циклогександион-1,3).;он	°
116ФЕНОЛЫРезорцин еще легче, чем фенол, воспринимает разнообразные элек-
трофильные атаки, так как обе его гидроксильные группы осуществляют
согласованную ориентацию. Поэтому резорцин легко галоидируется,
сульфируется, нитруется, нитрозируется, вступает в реакции азосоче¬
тания. Одно из его главных применений — синтез азокрасителей, в ко¬
тором он служит азосоставляющей.При исчерпывающем нитровании резорцина получается тринитро-
резорцин, стифниновая кислотаво многом напоминающая пикриновую кислоту. Для карбоксилирова-
ния резорцина достаточно нагреть его в растворе бикарбоната натрия:Получаемое соединение носит название резорциловой кислоты. Со¬
ответствующий резорциловый альдегид может быть получен по реак¬
ции Реймера — Тимана, а также действием синильной кислоты и хло¬
ристого водорода (стр. 125).Гидрохинон получают восстановлением n-бензохинона (стр. 143):Как и пирокатехин, гидрохинон — сильный восстановитель, при окис¬
лении образующий л-бензохинон:Пирокатехин и гидрохинон применяются как фотографические про¬
явители, восстанавливающие бромистое серебро до металла. Гидрохи¬
нон широко используется также как антиоксидант (стр. 148).КЛАТРАТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ГИДРОХИНОНАКак и в случае фенола, молекулы гидрохинона ассоциированы за счет
водородных связей гидроксилов. Твердый гидрохинон (так называемая
{5-модификация его) благодаря этим связям имеет пространственную
решетку (рис. 86), пронизанную пустотами длиной около 5 А, в которыеОНонNO:ONaОН0=С—ОННО—<€>■>—ОНонооно
«АНСА»-СОЕДИНЕНИЯ ГИДРОХИНОНАлегко захватываются посторонние молекулы (SO2, H2S, СН3ОН и даже
благородные газы, например аргон). Образующиеся клатратные соеди¬
нения гидрохинона (рис. 87) впервые получены и систематически изу-Рис. 87. Структура клатрата гидрохи¬
нона. Окружность вверху выделяет
одну клетку.чены Поуэллом. Образование
клатратных соединений свой¬
ственно многим фенолам, в том
числе и самому фенолу, на при¬
мере которого Б. А. Никитин от¬
крыл «молекулярные соедине¬
ния» его с благородными газами
и сероводородом.В отсутствие молекул «гостей» гидрохинон предпочтительно кри¬
сталлизуется без пустот, в более плотной а-модификации — плотность
1,35 г/см3; плотность ^-модификации— 1,26 г/см3.Рис. 86. Образование каркаса гидрохинона
с помощью водородных связей.Верх: каждый правильный шестиугольник озна¬
чает шесть водородных связей между кислород¬
ными атомами; шестиугольники различных уров¬
ней изображены линиями разной толщины; ско¬
шенные линии, представляющие О—О-оси моле¬
кул гидрохинона, показывают способ связи, при
котором образуется бесконечное трехмериое кле¬
точное соединение, каждая такая линия показана
сужающейся в направлении от наблюдателя.
Низ—перспективная проекция верхнего рисунка;
шестиугольники означают водородные связи;
более длинные скошенные линии, связывающие
разные шестиугольники, представляют собой
О—О-осн молекул гидрохинона.«АНСА»-СОЕДИНЕНИЯ ГИДРОХИНОНА.АТРОПЭНАНТИОМЕРИЯ. IАлкилируя гидрохинон и гидрохинонкарбоновую кислоту серией ди¬
бромидов Вг(СН2)пВг, Люттрингхауз получил два ряда простых эфи¬
ров типов I и II с мостиками у бензольного кольца (так называемые
снса-соединения):I	IIСоединения типа II не имеют плоскости симметрии, и потому их
зеркальное изображение несовместимо с оригиналом. Поэтому такие
соединения могут быть разделены на антиподы обычными способами,
например кристаллизацией их солей с оптически активным алкалоидом
118ФЕНОЛЫ(кн. I, стр. 366). Этот случай оптической изомерии (именно энантиоме-
рии) замечателен тем, что в соединении отсутствует асимметрический
атом; асимметрия свойственна молекуле как целому вследствие невоз¬
можности (из-за пространственных препятствий) поворота бензольного
кольца. Действительно, соединения II при п — 8 обнаруживают полную
устойчивость левой и правой форм даже при химических превращениях.
При « = 9 происходит (в результате поворота бензольного цикла) мед¬
ленная рацемизация, т. е. превращение левая форма ^ правая форма,
а при п = 10 рацемизация идет очень быстро.Такой тип оптической изомерии называется атропэнантиомерией
(а — отрицание, тропо —вращаю). Мы еще встретимся с атропэнантио¬
мерией при рассмотрении бифенила (стр. 186).ПолиоксибензолыСмежный триоксибензол называется пирогаллолом, так как получается
пиролизом (декарбоксилированием) галловой кислотыНО^Н0-<Л> + С0*
но/выделяемой из продуктов гидролиза дубильных веществ типа таннина
(стр. 169).Пирогаллол в щелочных растворах легко окисляется даже кислоро¬
дом воздуха, поэтому такие растворы используются для поглощения
кислорода. В фотографии пирогаллол применяется как проявитель.Симметрический триоксибензол — флороглюцин в виде его производ¬
ных очень распространен в растительном мире. Многие из подобных
производных получают синтетически через флороглюциновый альдегид,
в свою очередь синтезируемый из флороглюцина по Реймеру — Тиману,
или действием синильной кислоты и хлористого водорода (стр. 125).Обычно флороглюцин получают гидролизом симметрического три-
аминобензола (его готовят восстановлением тринитробензола);H,N^nh2 + зн2оH2n/По свойствам флороглюцин похож на резорцин.\,2,4-Триоксибензол можно синтезировать, присоединяя к я-бензохи-
нону уксусный ангидрид и гидролизуя образовавшийся ацетат (стр. 146).Гексаоксибензол получают подкислением продукта соединения метал¬
лического калия и окиси углерода:OH + 3NH*
ЭФИРЫ ФЕНОЛОВЭФИРЫ ФЕНОЛОВО синтезе сложных и простых эфиров фенолов было сказано на стр. 103<
Сложные эфиры гидролизуются обычным для этого типа веществ пу¬
тем в кислой и в щелочной среде. Простые эфиры фенолов, как всегда,
трудно гидролизуются, но все же легче, чем предельные алифатические
эфиры. Их гидролизуют в присутствии хлористого алюминия и хлори¬
стого водорода. Они расщепляются также концентрированными броми¬
стоводородной и иодистоводородной кислотами с выделением галоид¬
ного алкила.Из простейших и важных простых эфиров фенола назовем метило¬
вый (анизол) и этиловый (фенетол). Они находят применение в каче¬
стве растворителей и главным образом в синтезе красителей и лекар¬
ственных веществ после нитрования и последующего восстановления в о-
и л-метоксианилины (анизидины) и о- и я-этоксианилины (фенетидины)*
Полученные из них гидразосоединения перегруппировываются соответ¬
ственно в 2,2-диметоксибензидин (дианизидин) и 2,2-диэтоксибензидин.При нагревании с лыоисовыми кислотами алкоксибензолы пере¬
группировываются в о- и я-алкилфенолы (Н. И. Курсанов):Очень интересно и легко (без участия кислоты Льюиса) протекает
перегруппировка аллилового эфира фенола (Клайзен). Аллильный ра¬
дикал перемещается только в орто-положение, если оно не занято, и
в пара-положение, если заняты оба орто-положения. Посредством метки
третьего (крайнего) углеродного атома аллила путем введения в это
положение радиоактивного ИС доказано, что в первом случае аллил,
перемещающийся в орто-положение, привязывается своим третьим (ме¬
ченым) углеродным атомом, очевидно, через циклическое переходное
состояние;В случае клайзеновской пара-перегруппировки аллил оказывается
связанным с первым углеродным атомом;Это роднит клайзеновскую пара-перегруппировку с другими переме¬
щениями группы из боковой цепи бензола в пара-положение: перегруп¬
пировка фенилгидроксиламина в л-аминофенол, азоксибензола в я-окси-
азобензол и др. Разумеется, для того чтобы определить, где находится
14С в продукте реакции, нужно подвергнуть этот продукт деструкции
так, чтобы отделить крайний углеродный аллильный атом (например,
озонированием или иным окислением), и выяснить, какой из двух про»
дуктов деструкции радиоактивен.0-СНг-СН=СН2онсн2—сн=сн2
120ФЕНОЛЫСложные эфиры фенолов при действии кислот Льюиса также претер¬
певают перегруппировку с миграцией ацила в ядро, главным образом
в пара-положение, и образованием кетонофенолов (перегруппировка
Фриса):0=С~СНаОонА1С13СНз—С=0Из простых эфиров диоксибензолов назовем монометиловый эфир
пирокатехина — гваякол, встречающийся в дегте, особенно буковом, и
находящий фармацевтическое применение. Его получают из о-анизидина:
ОСН3	ОСНз	ОСНз✓NH2J + НС1 + hno2■Ns=N СГн2о+ N2 + HClВератрол (диметиловый эфир пирокатехина) синтезируют по ре¬
акции:ONa	ОСНзONa+ 2C6H5S020CH3ОСНз+ 2C6H5S02ONaГваякол состоит в родстве с важными душистыми веществами. Вводя
в гваякол тем или иным способом альдегидную группу (в пара-поло¬
жение к гидроксилу), получают ванилин. Такое формилирование можно
осуществить действием метилформанилида в присутствии хлорокиси
фосфора (реакция Вильсмейера):.ОНосн.+ СиНв—N-СНзонРОС!зОСНз+ C6H6NHCH»Ванилин — пахучее начало ванили. Теперь его готовят проще —
окислением лигнина (стр. 123).Пахучее начало гвоздики — эвгенол — представляет собой 4-аллил-
2-метоксифенол. Родство с ванилином устанавливается следующим пу¬
тем: аллильной перегруппировкой посредством кипячения со щелочью
эвгенол превращается в изоэвгенол (4-пропенил-2-метоксифенол), окис¬
ление которого (например, озоном) приводит к ванилину:ОН	ОН	онОСНзNaOHСН2СН=СН,ОСНзСНСНзОз; Н20ОСНз
ТРИФЕНИЛОКСОНИЕВЫЕ СОЛИ121Аналогичны отношения сафрола (из сассафрасового эфирного масла);’
и пиперонала, или гелиотропина, применяемого в парфюмерии и пах¬
нущего гелиотропом:-СН,	О	СН,	О	СН,Оз; н2о^ -(ГСН2—СН=СН2	СН=СНСН3сафрол	изосафрол	пипероналПРОСТЫЕ ЧИСТО АРОМАТИЧЕСКИЕ ЭФИРЫПростейший представитель этого класса — дифениловый эфир, называе¬
мый также дифенилоксидом, — веществоо с т. пл. 28 °С, кипящее при
259 °С, запах которого напоминает запах листьев герани. Он приме¬
няется в парфюмерии, а также как теплоноситель в обогревательных си¬
стемах. Его можно получить по Ульманну, нагревая до ~200°С бром-
бензол и фенолят натрия с медью:Дифенилоксид образуется также как побочный продукт при гидро¬
лизе щелочью хлорбензола (в присутствии меди).ТРИФЕНИЛОКСОНИЕВЫЕ СОЛИПри разложении борфторида фенилдиазония в ацетоновом растворе ди-
фенилового эфира с небольшим выходом получается борфторид трифе-
нилоксония в результате присоединения образующегося фенил-катиона
(гетеролитический распад фенилдиазония) к свободной паре электронов
кислорода (А. Н. Несмеянов, Т. П. Толстая):C6HSN=N BF4- + C6H5-Q-C6H5	>- С6Н5:оТс6Н5 ВР4" +С6Н5В отличие от других компонентов реакции эта оксониевая соль рас¬
творима в воде и по отгонке ацетона может быть извлечена в водный
слой, затем осаждена в виде, например, малорастворимого иодида.Соли трифенилоксония очень прочны термически и по отношению
к электрофильным реагентам, чем они отличаются от триалкилоксоние-
вых солей. Оксониевый кислород, несущий положительный заряд, ведет
себя как сильно дезактивирующий (к электрофильному замещению) за¬
меститель, но направляет вступающий заместитель в пара-положение.
Так, при нитровании соли трифенилоксония (100°С, 60 ч, 100%-ная
HN03 -f- 100%-ная H2S04) образуется три-(n-нитрофенил)-оксониевая
соль.Трифенилоксоний — единственный из ароматических ониевых катио¬
нов, нитрующийся в пара-положение; все остальные нитруются в мета¬
положение. Причина, очевидно, та же, что и в хлорбензоле: наличие
в данном случае свободной пары электронов у кислорода и благодаря
этому +7'-эффект при очень сильном -—/-эффекте положительно заря¬
женного кислорода.Трифенилоксониевый катион гораздо более устойчив по отношению
к нуклеофилам, чем жирные оксонии, но все же не очень прочен.
122ФЕНОЛОСПИРТЫ И ИХ ПРОСТЫЕ ЭФИРЫНапример, лри нагревании идут'реакции:(С6Н6)3б BF4 + NaOH —> СеН6ОН + (С6Н6)20 + NaBF4
(С6Н6)3б BFr + NaN02 —► C6H6N02 + (C6H6)20 + NaBF4АРОМАТИЧЕСКИЕ СПИРТЫПростейший ароматический первичный спирт — бензиловый спирт —
СбНэСНгОН — может быть получен из бензальдегида (стр. 124), гидро¬
лизом хлористого бензилаС6Н6СН2С1 + Нг0 —► С6НбСН20Н + НС1или гриньяровой реакциейн2оC6H6MgBr + СН20 —СвН5—CH2OMgBr 	► С6Н6СН2ОНВторичные и третичные ароматические спирты получают реакцией
Гриньяра — взаимодействием фенилмагнийбромида с альдегидами и ке-
тонами, а вторичные, кроме того, восстановлением кетонов.Бензиловый спирт по функциональному поведению вполне сходен с
алифатическими первичными спиртами. Довольно существенной его чер¬
той является легкая отдача им а-водородного атома с парой электронов
(гидрид-аниона); сам он при этом окисляется в бензальдегид:н	нС6Н6—С-О-Гн + А+ —»- СеН6—cL=0 + АН + Н+Н|+где А+—акцептор гидрид-аниона, например (С6Н5)зС.Кроме того, так же как от хлористого бензила отщепляется ион
хлора, так и из бензилового спирта легко удаляется кислотами гидро¬
ксил, оставляя относительно устойчивый бензил-катион, претерпевающий
дальнейшие превращения.Бензилацетат имеет свежий цветочный запах. Он входит в состав
эфирного масла жасмина и применяется в парфюмерии.р-Фенилэтанол, гидроксил которого более удален от фенильного
ядра, вполне подобен жирным спиртам. Готовят его из бензола и окиси
этилена по варианту реакции Фриделя — Крафтса:A1CI3С6Н6 + HSC—сн2 	► С6Н6-СН2СН2ОН\/ОПрименяется в парфюмерии (запах его напоминает запах розы).ФЕНОЛОСПИРТЫ И ИХ ПРОСТЫЕ ЭФИРЫСоединения этого класса важны, в частности, потому, что некоторые из
них находятся в ближайшем структурном родстве с лигнином, на¬
пример:СН=СН—СН2ОН	СН=СН—CHjOriАн^ОСН9коннфернлавый спирт
ФЕНОЛОСПИРТЫ И ИХ ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ123Лигнин представляет собой инкрустирующее вещество древесины
(30% от сухой массы) и связан в ней с целлюлозой и гемицеллюлозами.
При переработке древесины в целлюлозу сульфитным методом в макро¬
молекулы лигнина вступают сульфогруппы из сульфита и происходит
разрыв по кислородным связям. Лигнин переходит при этом в раствор,
оставляя целлюлозу. При «сульфатном» методе растворение лигнина
достигается действием щелочи за счет свободных фенольных гидрокси¬
лов лигнина.При кислотном гидролизе древесины с целью получения глюкозы
лигнин остается нерастворенным, В качестве промышленных отходов
получаются в огромных количествах гидролизный лигнин и лигносуль-
фоновые кислоты. По существу это ценный материал, над более ра¬
циональным использованием которого следует работать.Главный исследователь строения лигнина Фрейденберг воспроизвел
биосинтез лигнина, обрабатывая конифериловый спирт дегидрирующим
ферментом — дегидразой, выделенной из сока шампиньонов. О прохо¬
дящих при этом дегидрировании конденсационных процессах могут
дать представление получаемые побочные (или промежуточные) про¬
дукты:O/V-A	конденсация—СН=СН-СН2ОН	но—(Q)—CH=CH-C^ 	►СН3о/	сн3о/
но— о —сн2-сн—снгон	+
СНзо/	°-<о> —сн=сн-снаонСН,о/+ но——сн—сн—сн2он	+
^0// о—(^)—сн-=сн—сн2он
сн3о^
+ но—<( )\—СН—сн-сн,'\	/ОСНз/ —7СН,/ q/
сн3с/ \CHj—CH—сн—(( ))—онМеченный 14С конифериловый спирт, превращенный в глюкозид ко-
ниферин, будучи введен в камбиальный сок сосны, действительно (как
показывает радиоактивная метка) оказывается включенным в состав
лигнина сосны.При окислении лигнина нитробензолом образуется ванилин, что и
служит промышленным способом получения этого вещества.
124АРОМАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫАРОМАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫГлавное внимание здесь будет обращено на альдегиды, карбонильная
группа которых непосредственно связана с бензольным ядром, так как
именно они обладают некоторыми специфическими свойствами и синте¬
зируются особыми методами. Типичным представителем их является
бензальдегид. Альдегиды, подобные фенилуксусному СвНбСНгСНО или
имеющие еще более удаленную от бензольного ядра альдегидную груп¬
пу, например фенилгидрокоричный С6Н5СН2СН2СНО, по способам син¬
теза и реакциям вполне подобны жирным альдегидам и поэтому рас¬
сматриваться не будут. Непредельные альдегиды, такие, как коричный
СбН5СН = СНСНО (пахучее начало корицы), также существенно не от¬
личаются от жирных альдегидов с сопряженной системой я-связей, типа
кротонового, и также могут быть получены конденсацией (на этот раз
двух разных альдегидов — бензойного и уксусного).Бензальдегид, как уже сказано во введении, — это соединение, давно
известное как масло горького миндаля. Он получается при гидролизе
гликозида — амигдалина, содержащегося в горьком миндале (а также
в косточках вишен, абрикосов и т. д.). Гликозид распадается при гид¬
ролизе на дисахарид — генциобиозу — и оксинитрил бензальдегида,
легко регенерирующий сам альдегид и синильную кислоту:/Н	/НСаН5-С—C=N —► С6Нб—С +HCN\он	чоТаким образом, бензальдегид стал известен химикам раньше бен¬
зола.Синтез ароматических альдегидов1.	Методы, основанные на окислении метильной группы. Получение бенз¬
альдегида промышленным путем сводилось ранее к гидролизу хлори¬
стого бензилиденан2оС6Н5-СНС12 	► С6Н5-С^ +2НС1ХНили к окислительному гидролизу хлористого бензила:Н20(Мп02)	лС6Н6СН2С1 	*■ СвН5—VОнВажным общим методом превращения группы —СН2С1 в альдегид¬
ную группу служит метод Соммле, состоящий в кипячении хлористого
бензила с водным раствором уротропина (см. кн. I, стр. 129).NН2С сн2 хн2С6Н5СН2С1 +NАНоС сн2
>Nн2с сн8 сн2с6н5-сн2-м.N4НоС' >рн2
/ \н2оN"сн2	сг ^сн2-> С0Н5-СН2—NH2 + ЗСН20 + 3NH3
СИНТЕЗ АРОМАТИЧЕСКИХ АЛЬДЕГИДОВJ25Нн+ U
С„Н5~СН2—NH2 + СН20 —>- С6Н5—CH2—N=CH2 	V с6н6—сн2—n=ch2н	н1+	I ■	+CeH5—СН2—N=CH2 + CeH5—СН2—NH2 —V С6Н6—СН2—N—СНз + CeH5—CH=NH2/нCeH5-CH=NH2 + Н20 —У СвНв—С +NHtВозможно и прямое окисление толуола в бензальдегид (и вообще
метальных групп, связанных с ароматическим ядром, в альдегидные).
В лабораторных условиях это может быть осуществлено реакцией Этара
(действие хлористого хромила):ЗС6Н5—СН3 + 4Сг02С12 —* ЗСвН6—СНО + Н20 + 4Сг(ОН)С12В промышленности окисление метильных групп проводят хромовой
кислотой или перекисью марганца с серной кислотой при соблюдении
некоторых предосторожностей.2.	Не менее важны методы, заключающиеся во введении группы
СНО на место водорода ароматического ядра. Так, метод Гаттермана —
Коха заключается в действии на бензол (или вообще на ароматический
углеводород) окисью углерода и хлористым водородом в присутствии
А1С13 и CuCl. Окись углерода, по-видимому, образует с хлористым во¬
дородом неустойчивый хлористый формил, который далее реагирует по
реакции Фриделя — Крафтса:СнС!СО + НС1 	► ^с=осун\	AIC13СвНв+ )С=0 	»- С6Н6-С( +НС1СУ	ХНДля введения альдегидной группы в фенолы и их эфиры исполь¬
зуется вариант реакции Гаттермана, в котором вместо окиси углерода
применяют синильную кислоту, а вместо хлористого алюминия — хло¬
ристый цинк:Нчhcn + HCi —► ;c=nh
С кнСНзО—<( )>+ /Н\ ZnCl2 /7=Л I н20(н+)
,C=NH 		► СН3О— (О)—C=NH 	iСНзО—(( )>-~с^оВ орто-положение фенолов альдегидную группу можно вводить ме¬
тодом Реймера — Тимана. При этом на концентрированный щелочной
раствор фенола действуют хлороформом. По-видимому, дело сводится
к отщеплению от хлороформа хлористого водорода и образованию
126АРОМАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫдихлоркарбена ССЬ, который и взаимодействует с фенолятом натрия:Na
^ .СС12
НО- NaT
(Л^У'(ГС1& 2 NaOHНОУ н -—>•+ 2 NaCl + HgOТак из фенола получается о-оксибензальдегид (салициловый аль*
дегид).Наряду с салициловым альдегидом образуется небольшое количе¬
ство трополона II, что объясняется перегруппировкой промежуточного
карбаниона I:%С12НNaOH ^
—NaCl 'PHТакое внедрение — типичная реакция карбенов (см. раздел «Карбены»).По методу Вильсмейера альдегидную группу вводят, действуя на
ароматические соединения (достаточно нуклеофильно активные) фор-
мильными производными вторичных аминов, например N-метилформ-
анилидом, в присутствии хлорокиси фосфора:НО—+ C6Hs-N-(
IСН3Р0С13-н —► но--сг + c6h5-n-ch3чн	IнРазумеется, альдегидную группу можно ввести в бензольное ядро и
посредством гриньяровой реакции;С6Н5—MgBr+ н-с^°4OR	,(иа холоду)	^"-йомавГ^	C6HS-C/+ H-C<OR)3-ROMgBrCeH5-C(OR)2IH+ h2o(h+)•~-2H0irb с*н*~<H(A. E. Чичибабин)3. Альдегиды можно также получить восстановлением функциональ¬
ных производных карбоновых кислот, например восстановлением хло-
СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ АЛЬДЕГИДОВ127ристого бензоила по Зайцеву — Розенмунду:H2/Pd	_^°C6Hs—(Г 	»- CeHs—+НС1ХС1	\нСвойства ароматических альдегидовФизические свойства ряда ароматических альдегидов, их формулы и
названия приведены в табл. 67.Бензальдегид и другие альдегиды, у которых группа —СНО свя¬
зана с ароматическим ядром, во многом похожи на жирные альдегиды.
Так, они восстанавливаются во вторичные спирты, окисляются в карбо¬
новые кислоты. На реакциях этого типа следует остановить внимание.Окисление. Для ароматических альдегидов, как и для жирных,
существует два типа реакций окисления, в конечном результате приво¬
дящих к образованию соответствующих кислот: гомолитическое цепное
и гетеролитическое.а)	Гомолитическое окисление. На воздухе налитый тонким слоем
бензальдегид через несколько часов превращается в бензойную кислоту.
Соли переходных металлов, например железа, марганца, ускоряют про¬
цесс. Течение его таково:ООНапример:С6Нб—С + Инициатор —► CsHsC • + Н+УОоС„И8—с; + Fe3+ —* СвН3—С ■ + Fe2+ + Н+О	оИнициированиеСвН6-С • + ОгО,0С6Нб—с—о—о •
ооС6Нб—с—о—о. + свн5—счноII	*СвЩ—С-ООН + Q Н5-С'.0''НС6Нб—с—ООН + QHs—С •
О ]Звено цепи2Colls—} Реакция вне цепи\онб) Гетеролитическое окисление. Примером может служить гетероли¬
тическое окисление перманганатом. Это катализируемая ионом водорода
реакция, механизм которой исследован с применением меченного по кис¬
лороду перманганата КМп1804 и меченного дейтерием бензальдегидаУ3	/° /°С6Н5С . Оказалось, что скорость реакции для СбН5С и С6Н5СХНвесьма различна: дейтернрованный бензальдегид окисляется в семь раз
медленнее! Это означает, что в определяющей скорость стадии реакции
участвуют связи С—D и С—Н. Поскольку полученная бензойная кис¬
лота содержит 50% меченого 1В0 из перманганата, постольку кислород
для окисления бензальдегида доставляется не из воды, а из К.Мп1804.
128АРОМАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫТаблица 67. Ароматические оксосоединенияФормулаНазваниеТемпература плавления,
°САльдегидысвНб—сБензальдегид-26сн3с6н4-с(Толуиловый альдегид
о-М'—п-—свн6сн2-сгхнФенилуксусный альдегид<-10С6Н6СН2СН2-(ГГидрокоричный, или р-фенилпро-
пионовый, альдегид+47с6н6-сн=сн-с^хнКоричный альдегид-7,5N02CeH4—СГНитробензальдегид0-40 (а-); 37,9 (р-)м-58п-106,5К е т о н ыСвН6-С-СН3(!)Ацетофенон20С6Н6-С—С2Н54Фенилэтилкетон, или пропиофенон21С6Н5-С-С6Н54Бензофенон49 (а-); 26 (р.); 45 (¥-)
СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ АЛЬДЕГИДОВ129ТемператураДипольный моментТемпература плавления функциональных
производных альдегидов, °Скнпення,°Спри 25 °С,
Dоксимафенилгндра-аоиасемикарба-зона179.52,7535(а-си«-изомер)130(р-сш7ч*-изомер)156222195,549106212199——90223-2242053,30108-1101212341942,48
(при 20°С)98,562-63—2802,31
(при 20 °С)93—94,5—127251(разл.)3,71
(при 18°С)138,5 (а-); 64-65 (0-)1682081564,30154 (а-); 103 ф-)256(при 15 мм рт. ст.)1643,2885 (а-); 121 (0-)—246(при 23 мм рт. ст.)Возг.2,4182-184 (а-); 133(0-)153-154211202,32,97
(при 18 °С)58106203218—53-54—1823062,95
(при 13 °С)1441371675 Зак. 7У
130АРОМАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫНа основании всех этих данных можно сделать вывод о следующем ме¬
ханизме реакции гетеролитического окисления:сен5СвН8-СХ.он\‘н.онСвНв-сГн+. 18бмп1803он-од-с^-н’Ъ—Мп’Ъзон->C6Hs-C + HMn 0318оV VII +н20 VI
НМп03 + НМп04 		>-2Н2Мп04Механизм окисления приведен здесь не для противопоставления жирных и аро¬
матических альдегидов — их поведение сходно в этих и дальнейших реакциях, а для
того, чтобы подчеркнуть, что механизмы реакций, одинаковых по конечному резуль¬
тату, как, например, окисление воздухом и перманганатом, могут быть совершенно
разными и требуют изучения.Фотолиз. При фотолизе бензальдегида образуется свободный ра-
Одикал бензоил С6Н5—С*, который устойчив при —200 °С, а при —140 °С
лишь медленно (минуты) присоединяет бром, превращаясь в бромистыйбензоил С6Н5—С . Радикал бензоил — оранжево-красное вещество,
чЗ гдает сигнал ЭПР (см. раздел «Свободные радикалы»), присоединяется
по олефиновым связям (У. Шмидт).Ароматические альдегиды, так же как и жирные, присоединяют би¬
сульфит натрия, синильную кислоту, гриньяров реактив (см. кн. I,
стр. 128). Ряд реакций замещения альдегидного кислорода проходит
также вполне аналогично реакциям жирных альдегидов. Сюда отно¬
сятся реакции с гидразином, семикарбазидом, арИлгидразинами (кн. I,
стр. 131). Реакция с гидроксиламином приводит к двум стереомерным
оксимам бензальдегида, различающимся не только по физическим кон¬
стантам, но и по реакциям. При действии уксусного ангидрида (и дру¬
гих водоотнимающих средств) анти-изомер отщепляет воду и образует
бензонитрил, а сгш-изомер ацетилируется по гидроксильной группе:(СН3С0)20НС1;
затем ЫагСОз\с-нIISN—ОН(СН3С0)20^С—H\с-нII! N—ОССН3IIО+ СН3СООНа-, или сик*
бензальдокснм
(т. пл. 35 ®С)HO—N:ft-, илн анти-
бензальдоксим
(т. пл. 130 °С)'"''СN+ 2СН3СООНСын-анг«-изомерия, с которой мы уже встречались при азобензоле
(стр. 72), вполне подобна цис-транс-изомерии соединений с углерод-
СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ АЛЬДЕГИДОВ131углеродной я-связью. Роль второго заместителя при азоте играет сво¬
бодная пара электронов. Транс-элиминация (в данном случае отщепле¬
ние Н и ОН из транс-положения) является общим правилом (ср. раздел
«Реакции элиминации»).Реакции конденсации. Новой для ароматических альдегидов
сравнительно с жирными является реакция с ароматическими же ами¬
нами, приводящая к важному классу анилов (шиффовых оснований):/ИС6Н5-С + H.,N—СвН5 —> С6Н5—CH=N-CcH5 + H20
'(О реакции жирных альдегидов с анилинами см. раздел «Хинолин
и его производные», стр. 310.)С аммиаком ароматические альдегиды также реагируют отлично
от жирных и дают не альдегидаммиаки, а гидробензамиды:ЗС6Н6—С'У +2NH3 —> C6H5~C=N-CH-N=C—С6Н5 + ЗН20
ЧН	IIIн с„н6 нОдно из главных отличий ароматических альдегидов от жирных со¬
стоит в том, что для них неизвестна реакция образования полимеров
вообще и, в частности, столь характерная в жирном ряду реакция об¬
разования тримеров, подобных паральдегиду.Само собой разумеется, что для ароматических альдегидов невоз¬
можна ни альдольная, ни кротоновая конденсации самих на себя, по¬
скольку для этих конденсаций необходимо наличие соседнего с альдегид¬
ной группой метиленового звена. Зато бензальдегид и вообще аромати¬
ческие а-альдегиды способны к иной — бензоиновой конденсации, про¬
текающей под действием цианистого калия:Н Н
/н | cn- I
с6н5-с^ + с-с6н5 	»■ С6Н6-С-С-СвН6II	I IIо	но обензоинМожно думать, что роль циан-иона состоит в первоначальном при¬
соединении к альдегиду (по типу присоединения синильной кислоты) и
оттягивании электронов связи от оставшегося водорода альдегидной
группы, вплоть до его протонизации и сообщения ему способности пе¬
ремещаться в виде протона к карбонильному кислороду второй моле¬
кулы, после чего происходит образование С—С-связи и выброс CN~:C=N	CsN свНз-с<;/	/	нс6н5—с-[н] сен5-с~>(Т*-	о—н£C=n^c6h5	. /Сбн5С6н3—с —с—Н	СеН8-С“-С-Н + CN*JTl.V	Jl чоно—н и	оБ*
132АРОМАТИЧЕСКИЕ АЛЬДЕГИДЫСтроение бензоина явствует из его окисления в 1,2-дикетон—бензил:оС6Н5—С—СН—С6Н5 	»• СбН5-С—с—с6н5 + Н20iОН	0 0Как уже упоминалось, бензальдегид не претерпевает под влиянием
щелочи конденсаций сам на себя, но для него возможно иное проявле¬
ние действия щелочи: две молекулы бензальдегида диспропорциони-
руются в бензиловый спирт и бензойную кислоту (реакция Канниц¬
царо):у ON а2С6Н5—с( + NaOH —>- СвН8—С, + С0Н5—СН2ОН^О	Ч)На механизм реакции Канниццаро проливает свет реакция Ти¬
щенко, свойственная как жирным, так и ароматическим альдегидам и
проходящая под действием алкоголятов алюминия, а также тетраалк-
оксититанов (А. Н. Несмеянов, О. В. Ногина). По реакции Тищенко
(кн. I, стр. 133) две молекулы альдегида превращаются в молекулу
сложного эфира соответствующих спирта и кислоты, в случае бенз¬
альдегида— в бензиловый эфир бензойной кислоты. Можно думать, что
реакция Канниццаро — частный случай реакции Тищенко, отличаю¬
щийся тем, что образующийся и в этом случае сложный эфир гидроли¬
зуется щелочью в спирт и соль кислоты. Смысл реакции состоит в гиб¬
ридном перемещении, т. е. в переходе одного из водородных атомов со
своей парой электронов к карбонильному углероду другой молекулы
альдегида:Н	Н1 Г>	IС6Н5—с=о —>- с6н5—с—О
(*■	I
“ОН	он
н
U^rv-LLj
с6н5-с—o_t с—с6н5 —>- сен5-сн2-о—с—С6Н5(SОН О	"ОН	ОЧто касается альдольных и кротоновых конденсаций бензальдегида
с жирными предельными альдегидами, то эти процессы проходят нор¬
мально и, например, с ацетальдегидом приводят к образованию сначала
р-окси-р-фенилпропионового альдегида, а затем коричного альдегида
(находится в корице и обусловливает ее запах):/Н /Н /Н /Н
СбН5С. + СН3С —► CSH6CH-CH2C;	> С6Н5СН=СНСС-Ч0 ч0	I	Ч) ~Н2°	N)онОчень легко в присутствии разбавленных щелочей осуществляется
кротоновая конденсация бензальдегида с ацетоном (а также с арома¬
тическими кетонами). В зависимости от соотношения реагентов полу¬
чается бензальацетон или дибензальацетон:С6Н5-СНО + СН3-С-СН3 —* С6Н5—СН=СН—С-СНз + Н20О2СаНб—СНО + СН3- С-СН3	—>- СВН6СН=СН—С -СН=СН-С8Н6 + 2Н20:	IIО	О
АРОМАТИЧЕСКИЕ КЕТОНЫ133Оба непредельных кетона — желтые кристаллические вещества.
Особенно важна конденсация Перкина, т. е. конденсация ароматиче¬
ских альдегидов с ангидридами жирных кислот в присутствии основа¬
ний, приводящая к непредельным кислотам типа коричной. Роль осно¬
вания может играть соль, например углекислый калий или ацетат
натрия. Реакция протекает при 150—180 °С и начинается как нуклео¬
фильная атака карбаниона I ангидрида на карбонильный углерод:сн3-с^\)+СН3—С-СГ Na+	С.Н2—С—О—С—СН3 + СН3—С—ОНСН,-<	>	N.. I «	АIН	ОГ) I	I,^и - I	СНг-С-ОНСбНе-С 4 СН,-С-0-С-СН3—► С0Н5—С—СН2—С—О—С—СН3	>■\и II II	L Na+ II II0 0	о m о о—> С0Н5—СН—СН2—С—О—С—СНз + СНз-С-О" Na+I	II II	IIОН О О	о-н201-+ Н20С0НВ—СН=СН—С—О—С—СН3 	>	QjHs—СН=СН—С—ОН + СНз—C-OHII II	II I!О О	о о' Конечно, анион I мезомеренСНо—С—О—С—СН3 -<-> СН2=С—О—С—сн3II II	I IIО О	О' ОI	IIпричем больший вес должен принадлежать структуре II. Так что по су¬
ществу реакция этого аниона с альдегидом является реакцией с перене¬
сением реакционного центра.В последние годы большое распространение получила реакция Вит¬
тига, позволяющая вводить в альдегиды и кетоны группу ИгС= на
место кислорода (подробнее см. стр. 392).Реакция замещения бензальдегида в ядро. ’Альдегид¬
ная группа относится к мета-ориентантам средней силы, дезактивирует
ароматическое ядро и направляет вступающий заместитель главным
образом в мета-положение. При нитровании бензальдегида наряду
с ж-нитробензальдегидом получается также значительное количество
о-изомера.АРОМАТИЧЕСКИЕ КЕТОНЫВ случае кетонов также различают кетоны с карбонилом, непосредствен¬
но связанным с ароматическим ядром, и кетоны с удаленным карбо¬
нилом. Только первые имеют некоторую специфику свойств и путей
синтеза.Обычные названия кетонов строятся как названия ацилированных
углеводородов с прибавлением окончания он — ацетофенон, пропиофе-
"нон, бутирофенон, бензофенон (фен — старое лорановское название бен¬
зола) .
134ароматические кетоныСинтез ароматических кетонов1.	Кетоны с карбонилом у ароматического ядра наиболее удобно синте¬
зировать реакцией Фриделя — Крафтса:С0Н6 + R—С—С14СеНе + R—С—О—С—RII IIО ОА!СЬAICI3-С—R + НС1IIО*- С6И5—с—R + R—С—ОНII	IIО	огде R — ароматический или алифатический радикал.Хлористый алюминий в этой реакции приходится брать в эквивалент¬
ном хлорангидриду количестве, так как он полностью связывается в
комплекс и продолжает быть связанным с кетоном после его образова¬
ния. Для этого комплекса можно было бы предположить структуру,
аналогичную структуре известного комплекса ЗееляR-C-F + BF3	^R-C+[BF4rII	IKо	:оуспособного, хотя и слабо, ацилировать ароматическое ядро. Однако это
предположение не подтверждается, и в комплексах хлор ангидридов с
хлористым алюминием связь осуществляется через кислород, как и в
случае кетонов. Исследования УФ-спектра, имеющего, как и для кетон-
ных комплексов, сдвиги в более длинноволновую область, термохими¬
ческие исследования и данные о молекулярном весе позволили Н. Н. Ле¬
бедеву предложить такую структуру обсуждаемого комплекса:R-CС1О.:aiС1[А1С1«ГR—СО'ЧС1421Естественно, что связь с алюминием усиливает положительный за¬
ряд на карбонильном углероде и делает его ■более способным к электро-
фильной атаке.Ароматическое ядро, пассивированное наличием мета-ориентанта, не
вступает в эту реакцию. Поэтому реакцией Фриделя — Крафтса не
удается ввести в бензольное ядро второй ацил. Таким путем нельзя
проацилировать также нитробензол, бензолсульфокислоту и т. д.2.	В случае более нуклеофильного, чем бензол, ароматического ядра
(многоатомные фенолы, их эфиры) для синтеза кетонов применяют ре¬
акцию Геша — действие нитрила и хлористого водорода (вариант реак¬
ции Г аттермана)::NfI
СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ КЕТОНОВ1353.	Вполне применима также реакция гриньярова реактива с арома¬
тическими нитрилами:/ВгС6Н5—C=N + RMgBr —> CsHb—C=NMgBr —* СбН5—С—R + Mg' + NH3I	4 4°Hгде R — ароматический или алифатический радикал.4.	Окисление кислородом воздуха этилбензола (и его гомологов),
инициированное в жидкой фазе солями марганца или кобальта, приво¬
дит к образованию гидроперекиси и в результате ее разложения — к ке-
тону (цепная реакция):С0Н6—СН2—СНз + 02 —+• С6Н5-СН—СНз —+• СбНБ-С—СН3 + н2оООН	ОСвойства ароматических кетоновФизические свойства ряда кетонов, их формулы и названия приведены
в табл. 67 (стр. 128).Представителем жирноароматических кетонов может служить аце-
тофенон (т. пл. 20 °С, т. кип. 202,3 °С). Это жидкость с запахом цветов
черемухи, находящая применение в парфюмерии. Все сказанное о свой¬
ствах ацетона (кн. I, стр. 127 сл.) применимо и к ацетофенону. Он почти
в той же мере способен к реакциям присоединения по карбонильной
двойной связи и к реакциям замещения карбонильного кислорода. Как
и все кетоны, он не полимеризуется, но конденсируется. Продуктами
кротоновой конденсации ацетофенона являются дипнон (аналог окиси
мезитила) и трифенилбензол:2CsH5—С—СН3 —► СвНб—С=СН—С—СвН5СНз АОЗСвНб—с—СНзII
оСЬН5СеНб	^СцНвУже эти реакции демонстрируют обычную подвижность а-водородов
метила. Можно привести и другие подобные реакции.Конденсация с функциональными производными кислот в 1,3-дике-
тоны:а)	сложноэфирная конденсация:R—с—OR' + Na + СНз—С—С6Нб —»■ R—С—СН2—С—С6Н6 + R'ONa1	II	II IIО	О	о об)	конденсация с ангидридами кислот по Меервейну:СН-< вРз /ОН
ЧЭ + СНз—С—CeHg 	► СН3—С—СН,—С—С6Нб + СНз—с'СНз—сЧ)/	II	II II	^оРеакция Манниха. При действии на ацетофенон смеси форм¬
альдегида, амина и соляной кислоты а-водород замещается на
136АРОМАТИЧЕСКИЕ КЕТОНЫмоноалкиламинометильную или диалкиламинометильную группу:
С6НЕ—С—СН3 + СН2=0 + NH(CH3h + HCI —►О—► С6Н6-С-СН2—СН2—NH(CH3)2 сг + Н20Промежуточным продуктом является образующееся при взаимодей¬
ствии формальдегида с амином метилольное производное амина/СН3СН20 + HN(CH3)2 —► НО-СН2—N^СН3которое в кислой среде превращается в карбониевый катион, стабили¬
зованный смещением свободной пары электронов азота:../СНз +	+ р./сн 3НО—СНг—+ Н+ 	>■ НаО + СН2—СН3	ХСН3Галоидирование ацетофенона по метильной группе:С6Н6—С—СН3 + С12 —► СвН5—С—СНгС1 + НС1А	АХорацетофенон, содержащий весьма подвижный галоид, очень сильно
раздражает слизистые оболочки. В прошлом — боевое слезоточивое ве¬
щество. Он может быть получен также реакцией Фриделя — Крафтса из
бензола иС1СН2С— С1, чем доказывается его строение.IIОКак ацетофенон, так и кетоны с удаленным положением карбонила
при действии серы и аммиака претерпевают замечательную реакцию
Вильгеродта — превращение в кислоту с тем же числом углеродных
атомов:+ 2Н20СВН8-С-(СН,)Я—CHj + S + NH, —т-*- C6H5-(CH2)„+,-C-NH2 	*II	~Н2°	IIО	S/ОН—> CeH5-(CH2)„+i-C^ +nh3 + h2sNdК этой реакции способны и жирные кетоны (P. X. Фрейдлина).Чисто ароматический кетон бензофенон заметно более пассивен, чем
ацетофенон, в реакциях присоединения по карбонилу (например, не
присоединяет NaHSOs) и в реакциях замещения, которые проходят
гораздо медленнее.Для чисто ароматических кетонов характерно расщепление концен¬
трированной щелочью при высокой температуре:С6Н6—С—С6Н6 + NaOH —► C6HS—С—ONa + С6Н8Реакции электрофильного замещения направляются в этих кетонах
в основном в мета-положение к карбонилу.
СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ КЕТОНОВ137Бензофенон переводится ближним ультрафиолетовым излучением в
возбужденное состояние и поэтому используется в фотохимических про¬
цессах в качестве индуктора. Действие в качестве индуктора возбужден¬
ной молекулы бензофенона на вторичный пропиловый спирт в отсут¬
ствие кислорода и в его присутствии показано на следующих примерах
(звездочка обозначает фотохимически возбужденную молекулу):С6Н5-С-С6НБIIОhvсбн5-с-с6н6IIо(СбН5)2С-С(С6Н8)2I	IНО ОНС6Нв-С-С6Н5IIо+ СНз-С-СН,
/ \Н он+ 02оо.I2С6Нб—С—С6Н5Iонсн3—С—СНз
\эн2CeHs-C—С6Н& + СНз—С-СНзI	IIОН	оООНСНз-с-СиГ 2C^S-C-CaH5 ->!> ' Ан2СвН6—С—С6Н5 + НО-ОННекоторые производные бензофенона также возбуждаются светом,
отдавая поглощенную энергию в виде излучения — флуоресцируют.
2,2/-Диокси-4,4/-диметоксибензофенон под названием увинол приме¬
няется для защиты тканей и пластмасс от разрушающего действия
света, так как «принимает удар на себя» и затем отдает поглощенную
энергию уже в виде безвредного, более длинноволнового флуоресцент¬
ного излучения.Бензофенон, так же как и ацетофенон, при облучении присоединяется
к олефинам, образуя четырехчленные гетероциклические простые эфиры:CeHsv	ч / С6Н5чс=о + С—С —>	—О
Сйп/	/ 4 С6н/\ |
—с-с—
I	IОксикетоны типагде R = С8Н17 или С12Н2Е, под фирменным названием цианосорб при¬
меняются для защиты пластмасс от разрушительного действия ультра¬
фиолетовой, коротковолновой и видимой части спектра,
138АРОМАТИЧЕСКИЕ КЕТОНЫСвоеобразная реакция присоединения натрия осуществляется при
действии металла на ароматические кетоны (Шленк). При этом обра¬
зуются глубокоокрашеиные парамагнитные (нечетный электрон!) ме-
таллкетилы с трехвалентным углеродом(С6Нб)2СО + Na —-* (C6H5)2C-0-Naлегко окисляющиеся в кетоны.В жирном ряду существование металлкетилов для пространственно
затрудненных кетонов доказано А. Е. Фаворским и И. Н. Назаровым.Оксимы кетонов и бекмановская перегруппировкаНесимметрично построенные кетоны R—С—R', как ароматические, такОи жирные, образуют с гидроксиламином каждый два изомерных оксима,
различающихся физическими константами (в частности, температурой
плавления) и поведением в бекмановской перегруппировке (кн. I,
стр. 461). Так, о-метилбензофенон при действии NH2OH образует два
изомерных оксима с т. пл. 105 и 69°С.Исследование этой изомерии привело к выводу, что это син-анти-
изомерия, подобная уже рассмотренной для азосоединений (стр. 72)о-СН3С6Н4—С—С6Н5	о-СНзС6Н4-С-С6Н5II	IIs N—ОН	HO—N!«ик-фенил-о-толилкетоксим	окги-фенил-о-толилкетоксими аналогичная цыс-г/эйнс-изомерии олефинов и их производных:R\ /НС?'/ \нсR" NH	ц/ \Гцис-изомер	транс-изомерКак было сказано ранее, в геометрической изомерии соединений
азота вместо приставки цис- применяют приставку син-, а вместо
транс— анти-.В настоящее время син- или анты-конфигурацию оксима можно уста¬
новить по его дипольному моменту, если хотя бы один углеводородный
радикал кетона имеет дипольный момент, направленный известным нам
образом. Для этого требуется наличие в одном из радикалов замести¬
теля, такого, например, как галоид в пара-положении.Чисто химическим путем конфигурация была установлена (Мейзен-
геймер) для следующих оксимов:N02NO,^С—СНзВг
НО—N:
син-сымт2-Бром-5-нитроацетофеноноксим, содержащий подвижный благо¬
даря наличию л-нитрогруппы атом брома, при действии щелочи замы¬
ОКСИМЫ КЕТОНОВ И БЕКМАНОВСКАЯ ПЕРЕГРУППИРОВКА139кается в бензизоксазольный гетероцикл
N02NO.он'\с-сн.ВгНО—N Sтогда как его амгм-изомер не способен к такому замыканию.Поскольку при циклизации не затрагиваются связи атомов, ответ-
ственные за конфигурацию (>C = N—), то замыкание в цикл проис¬
ходило без изменения конфигурации, и, значит, способный к замыканию
изомер — син-соединение с близко расположенными бромом и гидр¬
оксилом.Другой чисто химический путь прямо противоположен: он основан
на размыкании гетероцикла.Гетероцикл приведенного ниже строения подвергается озонирова¬
нию, затрагивающему только кратную связь С = С, но не C = N:Rr-c;С-C-RO-NIО-р-С-Во о
, I/-2->R-CО	NII-Щог0=0— С—R*
О 1, II IR—C-0-N
IIIн2о(н+)0=0—С—RО+ R—С—ОННО—N
WПолученный в результате озонолина сложный эфир оксима III гидро¬
лизом превращается в монооксим IV дикетона R—С—С—R//. син-Кон-11 IIО Офигурация оксимной группы по отношению к радикалу R—С— следуетОиз способа его образования (тоже не затрагивающего связей группи¬
ровки > С —N—).Оксимы при действии на них кислот, кислот Льюиса или PClg пре¬
вращаются в замещенные амиды кислот по схеме:R—-С—R'IIN—ОН
R-C—R'НО—NНО—С—R' ■IIN—R .’ R—С—ОНIIR'—N0=С—R' н2оI 	*NH—R
R—С=0 и2о
R'—NH0=С—R'
IОН
R—С=0IОН+ RNH2+ R'NH2Стереоизомерные оксимы при этом превращении, называемом по
имени автора (Бекман, 1886 г.) бекмановской перегруппировкой,
140АРОМАТИЧЕСКИЕ КЕТОНЫобразуют структурно изомерные замещенные амиды, строение которых
легко устанавливается гидролизом в первичный амин и кислоту — раз¬
ные для двух стереоизомерных исходных оксимов.Несколько слов о механизме перегруппировки, не разъясненной пре¬
дыдущей схемой. При бекмановской перегруппировке сначала отщеп¬
ляется гидроксил оксимной группы в виде аниона, уводимого Н+-ионом,
а к оставшемуся положительно заряженному азоту синхронно с отщеп¬
лением ОН- мигрирует из аяти-положения по отношению к гидроксилу
радикал (с парой электронов), оставляя карбониевый катион, захваты¬
вающий гидроксил из среды:+ ОН"НО—С— Rо=с—rfR—N	R—NHв ■	гПо правилу Эльтекова — Эрленмейера промежуточное соединение в
с гидроксилом у углерода при двойной связи перегруппировывается в
амид г. То, что бекмановская перегруппировка совершается за счет ми¬
грации анти-радикала, а не ближерасположенного син-радикала, дока¬
зано Мейзенгеймером на примере приведенных выше оксимов с установ¬
ленной им химическим путем конфигурацией:RIо=с--С—R'н+НО—NN0,0=RI=С--с-оно=с—с=он2оR'—N J	R'—NHR—С—С—OH + R'—NH2II IIо	оN0,^С-СН,Вг
НО—N
N02^С—ОН'хс-сн3I	IIBr N—ОНВгСН3—N
НО—С—СН3
Вг*N0,\с=оЙг |
СНз—NH
0=С—СН,NH02N-,ВгБекмановская перегруппировка известна и для жирных и алициклических оксимов.
Она имеет промышленное значение при получении капролактама и из него высоко¬
молекулярного поликапроамида — капрона:nh2ohнагревание
ДИКЕТОНЫ		141В некоторых процессах наряду с нормальной, описанной только что
бекмановской перегруппировкой происходит бекмановская перегруппи¬
ровка второго рода. Например, при обработке сгереоизомерных мон-о-
оксимов а-дикетона С6Н5—С—С—С6Н5 толуолсульфохлоридомО ОCH3C6H4SO2CI в пиридине протекают следующие превращения: из анти-
пзоыера получается бензойная кислота и бензонитрил, а из син-изо¬
мера— бензойная кислота и фенилкарбиламин (изонитрил):С6Н6—С—С—C6HS с6н5—с—он	.онII II —► II	—* С6н5—C=N + С6Н5—с(НО—N О СбНб—С—N	Чп
II	и
о
С6Нв—с—С—С6Н5 Н0-С-С-С6Н5	/ОН
II II	—>	II	—> сбн5—N=c: + С6Н5—
о	о	Ч0N—OH	N-C6H5Из приведенных схем видно, что бекмановская перегруппировка вто¬
рого рода awru-кетоксима родственна уже упоминавшемуся расщепле¬
нию анга-альдоксимов с образованием нитрилов (стр. 130):С6Н5—С—H (Сн3со)2о|| 	СбН6—C=N + 2СН3—С—ОН
НО—N	IIОДИКЕТОНЫПростейший представитель ароматических a-дикетонов С6Н5С—СС6Н5О	Оносит исторически сложившееся название бензил (не путать с радика¬
лом СбНбСНг—, также называемым бензилом). Этот 1,2-дикетон можно
получить окислением бензоина (стр. 132):СвНб-СН-С-СвНб Свн5-С—С-СвН5 + НгОI	II	II IIОН О	0 0Бензил образует три стереоизомерных диоксимаС6н6-С	C-C6HS	С6Н5-С—с-с6н6	с6н5—с—с—свн5II II	II II	II IIyN	/N	уЫ yNон но	но он	но но3*. или £и«-бепзилдиоксим	а-, или анти-бензил-	амфи , или син* анти-(т. пл. 206 0С)	диоксим (т. ил. 237°С)	бензилдиоксим (т. пл. 166°С)Наиболее значительное свойство бензила — его перегруппировка в
бензиловую кислоту, легко и количественно протекающая при действии
142АРОМАТИЧЕСКИЕ КЕТОНЫщелочи на спиртовые растворы дикетона. Механизм бензиловой пере¬
группировки представляют так:C6H5-C-C-CGH5 + NaOH	У С6Н5 - С—c’^CgHg] —>■II II	СА пА^-~О	О	VO о оН Na+С6Н3 J0 с6н5. JJ
—>■ х—с' —>- :с—CeHs^, ЧОН Сен/(1Н Ч0- Na+
Na+Перегруппировки типа бензиловой — довольно широко распростра¬
ненное явление не только в ароматическом ряду. К ней способны также
алициклические 1,2-дикетоны, причем в этом случае перегруппировка
протекает с сокращением цикла на одно звено.$-Дикетоны ароматического ряда получаются уже описанными ме¬
тодами конденсации (стр. 135). Как и их жирным аналогам, им свой¬
ственно явление кето-енольной таутомериис6н5—с—сн2—с—с6н5 «=* с6н6—с=сн—с—сан6
II II	I II
о	о	он ои способность образовывать хелатные	соединения с катионами многих
металлов (кн. I, стр. 390). р-Дикетоны дают и натриевые производные,
которые алкилируются по углероду;RBrС6НВ—С=СН—С-С6Н5 	*	С6Н6—С—СН-С-С6Н5I	II	II I IIO' Na+ О	О R ОНепредельные кетоны с системой сопряженных связей С —С—С=0
образуются кротоновой конденсацией ароматических альдегидов с ке-
тонами, например:С6Н5-С=0 + СН3-С-СН3 —> С6Н5—СН=СН-С-СН3I	II	IIНО	обензальацетон2С6Н6-С=0 + СН3—С-СНз —» С6н5—СН=СН—с—сн=сн—С6Н6I	II	IIН	О	одибензальацетонСвНб—с==0 + СНз—С—С6Н» —>- СсН6—СН=СН—С—С6НбI	II	IIНО	обеизальацетофенонСвойства этих кетонов типичны для кетонов с сопряженными свя
зями С = С—С = 0 (кн. I, стр. 297).
хиноны143 -iхиноныПри окислении пирокатехина и гидрохинона образуются о- и соответ¬
ственно п-бензохиноны:^он	^+ Н2Сг207 —► 3	+Сг203 + 4Н20^онон	ог 113[Q] + H2Cr207 —► 3[j^j] + Cr203 + 4H20I	IIОН	оге-Бензохинон открыт в 1837 г. А. А. Воскресенским.Хиноны — окрашенные (/г-хинон — желтое, о-хинон — красное) воз¬
гоняющиеся при нагревании кристаллические вещества с резким запа¬
хом. Они крайне активны химически и ведут себя как непредельные
кетоны с сопряженной системой связей С —С—С = 0. Строение хинонов
следует из методов их синтеза и свойств.Приведем методы синтеза я-хинонов.1.	я-Бензохинон образуется в ряде реакций окисления фенола. По¬
нятие о механизме этих реакций может дать хорошо изученное окисле¬
ние фенола солью Фреми *0—N(S03Kb, которая представляет собой
свободный радикал — одноэлектронный окислитель;(ko3s)2n-o*
			^'—' нo=Q=o + (№jS)inh2.	Получение я-бензохинона окислением анилина хромовой кислотой
проходит через стадию фенилгидроксиламина, который перегруппиро¬
вывается в я-аминофенол, окисляемый в монохинонимин. Хинонимин
гидролизуется в хинон:NH2	NHOH	NH2	N11	О+ NH,ОН	О	о3.	Конденсацией в щелочной среде жирных 1,2-дикетонов получают
2,5-диалкилбензохиноны:т	СН3
144хиноны4.	При взаимодействии пентакарбонила железа Fe(CO)5 с диметил-
ацетиленом Реппе получил комплекс дурохинона с Fe(CO)3разложение которого кислотой дает сам дурохинон.Из ацетилена и карбонила железа по этому способу получается гид¬
рохинон.5.	Действием царской водки (HN03"-f-HCl) на производные бензола,
в частности на анилин, получают тетрахлор-га-бензохинон (хлоранил)Реакции бензохиноновКак уже было сказано (стр. 116), хиноны при восстановлении превра¬
щаются в исходные диоксибензолы.n-Бензохинон при облучении димеризуется (Куксон):Окисление га-бензохинона надсерной кислотой (в присутствии Agf1-)
приводит к образованию малеиновой кислоты:Эта реакция важна для доказательства строения бензохинона.Из реакций «-бензохинона как непредельного кетона приведем сле¬
дующие:С гидроксиламином га-бензохинон образует диоксим:ОIIН3сх•С сIII + III/СНзFe(CO)g>-	|U~l|:===Fe(CO)aH3Uс СНзнзСч Л /СНз
С с.с счн3сСН3IIОоо°=О=03S02(00H)2; Ag+ НС—СООН•> IIНС—СООН
хиноны145Моноокспм /г-бензохинона таутомерен с нитрозофенолом;N—ОН	N=0Частичное превращение монооксима в нитрозофенол наступает лишь
в растворах. На рис. 88 приведены кривые поглощения я-нитрозофенола
в различных растворителях. Интенсивность поглощения в области 720—
735 ммк (нм) является мерой содержания в растворе нитрозоформы,
для которой характерен максимум поглощения в этом диапазоне длин
волн.Неорганические кислоты (слабые и средней силы), органические кис¬
лоты, спирты, первичные и вторичные
амины реагируют с я-бензохиноном,
присоединяясь к нему, как к непре¬
дельному кетону, в 1,4-положение
(кн. I, стр. 298). В результате этого
наступает превращение хиноидной си¬
стемы в бензоидную и образуется за¬
мещенный гидрохинон:+ НХенолизацияРис. 88. Кривые поглощения п-ни-
трозофенола в разных растворите*
лях:/ — этилацетат; 2—пиридин; 3—диоксан;
4 — хлороформ.где НХ —кислота, спирт или амин; Х = С1, N=N=N, ~ОССН3,О-S207, -ОСНз, -NHC6H5 и др.Этот замещенный гидрохинон может окисляться избытком хннона
в замещенный хинон
146хиноныспособный вновь присоединить молекулу НХ:О	онХч+ НХ —►'X	^хО	ОНСходным образом может быть присоединен к хинону и уксусный ан¬
гидрид:0=С—СНз	0=С—СН3Аенолизация
	В данном случае присоединение заканчивается на этой стадии. Та¬
ким путем получают (после гидролиза) 1,2,4-триоксибензол;+ 2СН3—С—ОНIIОПри освещении раствора хинона в альдегиде наступает (очевидно,
гомолитическое) присоединение последнего к хинону (Чиамичиан):он/Н
+ R-C'V)Как видно, круг веществ, присоединяющихся к хинону, значительно
шире, чем в случае обычных а,р-непредельных кетонов. Дополнитель¬
ным стимулом присоединения служит здесь выделение энергии превра¬
щения хиноидной формы в бензоидную.На окислении гидрохинона в хинон при проявлении освещенного бромистого се¬
ребра основан один из способов цветной фотографии. Бумагу покрывают тремя слоями
бромосеребряной эмульсии, из которых каждый сенсибилизирован к одному из трех
участков спектра — красному, желтому и сине-зеленому. В каждый слой введен про¬
явитель-краситель, построенный по типу I (где К — остаток красителя соответствую¬
щего цвета)л На освещенных участках с «зародышами* металлического серебра про-
ХИНГИДРОН И СЕМИХИНОНЫ147явитель-краситель окисляется в хннон IIОН	ООН	ОI	IIколичество которого соответствует количеству «проявленного» бромистого серебра и
почернению слоя в этом месте. После этого избыточный неиспользованный проявитель-
краситель вымывают щелочью, в которой он в отличие от хинона растворим. Остается
удалить закрывающее картину металлическое серебро, что и делается обработкой
окислителем в присутствии иона галоида и удалением образовавшегося галоидного
серебра тиосульфатом.ХИКГИДРОН И СЕМИХИНОНЫПри сливании растворов эквимольных количеств ге-бензохинона и гид¬
рохинона выкристаллизовываются малорастворимые, почти черные кри¬
сталлы хингидрона — молекулярного соединения этих двух веществ, в
котором молекулы связаны водородными связями и, кроме того, пере¬
носом заряда от гидрохинона к хинону:Ч /нхингидронЕсли пометить, например, бензохинон, введя в него дейтерий, как
это сделали Миклухин и Грайгеров в лаборатории А. И. Бродского, то
оказывается, что две половины молекулы хингидрона не переходят, как
можно было бы ожидать, друг в друга. Если же хингидрон растворить
в щелочи, т. е. удалить связующие водородные атомы (протоны), то
анион гидрохинона отдает один электрон хинону, и оба вещества пре¬
вращаются в две одинаковые молекулы семихинона;Семихинон — это ион-радикал, имеющий бензоидную структуру, в
котором мезомерно выравнено распределение электронов на обоих
кислородных атомах, так что каждый кислород несет по половине
электронного заряда и по половине неспаренного электрона, что
148хинонысимволизируется формулами:•РХ	:о:Наличие неспаренного электрона в семихинонах доказывается их па¬
рамагнитными свойствами. Таким образом, семихиноны — свободные
радикалы со свободнорадикальными свойствами, рассредоточенными ме¬
жду обоими атомами кислорода. Вследствие такого рассредоточения се¬
михиноны довольно устойчивы и не проявляют обычной способности
свободных радикалов вырывать атом с неспаренным электроном из
встретившейся молекулы и таким образом инициировать цепную реак¬
цию. Благодаря способности превращаться в семихинон (под действием
окислителей или реакциями со свободными радикалами) гидрохинон
является ингибитором цепных реакций — вылавливает из реакционной
среды свободные радикалы, ведущие цепь:+ R •+ RТ R! + Н+	V RHанионгидрохинонасемихинонПоскольку семихинон (его анион) может заполучать один электрон,
превращаясь в анион гидрохинона, и терять один электрон, превращаясь
в хинон, семихиноны (и хингидрон) часто применяются в качестве
«редокс-систем», служащих посредниками в передаче электрона.хинониминыПодобно тому как при окислении гидрохинона получается /г-бензохи-
нон, окисление /г-фенилендиамина приводит к образованию п-бензо-
хинонимина:H2N—<^)—NH2 HN—^=NH + Н20
Гидролизуясь, хинонимин дает хинон.Окислением смеси n-фенилендиамина с анилином получают простей¬
ший индамин, аналогичной реакцией с фенолом — индофенол:H,N—(С ))—тг + (С ))— NH2 H2N—N=^>=NH (1)NH, + ((^>—0H	H2N— ((3>>—N=(^)=0 + 2H20(2)
иидофенод
хинонимины149Простые и замещенные индофенолы и индамины — синие красители. Их приме¬
няют главным образом для синтеза более сложных красителей. В частности, индофе¬
нолы разнообразного строения используют для получения так называемых сернистых
красителей.Для этого индофенолы обрабатывают полисульфидами натрия. Процессы, которые
при этом разыгрываются, можно представить схемой:Реакции а-+б и в-±-г представляют собой обычные присоединения к хинонам
(стр. 146), реакции б -*■ в и г-*-д это окисление в хиноидные формы. В последней
фазе идет циклизация в гетероцикл тиазин и сшивка фрагментов с дисульфидными
мостами. Вместо фенила в формуле а и последующих могут быть разнообразные аро¬
матические ядра.О сернистых красителях см. также в разделе «Гетероциклы», стр. 294.Окисление смеси и-фенилендиамина с фенолом в индофенол (см. выше реакцию 2)
может быть осуществлено, в частности, бромистым серебром. Этот процесс приме¬
няется в другом способе цветной фотографии и цветного кино. В светочувствительный
слой вводят наряду с бромистым серебром вторую компоненту реакции — краситель
фенольного характера или с активной метиленовой группой. Лишь некоторые краси¬
тели этого рода являются индофенолами. Однако по способу образования все эти
красители родственны между собой и потому упоминаются здесь вместе. Изображен¬
ные ниже вещества I, II и 111 служат такими компонентами для воспроизведения трех
основных тонов: I—для сине-зеленого, II—для желтого и III—для пурпурно-крас¬
ного. От этих веществ требуется нерастворимость в воде и отсутствие способности
диффундировать в слое. Для этого и служат боковые цепи (С17Н35 или С18Н37).
Подвергнутую экспозиции трехслойную пластинку, содержащую в каждом слое веще¬
ства I, II, III и бромистое серебро, сенсибилизированное в данной области спектра,
проявляют затем Ы'.Ы'-замещенным п-феинлендиамипом, который восстанавливает
бромистое серебро на освещенных при экспозиции участках и, окисляясь, сочетается
в индофенольный (или ему подобный) краситель по следующим реакциям. Выделяю¬
щееся серебро и соли серебра удаляют, как было описано ранее.
150ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АМИНЫHOaSR2N—d и—nh2 +RiN 1=0 + 4Ag + 4HBrc=oc18H37/N \^~NH0=C—К j>—NH-CO-C,7Ha5RaN—\ /—NH2 + H2aCOOH4AgBrV/^COOHNH—СО—C17H38
COOH+ 4Ag + 4HBrCOOHR2N—(4 /)—NH2 + H2C	C-C17H35 R2N—(4 N=C	C-Ci7H35 +v_/~^so3hO—C\ /NN + 4Ag + 4HBrГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АМИНЫ
С АМИНОГРУППОЙ В БОКОВОЙ ЦЕПИМы не описывали способов получения и свойств простейших аминов
с аминогруппой в боковой цепи (и соответствующих четвертичных осно¬
ваний), подобных бензиламину, дибензиламину, трибензиламину или те-
трабензиламмониевым солям, так как по способам получения и свой¬
гетерофункционадьные амины151ствам они подобны своим алифатическим аналогам. Здесь мы приведем
несколько аминов с p-положением аминогруппы в боковой цепи арома¬
тического ядра, поскольку они имеют важное физиологическое или те¬
рапевтическое значение.Бензедрин С6Н5СН2—СН—СН3—снимающее сон и усталость возбу-NH2ждающее вещество; может быть получен из бензилметилкетона дей¬
ствием формамида (реакция Лейкарта). Адреналин — гормон, выделяе¬
мый корой надпочечников. Сужает кровеносные капилляры, ускоряет
сердцебиение, повышает кровяное давление, оказывает мобилизующее
действие: в момент опасности адреналин выделяется в кровь. Он служит
(наряду с норадреналином) медиатором нервов симпатической нервной
системы, играя здесь ту же роль, какую в парасимпатической нервной
системе (системе блуждающего нерва) играет ацетилхолин (кн. I,
стр. 342). Строение адреналина следует из превращения его сплавле¬
нием со щелочью в протокатеховую кислоту и из данных функциональ¬
ного анализа, согласно которым это вторичный амин и вторичный спирт,
окисляющийся в кетон — адреналон:НО——СН—CH2-NHCH3
но/ онадреналинно—/ \—СН—CH2NH2но/ °ниорадреналинноадреналон-J~\соонно'протокатеховая кислотаАдреналон можно синтезировать из пирокатехина следующим путем:С1СН2—С—С1 + НОII0	НОперегруппировка_/Л/>	Фриса	А \	NH2CH3ClCHs-C-O—f ч 	-► но—f С-СН2С1 	»■о ноИ	„оИ iНО—у—C-CH2-NHCH3
нп/	°Восстановлением адреналона получают рацемический адреналин и
расщепляют его с винной кислотой на антиподы. Природный адрена¬
лин— левовращающий; только он обладает сильным физиологическим
действием.Мескалин — алкалоид кактусов Anhalonium — вызывает отравление,
подобное опьянению — эйфорию, красочные галлюцинации. Он может
быть получен присоединением синильной кислоты к альдегиду
152АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫтриметилгалловой кислоты и каталитическим восстановлением получен¬
ного оксинитрила:СН30сн3о—
сн3ооHCNнСНзО.*■ сн3о
сн3о)ч.-CH—C=NIонН2/ЖСНзО,СНзСНзО-СНо—СН,—NH,В растениях эфедра содержится ароматический аминоспирт—алка¬
лоид эфедрин СбН5СН(ОН)СН(МНСНз)СНз, применяемый как анти-
спазматическое средство при бронхиальной астме. Два его асимметри¬
ческих углерода имеют э/гнг/?о-конфигурацию.Таблица 68. Бензойная кислота и ее замещенныеФормулаСвН6СООНСН3С6Н4СООНС1С6Н4С00НN02C„H4C00HNH2C6H4COOHНОС6Н4СООННазвание кислотыБензойнаяТолуиловая
о-, или 1,2-м-, или 1,3-я-, или 1,4-Хлорбензойная
о-, ил 1 1,2-м-, или 1,3-я-, или 1,4-Нитробензойная
о-, или 1,2-м-, или 1,3-
я-, нли 1,4-
Амннобензойнаяо-, или 1,2- (антраииловая)
м-, или 1,3-
п-, или 1,4-
Оксибензойнаяо-, или 1,2- (салициловая)
м-, или 1,3-
п-, или 1,4-Температура
плавления, °С122,0104; 108
109; 112
179,6142158
243147,5141.4242.4145
174; 179,5
187159
201,3
213,0Температура
кипения, °С249,0259,2263275(возг.)Возг.Возг.Возг.Возг.Возг.Возг.76 (возг.)
76 (возг.)
АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ153АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫАроматические карбоновые кислоты обычно носят тривиальные назва¬
ния: СбНбСООН — бензойная кислота; СН3С6Н4СООН — толуиловые
кислоты (о-, м- и п-); о-СбН4(СООН)2 — фталевая кислота. Названия
жирноароматических (арилжирных) кислот, т. е. соединений с карбокси¬
лом в боковой цепи, производятся от названий соответствующих алифа¬
тических кислот, например С6Н5СН2СООН — фенилуксусная, или же
применяются тривиальные названия (табл. 68).Способы введения карбоксила
в ароматическое ядроНаибольшее значение имеют методы окисления ароматических углево¬
дородов. При энергичном окислении боковые цепи гомологов бензола
«отгорают» и образуются соответствующие ароматические кислоты.
В качестве окислителя применяют хромовую кислоту, щелочной рас¬
твор перманганата. Так, из толуола получают бензойную кислоту, изПлотность/Са (при 25 °С)Р*аПоказатель20преломления п^Дипольный момент
в диоксане прн25°С,
D1,2659 (d'6)6,46- 10-54,191,53971,78(при 15 °С)(при 30 °С)1,062 (<15)1,350 -10 “53,911,5121,70(при 115 °С)(при 30 °Св бензоле)1,0545,32- 10~54,271,5092,05(при 112 °С)(при 111,6 °С)(при 30 °Св беизоле)4,33- 10~54,36—1,544со1ОО2,922,43(при 30 °С)1,496 (df)1,51 • 10-43,822,20(при 30 °С)1,541 (d424)1,04-10~43,98—2,00(при 30 °С)1,575 (dj)6,95 -Ю-32,16(при 18 °С)1,494 (d^)3,4- 10~‘3,474,031,6103,93- 10~43,41	4,02—ОО14,97	1,511,5111,67 ; 10 54,78—2,70—1,2 - 10~54,92	3,511,4431,07- 10_32,971.5652,631.473 (dj)8,7- 10-54,06—2,371,4433,3- 10_64,482,73
164АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫксилолов — фталевую, изофталевую или терефталевую кислоты:
СНз о=с-он	СН3 о=с-онОгСНз о=с—ОНбензойная	терефталеваякислота	кислотаВысшие гомологи бензола (с одним алкильным заместителем) так¬
же могут быть окислены до бензойной кислоты:оС6Н5С2Н5 —>- С„Н6СООН + С02 + 2Н20Фталевую кислоту получают окислением нафталина кислородом воз¬
духа над пятиокисыо ванадия при 450 °С; при этом «отгорает» одно
из ароматических колец:02(V20B)—оIIс—он
с—онIIоТаким образом, углеводородная боковая цепь в ароматическом со¬
единении окисляется по а-углеродному (по отношению к ароматиче¬
скому ядру) звену.Специфическим для ароматического ряда является синтез карбоно¬
вых кислот по Фриделю — Крафтсу; если в качестве ацилирующего
агента использовать фосген или хлоругольный эфир, то в ароматическое
ядро вступает карбоксильная группа:А1С13	Н20Ar—Н + C1COC1 		► Аг—СОС1 	► Аг—С—ОНIIОА1С1зАг—Н + С1С—OCsH6 	► Аг—С—ОС2Н54	4Цианогруппу (а следовательно, потенциальный карбоксил) можно
ввести на место сульфогруппы сплавлением солей сульфокислот с циа¬
нистым натрием или на место аминогруппы — через диазосоединения:
C0H6SO3Na + NaCN —► C6H5CN + Na2S032C6H6N2 SO4H + Cu2(CN)2 —> 2C6H6CN + 2N2 +Cu2SOj + H2S04Эти методы также не имеют аналогии в алифатическом ряду.Магнийорганические соединения сохраняют свое значение и для син¬
теза ароматических кислот:НС1ArMgBr + С02 —Аг—С—OMgBr 	► Аг—С-ОН + MgBrCl1 11О	ОКислоты с карбоксилом в ароматическом ядре образуются также
при карбоксилировании натрий- и литийарилов, которые получаются
БЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА И ЕЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ155при взаимодействии галоидного арила с металлом или металлированием
ароматического соединения, например:C5H5Br + 2Li —>• C6H6Li + LiBr; C6H6Li + С02
C6H6 + C2H<,Na —► C6H5Na + C,H6; C0H5Na+CO2Что касается кислот с карбоксилом в боковой цепи, то они могут
быть синтезированы обычными методами, применяемыми в алифатиче¬
ском ряду, и в особых случаях —• некоторыми специфическими мето¬
дами (см. ниже).С6Н5С—OLiIIО► СеН5С—ONa
IIОБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА И ЕЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕАроматические кислоты — кристаллические вещества, обычно несколько
растворимые в воде и хорошо растворимые в полярных органических
растворителях. Константы их диссоциации немного выше, чем у гомо¬
логов уксусной кислоты (но ниже, чем у муравьиной). Это связано
с большим положительным индуктивным эффектом алкилов сравни¬
тельно с фенилом. Ароматические кислоты обладают всеми общими
свойствами карбоновых кислот и в том, что касается поведения карб¬
оксильной группы, мало отличаются от карбоновых кислот алифатиче¬
ского ряда. Отличия, когда они имеются, носят скорее количественный,
чем качественный характер. Все известные функциональные производ¬
ные получены и для бензойной кислоты:'С6Н5-С-0~ +МН4
IIО-н2оС6Н5-С-IIО-NH,Р2О5-> C6H6-C=NQH5-C-OR ±1ROHОн2о(н+)NH3- C6Hs-C -OH
IIОNaOHNHaNaN3PCI5CUH5-ClNa202H20C6H6-C-N3IIОCeH5-C-0\11О /2C6H5-C-OHIIОСеНв—С—ONa + CbFi5—С—ClII	IIО	ОС6Н5-СIIОу2ОБензойная кислота содержится в некоторых природных смолах, но
получается почти исключительно окислением толуола. Она применяется
в производстве красителей и некоторых лекарственных веществ. Эфиры
бензойной кислоты используются как высококипящие растворители.Большое промышленное значение имеет хлористый бензоил — хлор-
ангидрид бензойной кислоты (ацнл бензойной кислоты называется
бензоилом, а анион — бензоатом). Хлористый бензоил получают непол¬
ным гидролизом бензотрихлорида, который в свою очередь готовят
хлорированием толуола на свету:с6н6-сн3+ ЗС1з (свет)-ЗНС1-*■ С«НВ-СС1,+ н2о-2HCIО
156АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫКроме того, хлористый бензоил можно получить хлорированием
бензальдегида (реакция, необычная для алифатического ряда):С6Н5-С—Н+С12 —► С6Н5-С—Cl+ НС1Хлористый бензоил употребляется для получения перекиси бензоила
и надбензойной кислоты (гидроперекиси бензоила); находит широкое
применение как ацилирующее средство. С его помощью бензоилируют
спирты, фенолы, амины, вводят бензоил по реакции Фриделя — Крафтса
и др. Хлористый бензоил несколько пассивнее, чем хлорангидриды жир¬
ных кислот, в частности значительно медленнее гидролизуется. Это
обстоятельство используется в реакции Шоттена — Бауманна, которая
заключается в бензоилировании в водно-щелочной среде. В раствор, на¬
пример, фенола в разбавленной щелочи постепенно вводят хлористый
бензоил (скорость бензоилирования фенолята натрия значительно пре¬
вышает скорость гидролиза хлорангидрида):Аг—С—Cl + ArONa —>- Аг—С—О—АгБензоилирование фенолов и аминов проводят также в безводных
растворах в присутствии пиридина или третичных аминов.Высокая реакционная способность хлорангидридов кислот по отно¬
шению к нуклеофильным агентам (воде, аминам и др.) связана с рез¬
ким уменьшением электронной плотности на углероде карбонильной
группы вследствие одновременного оттягивания электронов как кисло¬
родом, так и атомом хлора.В случае хлористого бензоила это уменьшение электронной плотно¬
сти на углероде компенсируется в некоторой мере подачей электронов
из бензольного кольца:Бензольное кольцо может служить как акцептором, так и донором
электронов. Достаточно вспомнить, что ароматические амины — более
слабые основания, чем жирные, вследствие затягивания электронной
пары азота бензольным кольцом; ароматические хлорангидриды тоже
более пассивны, чем жирные, но уже вследствие смещения электронной
плотности из бензольного кольца. Следовательно, в ароматическом ряду
наблюдается частичное нивелирование, сглаживание свойств замести¬
телей; бензольное кольцо выступает при этом в качестве своеобразного
конденсатора электронов на молекулярном уровне. Чем сильнее выра¬
жены электроноакцепторные свойства заместителя, чем больше его
«требования», тем больше подача электронов бензольным кольцом.
В случае хлорангидридов кислот такое требование со стороны группы//°—С велико, и положительным индуктивным эффектом алкилов
\:iоно удовлетворяется в значительно меньшей степени, нежели сопря¬
женной системой бензола.В самих карбоновых кислотах ситуация другая. Карбоксильная
группа — относительно слабый акцептор электронов, ее требования мо¬
БЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА И ЕЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ157гут быть удовлетворены подачей электронов со стороны алкильных
групп, которые обладают большим положительным индуктивным эф¬
фектом, нежели фенил. Поэтому гомологи уксусной кислоты, кроме
муравьиной, слабее бензойной.Реакция хлористого бензоила с перекисью натрия приводит к пере¬
киси бензоила2С6Н5—С—Cl + Na202 —► С6Н6—С—О—О—С—С6Н5 + 2NaClкоторая является распространенным инициатором многих радикальных
и цепных реакций, в особенности реакций полимеризации, имеющих
огромное промышленное значение.Надбензойную кислоту (гидроперекись бензоила) получают бензои-
лированием хлористым бензоилом перекиси водорода в щелочной средеС6Н6—С—С1 + Н2Оа + 2NaOH —■* С6Нб-С—O-ONa + NaCl + 2Н20I!	IIО	оили действием метилата натрия на перекись бензоила:
С0Н6-С-О-О-С-С6Н5 + NaOCH3 —>- C6Hs-C-0-0Na + С6Н5-С-ОСН3ii к	II	аО	О	0	0Надбензойная кислота более устойчива, чем гидроперекиси жирных
ацилов, и может быть получена в кристаллической форме (т. пл. 4Г°С).
Однако чаще всего ее употребляют в момент образования и не выде¬
ляют в чистом виде. Надбензойная кислота применяется главным обра¬
зом для синтеза а-окисей из непредельных соединений (реакцияН.	А. Прилежаева):RCH=CHR' + С6Н5—С—О—ОН —> RCH—CHR' + C6HS—С—ОНII	\ /	IIДля этой цели она более удобна, чем жирные надкислоты.Бензонитрил, который может быть получен из бензойной кислоты
нагреванием ее амида с фосфорным ангидридом или введением циано-
группы в ароматическое кольцо по одному из упомянутых ранее спосо¬
бов, обладает свойствами, общими для всех нитрилов. Характерна кон¬
денсация под действием металлического натрия:С6Н5IсNa 1\К
ЗСвНв-Сз=Ы 	►	|J |бензонптрил	CeHg—С\ —СбНзNкна^еиинВ табл. 69 приведены константы некоторых производных бензой¬
ной кислоты.
158АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫТаблица 69. Некоторые производные бензойной кислотыФормулаНазваниеТемпература
плавления, °СТемпература
кипения, °СПлотностьС6Н5СООНБензойная кислота1222491,2659 (dj5)СбН5СООСНзМетилбензоат-12,5199,61,0886 (d420)(С6Н5С0)20Бензойный ангидрид423601,199 (d'5)СеН5СОС1Хлористый бензоил-119715187(4!)C6H6CONH2Бензамид1302901,341 (dj)GeH5CNБеизонитрил— 13190,71.0102(4!)ПОЛИКАРБОНОВЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫДикарбоновые кислоты бензола представлены
изомерами (табл. 70):ОI!„с—он!—ОНii J
ОфталеваякислотаОIIс-оно=с—онизофталеваякислотатремя возможнымио=с—онтерефталеваякислотаНаиболее важна фталевая кислота, которая, как уже было сказано,
получается в промышленности окислением нафталина или о-ксилола.
В связи с орто-расположением функциональных групп фталевая кис¬
лота дает ряд циклических производных (в этом отношении она напо¬
минает малеиновую или янтарную кислоты). Фталевый ангидрид обра¬
зуется даже при нагревании фталевой кислоты:Он представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с т. пл.
130—131 °С. При нагревании со спиртами фталевый ангидрид присоеди¬
няет молекулу спирта с образованием кислых (или неполных) эфиров
фталевой кислоты, которые могут быть превращены в полные эфиры
обычной этерификацией (в присутствии минеральных кислот):С—0С2Нб с н,он(н+\ /^хс-ос2н6
о + С2Н6ОН (О I	> О^с-он	^ \С-ОС,Н5
Таблица 70. Бенаолполикарбоновые кислоты.аЭо SZ HduTl 1H3WOW
tfl4H4irOUHffNUDшк1 I 1 111■ Iоtoсо1,28*10'(О(Оto•J1S<1111I12,35.10‘5,6* 10'1,65-10'(ОютS<О111“$2,0 • 10"6,3 • 10"ОСЧсоо00о4,9-10"О О <L>	t4- о Ч)« s я	«Я я яCS Ч *3	сч ч ^© u	и °I IооI уо °
— о. соо яО Q.
СО ftю•ч-СОсоРЗОооОооОО*—<»—<*-*вв••••••ююсо00ююсчсо<£>счСО00<£>тРЭсо<0счсчмОооооОООО»—<*—*•••••••••СОTf*СПоюоООсчсчсчtoг—со<©о ггЧ100Н101ГЦсою2 §
ю юЭо■кннэинм
Bd^iBdauwsxоCQо	.о	иСО	со1	°(	«СЗа,Эо•Н11НЭХГ0В1ГиBdXiBUauwaxсч »I пf СЗto Q,
о з1СЧ8СООCQю _
сч ^
СЧ с?I т1 *"Ч* Cl
сч сг
сч■*« счСО t"-сч сч00 ®СО м
Хд <У^ о—р-я.кСЗРЭнон*©•о=5соЯя45К
• Лк mСЗ О)« с?0	СЗЧ ь2-е-X V
Ф Q.1	а)С нк чСЗ О _и 03 5
о я 5
ь й) и
я о о
§ СО О
2 сч \о
~ о-
саSЯ	в	S«	ч	о-L-	Я	Нв ®	к
5 3! Я2 О	Иg О	оО I	а;Я Ю	о
g««g.м	СЗ2 _	*я я	яо-13	о-Н S	t-К о _се п 5
п*Й
о щ Ян » о5 т оJ3 (N VOо —" S"
*2Я ,О. Ii Я S** ч Б.Н В t-К в о
я о я
•о оО « VO
НЮо5^' «Ч Л? *У*4*1 «оо — р,
я но V
«я Ч 1
*5 ^ о ■С Я СО IXО)Я	КЧ	тоо	«со	Оя	Xа>	ою	окч •я о,
со‘ мК	СЗсз	г»«	*О	О)Ь	*-Я	'ч0)_	кч	2О	йсо	Оя	яФ	оО	VO►»ясз.хооик(О01омXомжоеожпкооооиоокtcисоо01о<0£toсоокооо{*>кtoо§ои£«еоXооиXtoокооо
160АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫФталевый ангидрид легко вступает в реакцию Фриделя — Крафтса, на¬
пример с бензолом, с образованием о-бензоилбензойной кислоты, кото¬
рая в более жестких условиях (добавление Р2О5) может быть превра¬
щена в антрахинон:О	О	ОВ присутствии H2S04 или ZnCl2 фталевый ангидрид конденсируется
при нагревании с фенолами:ОIIС\	h,2so4/°+2<Q/-0»СIIоофенолфталеинПри действии аммиака на фталевый ангидрид могут получаться два
продукта: фталаминовая кислота и фталимид (имид фталевой кис¬
лоты). Действие водного аммиака на холоду приводит к фталаминовой
кислоте, а фталимид образуется при пропускании газообразного ам¬
миака над нагретым фталевым ангидридом:ОФталаминовая кислота получается также при неполном гидролизе
фталимида, в свою очередь образующегося при нагревании фталамино¬
вой кислоты. Из фталаминовой кислоты готовят технически важный
продукт — антраниловую кислоту (см. ниже). Фталимид находит при¬
менение в синтезах Габриэля для введения первичной аминогруппы на
место галоида. При этом исходят из фталимида калия, который реаги¬
рует с галоидными алкилами с образованием замещенного фталимида;
последний при гидролизе дает соответствующий амин и фталевую кис-
ПОЛИКАРБОНОВЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ161лоту. Особенно важен этот метод для получения алифатических ами¬
нов, содержащих в цепи другие заместители, например:о	оif	лс	с■/!>	Ао~ ^с—онО	+ HsN(CHj)nCIоноФталимид калия получается при действии на фталимид сильных
оснований, например алкоголятов калия или спиртовых растворов ще¬
лочи. Таким образом, фталимид обладает слабыми кислотными свой¬
ствами, что связано с присутствием двух электроноакцепторных групп
непосредственно при атоме азота. Еще более сильными кислотными
свойствами обладает, например, сахарин (или имид о-сульфобензойной
кислоты), у которого к азоту привязан мощный акцептор электронов —
группа SO2.SO?ссахарин(Синтез сахарина см. стр. 163.)Фталевый ангидрид легко восстанавливается до фталида — лактона
2-оксиметилбензойной кислоты, который может быть получен также
нагреванием этой кислоты:ОСсIIоСН2ПС >сIIоЛШ2ОН'^С—ОН
IIоЭтерификацией фталевого ангидрида многоатомными спиртами по¬
лучают полиэфирные смолы; в качестве этерифицирующей компоненты
часто используется глицерин. Образующиеся при этом глифталевые
смолы служат основой лаков и пленок.Хлорангидрид фталевой кислоты (фталилхлорид) способен реагиро¬
вать как нормально (в соответствии со структурой хлорангидрида), таки,	в некоторых случаях, в соответствии с изомерной ему (таутомерной?)6 Зак. 79
162АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫструктурой:61оII,С—С1'^С—С1
IIоС1 С1\ /
сч>IIоЭфиры фталевой кислоты и бутилового и октилового спиртов при¬
меняются как высококипящие растворители и пластификаторы. Диме-
тил-, диэтил- и дибутилфталаты — средства, отпугивающие комаров и
гнус (репелленты).Калиевая соль фталевой кислоты при 400 °С в присутствии фталата
цинка или кадмия изомеризуется в соль терефталевой кислоты. Тере-
фталевую кислоту получают в больших количествах окислением «-кси¬
лола. Она применяется в производстве полиэтилентерефталата, из кото¬
рого формуется синтетическое волокно терилен («лавсан»).Практически полиэтилентерефталат получают в промышленном
масштабе путем переэтерификации этиленгликолем диметилтерефта-лата:О ОСН3
\ /СГб;%+ НОСН2—СН2ОН-О-СНо-СН,/ч-О-СОСНз-п-о-С—О—СН2—СН2-IIо-o-c-(oVc~II	IIо	оДругие поликарбоновые кислоты, приведенные в табл. 70, имеют
меньшее значение.При конденсации малонового альдегида в момент его образования
или при окислении мезитилена образуется 1,3,5-бензолтрикарбоновая —
тримезиновая кислот:ОЧ.НО'сн с;// \ /Njh
\ о сн,нх оI + II
не сн
\ /
о сн,1^0о;чо-зн2оно'с ^
^-он!ун3сКМпОцсн3оСНзон\онБензолгексакарбоновая (меллитовая) кислота была получена из ми¬
нерала меллита, представляющего собой ее алюминиевую соль. Мел¬
литовая кислота образуется также в результате окисления графита
азотной кислотой.
ЗАМЕЩЕННЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ163Эта реакция показывает, что графит построен из полимерноконден-
сированных ароматических колецСООНнм°а> 1Ю0СА"°°ННООС^'у'хООН
соонмеллитовая кислота
ЗАМЕЩЕННЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫКарбоксильная группа—ваместитель второго рода (хотя и более сла-//° //° \
бый, чем —С и —С	, поэтому нитрование, сульфирование и\н ^сн3/галоидирование бензойной кислоты приводит в основном к мета-заме-
щенным продуктам. При нитровании образуется также довольно много
о-изомера. Нитрованием смесью дымящей азотной и серной кислот
может быть получена 3,5-динитробензойная кислота:
соон соон	соонI I	Iсох - /Ox--^^no2 o2n^ ^ ^no2Хлорангидрид этой кислоты используется для идентификации спир¬
тов благодаря хорошим выходам образующихся эфиров, сравнительно
высоким температурам их плавления и, наконец, относительно боль¬
шому молекулярному весу динитробензойной кислоты.п- и о-Нитробензойные кислоты получают нитрованием толуола
с последующим окислением метальной группы в карбоксильную. Этим
путем можно синтезировать и другие нефункциональные производные
бензойной кислоты с такими заместителями, как бром, хлор или
сульфогруппа.Сахарин, т. е. имид о-сульфобензойной кислоты (сульфинид бензойной кислоты),
синтезируют следующим образом. Толуол сульфируют хлорсульфоновой кислотой; при
этом получается смесь о- и n-толуолсульфохлорндов. Кристаллический л-изомер обычно
вымораживается из раствора в жидком о-изомере. После этого о-изомер еще содержит
значительную примесь u-изомера; от нее избавляются на следующей стадии. Обога¬
щенный о-толуолсульфохлорид обрабатывают аммиаком и образующийся о-толуол-
сульфамид окисляют до о-сульфамида бензойной кислоты, который легко циклизуется:
СН3	СН3I	IHS03ciSO.C1HS03C1/CHs NH3 Г^/СНз КМпО* ^ 'С'оIIIIг\S02C1	4^"4-'S02NH2	^^^SOaNHj6*О. '0H -Hi° О >н
164АРОМАТИЧЕСКИЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫИмидный водород сахарина обладает кислотными свойствами и замещается на
атом металла при действии оснований. Обычно применяют кристаллогидрат натриевой
соли имида о-сульфобензойной кислоты, называемый кристаллозой.Это вещество в 400 раз «слаще» сахара, т. е. раствор сахарина 1/400 концентрации
имеет тот же сладкий вкус, что и раствор сахарозы при концентрации, равной единице.Свойства бензойных кислот и их производных зависят от замести¬
телей в бензольном кольце (стр. 152). Так, электроноакцепторные груп¬
пы, особенно в пара-положении, повышают константы диссоциации кис¬
лот и реакционную способность хлорангидридов, а также скорость
этерификации этих кислот. Обратное влияние оказывают электронодо¬
норные группы. Это связано с повышением или понижением электрон¬
ной плотности реакционного центра:Однако присутствие двух заместителей в орто-положениях, незави¬
симо от природы этих заместителей, пассивирует карбоксильную группу.
Так, мезитиленкарбоновая и о-дииитробензойная кислоты плохо этери-
фицируются спиртами в обычных условиях, а эфиры этих кислот
гидролизуются с большим трудом. Это связано с блокированием реак¬
ционного центра объемистыми заместителями, затрудняющими подход
реагента. Представления о такого рода пространственных затруднениях
были развиты В. Мейером в 80-х годах прошлого столетия. В последнее
десятилетие они приобрели новый смысл. Вопрос о том, будут ли на¬
копления пространственных факторов затруднять реакцию, можно ре¬
шить, проанализировав пространственные затруднения в исходном и
переходном состояниях. Если в переходном состоянии пространственные
затруднения больше, чем в исходном (при введении каких-либо объеми¬
стых групп вблизи реакционного центра), реакция затрудняется, так
как энергетический барьер между исходным и переходным состояниями
повышается. Поэтому для оценки пространственных затруднений нужно
знать механизм реакции. Проанализируем, например, гидролиз эфирово,о'-динитробензойной и мезитиленкарбоновой кислот.В щелочной среде гидролиз эфиров идет всегда по бимолекулярному
механизму. В переходном состоянии к реакционному центру присоеди¬
нено четыре группы, тогда как в исходном соединении их всего три:Всякое дополнительное увеличение объема одного из заместителей
резче повысит потенциальную энергию более пространственно затруд¬
ненного переходного состояния, чем исходного соединения. Таким об¬
разом, щелочной гидролиз эфиров этих кислот сильно затрудняется.СОS% 0кристаллозаАг— с€ +ОН
OR>- Аг—С—OR'ОНL б-8-,.0->- Аг— С?.О+ OR'ОН
ОКСИБЕНЗОйНЫЕ КИСЛОТЫ (ФЕНОЛОКИСЛОТЫ)165Кислотный гидролиз сложных эфиров может идти и по мономолеку-
лярному механизму:,о'ORАг—с: -f-f [Аг—С=0] + HORч Н2°1\/ОАг—+ Н+\онДля эфиров о,о'-динитробензойной кислоты мономолекулярный гид¬
ролиз практически невозможен, поскольку нитрогруппы мешают обра¬
зованию положительно заряженного центра.В соответствующем катионе мезитиленкарбоновой кислоты метиль¬
ные группы облегчают рассредоточение заряда. Такой катион оказы¬
вается более устойчивым, и пространственные затруднения могут лишь
ненамного повысить его энергию; во всяком случае они больше ска¬
жутся на энергии исходного эфира, поскольку в катионе к углероду
присоединено всего два остатка: кислород и ароматический радикал.
Поэтому в сильнокислой среде гидролиз эфира мезитиленкарбоновой
кислоты проходит легко и по мономолекулярному механизму Sjvl:о pHl+н+	\/г~Р Н3
^ оснз~л_/~с\М 1СНяосн;СНзОН/СН3он-нСН3СНзОКСИБЕНЗОЙНЫЕ КИСЛОТЫ (ФЕНОЛОКИСЛОТЫ)Фенолокислоты могут быть получены введением карбоксилов в фенолы
или введением оксигруппы в бензойные кислоты.Наиболее важную о-оксибензойную, или салициловую, кислоту полу¬
чают в промышленности по реакции Кольбе нагреванием (130 °С) су¬
хого фенолята натрия под давлением (5 кгс/см2) двуокиси углерода:ONaНс=оIО J.о—н=оNaTЕсли исходить из фенолята калия, получается не о-, а п-оксибензой-
ная кислота.С многоатомными фенолами, например с резорцином, эта реакция
проходит легче. Так, резорциловая кислота образуется уже при нагре¬
вании резорцина с раствором бикарбоната аммония:°Ч/0'Сnh4
166ОКСИБЕНЗОИНЫЕ КИСЛОТЫ (ФЕНОЛОКИСЛОТЫ )Салициловую кислоту можно также получить окислением салицило¬
вого альдегида или действием на фенолят натрия четыреххлористым
углеродом и щелочью (стр. 111).Салициловая кислота значительно сильнее бензойной и своих изо¬
меров. Такой орто-эффект оксигруппы объясняется образованием водо¬
родной связи между функциональными группами, что увеличивает 6^-
заряд на карбоксильном углероде:£о^-н
<оо-нСалициловая кислота образует два ряда производных (по обеим
функциональным группам). Хлористыми ацилами или ангидридами кис¬
лот она ацилируется по оксигруппе (т.е. выступает в качестве фенола):О	ОII	II^с—он	он+ (СН,—С)*0 —* fO]	+CH3-C-0H\он	Д ч/чо—с-си, JLо	и	ооаспиринХлорангидрид салициловой кислоты образует с фенолами или спир¬
тами сложные эфиры другого типа (но карбоксилу), например:о	оII	II^С—ОН	,^/C-OCsHs|	+ POCI3 + СеНвОН —* fO|"'"ОН	^^онАспирин употребляется в качестве жаропонижающего и анальгети-
ческого средства, салол является антисептиком, рекомендуемым при
желудочно-кишечных заболеваниях. Сама салициловая кислота — силь¬
ное дезинфицирующее средство; ее натриевая соль применяется как ле¬
карство при суставном ревматизме. В больших масштабах салициловая
кислота потребляется в производстве азокрасителей.Гидрирование салициловой кислоты приводит к пимелиновой кис¬
лоте; промежуточно образуется тетрагидросалициловая кислота, кото¬
рая гидролизуется по типу «кислотного расщепления» ацетоуксусного
эфира:0	0	оII	II-ОН	ОН	,С—ОН „ „2Нг (/у	наООН	^ОН	х)Teiparидросалиннловая кислота—Н0-С-(СН2)5-С-0НII	IIо	опимелиновая кислотаМетиловый эфир салициловой кислоты встречается в виде глико
зида в различных растениях и применяется в медицине.
ОКСИБЕНЗОЙНЫЕ КИСЛОТЫ (ФЕНОЛОКИСЛОТЫ)167л-Оксибензо^ая кислота получается при щелочном плавлении
лг-еульфобензой^ой кислотыCOONa	COONa'О]	—ГО] + Na2S03 + H20\S03Na	х-" ^ONaи также употребляется в производстве красителей.я-Оксибензойную кислоту синтезируют по Кольбе с применением
калиевой щелочи. Ее метиловый эфир (по оксигруппе), называемый
анисовой кислотой, получают окислением анетола (метилового эфира
п-пропенилфенола):ОСНз	осн3анетол	анисовая кислотаПолиоксибензойные кислоты весьма распространены в природе. Они
содержатся в виде гликозидов или других производных во многих рас¬
тениях. Такими являются, например, протокатеховая кислота I и ее
производные: ванилиновая II, изованилиновая III и вератров'ая IV
кислоты.Из триоксибензойных кислот наибольшее значение имеет 3,4,5-три-
оксибензойная (галловая) кислота V, одна из наиболее распространен¬
ных растительных кислот. Она содержится в чернильных орешках,
листьях чая, дубовой коре, корнях гранатового дерева и многих других
растений. Выделяют ее обычно из чернильных орешков. Галловая кис¬
лота применялась издавна для получения черных чернил и ряда кра-
cdк. Висмутовая основная соль галловой кислоты употребляется в ка¬
честве сильного антисептика под названием дерматол. Диметиловый
эфир галловой кислоты — сиреневая кислота VI также получается при
расщеплении многих природных соединений, в частности лигнина.ОН,онсоонI✓ ОСН,ОСНзОНонСП (К )•осн,ОСНз.ОСНзСООНVI
168ОКСИБЕНЗОЙНЫЕ КИСЛОТЫ (ФЕНОЛОКИСЛОГЫ)Амид, образованный 3,4,5-триметоксибензойной кислотой и гетеро¬
циклическим амином — морфолином, называется андаксином и приме¬
няется как транквилизирующий (успокаивающий) медикамент.Н2С—СН2	СН3Оч		н2с—сн2н,с-сн2	сн 0/ о н2с-сн2морфолин	андаксинОбразованные двумя молекулами ароматических полиоксикислот
сложные эфиры, в которых одна выступает как кислота, а другая как
фенол, называются депсидами. Примерами могут служить леканоровая
кислотаНО	НОНО—f %—С—О—f V—С—ОНMi Ч sHjC	нои приведенная ниже галлоилгалловая кислота.Дубильные вещества, экстрагируемые из некоторых растительных
тканей, например из коры дуба, представляют собой производные де-
псидов. Дубильные вещества разделяются на два класса: гидролизуе¬
мые (именно они и представляют собой сложные эфиры депсидов) и
негидролизуемые. Гидролизуемые дубильные вещества часто являются
производными галловой и л-галлоилгалловой («лг-дигалловой») кис¬
лоты.Синтез лг-галлоилгалловой кислоты из галловой был осуществлен по
следующей схеме:ОIIНО	С2Н60—С—О\ о	о	\ о//S'- 11	51	//~\\ NНО——C-OH + ЗС2Н60—С—Cl —+ C2HS0-C-0-0—с~онУ	оно	с2н6о-с—оIIоPCI5частичный
гидролиз
NaOH
(1 моль)оIIс2н5о—с—о	но\ • о	о \/р=^\ II	II /^\С2Н50—С—О—(Tv—С—Cl + C2HsO—С—О	(QVо /оII- с—онс2н6о—с—о
IIо/с2н6о—с—оIIоII
АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНОКИСЛОТЫ169О	ОI!	IIс,н5о—с—о	с—он\_^ О	/I	+ II —■> с2н5о—С—О—<£))—С-0—(/0^>О /	/~\С2Н50—с—О C,Hs0—C—0 О—С—ОС2Н6гидролизоО	0	0но	с—он
\_ 0 /
но—(pV-C-O—
/ /“\
но	но он^•галлонлгалловая
Ои-дигалловая) кислотаТаннины, извлекаемые из дубильных орешков, представляют собой
глюкозу, ацилированную остатками ж-галлоилгалловой кислотыCH2ODODН ODобщая'формула таннинов(D-остаток галловой ^
или м -галлоилгалловой
кислоты, или Н)При гидролизе таннинов образуется глюкоза, л-галлоилгалловая
кислота и небольшое количество галловой кислоты.Таннины, добываемые из разных видов дубильных орешков, не¬
сколько различаются по числу ацилов и по соотношению между остат¬
ками галловой и галлоилгалловой кислот. Даже таннины, выделяемые
из одного и того же растения, представляют собой смесь веществ.Таннины применяются для протравки хлопчатобумажных тканей при их крашения
(для закрепления красителя), в медицине н в других областях.Общей чертой всех дубильных веществ, в том числе и синтетических, является
большой молекулярный вес, ароматическая природа и кислотные свойства. Все это
позволяет им проявлять свое главное практическое свойство—связываясь с белками,
модифицировать их, например осаждать белки из раствора, как это делает таннин
с альбуминами, или «дубить», превращая шкуру в кожу. Водный раствор таннина,
будучи нанесен па обоженное тело, связывает ядовитые белковые продукты распада
тканей и способствует заживлению тканей.Связанный с таннином альбумин (таннальбин), попадая в пищеварительный тракт,
по мере переваривания альбумина высвобождает таннин, который связывает белковые
токсины болезнетворных бактерий.АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНОКИСЛОТЫАминобензойные кислоты могут быть получены восстановлением соот¬
ветствующих ннтробензойных кислот:0,NC6H„C00H —► H2NC6H4COOHВ технике этим путем синтезируют п- и ж-аминобензойные кислоты.
о-Изомер (антраниловую кислоту) получают из фталаминовой кислоты
170АРОМАТИЧЕСКИЕ АМИНОКИСЛОТЫперегруппировкой Гофмана (кн. I, стр. 209):/С(ЖН2+ NaOCl —► fQ|	+ СО, + NaCl^COONa	'''^"''"COONaТаким образом, сырьем для получения антраниловой кислоты слу¬
жит фталевый ангидрид, а в конечном счете — нафталин.Диазотирование антраниловой кислоты приводит к о-диазобензол-
карбоновой кислоте, по существу являющейся внутренней солью. При
освещении она распадается с образованием дегидробензола:-СООН 	 ^ ^СОО'hv'" + co2 + n2'NH,	^ ^N=NДегидробензол претерпевает далее ди- и тримеризацию (стр. 59сл.).
Он может вступать и в другие, ранее описанные реакции присоедине¬
ния. В частности, с бензолом осуществляется реакция присоединения,
в которой дегидробензол выступает как диенофил, а бензол как диен:Антраниловая кислота является промежуточным продуктом при
синтезе индиго (стр. 282), а также ряда азокрасителей (в качестве
диазосоставляющей). Метиловый эфир антраниловой кислоты входит
в состав эфирного масла цветов жасмина (вместе с бензилацетатом и
небольшим количеством индола); он обладает запахом земляники и
употребляется в парфюмерии.n-Аминобензойная кислота применяется для синтеза ряда анестези¬
рующих средств: анестезина (ее этиловый эфир), новокаина (диэтил-
аминоэтиловый эфир) и пантокаина.ОIIh^~0“c-°-ch-ch-n(c^h^новокаинОCH3-(CH2)3-NH——С-О—CH2-CH2-N(C2H5)2пантокаинn-Аминобензойная кислота — фактор роста многих микроорганиз¬
мов. Действие сульфамидных препаратов, основанное на принципе под¬
мены метаболита бактерий, состоит именно в том, что эти препараты
подменяют необходимую для жизни бактерий n-аминобензойную кис¬
лоту («витамин Н»). Достаточная концентрация этих веществ в крови
приводит к гибели бактерий, п-А миносалициловая кислота, получаемая
из .w-аминофенола по реакции Кольбе, — важное антитуберкулезное ле¬
карство (ПАСК), действующее по тому же принципу.
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ С КАРБОКСИЛОМ В БОКОВОЙ ЦЕПИ171КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ С КАРБОКСИЛОМ
В БОКОВОЙ ЦЕПИПростейший представитель этих соединений — фенилуксусную кислоту
получают из хлористого бензила через ее нитрилн2о(н+)С6Н5СН2С1 + KCN	C6HbCH2CN 	>- С6Н5—CHS—СООНили из того же исходного вещества через реакцию Гриньяра. Следую¬
щий гомолог — гидрокоричную кислоту приготовляют гидрированием
коричной кислоты:H2/NiС6Н5—СН=СН—С—ОН 	»- С6Н5—СН2—СН2—С—ОНI!	IIо	оКоричную кислоту синтезируют одним из следующих способов.1.	Промышленный способ — окисление бензальацетона (продукт
конденсации бензальдегида с ацетоном) хлорноватистой кислотой (га-
лоформный распад):NaOH	NaOClС6НБ—СНО -ь СН3—С—СНз 	► С6Н5—СН—СН—С—сн3 	>■II	IIО	оNaOH—CeH5—СН=СН—С—СС13 	»- С6Н6—CH=CH—COONa + СНС13IIО2.	Конденсация бензальдегида с уксусным ангидридом по реакции
Перкина (стр. 133):CH3CONaСвН6—сно + (СН3—С)»0 	>“ С6Н6—СН=СН—С—ONa + 2СН3СООНII	IIО	о3.	Конденсация бензальдегида с малоновой кислотой в присутствии
оснований (Кневенагель):пиперидинС6Н5-СНО + CH2(COOR)2 	J- С6Н5—СН=С(СООН)2 —>—► СвН6—СН=СН—СООН + со2Получаемая этими способами коричная кислота имеет тушяс-конфи-
гурацию. При УФ-облучении транс-изомер переходит в г{«с-изомер.
г^мс-Коричная кислота может существовать в виде кристаллических мо- •
дификаций с разными температурами плавления.Нч уН	Нч /СООНX	>=<СвН5' хСООН	C6HS' NHцис-коричная кислота	трсгнс-норччиая кислота(т. пл. 57 °С)	(т. пл. 133 °С)Такие цис-транс-изомеры, как коричные кислоты, имеющие водороды при двой¬
ной связи, существенно различаются спектроскопически н легко могут быть распо¬
знаны. На рис. 89 приведен ЯМР (ПМР)-спектр этилового эфира коричной кислоты
(отнесение линий приведено на спектре). Протоны этильной группы дают квадруплет б
и триплет а (кн. 1, стр. 557 сл.). Протоны фенила (бензола с одним заместителем),
обычно мало различающиеся по химическим сдвигам, дают уширенный пик или узкий
мультиплет д. Сигналы же транс-иротонов при двойной связи (в и г) отличаются
большой константой спин-спинового расщепления J, обычно почти в два раза (в Гц)
превышающей величину J для ч«с-протонов.
172КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ С КАРБОКСИЛОМ В БОКОВОЙ ЦЕПИцис- и граис-Изомеры этого типа можно легко различить и с помощью ИК-спек-
тров или спектров комбинационного рассеяния. Так, для ИК-спектров транс-соедине-
ний указанного типа характерна полоса внеплоскостного деформационного колебания
при 990—9(55 см-1, отсутствующая в спектрах чистых (|«с-соединений. грсшс-Кротоно-
вая, коричпяя и кумаровая кислоты и их эфиры также поглощают в области 980—■
97} игИнтенсивность полосы меняется для разных соединений от средней до
высокой.Рис. 89. ЯМР-Спектр
этилового' эфира транс-
коричной кислоты (/ =
= 15,8 Гц).Используя вместо бензальдегида замещенные альдегиды, можно по¬
лучить коричные кислоты с различными заместителями в ядре, напри¬
мер:СНзСОЫаIIосно+ (СН3ОН-С)аОIIо^Х>СН=СН—с^Г it	\iОНОНо-Оксикоричная кислота представлена двумя стереоизомерами: цис-
(кумариновая кислота) и транс- (о-кумаровая кислота). Первая из¬
вестна только в виде производных, так как свободная ^ыс-кислота сразу
же превращается в ее лактон — кумарин:,СН=СНОСонI/
сон ч0-н2окумаринКумарин имеет запах сена; он — пахучее начало цветов донника.
Так же как и его оксипроизводные (эскулетин и умбеллиферон), кума¬
рин широко распространен в растительном мире.^И"Ч) кэскулетинумбеллиферонЭскулетин и умбеллиферон могут быть синтезированы по Пехману
нагреванием соответствующего фенола с яблочной кислотой в присут¬
ствии серной кислоты. При этом яблочная кислота расщепляется до
формилуксусной кислоты, которая и конденсируется с фенолом:Hно+^онс0^ VCH2
сно/ ^о—н2орезорциноумбеллиферон
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ С КАРБОКСИЛОМ В БОКОВОЙ ЦЕПИ173Из бензальдегида получают еще одну важную оксикислоту — мин¬
дальную:Как всякая а-оксикислота, миндальная кислота образует два ряда
производных. Она легко отщепляет воду с образованием лактида:Миндальная кислота имеет один асимметрический атом углерода и
существует в виде двух оптически деятельных стереоизомеров: D(—)-
и L( + )-миндальных кислот. Первая образуется при гидролизе глико-
зида горького миндаля — амигдалина, вторая может быть выделена из
гликозида, содержащегося в бузине. Рацемическая — параминдальная
кислота, которая всегда образуется при синтезе, может быть разделена
на оптические антиподы с помощью цинхониновых солей. Миндальная
кислота издавна является излюбленным объектом для стереохимиче-
ских исследований (наряду с винной и молочной кислотами). Так, она
послужила одним из примеров, на котором было продемонстрировано
вальденовское обращение (см. кн. I, стр. 369).Из аминокислот с функциональными группами в боковой цепи наи¬
большее значение имеют фенилаланин и тирозин:Обе эти аминокислоты входят в число 20 аминокислот, участвующих
в построении белков. Фенилаланин является одной из девяти незамени¬
мых аминокислот, т. е. он не может быть синтезирован организмом и
поэтому непременно должен присутствовать в составе белков пищи.Тирозин был синтезирован конденсацией гиппуровой кислоты и
л-оксибензальдегида с последующим гидрированием двойной связи и
омылением продукта:HOCsH4-CHO + СН2—СООН —> НОС6Н4—СН=С—СООН	нПриродные L(—)-тирозин и L(—)-фенилаланин образуются при
гидролизе почти всех белков. Особенно много тирозина в составе ка¬
зеина и фиброина шелка. Важную физиологическую роль играют также
некоторые производные тирозина, в частности дииодтирозин и ти¬
роксин. Тироксин — гормон, регулирующий обмен веществ; он продуци¬
руется щитовидной железой. Строение тироксина подтверждено синте¬
зом (Харрингтон, 1926 г.) по следующей схеме (стр. 174)./Н нго(н+)C6Hs-CHO + HCN —> CcHs—С—ОН 	>^CNС6Н6—С—ОН\соон2С6Нб—СН—СООН
ОНС6Н5-НСХ /С=0оnh2 оnh2 офенилаланинтирозинNH—СО—СвН5NH—СО—С6Н5гиппуровая кислотан2о(н+)■> НОС6Н4—СН2—СН—соонNH—СО—С6Н5тирозин
174ПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦО\СН.О—(S)—он +1—(О)--402 - ' сн>0~,О^'—°—(0>—NOi/ /(далее обозначается как Н—NO2)+	Cu2(CN)2	SnCIo; Н20R—N02 —v R—NH2 —v R—Ns=N X" 	>• R-C==N 	>- R—CHOHIR-CHO + CH2—COOH —> R—CH=C—COOH —>- R—CH2—CH—COOHI	I	INH—С—С8На	NH—С—СбН5	NH2II	IIО	оLно-\—°~0СЗ>—сн2—сн-соон —/	NH,CH.—СН-СООН
/	\/	nh2тироксинЩитовидная железа вырабатывает определенное количество тир¬
оксина. Недостаточное продуцирование тироксина в организме (гипоти¬
реоз) ведет к общей слабости, апатичности, а в тяжелых случаях —
к кретинизму. Гипертиреоз (чрезмерная деятельность щитовидной же¬
лезы) приводит к нарушению сердечной деятельности, повышенной
нервозности, высокому кровяному давлению, пучеглазию (базедова бо¬
лезнь). При гипотиреозе больные вынуждены постоянно принимать пре¬
параты, содержащие соответствующие гормоны; гипертиреоз пони¬
жается с помощью некоторых лекарств, играющих роль антигормонов
(например, метилтиоурацил), а иногда требуется операционное вме¬
шательство (удаляют часть щитовидной железы).Темные пигменты, содержащиеся в коже, волосяных покровах и ро¬
говице глаз животных и человека, образуются при окислении в орга¬
низме другой аминокислоты — диоксифенилаланина (сокращенно
ДОФА или DOPA), которая в свою очередь образуется в результате
окисления из тирозина. Диоксифенилаланин окисляется далее в хинон
(ДОФА-хинсн)НО—/(])—СН2—СН—с—ОН —► 0=( />—сн2—сн—с—он/гоконденсирующийся в краситель феноксазиновой структуры (стр, 341).но/	NH2 О	NH2 ОПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ
БЕНЗОЛЬНОЕ КОЛЬЦО, КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ УРАВНЕНИЯКонстанты диссоциации карбоновых кислот зависят главным образом
от величины частичного положительного заряда 6+ на карбоксильном
атоме углерода. Связанные с бензольным ядром электронодонорные
ПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦО175группы уменьшают этот заряд (а следовательно, и константу диссоциа¬
ции); электроноакцепторные группы оказывают обратное действие.
В табл. 68 (стр. 152) приведены эти константы для ряда бензойных
кислот. Как можно видеть, сила бензойных кислот зависит и от элек-
троноакцепторноети заместителя, и от положения его по отношению
к карбоксилу.Нитрогруппа обладает большими -М- и —/-эффектами и сильно
способствует диссоциации кислоты, особенно находясь в пара-положе¬
нии. Метоксигруппа обладает небольшим отрицательным индуктивным
эффектом (—/); с другой стороны, она способна подавать неспарен¬
ные электроны по сопряженной системе связей. Индуктивный эффект
проявляется в основном, когда метоксигруппа находится в мета-положе¬
нии, в котором нет сопряжения между заместителями и карбоксильной
группой; поэтому введение метоксила в мета-положение повышает кон¬
станту диссоциации бензойной кислоты. В случае п-метоксибензойной
кислоты наблюдается уменьшение константы диссоциации, поскольку
эффект сопряжения (мезомерный или резонансный) превалирует над
индуктивным:Такая же конкуренция между индуктивным и мезомерным эффек¬
том хорошо известна в случае галоидных заместителей, однако при
диссоциации бензойных кислот преимущество остается на стороне ин¬
дуктивного эффекта, так как мезомерный (-)-М-) эффект для галоидов
очень мал. Константы диссоциации изменяются в ряду кислот сле¬
дующим образом:Аналогичное полярное влияние оказывают заместители и на другие
реакционные центры у ароматического цикла. Изучив кинетику многих
серий реакций, Гамметт (1937 г.) пришел к выводу, что константы ско¬
ростей многих реакций могут быть поставлены в прямую количествен¬
ную зависимость от полярных влияний заместителя. Он вывел следую¬
щее уравнение:где К и Ко — соответственно константы скорости или равновесия какой-
либо реакции для соединения, содержащего заместитель в бензольном
цикле, и для незамещенного соединения. Например, если К — константа
скорости гидролиза водой n-нитробензоилхлорида в ацетоне при 20°С,
то Ко — такая же константа для самого хлористого бензоила. Реакцион¬
ная константа р зависит от типа реакции, природы реакционного центра
и условий реакции (температура, растворитель); константа о зависит
только от полярного влияния заместителя и его положения в бензоль¬
ном цикле *.В качестве стандартной реакции Гамметт избрал диссоциацию заме¬
щенных бензойных кислот в воде при 25 °С, поскольку эти константыСН-ол-хлорбензойная > ге-хлорбензойная > бензойнаяIg-rr- = <Tp или IgK — lgKa = crp*	Различают значения от для мета- и пара-заместителсй (0М и ггп). Влияние орто¬
заместителей не подчиняется уравнению Гамметта, поскольку в этом случае замести¬
тель проявляет не только полярные, но и пространственные эффекты.
176ПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦОмогут быть определены с наибольшей точностью. Для этого равновесия
значение р принято равным 1 и уравнение Гамметта принимает вид:Отсюда были определены константы о для самых разных замести¬
телей. Графическое изображение уравнения Гамметта приведено на
рис. 90 и 91. По оси абсцисс отложены значения а, а по оси ординатвеличины lg-^—. Если реакция подчиняется уравнению Гамметта, тоточки ложатся на прямую, проходящую под некоторым углом а к осиабсцисс, р = tg а; для диссоциации бензойных кислот а = 45°. Если
построить график по нескольким точкам, для чего требуется экспери¬
ментально определить lg К для нескольких заместителей, то можно
определить значения lgK и для десятков других заместителей, поль¬
зуясь значениями сг, приведенными в литературе. Это одно из примене¬
ний уравнения Гамметта.Как уже отмечалось, константа а является мерой полярного дей¬
ствия заместителя: положительное значение сг отвечает электроноакцеп-
тору, а отрицательное — электронодонору. Реакционная константа р
характеризует чувствительность реакции к полярным эффектам. По¬
ложительное значение р говорит о том, что с увеличением электроно-
акцепторности заместителя скорость реакции увеличивается, при отри¬
цательных значениях р следует обратный вывод. Чем круче проходит
прямая через начало координат (чем больше абсолютное значение р),
тем чувствительнее реакция к полярному влиянию заместителя. Исходя
из значения (и особенно знака) реакционной константы р, иногда
можно делать выводы о механизме реакции. Это также одно из важ¬
ных применений уравнения Гамметта.В табл. 71 приведены некоторые значения а для наиболее харак¬
терных мета- и пара-заместителей.кРис. 90. Графическое изображение
уравнения Гамметта для диссоциа¬
ции замещенных бензойных кислот
в воде при 25 °С (р = 1,00; lg/f0 =
= -4,203).Рис. 91. Графическое изображение
уравнения Гамметта для гидролиза
хлористых бензилов водой при 30°С
в 47%-ном этаноле (р = —2,20;
lg /Со ==-5,61).
ПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦО177Таблица 71. Константы а для ряда заместителейЗаместители°мЗаместители%амnh2—0,66-0,16н0,000.00N(CH3)2-0,60—0,21F+0,062+0,337он—0,357—0,002Вг+0,232+0,39осн3-0,268+0,115СОСН3+0,516+0,306СНз-0,170-0,069СООСНз+0,522+0,398rpej’-C4H9-0,198-0,120no2+0,778+0,710Изучены тысячи разных реакционных серий, подчиняющихся урав¬
нению Гамметта. Приведем только несколько примеров реакций и зна¬
чений р для них:Ионизация фенолов в воде при 25 °С	 +2,113Щелочной гидролиз метилбензоата в 60%-ном аце¬
тоне при 0 °С	 +2,46Кислотный гидролиз этилбензоатов в 60%-ном эта¬
ноле при 0°С	 +0,144Гидролиз бензилхлоридов в 50%-ном водном аце¬
тоне при 60 °С	 - 1,69Бромирование ацетофенона в боковую цепь в водепри 25 °С	 +0,417Восстановление нитробензола SnCla в воде при 90 °С +1,15Уравнению Гамметта не подчиняются некоторые важные реакции,
когда в образующемся переходном состоянии на реакционном центре
развивается положительный (или отрицательный) заряд, сопряженный
через бензольное кольцо с заместителями, проявляющими -\-М- или
—М-эффект. Такие заместители оказывают более сильное влияние и
им приходится приписывать более высокие значения сг, чем обычно упо¬
требляемые константы о. К таким реакциям относятся, например, мно¬
гие реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре.При электрофильном замещении положительно заряженный элек¬
трофил атакует бензольный цикл, вытягивая пару электронов и созда¬
вая в цикле положительный заряд. Если атака произошла в пара-поло¬
жение к таким группам, как ОН, OR, NR2, то они эффективно участвуют
в делокализации заряда за счет своего +Г-эффекта и их пары ^-элек¬
тронов сопряжены с возникающим положительным зарядом (Л — элек¬
трофил):5+R_q-UyнДля процессов, не подчиняющихся уравнению Гамметта, Окомото и
Браун предложили другую стандартную реакцию, очень чувствительную
к + Г-эффекту заместителей — алкоголиз арилдиметилхлорметанов.
Эта реакция проходит по механизму Sjyl, т. е. медленная стадия за¬
ключается в ионизации хлорида; -{-Г-эффект заместителя полностью
достигает положительно заряженного реакционного центра (как и при
178ПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦОэлектрофильном замещении):/СН3+/СНз
ХСНз + СГДля этой реакций р было принято равным 1 и для многих заме¬
стителей были получены значения о+. Уравнение Брауна — Окомото
имеет тот же вид, что и уравнение Гамметта,но сг+ отличаются ло величине от о. Приведем значения о+ для неко¬
торых заместителей:Итак, и уравнение Гамметта и уравнение Брауна — Окомото приме¬
няются с равным правом, но для разных серий реакций. К сожалению,
они приложимы только к ряду бензола и к некоторым ароматическим
и гетероциклическим соединениям. В тех случаях, когда простран¬
ственные взаимодействия заместителя и реакционного центра значи¬
тельны, подобная корреляция отсутствует. Такого рода взаимодействия
часто имеются в алифатических соединениях, даже если заместитель
удален от реакционного центра, поскольку алифатическая цепь гибкая.
Пространственными взаимодействиями мы будем считать любые взаи¬
модействия между заместителем и реакционным центром, которые пе¬
редаются не по системе связей. Сюда относятся, например, простран¬
ственные затруднения переходного состояния, полярное взаимопритя-
жение или отталкивание между реакционным центром и заместителем R
и другие факторы.Для алифатического ряда в качестве опорных реакций Тафтом был
избран щелочной и кислотный гидролиз сложных эфиров RCH2COOCH3,
катализируемый протонами. При излагаемом ниже подходе ему уда¬
лось разделить индуктивный и пространственный эффекты для этих
реакций. Выведенная им количественная мера индуктивного эффекта
о* является общей для алифатического ряда. Индуктивный и про¬
странственный эффекты — величины независимые, поэтому для любой
реакционной серии * дчлжно соблюдаться уравнениегде а* —мера индуктивного эффекта заместителя, Es — его простран¬
ственный вклад, который меняется от одной реакционной серии
к другой.lg = рст+СН30 —0,78 +0,045
СНз -0,31 -0,066
F -0,073 +0,011Cl +0,114 +0,40
CN +0,56 +0,66
N02 +0,79 +0,67*	Серия реакций, в которой меняется только заместитель Rx но не условия, или,
тем более, тип реакции.
ПЕРЕДАЧА ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ ЧЕРЕЗ КОЛЬЦО179Следовательно, щелочному гидролизу (индекс В) и кислотному гид¬
ролизу (индекс А) отвечают уравнения:Далее Тафт ввел два постулата.Постулат 1—пространственные влияния заместителей на кислотный
и щелочной гидролиз одинаковы, илиЭто предположение, высказанное ранее Инголдом, теоретически
обосновывается тем, что переходные состояния для обеих реакций (или
равновесий) мало отличаются друг от друга.Постулат 2 — принимается, что рд = 0. На основании многочис¬
ленных экспериментальных данных установлено, что константа рав¬
новесия кислотного гидролиза сложных эфиров практически не зави¬
сит от электроотрицательности (или электродонорности) заместителя.
Так, константы для лг-нитро- и n-метоксибензоатов почти не отли¬
чаются друг от друга. Таким образом, если рд —0, то:Вычитая это уравнение из уравнения для щелочного гидролиза и
учитывая равенство пространственных влияний, получаем:Для удобства сравнения константы а* с константой Гамметта а
величина р* для щелочного гидролиза принимается равной 2,48. Та¬
ким образомДля других реакций, естественно, р* будет иметь другие значения.Итак, а* — количественное выражение индуктивного эффекта, по¬
скольку пространственный эффект от него отделен. Для алифатиче¬
ского ряда Ко является константой гидролиза эфира уксусной (а не
муравьиной) кислоты; в этом случае о* == 0.При помощи уравнения Тафта был установлен ряд закономерно¬
стей, например аддитивность индуктивного эффекта заместителя. Так,
если а* для заместителя С—С1 равняется -j-0,37, то для заместителя(£s)b = (£s)a-^С она удваивается и равна -f-0,74.
ХП,/С1
180АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ С НЕПРЕДЕЛЬНОЙ БОКОВОЙ ЦЕПЬЮУравнение Тафта внешне подобно уравнению Гамметта:Область применения уравнения Тафта ограничена и определяется
только экспериментально. Уравнение может быть использовано только
в тех случаях, когда пространственные эффекты невелики. Величины а*
для ряда заместителей приведены в табл. 72.Таблица 72. Константы сг* для алифатического ряда(мера полярности заместителей по Тафту)Rа*Rо*Rа*сн30fch2+ 1,10С6Н5СН2+0,215сцс+2,65С1СН2+ 1,05с2н6-0,10f2ch+2,05ВгСН2+ 1.00н-С3Н7-0,115СООСНз+2,001СН2+0,85изо-C,, Н7-0,125(CH3)3NCH2+ 1,90С6НБС=С+ 1,35цикло-СьНа-0,20№==ССН2+ 1,30С„н.+0,60(СНз)зС-0,30н+0,49АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ С НЕПРЕДЕЛЬНОЙ
БОКОВОЙ ЦЕПЬЮПростейший углеводород этого типа — стирол (винилбензол) приобрел
важное промышленное значение в производстве пластмасс и каучуков.
Стирол получают в настоящее время из этилбензола (его готовят кон¬
денсацией бензола с этиленом в присутствии А1С13) дегидрогенизацией
над катализатором, содержащим окись хрома (А. А. Баландин,
Г. М. Марукян):Сг2Оз/А12ОзС6Н6-С2Н6 	*■ С6Нб-СН=СН2 + н2Строение стирола может быть установлено как обратной реакцией
каталитического гидрирования (над Pt) в этилбензол, так и окислением
в бензойную кислоту и озонированием с последующим гидролизом в
бензальдегид. Строение его следует и из получения его декарбоксили-
рованием коричной кислоты или дегидратацией метилфенилкарбинола:С6Н5—СН=СН—СООН —V С6Н6—СН=СН2 + со2
С6Н5-СН-СН3 —► с6нБ—сн=сн2 + Н20
онСтирол — жидкость с т. кип. 145 °С; т. пл. —30,6°С.Естественно, что наличие активной олефиновой связи в боковой цепи
стирола определяет главное направление электрофильных атак на эту
цепь. Однако при нитровании стирола наряду с главным продуктом
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ С НЕПРЕДЕЛЬНОЙ БОКОВОЙ ЦЕПЬЮ181этой реакции — ю-нитростиролом образуются оба продукта нитрования
в ядро — о- и гс-нитростиролы:СН=СН—N02сн=сн2hno3-осн=сн2J\/N02-IQJсн=сн2IсоN0,Отсюда следует, что двойная связь, сопряженная с ароматическим
ядром, обладает (в переходном состоянии при электрофильной атаке
на ядро) электронодонорным характером:сн-сн2илисн=сн2[6,сн=сн2
ф +н*no2СН-СНцО + Н*no2ю-Нитростирол нитруется в орто- и пара-положения, но медленнее,
чем бензол. Таким образом, группа —СН = СНЫ0г еще один пример
редкого сочетания пассивации с орто-пара-ориентацией.Главное применение стирола — полимеризация его в полистирол —
прозрачную твердую пластмассу с ценными электроизоляционными
свойствами. Полимеризация проводится под действием трехфтористого
бора (следы воды образуют сильную кислоту H+HOBF^) при низкой
температуре. Она протекает как ионный процесс, инициируемый Н+:
182АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ С НЕПРЕДЕЛЬНОЙ БОКОВОЙ ЦЕПЬЮОб изотактическом полистироле см. кн. I, стр. 373.При крекинге полистирол достаточно гладко деполимеризуется, т. е.
крекинг происходит по вновь образовавшимся в полистироле связям.Большие количества стирола идут на сополимеризацию с бутадиеном
для производства сополимерного бутадиен-стирольного каучука (содер¬
жащего до 30% стирола), отличающегося повышенной устойчивостью
к истиранию и потому особо ценного для изготовления автомобильных
шин. Стирол на воздухе постепенно густеет и затвердевает, самопроиз¬
вольно полимеризуясь, так что его приходится хранить с добавлением
ингибитора.Из диэтилбензола дегидрогенизацией над Сг20з/А120з получают ди-
винилбензол. В смеси со стиролом дивинилбензол полимеризуется в
«сшитый» пространственный (а не линейный) полимер, в котором до¬
полнительные поперечные связи в макромолекуле образованы за счет
второй винильной группы дивинилбензола.Такие пространственные полимеры могут нести в бензольном ядре
сульфогруппы. В этом случае они служат ионообменниками, а именно
катионообменными смолами-.	СН—СН2—СН—СН2—СН—СН2	•—СН—СН2—CH-CHj-CH—СН2— • •(й) ^S03M S03MЕсли сополимеры стирола и дивинилбензола пронитровать й вос¬
становить затем нитрогруппы в аминогруппы, получаются анионооб¬
менные смолы-.	СН-СН2—СН—СН2—СН—СН2	У+NH3 X* +NHS X'+ «НУ-СН—СН2-•	• — СН—СН2—СН—СН2—СН-СН,—•у m+ NH3 Y* +NH3 Y+ «HX-CH- CH2-
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ С НЕПРЕДЕЛЬНОЙ БОКОВОЙ ЦЕПЬЮ183Вся масса смолы представляет собой по существу одну макромоле¬
кулу многоосновной кислоты (или основания), в силу своей огромности
совершенно нерастворимую. При пропускании через смолу-ионообмен-
ник раствора электролита происходит обмен катиона (или аниона), ко¬
торый в силу нерастворимости смолы-кислоты или смолы-соли идет до
конца. Этим широко пользуются в современной технике и препаратив¬
ной аналитической химии для выделения в чистом виде кислот, основа¬
ний и солей, например для обессоливания воды. Стирольные сополи¬
меры особенно хороши для этой цели.Фенилацетилен — простейший ароматический углеводород с тройной
связью в боковой цепи. Его получают обычным для ацетиленов путем —
присоединяя молекулу брома к олефину и отщепляя НВг действием
спиртовой щелочи:С6Н5—СН=СН, + Вг2 —► С6Н5—СНВг—СН2Вг	С6Н6—С=СНФенилацетилен (т. кип. 141,б °С) обладает обычными свойствами
монозамещенных ацетиленов. Промышленного применения этот угле¬
водород не получил.
МНОГОЯДЕРНЫЕ
АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯСОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ
БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИДифенил (или бифенил)Наиболее просто этот углеводород можно получить по Бертло, пропу¬
ская пары бензола через раскаленную докрасна трубку:2С6Нб —* С6Н6—С6Н6 + НаСтроение его следует из синтеза по Вгорцу — Фиттигу:2C6H6Br + 2Na —»• С6Н6—С8Н6 + 2NaBrОн получается также в качестве побочного продукта при синтезе
гриньярова реактива из галогенбензола и магния по сходной реакции:2C6H6Br + Mg —► С6Н6-С6Н6 + MgBr2Дифенил и его разнообразные производные можно получить по ре¬
акции Гомберга (стр. 99), действуя солью фенилдиазония в присут¬
ствии ацетата натрия на бензол и замещенные бензолы:1 !X—C6H4r:JN=Nr+0—с—сн3 + с6н5у—>‘ 1 II
о	*-.Х— С6н4— С6Н4—Y + N2 + СНз-С—ОНоПоскольку реакция проходит гомолитически, место вступления ра¬
дикала диазосоединения в бензольное ядро мало зависит от характера
ориентанта. Обычно получается смесь о-, м- и и-замещенных дифени¬
лов с преобладанием /г-изомера.Дифенил с примесью терфенила С6Н5—С6Н4—С6Н5 и кватерфенила
СбНб—(С6Н4)2—СбНб — обычный побочный продукт при гомолитическом
разложении солей диазония (например, медью по Гаттерману). Он по¬
лучается за счет сдваивания промежуточно образующихся фенильных
свободных радикалов. Терфенил и кватерфенил образуются в резуль¬
тате реакции Гомберга между дифенилом и солями диазония.Р. Я. Левиной и В. Р. Скварченко принадлежит вариант их же ме¬
тода синтеза ароматических углеводородов, приводящий к дифенилу и
его производным. Метод основан на диеновой конденсации 2-арилбута-
ДИФЕНИЛ (ИЛИ БИФЕНИЛ)185диена с малеиновым ангидридом:СН	СНгс,н,-с/2	С6н5-с/^сн-с( Pv05 (160 0Q1 +1 )° * I I /° ~	НСЧг« CH—с7	НС\ /СН—ССНа	сн, ЧоCeHs^ /х+ 2СО + Н20Из замещенных арилбутадиенов получаются при этом замещенные
дифенилы.Наиболее важным производным дифенила является бентдин (п,п
диаминодифенил), получаемый в технике бензндиновой перегруппиров¬
кой гидразобензола (стр. 73):V— NH— NH—Г\	H..N——NH2Аналогично получаются о-толидин и о-дианизидин:H2N——f\—NH, H2N——/ /—NH,H3C/	чсн3	сн3с/	4)CH3отолидин	о-дианизидинСтроение их как производных дифенила может быть доказано ди¬
азотированием обеих аминогрупп и последующей элиминацией диазо¬
групп путем замены их на водород (стр. 98). Эти реакции в случае
бензидина приводят к дифенилу, а в случае о-толидина и о-дианизиди-
на — к соответствующим замещенным дифенилам. В бензидине пара-по¬
ложение аминогрупп следует из того факта, что при введении электро-
фильного заместителя, например при галоидировании, бензидин (или его
ацильное производное) дает единственный монозамещенный продукт.
Бензидин и его производные широко применяются в синтезе азокраси¬
телей.Дифенил — типичный ароматический углеводород, в котором оба
ядра более независимы друг от друга, чем можно было бы ожидать на
основании его плоской структуры и уменьшенного сравнительно с нор¬
мой расстояния между связанными простой связью углеродами двух
бензольных ядер (1,48 вместо 1,54 А). Это расстояние ясно выражает
оттенок двоесвязности, т. е. перекрывания л-облаков обоих ядер в смы¬
сле формул■ +	 V ^	>■ :(^Q> -<	>- и Т.Д.илн итд'При нитровании дифенила одна нитрогруппа вступает в основном
в пара-положение к атому углерода, несущему связь между ядрами,
а вторая — неожиданно тоже в пара-положение во второе ядро (ср. с ни¬
трованием ш-нитростирола). Полученный п./г'-динитродифенил при вос¬
становлении дает бензидин.
186СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИДифенил, в котором С—С-связь между фенилами осуществлена ме¬
жду мечеными 14С атомами, при действии на него А1С13 с примесью
HA1CU (в бензольном растворе) перераспределяет метку 14С по всем
о-, м- и /z-углеродным атомам (Вайнберг и Вольф, 1963 г.), т. е. С—С-
связь обоих фенилов разрывается и вновь возникает уже между новымиуглеродами. При этом, однако, фениль-
ные радикалы не выходят в объем и из¬
менения совершаются внутри одной и
той же молекулы дифенила.АТРОПИЗОМЕРИЯ. IIКеннер и Кристи (1922 г.) нашли, что
о,о'-замещенные дифеновые кислоты мо¬
гут быть разделены на оптические анти¬
поды путем превращения их в соли с оп¬
тически деятельным алкалоидом, раз¬
деления полученных диастереомерных
солей и выделения из них действием
кислоты свободных энантиомеров заме¬
щенных дифеновых кислот. Легко ви¬
деть, что ни дифенил, ни дифеновые кис¬
лоты не содержат (и не могут содер¬
жать) асимметрических углеродных ато¬
мов, так как и углероды ядер, и угле-
роды карбоксилов связаны всего с тремя
(а не с четырьмя) разными атомами или
группами. Изомерия замещенных дифеновых кислот — это оптическая
изомерия без асимметрического углеродного и вообще какого бы то ни
было асимметрического атома. Она обязана неплоскому строению этих
замещенных дифенилов, невозможности поворота вокруг оси С—С, свя¬
зывающей два ядра. Повороту мешают задевающие друг за друга
группы, находящиеся в орто-положении. В результате молекула не
имеет плоскости симметрии и ее зеркальное изображение не тожде¬
ственно с предметом, как легко убедиться на модели:Рис. 92. УФ-Спектры дифенила и
его замещенных:1 —дифеиил; 2—2,2'*диметилдифенил;
3 — З.З'-диметилдифенил; 4—-4,4'-диме-
тилдифенил.N0,NO,с но-с=о
/\о он0,N02Nзеркалоо=с-он С
/ %
но оС такой стереоизомерией, связанной с невозможностью поворота и
поэтому называемой атропизомерией, мы уже встречались (стр. 118).
Особенно широко исследовал атропизомерию производных дифенила
Р. Адамс, выяснивший, какие орто-заместители мешают повороту и вы¬
зывают появление стереоизомерии. Ни сами дифеновые кислоты, ни их
иара-замещенные производные стереоизомеров не имеют.Накопление заместителей в орто-положениях дифенила, затрудняющее или делаю¬
щее невозможным сопряжение двух его колец вследствие вывода их из копланарности,
сразу же сказывается на УФ-сиектре (см. ки. 1, стр. 568) замещенных дифенилов. На
рис. 92 приведены спектры дифенила и диметилдифенила с различным расположением
метильных групп в кольцах. Особенно хорошо видно изменение второго пика, который
является, вероятно, комбинацией полос К и В. Высота этого пика у мета- и пара-
намещенных незначительно различается, интенсивность же полосы орто-дизамеш,енного
дифенила очень мала и напоминает уже В-полосу бензола.
1,2-ДИФЕНИЛЭТАН, 1,2-ДИФЕНИЛЭТИЛЕН, 1,2-ДИФЕНИЛАЦЕТИЛЕН187Дифенилеи (или бифенилен)Дифенилен, или дибензодиклобутадиен, имеющий строениевпервые получен Лотропом действием закиси меди на о,о'-дииодди-
фенил:+ 2CuO + 2CuIПозднее Виттиг нашел, что при полимеризации дегидробензола на¬
ряду с тримером последнего — три-о-фениленом образуется и димер —
дифенилен:+ LiВгLi(2496)Дифенилен — твердое вещество (т. пл. 111 °С) с запахом нафталина,
При окислении хромовой кислотой он образует фталевый ангидрид, а
при действии насыщенного водородом никеля Ренея — дифенил (разры¬
вается одна С—С-связь). Дифенилен ацетилируется по Фриделю —
Крафтсу в положение 2; сульфируется, образуя уже при комнатной тем¬
пературе 2,6-дисульфокислоту; нитруется с образованием 2-нитродифе-
нилена, меркурируется и галоидируется также в положение 2.На ряде реакций сопряжение я-систем обоих бензольных ядер ска¬
зывается в большей степени, чем в дифениле. Так, при введении второй
ацетильной группы по Фриделю — Крафтсу образуется только 2,6-ди-
ацетилдифенилен. Если бы влияние первого ацетила не передавалось
через систему сопряжения, получился бы и 2,7-диацетилдифенилен.Представляет значительный интерес наличие в дифенилене циклобу¬
тадиенового кольца, самого по себе неустойчивого.1.2-Дифен	илэтан, 1,2-дифен илэтилен,1,2 -дифенилацетилеи1.2-Дифенилэтан	(т. пл. 52°С; т. кип. 285°С), обычно называемый ди¬
бензилом, легко получается из хлористого бензила действием натрия
(реакция Вюрца) или взаимодействием хлористого бензила с бензил-
литием или бензилмагнийгалогенидом. Разумеется, дибензил можно по¬
лучить и из бензоина, а проще всего реакцией Фриделя — Крафтса из1.2-дихлорэтана	и бензола.1,2-Дифенилэтилен (стильбен) существует в цис- и транс-формах.
Устойчивая транс-форма имеет т. пл. 124 °С, т. кип. 306°С, уыс-изомер —
188СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИт. пл. "+5°С. Обычные пути синтеза ведут к транс-пзомеру\ его можно
получить из фенилбензилкетона восстановлением в спирт и последую¬
щей дегидратацией.-сн=сн-@дибензил	стильбенг^ыс-Стильбен можно получить из транс-изомера индуцированным об¬
лучением. Приводим здесь эту реакцию в качестве типичного примера
превращения с помощью индуцированного облучения. К транс-стильбену
добавляют бензофенон, который УФ-светом возбуждается в триплетное
состояние (п —*■ я*-переход, кн. I, стр. 579). Далее идет обмен триплет-
ным состоянием с гранс-стильбеном (Т — триплетное состояние, S0 —
основное состояние):ftv(С6Н5)2С=0 —> (С6Н5)2С=0* (Г)С8НбЧ /Н
(СбН5)2С—О* (Г) + ;с=с( (So) —>
н/ \с5н5С6Н5Ч /Н*—► (C6H5)2C=0 (S„) + ;с-с( (Г)W ХС6Н51CaHgs /C6HS;с=с( (So)W хнВ триплетном состоянии транс-стильбена я-электроны двойной связи
приобретают параллельные спины, и эта связь становится ординарной.
Получая свободу вращения, стильбен перестает быть плоскостным. Из
Г-состояния возбужденная молекула стильбена возвращается как в
So-состояние цис-стильбена (с несколько более высоким уровнем энер¬
гии, как обычно для г^ыс-соединеиий), так и в 50-состояние транс-стилъ-
бена, отдавая избыток энергии в виде тепла. В равновесную смесь цис-
и транс-стильбенов превращается в тех же условиях и цис-стилъбен,
триплетное состояние которого энергетически разнится от его транс¬
аналога (см. выше), и сначала превращается в последнее.г^ис-Стильбен может быть получен также неполным гидрированием
толана (см. стр. 189).Из производных стильбена упомянем 4,4'-диоксистильбенНО——сн=сн——ОНназванный за свое эстрогенное действие (стр. 611) стилъбэстролом.4,4'-Бис- (фенилуреидо) -2,2'-стильбендисульфокислота («бланко-
фор В»)C6H6NHCNH—f~\—СН=СН—<f~\—NHCNHC6H6II	\=(	У=/ II0	^S03H H03S'	0применяется для подкраски белья. Она дает синеватую флуоресценцию
и играет роль активной .подсиньки.
11ИКЛ0ФАНЫ189Дифенилацетилен, или толан, получается обычными путями синтеза
ацетиленовых соединений, например:+ РС]5	2C,H5ONaСвН5-С—СН2-С6Н6 —CeH5-C—СН2—С6Н6 —1	►-РОС13ОСК NC1С6Н5—С=С—С6Н5 + 2С2Н5ОН + 2NaCl
толанПри действии аммиаката цианистого никеля он тримеризуется в гек-
сафенилбензол. Над отравленным катализатором гидрогенизации толан
восстанавливается в цис-стильбен, над свежим — в дибензил.ЦиклофаныКраму удалось осуществить синтез разнообразных парациклофанов.
Так он назвал соединения типов(СН2)т	(СН2).„та(сн.(сн2)лгде m и п минимально равны двум; А — одно или два алифатических
углеродных звена, несущих функциональные группы —ОН, =0 и т. п.
О методах синтеза циклофанов дают понятие следующие схемы:—CH2BrNa-> (сн2),CZX-^—CHoBr(выход 3 % при
наименьшем т)pCQ>- (с: Q
(сн,)*Оосн.Na(СН4-С® (ксилол)ОСИ,о>г (сн2).Я> X у
12 3
3 -0 1-СНОНАцилоиновая конденсация сложного эфира (кн. I, стр. 534):Ка(ксилол)	... , • ,(сн2)от (сн2)„ 	^	(сн2)т (сн2)лс с	—с—сн—/ V	// \Я1=3
л = 4сн3о оО ОСНзо онНаиболее интересной особенностью циклофанов является взаимодей¬
ствие я-электронных систем, расположенных друг над другом (сэндви¬
чеобразно) бензольных колец. Это взаимодействие можно проследить
на УФ-спектрах, которые сильнее всего отличаются (сдвиг макси¬
мума поглощения в длинноволновую область) от спектров открытых
ЦИКЛОФАНЫнесэндвичеобразных систем типаН(СН2)*->—(СН2)„—<»—(СН^Нпри п = 2, т — 2, т. е. при наибольшем сближении бензольных колец
(рис. 93). В таких циклофанах с искаженным УФ-спектром расстояние
между бензольными кольцами может сократиться до величины, мень¬
шей, чем между плоскостями бензольных ядер в кристалле (меньше3,4	А). Искажение спектра связано, по предположению Крама, с искаже¬
нием плоскостного строения бензольных колец и нарушением идеальной
делокализации я-электронной системы (т. е. со сдвигом в сторону не¬
предельной системы).Очень интересны результаты ацетилирования циклофанов по Фриде-
лю — Крафтсу и их нитрования. 3,4- и 2,2-Парациклофаны дали только
монозамещенные продукты — кетон или, соответственно, нитросоедине¬
ние. Следовательно, в парациклофанах с искаженным (или сильно
искаженным) спектром трансаннулярное взаимодействие бензольных
ядер таково, что замещение водорода на электроноакцепторную группутронной атаке в результате оттяжки из него я-электронов замещенным
бензольным ядром. Подобные отношения наблюдаются при образова¬
нии комплексов парациклофанов с тетрацианэтиленом. Отношения аро¬
матических ядер с этим непредельным соединением являются примером
отношения я-основания с я-кислотой. я-Кислота забирает электрон от
я-основания, образуя в предельном случае анион и превращая аромати¬
ческое ядро в катион. Такой перенос электрона может быть и не полным,
но он связывает оба компонента в молекулярное соединение «с перено¬
сом заряда» (стр. 109). При этом поглощение света перемещается из
ультрафиолетовой в видимую область.Для комплексов 2,2-парациклофанов с тетрацианэтиленом макси¬
мум поглощения приходится на 5210 А, для комплексов 2,3-парацикло¬
фанов— на 5110 А, в то время как комплекс модельного соединения
с двумя бензольными ядрами, связанными открытой предельной цепью
углеродных атомов, имеет максимум поглощения при 4460 А. Это раз¬
личие объясняется трансаннулярной «помощью» второго бензольного
ядра, усиливающего подачу циклофаном электрона:Интересно протекает гидрирование парациклофанов. 6,6-Парацик¬
лофаны каталитически гидрируются до соответствующих циклогексано-
вых производных, причем каждое бензольное ядро гидрируется незави¬
симо от другого. 2,2-Парациклофан восстанавливается литием в этил-
амине (водород в момент выделения) и каталитически с одинаковым
результатом — присоединяется 4 моль водорода и получается диеноеоеделает второе ядро невосприимчивым к элек-
192СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИсоединение с неустановленным положением двойных связей. Это соеди¬
нение лишь с трудом гидрируется на катализаторе до полностью цикло¬
гексанового производного.ПолифенилметаныК ним относятся следующие углеводороды (начиная с дифенилметана):Т. пл., °С	Т. кип.. °сТолуол С6НбСН3 	 —95	262Дифенилметаи (СбНв)2СН2 . . . +27	359Трифенилметан (С6Н5)3СН ... 92	—Тетрафеиилметан (CeHs)4C . . . 285	—Из них мы знакомы только с толуолом. Для синтеза дифенилметана
можно использовать два варианта реакции Фриделя — Крафтса:AlClg2С6Н6 + СН2С12 	>■ С6Н5-СН2—C6HS + 2НС1Aici3С6Нв + С6Н6СН2С1 	>■ С6Нв-СН2—С6Н5 + НС1Трифенилметан проще всего синтезировать из хлороформа и бен¬
зола той же реакцией:AiciaЗС6Не+СНС13 	>■ (CeHs)3CH + ЗНС1Для получения тетрафенилметана аналогичная реакция не пригодна,
так как взаимодействие с четыреххлористым углеродом останавливается
на стадии образования трифенилхлорметана:AlCiaЗС6Н6 + СС14 	► (С6Нб)3СС1+ ЗНС1Четвертый фенил можно ввести, действуя на трифенилхлорметан
гриньяровым реактивом (выход плохой):(С6Н6)3СС1 + C6H6MgBr —* (CsH6)4C + MgClBrНекоторые уже рассмотренные нами соединения, такие, как бензо-
фенон СбНбСОСбНб, продукт его восстановления вторичный спирт бенз-
гидрол С6Нб—СН(ОН)-—С6Нб и так называемый кетон Михлера, полу¬
чаемый действием фосгена на диметиланилинСОС12 + 2C6H5N(CH3)2 —* (CH3)2N—С6Н4—С—CGH4—N(CH3)2являются производными дифенилметана.При пропускании паров дифенилметана через накаленную докрасна
трубку образуется о,о'-дифениленметан— флуорен (т. пл. 115°С, т. кип.
294 °С):<0> @-*€НЗ'+н-сн2	сн2Пятичленное кольцо флуорена обнаруживает сходство с пятичлен¬
ным циклопентадиеном и инденом, которое проявляется прежде всего
ПОЛИФЕНИЛМЕТАНЫ193в легкой протонизации водородных атомов метиленовой группы в реак¬
циях с высокоосновными реагентами, например с CH3MgI, и в реакциях
конденсации с альдегидами:0-0 + сн^г СН4 + '0>—'©>ЧЧ	Ч/сн2	снIMgl<©>-<□>+R-r° - <D~©’+H'°"Ч /	н	\ /
сн2	сIIН—С—RИз производных полифенилметанов несравненно более важными и
практически и теоретически являются трифенилметановые соединения,
на которых следует остановиться подробнее.Кроме синтеза по Фриделю — Крафтсу соединения трифенилметано-
вого ряда могут быть получены, во-первых, с помощью гриньярова ре¬
актива:н2оСоНв—С—C6HB + CuH6MgBr —► (CeH0)3C-OMgBr 	>О.он—^ (C6H6)3C-OH + MgХВгСвНв—С—ОС2Н5 + 2CsH5MgBr —> (C6H6)3C-OMgBr + C2Hs0MgBrIIОн2о.ОН(свн5)3с-он + Mg;хВгВо-вторых, многие соединения этого ряда получают конденсацией
ароматических оксосоединений с углеводородами в жестких условиях
(концентрированная серная кислота) или с ароматическими соединения¬
ми, содержащими сильные орто-пара-ориентанты, в более мягких усло¬
виях:h2so,СбНБ—С( +2C6HS 	> (СеН5)3СН + Н204iznCi2	/C6H4N(CH3)2С6Н6-С^ + 2CeH6N(CH3)2 	*	с6н6-сн( + Н20ЧН	4eH4N(CH3)2ZnCl2(CH3)2N-C6H4-C-C6H4-N(CH3)2 + C0H5-N(CH3)2 	>&—* [(CH3)2N—CaH4]3C—OH7 JaK, /У
194СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИНаконец находит применение конденсадия ароматических аминов с
бензотрихлоридом:Свойства соединений ряда трифенилметана. Наиболее замечательны
свойства центрального углеродного «метанового» атома производных
трифенилметана. В самом трифенилметане водород, связанный с этим
углеродом, сравнительно легко (для углеводорода) отщепляется в виде
протона и при действии таких сильных оснований, как KNH2 или NaCH3,
заменяется на металл:Трифенилметилнатрий можно получить также действием амальгамы
натрия на эфирный раствор трифенилхлорметана. Трифенилметилнат¬
рий— ионно построенное соединение, его интенсивно вишнево-красный
эфирный раствор электропроводен.Изучая оптически равновесия типа(где RH — углеводород, а А- — анион сильного основания) можно оце¬
нить кислотность подобного рода «кислых» углеводородов. Если срав¬
нивать даже не с кислородными кислотами, а с водой и спиртами, кис¬
лотность эта чрезвычайно мала:Как ни малы эти величины, но на поведении ди- и трифенилметана
они ярко сказываются, прежде всего в приведенных выше реакциях
металлирования.Трифенилметилнатрийисключительно реакционноспособное веще¬
ство, тотчас разлагающееся водой или спиртом:С двуокисью углерода и оксосоединениями он реагирует подобно
гриньярову реактиву;Воздух окисляет трифенилметилнатрий в перекись трифенилметила:Еще гораздо легче протонизируется водород три-л-нитротрифенил-
метана. Для его нейтрализации достаточно действия щелочи в спирто¬
вом растворе:С1H2N—■;+ CCI3 +-NH*(С6Н5)3СН + NaCH3 —» (С6Нб)3С Na + CH.(С6Н6)3СН + KNH2 —> (СвН6)3С к + NH3RH + А~ R'+AHТрифенилметан . . . 10~	ВодаДифенилметан . . . 10~35 СН3ОН
Фенилацетилен . . . 10~21(C0H6)3CNa + НаО —► (СаН6)3СН + NaOH2(CBH5)3CNa + 202 —► [(С6Н5)3СОЬ + Na2Oa
ПОЛИФЕНИЛМЕТАНЫ195Три-и-нитротрифенилметилнатрий— также ионно построенное соеди¬
нение, но гораздо более устойчивое и менее реакционноспособное, чем
трифенилметилнатрий. Спиртовой раствор этого интенсивно синего ве¬
щества устойчив на воздухе; вода медленно гидролизует его, обесцвечи¬
вая. Легко понять, что в этом нитросоединении заряд аниона не остается
на метановом углероде, а рассредоточивается по трем нитрогруппам
(т. е. по их кислородным атомам):Отсюда и большая устойчивость этого аниона.Что касается существования трифенилметил-аниона, хотя и очень
реакционноспособного, то оно возможно тоже благодаря рассредоточе¬
нию отрицательного заряда метанового С-атома (т. е. пары электронов)
между всеми о- и n-углеродными атомами бензольных ядер:Таким образом, отрицательный заряд аниона не сосредоточен на
центральном метановом атоме, но распределен между ним и девятью
углеродными атомами (всеми о- и п-атомами) бензольных циклов. Ко¬
нечно, рассредоточение заряда по углеродам играет некоторую (но толь¬
ко подчиненную) роль и в тринитротрифенилметил-анионе, где заряд
в большей части сосредоточен уже на кислородных атомах нитрогрупп.Сходно противоположная картина наблюдается у трифенилхлорме-
тана. В этом соединений хлор обладает довольно большой подвижностью
и легко гидролизуется водой:илии т. д.ИЛИII т. д.(С6Н5)3СС1 + Н20 —> (СвНЖСОН + HCI7*
196СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИТрифенилхлорметан применяется (в пиридиновом растворе) как три-
тилирующий (т. е. вводящий тритильную — трифенилметильную группу)
реагент. Так, тритилируют, например, первичные спиртовые группы
в сахарах (вторичные не тритилируются).В растворе в жидком S02 трифенилхлорметан электролитически дис¬
социирует (в воде и спиртах диссоциацию нельзя обнаружить из-за гид¬
ролиза или алкоголиза) и образует трифенилметильный катион. Устой¬
чивость этого карбониевого катиона достигается рассредоточением по¬
ложительного заряда (подача электронов бензольными ядрами) между
десятью углеродными атомами:илиКатион трифенилметила (например, раствор перхлората трифенил-
метила в уксусной кислоте) способен отнять гидрид-анион с парой элек¬
тронов от донора водорода, каким служит, например, бензиловый спирт:н!(С6Н6)3С СЮ1 + ceHs--с-онIнS0(СвН6)3СН + СеНб-С^ + нею*Изящную реакцию такого гидридного перемещения осуществил Бон-
тон [1959 г.], получивший окрашенный катион перинафтилия:Нперинафтилийф Можно ли введением заместителей стабилизовать трифенилметилка-
тион подобно стабилизации аниона посредством введения нитрогрупп?
Очевидно, что на этот раз нужно ввести в пара-положение электронодо-
норные группы типа —NH2, —N(CH3)2 и т. д. Действительно, три-(п-ди-
метиламинофенил)-хлорметан дает даже в водном растворе совершенно
устойчивый катион, в котором положительный заряд рассредоточен по
ПОЛИФЕНИЛМЕТАНЫ197всем трем бензольным ядрам, а главным образом по атомам азота ди-
метиламиногрупп:илиСН3-N(CH3)S(CH3)3N-=Й(СН9)8(CH3)2N:Изображенный интенсивно окрашенный в фиолетовый цвет катион
(катион красителя кристаллического фиолетового) исключительно
устойчив и не гидролизуется водой. Только концентрированная щелочь
медленно обесцвечивает его, превращая в бесцветный три-(п-диметил-
аминофенил) -карбинол:ОН(CH*)2N- N(CI I&)3N(CHg),
198СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИВ катионе кристаллического фиолетового положительный заряд рас¬
средоточен в основном между тремя атомами азота, но также, в очень
малой степени, и между девятью о- и и-углеродами бензольных ядер.Рассредоточение заряда катиона или аниона между двумя или бо¬
лее атомами, связанными системой я,я-сопряжения, всегда имеет след¬
ствием уменьшение уровня энергии первого возбужденного состояния
молекулы. Поэтому такие окрашенные молекулы возбуждаются кван¬
тами меньшей энергии, т. е. излучением с большей длиной волны срав¬
нительно с УФ-излучением, возбуждающим, например, бесцветный три-
фенилхлорметан. Если трифенилхлорметан диссоциировал на ионы
(например, в растворе в SO2), его катион возбуждается фиолетовыми
квантами, поглощает их и поэтому окрашен в дополнительный к фиоле¬
товому желтый цвет. При переходе к катиону кристаллического фиолето¬
вого, имеющему резко пониженный энергетический уровень в возбужден¬
ном состоянии, длина волны возбуждающих (и потому поглощенных)
квантов резко перемещается в сторону желтой области спектра и возни¬
кает фиолетовая окраска. Подобным образом дело обстоит со всеми
трифенилметиловыми катионами и анионами, и все они интенсивно окра¬
шены. Однако практически только соединения с более прочными катио¬
нами применяются в качестве красителей.Главная группа трифенилметановых красителей это — аминопроиз¬
водные трифенилхлорметака. Все они построены по одному из трех
типов:где R может быть водородом, алкилом, бензилом или фенилом. Для ка¬
ждого типа приведена только одна из резонансных структур, остальные
легко построит сам читатель. Красители типа I не имеют практического
значения. К типу II относятся важные красители: малахитовый зеленый
(R = CH3), бриллиантовый зеленый (R=C2Hs), а также один из про¬
стейших по структуре, но не применяемый практически фиолетовый Деб-
нера (R = H). Обычные методы синтеза красителей этого типа проиллю¬
стрируем на примере фиолетового Дебнера и малахитового зеленого.Нагревание аминов с бензотрихлоридом приводит непосредственно
к образованию катиона красителя. При конденсации аминов с бензаль-
дегидом образуется аминопроизводное трифенилметана — бесцветное
вещество, называемое лейкооснованием (от греч. leukos — белый), легко
окисляющееся уже воздухом или (как обычно делается) двуокисью
свинца в карбинол — основание красителя, при действии даже разбав¬
ленной соляной (или иной) кислоты отдающее свой гидроксил и обра¬
зующее катион красителя:INпin
полифенилметаны199Cfфиолетовый Дебнерале^кооснование
малахитового зеленогомалахитовый зеленый
(катион)К красителям типа III относятся: парафуксин (R —Н), фуксин (то
же, но в орто-положении к одной из аминогрупп имеется группа СНз),
кристаллический фиолетовый (R = CH3).Первым представителем трифенилметановых красителей был фуксин
(или розанилин), полученный окислением мышьяковым ангидридом
As2Os анилина, содержащего примесь гомологов (о- и п-толуидинов):NH2
200СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИПри окислении тем же окислителем или нитробензолом (Купье)
смеси анилина с я-толуидином был получен и низший гомолог фукси¬
на — парафуксин:«Новый фуксиновый процесс» (Гомолка) состоит в нагревании ани¬
лина с формалином и окислителем. Предполагается такая последова¬
тельность реакций:Метилируя парафуксин иодистым метилом, получают краситель ме¬
тиловый фиолетовый — смесь метилированных по азоту три-я-амино-
трифенилхлорметанов с преобладанием пентаметильного производного,
но содержащую также и гексаметильное производное (кристаллический
фиолетовый). Метиловый фиолетовый (он очень похож по цвету на
кристаллический фиолетовый) общеизвестен, так как из него делаются
фиолетовые чернила.Кристаллический фиолетовый в чистом виде получается конденса¬
цией ди-(/г-диметиламино)-бензофенона (кетона Михлера) с диметил-
анилином и последующим подкислением:NH2СГСН20 + H2N—<'(§) — CH2=N-(Qj> ■nh2;nh2>h2n—О-/С^Г\	окислительСН2	('О/	Ш2 	>N(CH.,)2оN(CH3)2N(CH,)aHCIОНРяд других находящих практическое применение трифенилметано-
вых красителей строится по тем же принципам, но содержит в одном
из фенильных остатков один или два атома хлора, одну или две суль-
ПОЛИФЕНИЛМЕТАНЫ201фогруппы. Сплавлением парафуксина с анилином и бензойной кислотой
(конденсирующий агент) получают краситель анилиновый синий(СбН5—NH—СбН5)3 С СГКак ясно из сказанного выше, аминогруппы трифенилметанового кра¬
сителя-катиона играют решающую роль и в устойчивости катиона и в
его светопоглощении; такие группы, как мы знаем (стр. 96), назы¬
ваются ауксохромами. Оба эффекта являются следствием рассредоточе¬
ния заряда с метанового углеродного атома на атомы азота, но эти
эффекты действуют непараллельно. При увеличении в трифенилметиль-
ном катионе числа ауксохромов в ядре от одного до двух и далее до
трех устойчивость катиона растет, а скорость обесцвечивания гидро¬
ксильным ионом падает. Это происходит вследствие снятия все большей
части заряда с метанового углерода и в связи с этим все большего воз¬
растания энергии активации взаимодействия соединения с гидроксиль¬
ным ионом. Что касается светопоглощения, то при увеличении числа
ауксохромов от одного до двух желтый или желто-оранжевый цвет (до¬
полнительный поглощаемый — фиолетовый) переходит в зеленый (по¬
глощается пурпурно-красный), а при введении трех ауксохромов — в
фиолетовый (поглощается желтый или желто-оранжевый), т. е. бато-
хромный эффект максимален в случае двух, а не трех ауксохромов. Это
происходит потому, что уровень энергии первого возбужденного состоя¬
ния наиболее близок к невозбужденному, если заряд рассредоточен
линейно, а не разветвленно, как в случае трех ауксохромных групп.Ауксохромные группы действуют благодаря наличию у атомов азота
свободных пар электронов. Если эти электронные пары связать, при¬
соединяя к ним ионы водорода действием кислоты (или превращением
в четвертичную аммониевую соль под действием СН31), то и химиче¬
ское и оптическое действие ауксохромов прекратится. Поэтому, прили¬
вая к раствору кристаллического фиолетового концентрированную со¬
ляную кислоту, можно наблюдать постепенный переход к зеленому
цвету, в точности похожему на цвет малахитового зеленого (выклю¬
чается один ауксохром), затем к оранжево-желтому (выключается два
ауксохрома) и, наконец, получается слабоокрашенный желтый раствор.Строение парафуксина установлено Э. и О. Фишерами путем ди¬
азотирования первичных аминогрупп его лейкооснования и элиминации
(замены на водород) диазогрупп (стр. 98), в результате чего был по¬
лучен трифенилметан:+ зныо2
(H2N-C6H4)3CH + ЗНС1 —► (СГ H3N-C6H4)3CH 	►восстановление;+	ЗС2Н5ОН—* (СГ N=N-C6H4)3CH	> (С6Н6)3СН -f 3N2 + ЗСН3СНО + ЗНСДиазотирование парафуксина-катиона и замена диазогрупп на гидр¬
оксилы кипячением с водой приводит к образованию аурина:(сг n=n-c6H4)3c сг —+ЗНг° ...-v (НО-С6Н4)3С СГ 	v-3N2; -ЗНС1	—HClОНаурин
202СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИИз фуксина этим путем образуется розоловая кислота, а из фиолето-
вого Дебнера — бензаурин:Все три — красители трифенилметанового ряда с гидроксилами в ка¬
честве ауксохромов. Как видно из формул, окситрифенилметановые кра¬
сители являются производными фуксона, который можно получить, от¬
щепляя нагреванием воду от окситрифенилкарбинола:НО—C(C.Hsh	> 0=<^ \=С(С6Н5)2онВ щелочном растворе эти красители резко углубляют цвет, особенно
бензаурин (батохромный сдвиг области поглощения); желтый аурин со
щелочью становится красным, а бензаурин даже фиолетовым.. Все три
вещества и применяются как индикаторы:XилиX	XФормулы изображают рассредоточение заряда в анионе бензаурина
(X —Н) и в аурине (Х=ОН); в аурине, содержащем три ауксохрома,
рассредоточение разветвленное, углубление цвета меньше.Фталеины, флуоресцеин, розамины и родамииыФенол и фталевый ангидрид при нагревании с серной кислотой обра¬
зуют фенолфталеин. В химии это соединение известно как индикатор,
в медицине, под названием пурген, как слабительное. При действии ще¬
ФГАЛЕИНЫ. ФЛУОРЕСЦЕИН, РОЗАМИНЫ И РОДАМИНЫ203лочи бесцветный фенолфталеин I образует красно-фиолетовый анион II
с таким же характером мезомерного распределения анионного заряда
между двумя бензольными ядрами, как в бензаурине. Избыток щелочи,
как всегда, обесцвечивает трифенилметановый краситель, превращая его
в карбинол III:С.шИзвестен ряд фталеинов — индикаторов.При сплавлении фталевого ангидрида с резорцином и хлористым
цинком происходит подобная же конденсация, осложненная дополни¬
тельном выделением молекулы воды за счет двух фенольных гидрокси¬
лов и замыканием гетероциклического кольца:В щелочной среде с размыканием ляктоштого цикла этого соедине¬
ния образуется интенсивно флуоресцирующий желто-зеленым цветом
анион, носящий название флуоресцеин.
201СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИС)ОН>
о.Ч'0a ж;с/с- ^
отс	с(
^о	^офлуоресцеияБромирование флуоресцеина приводит к образованию красителя
эозина — тетрабромфлуоресцеина (все четыре орто-положения по отно¬
шению к гидроксилам замещены на бром).Конденсация фталевого ангидрида с ж-диалкиламинофенолами дает
имеющие практическое значение красители — родамины:R?N\ ^	^ ^-NR2,о/NR-X	/О /0+2<0/ v—- чР. JQч 4он>с.HCIосг \А М	Р. АДсгс	с[О'Г ОН	ОС х°«"с	С'ч^о	^Ос гИ Т. Д.
СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ РЯДА ТРИФЕНИЛМЕТИЛА205Лишенные карбоксила родамины называются розаминами. Их по¬
лучают конденсацией бензотрихлорида с л-диалкиламинофенолами:СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ РЯДА ТРИФЕНИЛМЕТИЛАВ 1900 г. Гомберг, стремясь получить реакцией Вюрца гексафенилэтан,
осуществил этот синтез, действуя на трифенилхлорметан, цинком, медыо,
ртутью или серебром:2(С6Н5)зСС1 + Zn —> (С6НБ)3С-С(С6Н6)з + ZnCI2Полученный углеводород обладает необычными свойствами. На воз¬
духе он окисляется в уже знакомую нам (стр. 194) перекись трифенил-
метила(С6Н5)зС-С(СвН6)з + 02 —> (СвН5)зС-0-0-С(С6Н5)зс натрием дает трифенилметилнатрий(C6Hs)3C-C(C6H6)3 + 2Na —> 2(C6H5)3CNaа с галоидами количественно образует трифенилгалоидметан:
(С6Н5)3С-С(С6Н6)з + I* —> 2(С6Н5)31Дальнейшие исследования Гомберга, А. Е. Чичибабина, Шленка,
Шмидлина с несомненностью доказали, что гексафенилэтан и вообще
подобные ему гексаарилэтаны в растворах (например, в эфире) гомо-
литически диссоциируют на два свободных триарилметильных радикала:(С0Н5)зС-С(С6Н5)з ч=ь 2(С6Н6)3С •За диссоциацией можно проследить по уменьшению молекулярного
веса гексафенилэтана, происходящему при разбавлении, что связано с
увеличением степени диссоциации при разбавлении (закон Оствальда).
Можно проследить за диссоциацией также и по изменению окраски рас¬
твора, так как гексафенилэтан бесцветен, а трифенилметил — желтый.
Известны и триарилметилы, окрашенные достаточно интенсивно.Для ряда гексаарилэтанов установлены следующие величины сте¬
пени гомолитической диссоциации в 0,1 М растворе в бензоле при ком¬натной температуре (в %);(СвНБ)зС-С(С6Н5)з		2-3(«-СбНБС6Н4)(С6Н6)2С-С(С6Н6)2(С6Н4С6Нб-/г) ....	15(я-С6НБСвН4)(С6Н5)2С-С(СвНБ)(С6Н4С6Н5-я)2 ....	18(я-С6НБС6Н4)3С-С(С6Н4С6Н5)3		26(я-РС6Н4)(СбН5)2С—C(C6H6)2(C6H4F-n)		20(rc-N02C6H4)3C—C(C6H4N02-n)3		100(о-СН3С6Н4)зС-С(С6Н4СНз-о)з		82То же, лг-изомер	• . . .	7» /г-изомер		5,5Наличие в растворах fa для (n-N02C6H4)3C‘ и в твердом со¬
стоянии] свободных триарилметильных радикалов устанавливается по
206СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИпарамагнитным свойствам этих частиц, имеющих один неспаренный
электрон при метановом углеродном атоме. Нескомпенсированный спин
этого электрона и создает магнитное поле вокруг каждого свободного
радикала. Фактически именно триарильные свободные радикалы, а не
гексаарилэтан реагируют с кислородом, натрием и галоидами:В то время как на диссоциацию этана на два свободных метальных
радикала требуется 85 ккал/моль, для диссоциации гексафенилэтана
достаточно всего лишь 12 ккал/моль. Вот почему этот процесс и совер¬
шается так легко. Причина столь резкого понижения энергетического
уровня трифенилметильного радикала сравнительно с метальным та, что
неспаренный электрон в трифенилметиле не концентрируется на металь¬
ном углеродном атоме, а рассредоточивается по всем бензольным ядрам,
точнее говоря, по всем девяти их о- и «-углеродным атомам, приобре¬
тающим таким образом в некоторой степени свободнорадикальный ха¬
рактер:О	наличии доли свободнорадикальных свойств у «-углеродных ато¬
мов трифенилметила можно судить по тому, что гексафенилэтан при
нагревании постепенно превращается в высокоплавкий (т. пл. 231 °С)
углеводород, для которого А. Е. Чичибабин установил строение «-бенз-
гидрилтетрафенилметана:2Аг3С •■> Аг3С—О—О—САг3
■> 2Аг3СМа
-> 2Аг3С1Н,
СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ РЯДА ТРИФЕНИЛМЕТИЛА207Бензгидрилом называется остаток (QHsbCH—.Естественно, чем больше возможностей рассредоточения предостав¬
ляют неспаренному электрону примыкающие к метальному углеродному
атому арилы, тем выше константа гемолитической диссоциации гекса-
арилэтана. Поэтому гексабифенилэтан (гексаксенилэтан) диссоциирует
сильнее, чем гексафенилэтан;Очевидно, еще большее рассредоточение электрона от метального угле¬
рода достигается оттягиванием электрона посредством нитрогруппы.Хотя основная причина гемолитической диссоциации полиарилэта-
нов — мезомерное рассредоточение свободного электрона в ароматиче¬
ских ядрах, есть и второй фактор, способный усилить диссоциацию,
а именно пространственные препятствия рекомбинации радикала в ди¬
мерную молекулу. Это можно выразить и иначе: три громоздкие ариль¬
ные группы у каждого метального углеродного атома испытывают
большое взаимное отталкивание (/-напряжение по Брауну) и отталки¬
вание от трех арилов у второго метального углерода (F-напряжение
по Брауну). При диссоциации /'-напряжение исчезает полностью,
а /-напряжение уменьшается в результате перехода триарилметильного
радикала в пропеллерообразную форму. Из сопоставления значений
степени диссоциации гексатолилэтанов (стр. 205) можно видеть, что
орто-заместители резко повышают степень диссоциации сравнительно
с м- и «-заместителями. Этот эффект наблюдается не только в гекса-
арилэтанах, но и в симметричных тстраарилэтанах. Еще сильнее дей¬
ствует в том же направлении замещение в тетраарилэтанах оставшихся
двух водородов на трет-бутплъные радикалы.Ни т. д.зС> -4	и т.д.илиоОN
208СОЕДИНЕНИЯ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ БЕНЗОЛЬНЫМИ ЯДРАМИИнтересно отметить, что кремниевые, германиевые и оловянные аналоги гексафе-
нилэтана не диссоциируют с образованием свободных радикалов, что лишь частично
может быть объяснено большей величиной атомов Si, Ge и Sn и, следовательно, мень¬
шими пространственными препятствиями ассоциации.Таким образом, примыкающие к метановому углеродному атому
фенильные и вообще арильные группы могут осуществить, троякую
функцию: рассредоточить отрицательный заряд и сделать в той или
иной мере устойчивым анион Аг3С~; рассредоточить положительный за¬
ряд и стабилизировать катион Аг3С+; наконец, за счет рассредоточения
неспаренного электрона превратить совершенно неустойчивый свобод¬
ный радикал метил в «долгоживущий» устойчивый триарилметильный
радикал.Устойчивостью триарилметильного аниона объясняется «подвиж¬
ность» (легкое отщепление в виде протона) метанового водорода три-
арилметанов, а устойчивостью триарилметильного катиона — подвиж¬
ность хлора в триарилхлорметанах.Следует отметить, что возможность рассредоточения заряда посред¬
ством трех арильных ядер была бы еще больше, если бы триарильная
группировка могла быть вполне плоской. На деле даже трифенилме-
тильная группа имеет пропеллерообразную форму. Если бы это было
иначе, о-водородные атомы не помещались бы и мешали бы друг другу.
В этом можно убедиться, если построить структуру трифенилметила,
использовав приведенные (кн. I, стр. 335) длины межатомных рас¬
стояний, а для о-водородных атомов проведя полуокружности с радиу¬
сом, равным ван-дер-ваальсовому радиусу водорода.Таким образом, перекрывание л-облаков электронов в трифенилме-
тановых производных несовершенно.Особенно наглядно невыполнение пространственных требований пе¬
рекрывания электронов л-связей выражается в свойствах углеводорода
триптицена, синтез которого дан на стр. 226.ННтриптиценЭтот углеводород, казалось бы подобный трифенилметилу, совершенно
не способен к протонизации и вообще к каким-либо замещениям мета¬
нового водорода. Также «неподвижен» и хлор у метинового углерода
в хлортриптицене. Неосуществим и «долгоживущий» триптицильный
свободный радикал. Причина в том, что из-за жесткой структуры три¬
птицена невозможно перекрывание л-электронов любого из трех бен¬
зольных ядер ни с перпендикулярно расположенной р-орбиталью не¬
четного электрона метинового углерода в триптицильном радикале, ни
с р-орбиталью электронной пары в анионе триптицила, ни с вакантной
р-орбиталью катиона триптицена. Следствием является невозможность
рассредоточения заряда по бензольным ядрам.Есть и вторая причина «неподвижности» галоида в галоидтрипти-
цене. Если только что описанная причина исключает возможность об¬
мена галоида по механизму SN1, то вторая объясняет неосуществи¬
мость обмена и по механизму SN2 (кн. 1, стр. 75). Это — невозмож¬
ность вальденовского обращения при обмене хлора в хлортриптицене
по механизму SN2.
НАФТАЛИН И НГО ПРОИЗВОДНЫЕ209КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
НАФТАЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕНафталин содержится в каменноугольной смоле в количестве ~ 10%'
и выделяется (выкристаллизовывается) из ее средних (до 240 °С) фрак¬
ций. Получают его и из продуктов пиролиза нефти. Нафталин — кри¬
сталлическое вещество с т. пл. 80 °С, возгоняющееся, летучее уже при
комнатной температуре, перегоняющееся с водяным паром. Запах его
общеизвестен. Открыт нафталин Гарденом в 1819 г., т. е. раньше бен¬
зола (1825 г.). Состав его установлен А. А. Воскресенским, а строение
как двух конденсированных бензольных ядер — Эрленмейером и Гребе,
использовавшими формулу бензола Кекуле.8 15 4Доказательства в пользу этой формулы нафталина следующие. На¬
фталин— явно ароматическое соединение, так как молекулярной фор¬
муле CjoHg должно отвечать при наличии одного цикла шесть двойных
связей (С10Н22—СюН8 = 14Н; 14/2 = 7; 7 — 1 = 6), а при наличии двух
циклов — пять двойных связей и т. д., но обычные реакции на двойные
связи отсутствуют.Вместе с тем при каталитическом присоединении водорода (над Ni),
протекающем в две фазы, сначала образуется тетралин — продукт при¬
соединения 4Н, затем декалин — продукт присоединения (в сумме) 10Н.
Это указывает на наличие пяти ароматических («скрытых») двойных
связей и, следовательно, двух циклов. Окисление нафталина кислородом
воздуха над V2O5 и серной кислотой с HgS04 в качестве катализатора
или другими окислителями приводит к фталевому ангидриду, что дока¬
зывает наличие одного бензольного цикла и орто-положение углеродных
атомов второго цикла. Нитрование нафталина дает а-нитронафталин,
который при окислении образует о-нитрофталевый ангидрид, а при
восстановлении — а-нафтиламин, превращающийся при окислении так¬
же во фталевый ангидрид —на этот раз отгорает ядро, содержащее
аминогруппу и ею активированное:СО
210КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫОтсюда ясно, что молекула нафталина состоит из двух бензольных
ядер, имеющих два общих о-углеродных атома.В то время как в бензоле ароматическая шестерка я-электронов рас¬
пределена совершенно равномерно по отношению к шести углеродным
атомам, в нафталине выравнивание в такой мере невозможно, и он в
результате этого мецее ароматичен и более непределен, чем бензол.
Соответственно меньше и понижение энергии нафталина сравнительно
с рассчитанной энергией непредельного углеводорода, отвечающего по
структуре формуле Эрленмейера с фиксированными двойными связями
(энергия резонанса). Это понижение энергии для нафталина составляет
61 ккал/моль, т. е. заметно меньше удвоенной величины (36-2 = 72)
для бензола.Действительно, если использовать символику резонанса, структура
нафталина должна быть промежуточной между структурой Эрленмей¬
ера— Гребе и структурами, в которых на одно из бензольных ядер
приходятся три л-связи, а на другое лишь две:в бМеньшая симметрия каждого из бензольных ядер нафталина сказы¬
вается и в чередовании расстояния С—С (приведены данные рентгено¬
структурного анализа для длин связей в А);Особенности структур б и в, где одно‘из ядер бензольное, а другое
диеновое, находят отражение в особой активности а-углеродных атомов
к электрофильным атакам и к тем типам присоединений, к которым спо¬
собны диеновые углеводороды. Так, в отличие от бензола нафталин
восстанавливается водородом в момент выделения, превращаясь в 1,4-
дигидронафталини эта реакция экзотермична (4,5 ккал/моль).Бром присоединяется к нафталину в положения 1,4, причем продукт
присоединения легко отщепляет НВг, образуя а-бромнафталин:ВгДля нафталина, так же как для бензола, стала известна (Куксон,
Дане, 1962 г.) реакция присоединения сильных диенофилов в жестких
НАФТАЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ2Цусловиях (~150°С):CNIСIIIСICNCN'CNРеакции электрофильного замещения (нитрование, сульфирование)
идут в нафталине в первую очередь в а-положення.Подобно бензолу, но легче, нафталин способен захватывать элек¬
трон, образуя анион. Эта реакция идет уже с натрием:+ NaNa+Изомерия производных нафталина. Уже монопроизводные нафталина
известны в виде двух рядов изомеров: а-замещенные и (J-замещенные.
Для двух одинаковых заместителей в соответствии с формулой Эрлен-
мейера — Гребе возможно 10 изомеров:Для обозначения положения заместителей принята нумерация угле¬
родных атомов (только несущих водороды, которые могут подверг¬
нуться замещению), указанная в формуле 1. Изображенный диметил-
нафталин называется таким образом 1,2-диметилнафталин. Положения1,2-	или 2,3- называются, как и для бензола, орто-положениями, но в
случае нафталина обозначение это неоднозначно; положение 1,3 —мета,1,4	— пара, 1,8 — пери, 2,6 — амфи. Приставки, придуманные для обо¬
значения остальных положений, не привились. Если в молекуле
имеются два .разных заместителя, число изомеров возрастает до 14.
Все предвидения формулы нафталина оправдываются на опыте.Физические свойства нафталина и других конденсированных арома¬
тических соединений приведены в табл. 73.
212КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫТаблица 73. Конденсированные ароматические соединенияНазваниеФормулаЦветЭнергиястабили¬зации,ккал/мольТемпера¬тураплавления,°СТемпера¬туракипения,°СПлот¬ностьНафталинАнтраценФенантренФлуоренПиренХризенНафтацен, или
тетраценПернлен'Чсн.Бесцвет¬ныйТо жеОранже¬во-жел¬тыйЗолотнс-го-жел-тый7110411113080,2217,0100116150256335273-274218354,5;
218,4
(при
40 мм
рт. ст.)340,1295>3604481,1451,25(О1,063
(при
100 °С),1,277Синтез нафталина и его производных. При пропускании ацетилена над
древесным углем при 400 °С наряду с ^бензолом образуется нафталин
(Н. Д. Зелинский, Б. А, Казанский):НС»НС^ СН %СН+ ||! +	—► I	+ н2
НС*. СН »сн
^сн	нс^/При дегидроциклизации над платиной при 300 °С гомологов бензола
с боковой цепью из четырех и более углеродов образуется нафталин и
его гомологи (Н. Д. Зелинский, Б. А. Казанский, А. Ф. Платэ,
С. И. Хромов):
НЛФГЛЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ213СНт^сн2 Pt (300 °С)■J /СН2зн.сн2Iсн3сн3Различные варианты диенового синтеза приводят к нафталину и его
производным:О+/СН -Н2сн2о+ ZnOНаиболее
Эрленмейера■
а-нафтол:ОНдавний путь, послуживший подтверждением формулы
— Гребе, — замыкание фенилвинилуксусной кислоты вОIIНОСN:h2I^ ^сн
сносР2О5
—Н20""СНг\ <^ьНснГомологи нафталина могут быть получены из нафталина алкилиро-
ванием или ацилированием по Фриделю — Крафтсу с последующим вос¬
становлением кетонов по Клемменсену в алкилнафталины. Ацетилиро-
вание по Фриделю — Крафтсу с А1С13 в сероуглероде как растворителе
идет в большей степени в а-положение, а в нитробензоле — в р-поло-
жение.Реакции электрофильного замещения в нафталине. 1. Уже было ска¬
зано, что в отсутствие катализатора галоиды (С1о и Вгг) присоеди¬
няются в 1,4-положения нафталина. В присутствии со ли железа или
других катализаторов галоидирования замещение идет преимуществен¬
но в a-положения (при хлорировании — на 95% в а- и на 5% в р-).Галоидпроизводные нафталина обладают обычным малоподвижным
ароматическим галоидом и мало пригодны для реакций вторичного за¬
мещения галоида на другие группы.2.	Нитрование нафталина проходит легко, и нитрогруппа вступает
в а-положение. Для введения еще одной нитрогрупиы требуются более
жесткие условия, причем вторая нитрогруппа вступает в другое ядро
нафталина тоже в а-положение и получается 1,8-динитронафталин на¬
ряду с 1,5-изомером. Это указывает на некоторую автономию обоих
ядер: нитрогруппа пассивирует к электрофильным атакам в большей
степени то ядро, в которое она вступила.Восстановлением а-нитронафталина Н. Н. Зинин получил а-нафтил-
амин.
214КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫР-Нитронафталин можно получить лишь обходным путем, например
окислением р-нафтвдамина кислотой Каро или через р-нафтилдиазоний
по Гаттерману (NaN02-l-Cu).3.	Сульфируется нафталин легко концентрированной серной кисло¬
той, причем ниже 100 °С получается а-нафталинсульфокислота, а выше
150 °С — р-нафталинсульфокислота. Объясняется это тем, что благодаря
высокой нуклеофильной активности а-углеродных атомов нафталина
а-сульфогруппа при повышенной температуре в кислой среде легко
отщепляется в виде серной кислоты (электрофильная атака Н+) и заме¬
щается на водород:S03H	НВ подобной ацидолитической реакции может уцелеть только сульфо-
группа, попавшая в р-положение.Таким образом, оба изомера — а- и р-нафталинсульфокислоты — до¬
ступны и служат исходными веществами для синтезов в нафталиновом
ряду.При избытке более концентрированной серной кислоты а-нафталин-
сульфокислота сульфируется далее, образуя две изомерные дисульфо-
кислоты—1,5- и 1,6-; р-нафталинсульфокислота также дает два изо¬
мера — 2,6- и 2,7-нафталиндисульфокислоты;SOsH	S03H	SO3HВторичное замещение в производных нафталина. Реакцией щелочного
плавления из а- и р-нафталинсульфокислот в большом масштабе гото¬
вят фенолы нафталина — а- и р-нафтолы:S03Na	OjiИх применяют как вторые компоненты в азосочетании.
НАФТАЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ?!5р-Нафтол служит единственным источником синтез» р-нафтэдэмина,
который получают действием на р-нафтол NH4HSO3 (или, ранее, ком¬
плексом NH3r^ZnCl2):он+ NHtHS03-NH,+ H2S03 + Н20Следующие схемы дают понятие о моно- р дисульфокиедотах, а т^к-
же о нафтиламинсульфо^ислотах, получаемых сульфированием обоих
нафтолсзв и рафтиламинов.Синтез нафтолсульфокислот
он	онон>SO,HH2sn,so3HH5SO4, 60 °сso3Hл л .ОН H2SO4схт -он+H03sH2S04- 10 “СH2SO4 Н- SO3
2.3—35 °СSO.HахонSO,HH03S'пуонH2S04
105-120°С.онH2S04 + S03
70-80 °СS03HОНH03S^ ^ ^S03H
Р-кислотаHOaS-^'Г-кислота
216КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫОин-тез нафтиламиносульфокислотNH2	NH,S03HN H 2 45-65 °CSO3HS03HS03HH03S2 160-170 °c
	»-H03sH2S04 + S03
35—90 °CNH2 HO3S
+H03SS03HS03HВ нафталиновом ядре, так же как и в бензольном, осуществляются
многочисленные перегруппировки. Мы уже рассмотрели перегруппи¬
ровку а-нафталинсульфокислоты в р-нафталинсульфокислоту под дей¬
ствием серной кислоты. Это — интермолекулярная (т. е. межмолекуляр-
ная) перегруппировка. По Н. Н. Ворожцову мл., при пропускании а-
или p-хлорнафталина над окисью алюминия при высокой температуре
и тот и другой превращаются в равновесную смесь обоих изомеров, при¬
чем, как показывает опыт с а-изомером, меченным 14С, перегруппировка
протекает по схемеС1141С1т. е. интрамолекулярно (внутримолекулярно).По Н. Н. Ворожцову ст. и В. В. Козлову, нагревание натриевой соли
1-аминонафталин-4-сульфокислоты приводит к ее изомеризации в соль1-аминонафталин-2-сульфокислоты; 1-аминонафталин-2-сульфокислота
(натриевая соль) перегруппировывается в 2-аминонафталин-6-сульфо-
кислоту. Подобные же перегруппировки происходят с солями нафтол-
сульфокислот (Е. А. Шилов и В. В. Козлов): 1-оксинафталин-4-сульфо-
кислый натрий при 170 °С изомеризуется в 1-оксинафталин-2-сульфо-
кислый натрий, а 2-оксинафталин-1-сульфокислый натрий при более
высокой температуре (~200°С) превращается в 2-оксинафталин-6-
сульфокислый натрий.Бензидиновая перегруппировка гидразонафталинов, подробно иссле¬
дованная В. О. Лукашевичем, проходит так же, как в бензольном ряду,
НАФТАЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ217но даже в отсутствие минеральной кислоты:NH—NH-оНафтолы и их производные, в основном моно- и дисульфокислоты,
нафтиламины и их сульфокислоты применяются главным образом для
синтеза разнообразных азокрасителей, примеры структур которых мы
приводим. Последовательность диазотирования и азосочетания понятна
из формул азокрасителей:МоноазокрасителиHO,S--N=Nоранисевый I-он< //но.HO.S■ N=-- N—^ \/\V_/ON-кислотный орпнжезыйноN=N—х)ноопрочный красный
Н0Ч /SOaH\	/'$ \	N=N	" ^SO:1Hоранжевый РноHO-Sг\-N=N-S03Hпаракрасныйяркий пунцовый
218КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫНОБисааокрасителиH03S—f~\— N=N——N=N—^ У
кроцеиновый алый ЗБкроцеиновый яркий 9Биафтиламин черныйОН NH2-n==n-АХ,NO;,H03S^ ^ ^S03H
кислотный сиие-черныйПрямые красители\ /NH, ОНH2N—i ),—N=N—С	i />—N=Nv. Jv A /N=N-4NHoпрямой черный 3OH nh2S03Hso3Hпрямой голубой светопрочный 23Мдиамнно! еновый синий
НАФТАЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ219НафтохиноныПри окислении хромовой кислотой 1,4-, 1,2- и 2,6-диоксинафталинов
или аминонафтолов получаются три нафтохинона:О	ооя-нафтохинон	о-наф тохинон	а,ш£и-иафтохинонПо свойствам они представляют собой истинные хиноны и подобны
бензохинонам.Производными /2-нафтохинона является ряд природных и синтетиче¬
ских красителей. Из последних назовем лишь аналогичный хинизарину
(стр. 231) нафтазарин, получаемый действием серной кислоты и серы
на 1,5-динитронафталин:no2	о онno2	о онПредполагается, что реакция идет через восстановление нитрогрупп
до NHOH, перегруппировку арилгидрокснламина в я-оксиариламин,
частичное (в одном ядре) окисление оксиариламина в хинонимин и гид¬
ролиз иминной группы в оксогрупиу и аминной в гидроксил.Производными н-нафтохинона являются и витамины группы К: фил-
лохинон (витамин Ki) и фарнохинон (витамин Кг)-Витамин Ki содержится в зеленых частях растений, а витамин Кг —
в бактериях и рыбах.Оба витамина К построены аналогично 2-Метил- 1,4-иафтохинону,о	чем можно судить по сходству спектров поглощения (во всех трех со¬
единениях хромофорной является структура 1,4-нафтохинона).Строение витаминов Ki и Кг. установленное Физером и Дойзи, та¬
ково:ОО/СН,I f* ( Т3'^ch2ch=c—ch,—\ch,cu,chch2J,hвитамин Ki(филлочииои,
или фитохиион)сн.сн3ICHiCH=C—CHa—\CILCH==C—СН2/аНвитамин Кi (фарнохинон)
220КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫПонятие о путях установления строения витаминов К мы даем на
примере филлохинона:ОСН3СН3 (	СН31 1
СН2СН=С—СНДСН2 СН2СНСН2/3Ноо\/СНзкомягкоеокислениесн,—сs онсосн3Iоэнергичноеокислениесвосстановитель
+ (СН3С0)20Чэн^оч>н^СН,—С'сн3IН + СН3ССН2\,СН2СН,СНСН2/3НооОбразующийся кетонCH3CCH2/CH,CH2CHCH2\H
О [ (1н* /,тот же, что и при озонировании спирта фитола.Синтез филлохинона из 2-метил- 1,4-диоксинафталина и фитола был
осуществлен также Физером и Дойзи:
НАФТАЛИН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ221ОН1	сY 3 ( cfHaсн==с—сн2Дснгсн2снсн2/3н
он
о.сн,сня ( сн3■ \ IСН2-СН=С—СН2—VCH2CH2CHCH2/3HокислениеВитамины Ki и Кг обладают кровеостанавливающим действием. Это
же действие свойственно синтетическому 2-метил-1,4-нафтохинону, про¬
изводство которого осуществляется по варианту метода Физера, разра¬
ботанному А. И. Королевым:ОНIСН%онГидронафталиныУже было сказано, что гидрирование нафталина амальгамой натрия
в водном спирте дает главным образом 1,4-дигидронафталин (все же
вместе с 1,2-дигидронафталином).При каталитическом гидрировании можно получить тетрагидронаф¬
талин, или тетралинh2/niкоторый обладает ароматическим характером гомологов бензола. Это
жидкость с т. кип. 205—207°С. Подобно ксилолам, но еще легче, тетра¬
лин окисляется воздухом уже при комнатной температуре в гидропере¬
кись тетралина (цепная реакция), при нагревании переходящую в ке¬
тон — тетралонО
222КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫкоторый можно получить и прямым окислением тетралина хромовой
смесью.Тетралин можно нитровать (и нитросоединения восстановить в ами¬
ны), сульфировать и галоидировать. Всеми способами дегидрирования —
каталитически (Pt или Сг203) и посредством Se и S тетралин может
быть превращен в нафталин. Тетралин используется как добавка к мо¬
торному топливу (в странах, бедных нефтью) и как растворитель.При исчерпывающем гидрировании очень чистого нафталина водо¬
родом над никелем (Сабатье, Сандеран) получают декагидронафталин,
или декалин, известный в виде двух стереоизомеров:ННтранс-Декалин
(т.'кип. 185 °С; теплота
сгорания 1497,1 ккал/моль)Изомерные декалины были рассмотрены ранее в разделе о конденси¬
рованных алициклах (кн. I, стр. 530).Гидрирование р-нафтола дает уже четыре стереоизомерных дека-
лола, одна пара которых имеет скелет цис-, а другая — транс-декалинов:цис-декалин
(т.кип. 195°С; теплота
сгорания 1499,9 ккал/моль)ОН(т. пл. 105°С)нцяе-декалолы{т, пл. 17 °С )(т. пл. 75°С)	(т. пл. 53°С>■я^оаяс-декалолыОкисление декалолов в кетоны—декалоны снова сводит стерео¬
изомерию к стереоизомерии скелета, и из двух первых декалолов
образуется один р-цис-декалон, а из двух вторых — его транс-изомер.
Восстановление декалонов приводит соответственно к цис- и транс-де¬
калинам. При окислении цис-декалона образуются две кислоты — цис-2-карбоксициклогексил-р-пропионовая и цис-циклогексилен-1,2-диуксус-
пая; окисление транс-декалона приводит к образеванию транс-изомеров
тех же кислот.
АЦЕНАФТЕН, ИНДЕН, ФЛУОРЕН223-АЦЕНАФТЕН, ИНДЕН, ФЛУОРЕНЭти углеводороды также содержатся в каменноугольной смоле.
Н2С—сн2—снаценафтен(т. пл. 95 °С;
т. кип. 278 °С)V	/СНсн,инден
(т. кип. 182 °С)сн2флуорен
(т. пл.т. кнп. 295 °С)Аценафтен окисляется в аценафтенхинон (т. пл. 261 °С) и далее в
яе/ш-нафталиндикарбоновую (нафталевую) кислоту, чем и устанавли¬
вается его строение:О НО-о/Н,ССН,VОНО^1•ОчИнден гидрируется в индан:3н2/шСН,СН,Инден при действии гриньярова реактива образует, подобно цикло¬
пентадиену, магнийорганическое производное, которое можно использо¬
вать в свою очередь как гриньяров реактив:+ CH3MgBrJ+ СН«CHMgBrПо активной СН2-группе инден может вступать в те же конденсации
с альдегидами и кетонами, что и циклопентадиен. При этом образуются
аналоги фульвенов:СНФлуорен окисляется в флуоренон:оСJ-R'ГСН,-V.	Ч;СОЕго метиленовая группа, хотя и в меньшей степени, чем в индене,
и особенно в циКЛОПБнтадиене, обладает способностью к протонизации
водородйв и вступает В реакции с гркпЬяровым реактивом и альдеги¬
дами.
224КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫИзучая оптическими методами состояние равновесия типа
RH+СНзСГ :<=> R" + СН3ОНоказалось возможным оценить кислотность индена и флуорена и срав¬
нить ее с кислотностью дифенилметана и трифенилметана:*а	«аИнден	КГ2' Дифенилметан . . . I0-35Флуорен	10-25 Трифенилметан . . . 10_АНТРАЦЕН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕАнтрацен — высокоплавкий (т. пл. 217 °С) углеводород с т. кип. 354 °С.
Он содержится в каменноугольной смоле в количестве ~1% и выкри¬
сталлизовывается вместе с более низкоплавким и более растворимым
своим изомером — фенантреном из самого высококипящего погона ка¬
менноугольной смолы — антраценового, или зеленого, масла.Строение антрацена установлено Армстронгом и Гинсбергом. Поня¬
тие о его строении дают следующие факты. Антрацен гидрируется водо¬
родом в момент выделения, присоединяя два атома водорода и образуя
дигидроантрацен; при исчерпывающем каталитическом восстановлении
(Ni) присоединяет 14 атомов водорода. Молекулярная формула антра¬
цена СмНдо отличается от формулы соответствующего предельного угле¬
водорода СцНзо на 20Н, т. е. структура антрацена должна включать
десять л-связей, или один цикл и девять л-связей, два цикла и восемь
л-связей, три цикла и семь л-связей и т. д. Присоединение 14Н при
гидрировании подтверждает последнюю из указанных возможностей.
Характер антрацена ароматический. Окисление его приводит к антрахи-
нону — дикетону, сохраняющему число углеродных атомов антрацена и
его циклическую структуру, так как восстановлением антрахинона
можно снова прийти к антрацену. Строение антрахинона устанавли¬
вается синтезом из о-бензоилбензойной кислоты, замыкающейся при
действии пятиокиси фосфора:оII— ©О©со/ 4 онТаким образом, для самого антрацена мы приходим к структуре
конденсированного ароматического трициклического углеводорода 2,3-
бензнафталина *. Такая структура, выражаемая совокупностью формул8 9 15 10 4* По этой номенклатуре приставка «бенз» обозначает наличие еще одного «при-
конденсированного» бензольного цикла, а цифры указывают места «прирастания» ато¬
мов углерода, замыкающих новый «бенз»-цикл. Нафталин по этой номенклатуре дол¬
жен был бы быть назван бензбензолом.
АНТРАЦЕН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ225находит подтверждение как в синтезах антрацена, так и в синтезах ди¬
гидроантрацена и антрахинона. Цифры в первой формуле —это приня¬
тая нумерация атомов антрацена. Как всегда, нумеруются лишь угле-
роды, несущие водород. Ниже приведен диеновый синтез антрацена из
бензохинона и бутадиенаСН2 СН2 СН2гексагидроантрацен	антрацени синтез дигидроантрацена по Фриделю — Крафтсу:Дигидроантрацен легко дегидрируется (или окисляется) в антрацен.
По Р. Я. Левиной, можно получить антрацен и его производные, на¬
гревая о-бензилтетрагидробензойные кислоты с фосфорным ангидридом
и серой:СН2Р2О5С\онсн.сн2JснIон-н2осн2сн2+ S
-H2SСинтез антрахинона может быть также осуществлен ацилированием
бензола по Фриделю — Крафтсу фталевым ангидридом в о-бензоилбен-
зойную кислоту и замыканием последней при действии Р2О5 в антра-
хинон:	/О	О	Оантрахиион8 Зак. 79
226КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫСвойства антрацена. Рентгеноструктурный анализ кристаллов антра¬
цена дает следующую картину его молекулы:Уже из сказанного выше следует, что наиболее активными углерод¬
ными атомами в антрацене (присоединение 2Н, окисление) являются
атомы 9 и 10, называемые также лезо-углеродными атомами. Эти мезо-
углеродные атомы отклоняются по поведению от ароматических бен¬
зольных атомов еще больше, чем ос-атомы нафталина, и приближаются
к крайним углеродам диеновых сопряженных систем, например бута¬
диена. Так, антрацен легко присоединяет малеиновый ангидрид и дру¬
гие «диенофилы» (кн. I, стр. 274) — реакция, используемая для коли¬
чественного определения антрацена в смесях:Аддукт указанного строения легко (уже при несильном нагревании)
крекируется по вновь образованным a-связям, регенерируя исходные
продукты, чем пользуются для очистки антрацена.Другой замечательный случай диенового синтеза с антраценом это
образование триптицена из антрацена и дегидробензола по Виттигу:При освещении антрацен димеризуется в диантрацен, который в
темноте самопроизвольно деполимеризуется в мономер:Молекулярный кислород при освещении также присоединяется к ан¬
трацену в положения 9, 10:НН
АНТРАЦЕН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ227Перекись, ролучаемая аналогичным путем из 9,10-дифенилантрацена,
при нагревании в вакууме до 180 °С отдает молекулярный кислород, ре¬
генерируя исходный углеводород (Дюфресс).Подобно диеновым углеводородам, антрацен прямо присоединяет ще¬
лочные металлы в положения 9 и 10:Связи натрия с углеродом имеют, как обычно, ионный характер.
С хлором и бромом сначала также идет присоединение к атомам
9 и 10 и лишь затем отщепление молекулы галогеноводорода:4* Вг2-НВгКонцентрированная азотная кислота окисляет антрацен в антрахи-
нон, но азотная кислота, растворенная в уксусной, нитрует его в поло¬
жение 9. Двуокись азота присоединяется в положения 9 и 10. Щелочь
отщепляет от продукта присоединения элементы азотистой кислоты, и
образуется тот же 9-нитроантрацен:Концентрированная серная кислота сульфирует антрацен в а-поло-
жения (очевидно, в л«езо-положении сульфогруппа слишком легко под¬
дается ацидолизу), а более разбавленная при нагревании — в р-поло-
жения, так что доступны четыре днсульфокислоты антрацена:S03HS03HSO,HH03SS03HНесмотря на все эти возможности, антрацен используется в химии
красителей почти исключительно для окисления его в антрахинон.8*
228КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫкоторый подвергают разным реакциям замещения. Не меньшее значе¬
ние имеет и синтез производных антрахинона из фталевого ангидрида
и фенолов.Антрахинон и его производныеПолучение антрахинона окислением антрацена и синтезом из фталевого
ангидрида и бензола было уже рассмотрено.Антрахинон — сравнительно высокоплавкое (т. пл. 86°С), нелетучее
(т. кип. 382 °С), прочное вещество, вопреки своему названию мало по¬
хожее на хиноны и совершенно лишенное химической активности не¬
предельного кетона. Его л-электроны, которые могли бы образовать
углерод-углеродные л-связи, сопряженные с карбонильными л-связями,
заняты в ароматических секстетах. Точно так же присоединение по
я-связям (в данном случае по я-связям любого из двух крайних бен¬
зольных ядер) не только не дало бы выигрыша энергии, но привело бы
к ее затрате вследствие нарушения бензоидности этих крайних ядер.
Таким образом, антрахинон скорее похож на бензофенон и другие
ароматические кетоны. Он образует оксимы и другие азотистые произ¬
водные; при сплавлении со щелочью разлагается подобно бензофенону,
что в данном случае приводит к бензойной кислоте:Антрахинон восстанавливается в антрагидрохинон, и это одна из не¬
многих его «хинонных» реакций. Антрагидрохинон окисляется еще легче,
чем гидрохинон — прямо воздухом:о	он	оПри этом образуется перекись водорода и таким путем получают
концентрированную перекись водорода.Одной из важных промышленных операций является сульфирование
антрахинона. При этом первая сульфогруппа вступает в р-положение
одного из ядер, а следующая — в а-положение второго ядра. При до¬
бавлении в реакционную массу соли двухвалентной ртути первая суль¬
фогруппа направляется в а-положение, а следующая в а-положение
другого ядра (М. А. Ильинский). Все эти сульфопродукты применяются
в синтезе красителей.При нагревании антрахинон-а-сульфокислоты (и соответственно ан-
трахинон-р-сульфокислоты) со щелочью, например с Са(ОН)2, сульфо-
АНТРАХИНОН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ229группы замещаются на гидроксилы и получаются а-окси- или, соответ¬
ственно, р-оксиантрахиноны. Нагревание сульфокислот с аммиаком и
катализатором — борной кислотой до ~200°С приводит к образованию
аминоантрахинонов, используемых в синтезе так называемых индантре-
новых красителей. Аналогичной реакцией с анилином получают фенил-
аминоантрахиноны.ООH2so4II.so3H20Н"-н2оо.ОН+ S01'Оантрахинон-р-сульфокнслотаООО S03HH2S04; HgS04
	>.ОО онгон-
—н2о+ so?Оантрахннон-а-сульфокислотаНаиболее давно известным и до сих пор не потерявшим значение
антрахиноновым красителем является ализарин, который с незапамят¬
ных времен добывался из корня культивировавшегося в Европе расте¬
ния марены (краппа). В марене он содержится в виде гликозида (руб-
зритриновая кислота), из которого в результате гидролиза получался
сам ализарин.Ализарин образует оранжево-красные кристаллы с т. пл. 289 °С, воз¬
гоняющиеся, растворимые в щелочи (раствор окрашен в фиолетовый
цвет).Строение ализарина было установлено в 1868 г. Гребе и Либерман-
ном, и вслед за тем эти исследователи и Каро осуществили его синтез.
В последующие годы синтетический ализарин полностью вытеснил при¬
родный.
230КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫФакты, устанавливающие строение ализарина, таковы. В молекуле
его имеются две карбонильные и две гидроксильные группы. При пере¬
гонке с цинковой пылью он превращается в антрацен. При окислении
образует фталевую кислоту, следовательно, оба гидроксила находятся
в одном бензольном ядре. Для диоксиантрахинона с гидроксилами в од¬
ном ядре возможны следующие изомеры;ОНоно онФормулы III и IV отвергаются на том основании, что синтетически
ализарин можно получить из фталевого ангидрида и пирокатехина;О ононсА/А0 +,онH2so4оИз получаемых этим путем двух изомерных продуктов один тожде¬
ствен с природным ализарином, а второй не обладает свойствами про¬
травного красителя и не дает лаков с А13+ или Сг3+. Уже этот факт ре¬
шает выбор структуры ализарина в пользу формулы I. Такой выбор
подтверждается и тем, что при электрофильных замещениях (галоиди-
рование, нитрование) из ализарина получается два изомерных произ¬
водных, а одновременно образующийся из пирокатехина изомер II мо¬
жет давать лишь один-единственный продукт замещения. Таким обра¬
зом, ализарин имеет строение I.С трехвалентными металлами, например с алюминием, ализарин
дает внутрикомплексные окрашенные нерастворимые соединения, так
называемые «лаки», следующего строения:
АНТРАХИНОН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ231На образовании лаков основан способ крашения ализарином.Крашение ализарином всегда производится по «протраве». Для этого ткань сна¬
чала пропитывают раствором соли сульфированного касторового масла, затем раство¬
ром квасцов [алюминиевых для красного (кумачного) цвета, хромовых — для фиолето¬
во-черного]. При этом сульфокислота, закрепившаяся на ткани, превращается в нерас¬
творимую соль трехвалентного металла. При кипячении такой «протравленной» ткани
с ализарином последний образует с трехвалентным металлом окрашенный нераствори¬
мый «лак».Наиболее обычный путь синтеза ализарина состоит в одновременном
действии на антрахинон-|3-сульфокислоту щелочи и окислителя (про¬
дувают воздух или добавляют в сплав хлорат натрия):S03Na+ NaOH + 02ОНПо всей вероятности дело начинается с нуклеофильной атаки ОН~
на наиболее сильно обедненное электронами a-положение сульфирован¬
ного ядра антрахиионсульфокислоты (электроны оттянуты о-сульфо-
группой и о-карбонилом, а также, в меньшей степени, л-карбонилом).
'Атака облегчается наличием окислителя, уводящего нуклеофильно за¬
мещаемый гидрид-анион. После внедрения гидроксила в а-положение
происходит обычное, тоже нуклеофильное замещение S03Na на ОН.Синтезом из фталевого ангидрида (или замещенных фталевых ан¬
гидридов) и фенолов получают множество других, уже чисто синтети¬
ческих антрахиноновых красителей. Таковы хинизарин (из гидрохино¬
на), антрагаллол (из пирогаллола), пурпурин:ОНО ОНО ОНИнтересно, что антрахнноновые красители находят и в животном мире. Таковы
кермесовая кислота, до открытия Америки добывавшаяся из червецов (дубовой коше¬
нили, илн кермеса) и впоследствии вытесненная карминовой кислотой, алюминиевый
лак которой называется кармином. Карминовую кислоту получают из насекомого,
живущего на кактусах в Мексике.
232КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫНзС о он О
I II I II,С—СН3Н3С О ОН О
I II I IIл:—(СНОН)4—сна^онноос о онкермесовая кислотано/нооо онкарминовая кислотаК производным тетрагидроантрацена принадлежит антибиотик оливомицин, обла¬
дающий интересной способностью угнетать биосинтез информационных нуклеиновых
кислот (см. раздел «Нуклеотиды») и благодаря этому тормозить рост некоторых
злокачественных опухолей. Выяснение полной пространственной формулы оливомицина
(М. М. Шемякин, М. Н. Колосов) представляет типичный пример того, как комбини¬
рованное применение современных химических и физических методов исследования
позволяет быстро устанавливать строение сложных молекул. Так. порядок расположе¬
ния моносахаридов в углеводных цепях оливомицина I определен путем ступенчатого
гидролиза, который в конечном итоге привел к агликону — оливрну II:IIIВыяснение структуры оливина только физическими методами представляет значи¬
тельную трудность, и поэтому он был подвергнут частичному окислению йодной
кислотой. В результате была получена оливиновая кислота III наряду с муравьиной
кислотой и ацетальдегидом, откуда вытекало строение окисленного участка боковой
цепи. С другой стороны, спектральное изучение производных оливиновой кислоты,
в особенности их масс-спектров и спектров ЯМР, позволило сразу установить строение
всей остальной части молекулы агликона, а отсюда и самого оливомицина.Так, в спектре ЯМР тетраацетата метилового эфира оливиновой кислоты (рис. 95)
присутствуют шесть трехпротонных синглетов, которые, судя по их химическим сдви¬
гам, отвечают двум метоксильным и четырем ацетильным группам. В области 6—8 м. д.,
характерной для ароматических систем, имеется три однопротонных пика, причем
один из них представляет собой синглет (единственный протон в среднем кольце),
а два других являются дублетами с малой константой спин-спинового расщепления,
что указывает на мета-расположение соответствующих атомов водорода. Сигналы
протонов Нг и Нг расщеплены на дублеты вследствие их взаимодействия с одним
и тем же Н-атомом (это может быть показано при помощи двойного ядерного маг¬
АНТРАХИНОН И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ233нитного резонанса, т. е. измерением ЯМР при наложении дополнительной радио¬
частоты). Следовательно, в молекуле содержится разветвленная группировка
СНг—СН(—СН)—СН и боковая цепь находится в положении 3 насыщенного кольца.Аналогичное строение имеют родственные противоопухолевые анти¬
биотики оливомицины В и С, а также хромомицины.Рис. 94. ЯМР-Спектр тетраацетата метилового эфира оливиновой кислоты при
частоте генератора 60 МГц в CDC13 с тетраметилсиланом в качестве внутреннего
стандарта.Все они содержат в качестве агликона оливин или 7-метилоливин и
различаются только ацильными группами в углеводных остатках.Индантреновые и полициклокетоновые красителиИз (3-аминоантрахинона сплавлением его со щелочью и последующим окислением полу¬
чают прекрасный кубовый краситель индантрен синий I:ООh2n\'ОООI0СЖ о~ 11J ГлОООIВ присутствии SbCIs конденсация протекает с образованием желтого красителя
флавантрена II:О
234КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫНаиболее ценные кубовые красители получают из бенаантрона III, который синте¬
зируют из антрахинона и глицерина, нагревая их с сериой кислотой до 120°С. При
этом глицерин образует акролеин, который и доставляет три углеродных атома, не¬
обходимых для надстройки бена-цикла бензантрона:СН2-СН—СН2 h2so4I	1 I	CH2=CH-C(OH OH OH 2H2°	\h+ сн2=сн-с:оHПонятие о структуре бензантрона дает синтез его действием хлористого алюминия
на а-беизоилнафталин с последующим восстановлением полученного бензантрона
в бензантреи;бензантреиПри сплавлении бензантрона при 225 °С с едким кали происходит
окислительная конденсация его в виолантрон — темно-синий кубовый
полициклокетоновый краситель IV, называемый также индантреном
темно-синим;конПосле предварительного хлорирования или бромирования бензан¬
трона и сплавления его со щелочью получается изомер виолантрона—
ФЕНАНТРЕН235сине-фиолетовый кубовый краситель иэовиолантрон VI::оVIВ этих красителях все циклы, кроме содержащих кетонную группу,
ароматические. Полициклокетоны в жестких условиях можно восста¬
новить в углеводороды — сплавление виолантрона с цинковой пылью
дает углеводород виолантрен — красные возгоняющиеся пластинки
(т. пл. 478 °С). Восстановлением гидросульфитом натрия полициклоке-
тоновые красители переводят в растворимые в щелочи феноляты—•
«кубы» типа V, в которых вываривают ткань, адсорбирующую «куб».
На воздухе «куб» снова окисляется в полициклокетон IV и окрашивает
ткань несокрушимо прочной краской. Подобного рода крашение, в ко¬
тором восстановленный в растворимый «куб» краситель окисляют воз¬
духом на ткани, и называется кубовым крашением.Индантреновые и полициклокетоновые кубовые красители часто объ¬
единяют под общим названием индантреновых. Они считаются одними
из наиболее ценных красителей, которые превосходят по качеству азо¬
красители и др.ФЕНАНТРЕНФенантрен представляет собой ангулярный (т. е. «угловой») изомер ли¬
нейного антрацена и является простейшим ангулярным конденсирован¬
ным ароматическим углеводородом.Уже отмечалось, что он вместе с антраценом находится в антраце¬
новом масле — высшем погоне каменноугольной смолы.Фенантрен более легкоплавок (т. пл. 100°С; т. кип. 340°С) и лучше
растворим, чем антрацен, благодаря чему может быть легко отделен от
последнего. Он имеет и большую энергию резонанса (99 против
86 ккал/моль для антрацена), другими словами, энергия его образова¬
ния из С и Н на 99 ккал/моль меньше, чем рассчитанная, с учетом теп-
лот образования связей С—Н, С—С и С = С, свойственных алифатиче¬
ским и алициклическим соединениям.антраценфенантрен
236конденсированные ароматические системыДля фенантрена принята следующая нумерация атомов:9 ю7■<—► и т. д.Строение фенантрена вытекает из таких фактов. Фенантрен катали¬
тически гидрируется, присоединяя 14 водородных атомов и образуя
пергидрофенантрен. Следовательно, он имеет 14 л-электронов и тем са¬
мым три цикла. Он ароматичен. При окислении сначала образуется
фенантренхинон и далее дифеновая кислота, чем устанавливается нали¬
чие двух бензольных ядер, связанных по дифенильному типу. Орто-по¬
ложение карбоксилов в дифеновой кислоте по отношению к связанным
углеродным атомам двух колец демонстрирует положение третьего бен¬
зольного цикла:Стильбен при пропускании через раскаленные трубки образует фе¬
нантрен (синтез, аналогичный синтезу дифенила из бензола):НС=СНЭту реакцию можно осуществить и фотохимически, облучая стиль¬
бен ультрафиолетовым светом в присутствии 5 мол.% иода (в циклогек¬
сановом растворе). Синтез фенантрена подтверждает структуру, выве¬
денную для него на основании этих фактов. Наличие в фенантрене на¬
фталинной системы доказывается синтезом Хеуорса:То же следует из изящного синтеза Р. Я. Левиной и В. Р. Сквар-
ченко:
ФЕНАНТРЕН237Наиболее известен синтез фенантрена по Пшорру, начинающийся
конденсацией Перкина (стр. 133), а на последней стадии сводящийся
к реакции Гомберга (стр. 99):н	с'I	I Х)Н	I ^он_ ^YCH=VС	с„ , I^OH	1>онCH=CV hno2;	/СН=СчHCINH,НС=СН'К-со2 Х^/Все три синтеза пригодны и для получения разнообразных произ¬
водных фенантрена.Фенантрен, так же как и антрацен, но в гораздо меньшей степени,
имеет активные 9,10-положения. Гидрирование, окисление, электрофиль-
ные атаки направляются в первую очередь в эти положения. Так, при
нитровании (азотной кислотой в ледяной уксусной) главным продуктом
является 9-нитрофенантрен, а в меньших количествах образуются 2- и
4-нитрофенантрены. При сульфировании при 60 °С выход изомерных
сульфокислот распределяется так:13%8%✓(/ \	V \ч-180/„При повышении температуры сульфокислоты 9 и 10 не образуются.
Ацилирование по Фриделю — Крафтсу направляется в основном в по¬
ложение 3. Бромирование осуществляется сначала как 9,10-присоедине¬
ние с последующим отщеплением НВг.В отличие от антрацена фенантрен не получил существенного при¬
менения в технике. Но производные, содержащие частично или пол¬
ностью гидрированный скелет фенантрена, широко распространены в
животном и растительном мире. Сюда относятся смоляные кислоты—■
абиетиновая и левопимаровая, из которых состоит канифоль (стр. 595).
Первая из них при дегидрировании селеном, которое всегда сопрово¬
ждается декарбоксилированием, образует 1-метил-7-изопропилфенан-
трен (ретен):/В5=\_ /СНз
238КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫЭтот углеводород находят в ископаемых смолах.Скелет фенантрена содержится во всех стероидах (стр. 595), в част¬
ности в стероидных спиртах, желчных кислотах, гормонах пола, а также
в алкалоидах группы морфина (стр. 630). При дегидрировании, сопро¬
вождающемся потерей части боковых алкилов, многие стероиды обра¬
зуют канцерогенный метилхолантренВЫСШИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫАнтрацен и фенантрен могут служить прообразами высших конденсиро¬
ванных углеводородов. По типу антрацена построены линейно конден¬
сированные углеводороды с четырьмя, пятью, шестью и семью бензоль¬
ными циклами, так называемые ацены. Высшие ацены, по-видимому, не¬
устойчивы и неизвестны, хотя описаны некоторые их производные,
вплоть до ундекацена.По типу фенантрена построены ангулярные конденсированные угле¬
водороды, более устойчивые, чем ацены, среди них замкнутые (такие,
как коронен), чрезвычайно устойчивые термически и химически. Все
эти углеводороды легко образуют с тринитробензолом, пикриновой кис¬
лотой, тетрацианэтиленом, тетранитрометаном и т. д. интенсивно окра¬
шенные комплексы с переносом заряда.Понятие о синтезе аценов могут дать следующие реакции. Исходя из
фталевого ангидрида и тетралина, можно получить тетрацен:н2с—сн2АценыооссА1С13Ссооо	осо/ "Чэноохетрацеи
Высшие конденсированные ароматические углеводороды239Аналогичная реакция фталевого ангидрида с тетралином приводит к пентацену,
который может быть синтезирован и по другому варианту;/Н	« нчуь+о*°%НоСсIIосн.оА! или ZnпентацеиАцены химически активны: окисляются кислородом воздуха, присо¬
единяют диенофилы, гидрируются (в первую очередь по центральным
углеродам), при окислении образуют хиноны. Некоторые из этих ре¬
акций показаны на примере тетрацена:Ацены легко захватывают электроны щелочных металлов. С увели¬
чением числа циклов в аценах растет интенсивность светопоглощения
и наблюдается резкий батохромный сдвиг максимума поглощения, так
что тетрацен — оранжевый, пентацен — глубоко фиолетово-синий, а гек¬
сацен уже черно-зеленый.Начальные члены ряда аценов имеют типичные «бензоидные» по¬
лосы поглощения со следующими характеристиками (для сравнения
приведен бензол):X > в
макс., А макс.Бензол	 2 550 230Нафталин			3 140 316Антрацен	 3 800 7 900Тетрадей	 4 800 11 000Пентацен	 5 800 12 600
240КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫЧем больше шестичленных ароматических циклов линейно конденси¬
ровано, тем глубже батохромный сдвиг светопоглощения, тем интенсив¬
нее поглощение. Вместе с тем резко падает устойчивость соединения,
уменьшается его ароматичность, увеличивается непредельность и бли¬
зость к полиеновому углеводороду с сопряженными связями. Это легко
понять, так как лишь единственный цикл ацена имеет секстет электро¬
нов. Поскольку, однако, система любого ацена, как мы видели на при¬
мере антрацена, симметрична, то можно считать, что два электрона
секстета подвижны и перемещаются из края в край системы, что, по
Клару, выражают такой схемой (стрелка обозначает перемещение пары
электронов секстета):В ангулярных конденсированных углеводородах, начиная с фенан¬
трена, больше полностью ароматических циклов и ближе перемещение
пар из секстетов.Эти углеводороды поглощают свет в более длинноволновой области
спектра, более устойчивы и ароматичны.Очень интересен 9,10,11,12-тетрафенилтетрацен, или рубрен, откры¬
тый Дюфрессом при конденсации 3-хлор-1,3,3-трифенилпропина при
100—120 °С в вакууме:Растворы этого красного углеводорода на свету обесцвечиваются
кислородом, при этом образуется перекисьраспадающаяся в вакууме при 140—150°С на молекулярный кислород
и рубрен. Кислород выделяется в активном (синглетном) состоянии,Н5с6 сбн5н5с6 С6н5
Схема синтеза тетрациклина
242КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫв котором он способен присоединяться к сопряженным углерод-углерод-
ным я-связям по типу диенового синтеза:Частично гидрированные и замещенные тетрацены найдены в выде¬
лениях одноклеточных грибковых организмов и используются как анти¬
биотики, объединяемые под названием тетрациклины. Важную группу
антибиотиков представляют собой тетрациклин и его производные:
7-хлортетрациклин (ауреомицин, или биомицин) и 5-окситетрациклин
(террамицин). Они обладают высокой антибиотической активностью,
широким спектром действия и применяются для лечения многих инфек¬
ционных заболеваний. Антибиотические свойства этих соединений обус¬
ловлены тем, что они подавляют в микробных клетках биосинтез белка
на рибосомах.Выяснением строения и синтезом антибиотиков этой группы начиная с 1950 г.
занимался ряд крупных химиков (Вудворд, Муксфельд и др.), но только в 1967 г.
удалось осуществить полный синтез природного тетрациклина (М. М. Шемякин,
М. Н. Колосов). Этот двадцатистадийный синтез (см. стр. 241) был спланирован таким
образом, что построение наиболее сложной части молекулы (кольцо А) и стсреонапра-
влеиное создание асимметрических центров требуемой конфигурации проводилось на
последних этапах, благодаря чему удалось на большинстве стадий избежать работы
со сложными н очень неустойчивыми веществами. Кроме того, в ходе синтеза оказалось
необходимым защищать или видоизменять имеющиеся в молекуле группировки с тем,
чтобы регенерировать их на более поздних этапах. Так, из двух кетогрупп в соединенииII	более реакционноспособной является кетогруппа в положении 10; поэтому перед
проведением реакции Гриньяра ее избирательно восстанавливали во вторичную спир¬
товую группу, которую позднее окисляли (вместе с гидроксилом в положении 4)
в карбонильную.Аналогичным образом оказалось целесообразным ароматизировать уже готовое
кольцо С в середине синтеза и лишь на заключительных стадиях снова превратить его
в циклогексанолоновое.Ангулярные высшие ароматические
конденсированные углеводородыВ каменноугольной смоле содержатся в числе других следующие
высококонденсированные ароматические углеводороды:0—0пиреи
(т. пл. 156 “С;
т. кип. 399 °С;бесцветен)перилен
(Т. ПЛ. 265 °С;золотисто*трифенилен
(т. пл. 199 °С
бесцветен)хризен (т. пл. 255 °С;
бесцветен)желтый)Пирен впервые был синтезирован Вейценбеком следующим путем:
ВЫСШИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ243СН;СН,С1CH,CNНгС—Со^с-снгонПри окислении пирена образуется пиренхинон:ОШолль и Вейценбек получили перилен путем, доказывающим его
строение, из 1,8-дииоднафталина по Ульману. К тому же результату
приводит (с плохим выходом) прямое действие хлористого алюминия
на нафталин или а.а-динафтил:СиAlClj■<	-Н2С синтезом трифенилена мы уже встречались — так тримеризуется
дегидробензол Виттига (стр. 59).Синтез хризена можно осуществить по Робинсону и Фогелю;
244КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫОсHsCj^ '"•ОН
НССН=СН—С—ORNa-Hg; Н20СНН0Х ХСН2сР205Zn; HClSeХризен может быть получен также по Пшорру (стр. 237):—со2Среди приведенной группы углеводородов золотисто-желтый пери-
лен самый активный, в частности, он легко присоединяет малеиновый
ангидрид, образуя нестойкий аддукт. Если присоединение вести в при¬
сутствии окислителя, такого, как СиО, или, лучше, тетрахлорхинона
(хлоранил), то аддукт ароматизуется и получается бензперилен:оНС—сНС—с/°Ndо/Уf'^CH—Р2О5\	(по Левиной)о	—/ —2CO; -Н20
.СН-<\н ч°
ВЫСШИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ245Повторив тот же путь надстройки посредством малеинового ангид¬
рида, бензперилен превращают в коронен:<СС—СНКоронен — светло-желтое вещество (т. пл. 438—440 °С), интенсивно
люминесцирующее под влиянием жестких излучений. Он применяется
для индикации и измерения интенсивности излучений. Интересно, что
Тодд нашел производные короненхинона в пигментах некоторых насе¬
комых.Коронен гидрируется; первый продукт его гидрирования — гексагид-
роко ронен является производным трифенилена. Коронен можно про-
сульфировать, пронитровать в моно-, ди-, три- и гексанитрокоронен, про-
галоидировать; получен также аминокоронен.Последним в группе высококонденсированных ароматических угле¬
водородов мы рассмотрим гексагелицен (т. пл. 231—233°С; растворы с
голубовато-красной флуоресценцией), интересный своей оптической
активностью.гексагелиценОбразуя из гексагелицена и оптически активной полинитроаромати-
ческой кислоты комплекс с переносом заряда, обычным путем разде¬
ляют соединение на диастереомеры и из них выделяют в свободном
виде два антипода — левый и правый гексагелицены с необыкновенно
высоким молекулярным вращением [а]^4= 3640. Молекула гексагели¬
цена (при отсутствии асимметрических атомов углерода) несовместима
со своим зеркальным изображением, так как крайние циклы препят¬
ствуют расположению молекулы в одной плоскости, и она принимает
форму спирали.Синтез гексателицена осуществлен М. С. Ньюменом. Приводим со¬
кращенную и упрощенную схему синтеза (1,4-присоединение гриньярова
реактива идет по типу, аналогичному взаимодействию с а-непредель-
ными кетонами):Синтез гексагелицена+ НаС(СООСаН*)зsC(COOC2H5)2
246КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫСНвосстановление
по БувоСНСН(СООС2Н3)а!. PCis
2. КСМСНIНОН2С-СН-СН2ОНноосн2с~сн~енасоонZn; нсгдегидроге¬
низация
над Rh „
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕСОЕДИНЕНИЯ
Гетероциклической называется любая циклическая молекула, содер¬
жащая в цикле наряду с углеродными атомами по меньшей мере
один неуглеродный атом — гетероатом. Таким образом, уже изученные
нами соединения — окись этилена, янтарный и фталевый ангидриды, бу-
тиролактон, гликолид, паральдегид, диоксан, фталимид, сукцинимид
и т. д. относятся по строгой систематике к гетероциклам, и в справоч¬
никах их следует искать в отделе гетероциклических соединений. Но
в то же время эти вещества функционально так тесно связаны с родо¬
начальными алифатическими (или ароматическими) соединениями, что
их удобнее было рассмотреть рядом с ними. Есть, однако, гетероцикли¬
ческие соединения, включающие в свою электронную структуру арома¬
тическую шестерку электронов (и вообще 4я + 2 электрона, хотя иные
системы, кроме шестиэлектронных, изучены гораздо меньше). Им и бу¬
дет посвящен этот раздел книги. При этом мы параллельно рассмотрим
и соответствующие гидрированные системы, относящиеся к ароматиче¬
скому гетероциклу, как циклогексан и циклогексен к бензолу.Такие отношения для пятичленного и шестичленного гетероциклов
можно проиллюстрировать следующими примерами:В принципе гетероциклы могут включать любой гетероатом, если его
валентность не меньше двух. Особенно важны, однако, только гетеро¬
циклы с О, S и N в качестве гетероатомов; рассмотрением их мы и
ограничимся.Гетероциклы могут быть классифицированы как по признаку вхо¬
дящих в них гетероатомов, так и по числу гетероатомов в цикле, на¬
пример:НССННС	СН2Н2С	СН2IIНС\ /СН
NHНС\ /СН2
NHН2С\ /СН2
NHпирролдигидропиррол,
или пирролиитетрагидропиррол,
или пирролидинНС\ ^сн
NN1,4-дигидропиридин 2,3-дигидропиридинснНС^ СН;NHпиридингексагидропиридин,
или пиперидинциклолента-диенилий-анионпирро'	пиразол триазол тетразол пентазол
250ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯРяд начинается и кончается изоциклическими структурами, лишь
средние четыре формулы принадлежат гетероциклам.Однако, может быть, наиболее важным признаком для классифика¬
ции гетероциклов служит число атомов в цикле. Практически дело огра¬
ничится для нас изучением пяти- и шестичленных циклов. В некоторых
случаях важны конденсированные гетероциклы. Такие конденсирован¬
ные системы, подобные конденсированным системам из двух бензольных
ядер в нафталине, могут быть построены из гетероцикла и бензольного
ядра или из двух гетероциклических ядер. Некоторые (немногие) си¬
стемы этого рода исключительно важны, и только они и будут освещены
в изложении.Физические свойства ароматических гетероциклических систем, их
названия и принятая нумерация атомов приведены в табл. 74.Ароматичность пятичленных гетероциклов с двумя я-связями объяс¬
няется тем, что одна свободная пара электронов О, S или N участвует
в ароматической делокализации и образовании ароматического секстета.
В символике резонанса для пятичленных и шестичленных циклов эта
делокализация л- (и р-) -электронов будет изображаться, например, сле¬
дующим образом:+ + + +пирролпиримидинПриведенный способ изображения гетероциклов при всей своей
громоздкости хорошо иллюстрирует делокализацию л-связей и р-пары
электронов гетероатома в пятичленах и поясняет повышенную актив¬
ность к электрофильному замещению (повышенную нуклеофилыюсть
углеродов), ослабленную нуклеофильность гетероатома, усиленную кис¬
лотность водорода при гетероатоме («участие в резонансной структуре»
аммониевых форм). Так же иллюстрируется аналогия шестичленных
гетероциклов с бензолом. Эта символика учитывает возросшую электро-
фильность углеродов в шестичленах — пиридине (или пиримидине), осо¬
бенно в а- и Y-положениях, и ослабление их нуклеофильности сравни¬
тельно с бензолом вследствие большей электроотрицательности азота
по сравнению с углеродом.Образование ароматического секстета, вовлекающего свободную (не-
поделенную) пару электронов гетероатома, имеет следствием, с одной
стороны, сумму ароматических свойств гетероцикла, с другой стороны,
потерю нуклеофильных свойств гетероатомом. Так, азот пиррола лишен
основных свойств; азот, кислород и сера пиррола, фурана и тиофена
соответственно мало способны или вовсе не способны к комплексообра-
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ251Таблица 74. Гетероциклические соединенияНазваниеЭнергиястабили¬зации.ккал/мольТемпера¬тураплавле¬ния,°СТемпературакипения.°СПлотность-г„25Фуран16—320.9366—Кумарон—— 181741,0776
(при 15 °С)—Тиофени-38,3084,121,0644—Бензтиофен,
или тионафтен—322211,165—Пиррол16—1310,9695.4- КГ*8Индол4852.5254——Пиразол—70188—3.0.10“18Имидазол—90256—1.1 • 10“71,2,3-Триазол—23204
(при 740 мм
рт. ст.)——1,2.4-Триазол1212602 • 10“12ФормулаО014s1^ hОNH11 NH
1иNH
14,-	N3J2NH1I-N3yWNH14N	:NHl
252ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПродолжение табл. 74ФормулаНазваниеЭнергиястабили¬зации,ккал/мольТемпера¬тураплавле¬ния,°СТемпературакипения,°СПлот¬ность<ft-25КЪ4N=№Л 15Ч /NH2N1ч1,2,3,4-Тетра-зол—155Возг.——|	Оксазол70~~—■4i	II3SV /N201ИзоксазОл"	N3SL J2S1Тиазол116,81,1993.3 • 10“12ОN1Пиридин21-42115.30,9821,7-10"*(при 27°С’
6,46- 10~6со8 N
1Хинолин55-19.5237.71,0956,3- КГ105 4t00n2а 1Изохинолин—+232431,09863,6- Ю-10ОN1Пиридазин——82081,107—srT^N3<Lj2NiПиримидин+22124—2,0- 10-'3
(при 20° С)
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ253Продолжение табл. 74ФормулаНазваниеЭнергиястабили¬зации,ккал/мольТемпера¬тураплавле¬ния,°СТемпера¬туракипения,°СПлотностьdf*ь54NПиразин—531181,031
(при 61 °С)4- 10~1*
(при 20 °С)11ООксазин—_———оNH41SТиазин——77——NH4зованию, алкилированию в ониевые катионы и к окислению по гетеро-атому (например, к переходу от > S к > S=0 и > S. I. Это, од-X)/нако, не значит, что системы, подобные тиофенсульфону, не могут су¬
ществовать; их просто приходится получать обходным путем.Разумеется, так «обезличиваются» только те гетероатомы, электрон¬
ные пары которых входят в ароматический секстет (или, более обще,
в группу 4п + 2), и это не относится ни ко второму гетероатому пяти¬
членных циклов, ни даже к первому гетероатому шестичленньгх циклов.
«Двойные связи» гетероциклов имеют в разной степени ароматический
характер, иногда напоминая связи диеновых углеводородов, иногда —
бензола. Полностью или частично гидрированные циклы, такие, как ди-
или тетрагидропиридин, ди- и тетрагидрофуран и тиофен, гексагидро¬
пиридин (пиперидин) по своим функциональным проявлениям похожи
на соответствующие алифатические соединения. Оставшиеся двойные
связи имеют обычную активность, гетероатом проявляет наличие сво¬
бодной пары электронов и нуклеофильно активен, как в жирных соеди¬
нениях соответствующих функций.Наименования гетероциклов установились тривиальные и неунифици¬
рованные ни по принципу построения, ни по окончаниям. Для заме¬
щенных гетероциклов названия строятся так же, как для замещенных
ароматических углеводородов. Положение заместителя обозначается
цифрой в соответствии с принятой для каждого гетероцикла нумера¬
цией. Кроме того, в простейших случаях положение заместителей метят
как а,а', (3,(3' или у (последнее для шестичленных циклов), обозначая
углеродные атомы, ближайшие к гетероатому, буквами а и а', следую¬
щие р и р'. Существует еще один способ построения наименований ге¬
тероциклов, по которому их рассматривают как системы, в которых
СН-группа ароматического углеводорода (или более простого гетеро¬
цикла) замещена на гетероатом. По этой системе название строится
254ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯкак название углеводорода (или соответствующего боле.5 простого ге¬
тероцикла) с приставками окса, аза, тиа, обозначающими замену СН
на О, N, S, например:Nпиридин, или
азабензолC=sN	/—N^ ОNпиримидин, или1,3-диазабензол,
или 3-азапиридинтиазол, или
3-азатиофенПрактически названия этого типа применяются в более сложных слу¬
чаях— для наименования циклов, еще не получивших тривиальных на¬
званий. Для гетероциклов, конденсированных с бензолом, можно (тоже
в более сложных случаях) применять приставку «бенз» (или бензо),
так же как для конденсированных ароматических соединений, по
типу:1NHиндол, или
2,3-бензпирролNHкарбазол, или
2, 3, 4, 5-дибензпирролКомиссией «Международного союза по чистой и прикладной химии»
была введена новая номенклатура гетероциклов. Названия строятся из
префикса, обозначающего гетероатом (N — аза, О — окса, S — тиа),*
предваряемого, если имеется несколько гетероатомов, приставкой ди-,
три- и т. д.; затем следует корень, обозначающий членность цикла
(трехчленный — up, четырехчленный — ен, пятичленный — ол, шести¬
членный— ин)\ далее следует суффикс, разный для предельных и не¬
предельных соединений, как это принято и в обычной номенклатуре
(только для предельных азотистых гетероциклов приняты отличные суф¬
фиксы—ин или идин).Приводим для некоторых гетероциклов примеры корней суффиксы
(число членов обозначено цифрой, в скобках дано обозначение для
азотистых гетероциклов):Предельные	Непредельные	3		-иран (N-иридин)	-ирен (N-ирин)	4		-етан (N-етидин)	-ет	5		-олан (N-олидин)	-ол6	• . , , .	-ан (N-пергидро .	. . ин) -инПримеры пояснят сказанное:НС-„ОнNHHSC	CHSоксиран
-СН Н2С-НоСXNHН2с	СН2азиридинСН2 НС—сн
<^Н, Н<!1 Аг*НаС—-NVдиазнринН2С—
Н,•СН,/СН2Оазолндин*	Для благозвучия перед гласной опускают последнюю гласную префикса.
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ255нс--снсн
НС'-" ^снHCv^ ^сн
NНСХ /N
NH1,2-диазолСН2
н2с^ ХСН2I IН2С\ /СН2
NHпергидроазнинс--снНС\ /Nо1,2-оксазолсн
НС^ N:hH<U: Jn
N1,2-диазинНС--NhJnJhs1,3-т иазолОHoCS хсн2Н2С\ /СН2о1,4-диоксансн2Н2С^ хОiН2С\ /СН2О1,3-диоксанКак видно, в некоторых случаях новая номенклатура совпадает с
привычной, в других расходится. Для давно известных гетероциклов
обычно всегда пользуются тривиальными названиями (например, пир¬
рол, пиридин и др.). Для трехчленных циклов получила распростране¬
ние новая номенклатура.ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ
ЦИКЛЫ С ОДНИМ ГЕТЕРОАТОМОМСюда относятся фуран, тиофен и пиррол, а также их гидрированные
производные (на примере фурана показана общая для пятичленных ге¬
тероциклов нумерация атомов):4НС-з-СННС--СННС--СННС-НСч, /СН
5 0^2
1фуран—СН2НС\ /СН,одигидрофуранНС-НСч^ /СН
Sтиофен
-СН2 НС-НСХ /СН2
SднгидротиофенНС\ /СН2
NHНСХ /СН
NHпиррол-СН2 НС==СНН2С\ /СН2
NH2,3- и 2,5-дигидропиррол,
или пирролинН2С--СН2Н2С--СН2Н2С\ /СН,отетрагидрофуран,
или фуранидииН2СХ /СН2
Sтетрагидротиофен,
или тиофанН2С	СН2I IH2CN /СН2
NHтетрчгидропиррол,
или пирролидинРассмотрим общие способы синтеза ароматических пятичленных ге¬
тероциклов с тем, чтобы методы, специфические для каждого из них,
привести при его описании. Затем рассмотрим общие свойства (в срав¬
нении) и далее перейдем к специфике каждого гетероцикла.1.	В одном из наиболее общих способов синтеза ароматических гете¬
роциклов с одним гетероатомом исходят из 1,4-диоксосоединений, на ко¬
торые для получения фурана и его гомологов действуют водоотнимаю¬
щими веществами (Р2О5), CH3COCI), для получения тиофена и его
256ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯгомологов — пятисернистым фосфором, для синтеза пиррола и его
производных — аммиаком:НС	СНII 1-> R—С\ /С—R
ОН2С	сн2I	I вR—C^ —RО	ОHC-1-н2о-СНR—С\ /С—R
НО ОНеаольная формаPsS5NH3НС	СН<-1JLSНС—снNH2.	Получение пятичленных гетероциклов из слизевой кислоты и дру¬
гих дикарбоновых кислот — продуктов окисления сахаров. Сухая пере¬
гонка слизевой кислоты ведет к пирослизевой кислоте (так называется
а-фуранкарбоновая кислота), а пиролиз аммониевой соли слизевой кис¬
лоты — обычный путь синтеза пиррола. В первом случае происходит по¬
теря одного карбоксила в виде С02, во втором — полное декарбоксили-
рование:НО—СН—СН—ОНI I
НО—СН сн—онI Iо=с с=оI I
он он+ со2 + зн2о\ОНпирросл изевая
кислотаNH3,пиролиз+ 2С02 + 4Н20NHпирролДля синтеза тиофена и его производных этого типа реакция не при¬
меняется, но тиофен можно получить, действуя P2S3 на янтарную кис¬
лоту (см. стр. 262).3.	Ю. К. Юрьев открыл реакцию взаимопревращения пятичленных
гетероциклов, ароматических и гидрированных, над дегидратирующим
катализатором (А1203) при 400 °С в токе H2S, NH3 или Н20 соответ¬
ственно. Однако с хорошим выходом идут только превращения фурана
и фуранидина (тетрагидрофурана):h2sн2ооNH3H2SОsоNH,Н20н2оH2sо оNH	SОnh3nh3н2оH2SоNH4.	Хьюсген обобщил ряд давно известных реакций (открытых Ганчем,
Димротом, Килико и др.) и нашел серию новых реакций «1,3-присоеди¬
нения» к олефинам, ацетиленам, а также нитрилам, ведущих к замыка¬
нию в пягичленные гетероциклы. Примером присоединяющихся систем
могут служить жирные диазосоединения, азотистоводородная кислота
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ257и азиды, окиси нитрилов, нитроны. Хьюсген доказывает, что эти реакции
идут как мономолекулярное присоединение через пятичленное переход¬
ное состояние, причем присоединяющиеся молекулы должны быть спо¬
собны к частичному сосредоточению (в резонансной структуре) поло¬
жительного и отрицательного зарядов на крайних атомах триады, на¬
пример:CHS=N=N СН2—N=N
•• ••диазометанСН3—N—N=N <=* СН3— N—N=N ч=> и т. д.•• I* IIметилазидПо этой причине данный тип присоединения был назван биполярным.
Присоединение по кратной связи диполярофила (так по аналогии с дие-
нофилом называется присоединяющий диполярную триаду ацетилен,
олефин и т. д.) происходит по следующему типу:R—С=С—R	R—С=С—R1	^ СНз-N^ Nсн3—N-N=£	NСписок способных к 1,3-присоединению потенциально диполярных
соединений, так же как типов диполярофилов, велик, а число возможных
комбинаций еще больше. Ниже приведены некоторые примеры:R__C==C—R	R—С—С—R	R—С	С—RN=N—СН2+	: /СН2	: N\ /СН• I ••N	NH
••диазометан	R, R-пиразолR—СН=СН—R R-CH—СН—R	R—С	СН—RN=N—СН,••: /СН2	Nx /СН2N	NH••R, R-пиразолин
R—С=С—R	R—С=С—RN=N— N-R	:•• •• ••	IN•«замещенный
1,2,3-триаэолН—C=N	Н—С—N :N=N~N-R/N—R
N *'замегле нный
тетразолОН”	+ _	+ •• -R—C=N—ОН 	► R—c=N—О R—C=N—ОС1хлорангидрид	окись нитрилагидроксамоиой
кисло гы9 Зак. 79
258ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯН—С=С—R	Н—С=С—Rr-c=n-oзамещенныйизоксазолN==C-R	N— С—RR—C=N—О	R~C\/0••замешенный
1,2,4 сжсадиа золR'l;ОН"	+	+ «R—CH=N—ОН 	► R—СН—N—0' ч-> R-CH-N-0'альдоксим	jj/ нитрон	j|/H2C=CHR"	Н2С	СН—R"R—CH-N-0'+ *•	r-hc!\N-R'I	*•R'нитрон	замещенныйизоксазолидин5.	Ф. Я. Первеев и сотр. разработали (1948 г. и сл.) общий метод
синтеза пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом, приведенный
здесь на примере синтеза тиофенов:о	/R'R—С=С—С——^СН + H2S —>■ R—Cs=C—С(ОН)—CHSH —*■ R——R"II	IIR' R"	R' R"	sВместо сероводорода может быть применен селеноводород или ам¬
миак (в этом случае получаются пирролы).6.	Шульте разработал синтез пятичленных гетероциклов с одним ге¬
тероатомом из диацетилена:уГ~\ Н25; -ОС2Н5	NHa.CuCl /} \/ у чнс^с-с^сн -—■■■>- { уS	NHФуранСинтез фурана и его производных. Общий метод синтеза фурана или
его производных состоит в дегидратации алифатических 1,4-диолов или1,4-дикетонов.1.	При дегидратации пентоз образуется фурфурол:НО—НС—CH-OH	НС.—снI	I	II IIН,С\ /СН—С' “JH2° НС\ /С—с
НО ОН \н	о \ц2.	При нагревании с водоотнимающими средствами у-Днкетонов они
превращаются в гомологи фурана (см. стр. 255).
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ2593. Тетрагидрофуран получают дегидратацией бутандиола-1,4:н2с	сн2НОСН2—СН2—СН2—СН2ОНН2СХ /СН2о4.	Фуран синтезируют декарбоксилированием пирослизевой кислоты:—* '> + С02о5.	Замещенный а-аминофуран можно синтезировать по Т. И. Тем¬
никовой:АгIСНС1I +
с=оIАгОС2Н5Iс=о
IснI,fe=N _
Аг-С-ОС,Н5Na+Аг С!н-Й°СНI0=С С:IАгeNАг о/I	I *Ч>
С—СНII	IНО—С Csn=NIАгОС2Н5-сн—с:ОАг-С--С— С"Аг—С\ /C=NH
ООСаН5ОАг—Cv. /C-NH2
ООС2Н5Циклизация с присоединением гидроксильной (или амино-) группы
к нитрильной — часто встречающийся метод синтеза фурановых про¬
изводных. Он будет рассмотрен далее, на примере синтеза производных
пурина по Траубе.Свойства фуранового цикла. Фуран обладает свойствами, промежу¬
точными между свойствами ароматического соединения и обычного
диена. Способность к реакциям присоединения для фурана более ха¬
рактерна, чем для других гетероциклов. Самым показательным в этом
отношении является вступление фурана в диеновый синтез с такими
диенофилами, как малеиновый ангидрид или эфир ацетилендикарбоно-
вой кислоты:,0сн=сн\/сн=снсн—с"о +\сн-сн-сн—СоСН-С/\о\оооСН—СН—СН—ССН- СН с—СООСНз/О + II!/ С—СООСНз
СН=СНоСН—СН— С—СООСНзхо I/ IСИ—СН—С—СООСНзФуран значительно легче, чем тиофен, окисляется и осмоляется при
действии кислот. Его можно окислить до малеинового ангидрида:НС--СНнс==снНСХ /Сн
О0=/С=0ООкисление фурана на воздухе сопровождается полимеризацией.
9*
260ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯОсмоляющее действие минеральных кислот заключается в том, что
сначала происходит протонизация фурана по кислороду:О	+ н* ^0 5При этом пара электронов выключается из сопряжения с двойными
связями, ароматичность соединения нарушается и происходит полиме¬
ризация и осмоление диена.Несмотря на свою малую стабильность, фуран способен к реакциям
электрофильного замещения (сульфирование, нитрование, ацилирова-
ние по Фриделю — Крафтсу, галоидирование), хотя условия этих реак¬
ций резко отличаются от условий их протекания в случае бензола. Так,
фуран удалось просульфировать пиридинсульфотриоксидом (А. Г1. Те¬
рентьев) :<(3+ so3-nQ> —V	SOIО	оФуран можно пронитровать ацетилнитратом в присутствии пиридина:Ооch3coono2;C5H5N
	>-Непосредственное взаимодействие с бромом может привести к окис¬
лению и осмолению фурана. Для бромирования употребляют поэтому
комплексы пиридина или диоксана с бромом. Во всех случаях заме¬
щаются в первую очередь а-водородные атомы.Ацетильные заместители вводят в фуран или его производные по
реакции Фриделя — Крафтса, используя, однако, вместо хлористого алю¬
миния более мягкие катализаторы (Г. JI. Стадников, Я. Л. Гольдфарб):+ (сн3со)2о ■ SnCl4 > /"""V-с-сн3
N /	N. / уО	О оПроизводные фурана, содержащие электроноакцепторные замести¬
тели, такие, как СНО, СООН, NO2, более стабильны и не так легко
осмоляются. Поэтому удобнее нитровать или хлорировать соответствую¬
щее производное, например пирослизевую кислоту, а затем удалять
карбоксильную группу:$ \— СООН НХ°-> 02N——СООН ———no2
N /	N /	■ с°2 \ /О	о	о' Вг2 _		соон	Ч X ВгоНаибольшее значение среди производных фурана имеет фурфурол —
альдегид, похожий по свойствам на ароматические альдегиды. Он всту¬
пает в реакции, типичные для последних, например в реакции конденса¬
ции типа бензоиновой, в реакцию Канниццаро:%—СНО ■ --а°Н >	—СН2ОН+<3—COONaО	0	0
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ261С аммиаком фурфурол образует гидрофурамид (аналог гидробенз-
амида):Образующийся при конденсации фурфурола под действием KCN
кетоспирт фуроин, подобно бензоину, легко окисляется до дикетона—•
фурила, который при действии щелочи перегруппировывается в фурило-
вую кислоту (бензиловая перегруппировка, стр. 142):Фурфурол легко вступает в различные конденсации, например с фе¬
нолами. При этом образуются смолы, близкие по свойствам к феноло-
формальдегидным (стр. 111). Фурфурол применяется также для полу¬
чения фурилового спирта (гидрирование), тетрагидрофурилового спирта
и др. Фуриловый спирт полимеризуется при действии минеральных
кислот:Эти смолы могут применяться в качестве покрытий и клеев.Фуран гидрируется над никелевым или платиновым катализаторами
до тетрагидрофурана, который может быть получен также из бутан-
диола-1,4. Тетрагидрофуран (фуранидин, ТГФ) используется в некото¬
рых способах производства адипиновой кислоты и найлона. Это — цен¬
ный растворитель. Например, оказалось, что в ТГФ можно синтезиро¬
вать магнийорганические соединения с магнием при двойной связи
(Норман); как известно, реактив Гриньяра из галоидного винила нельзя
синтезировать в диэтиловом эфире.Тетрагидрофуран лежит в основе пятичленных циклических форм
сахаров, которые по этой причине и называются фуранозами (кн. I,
стр. 416). Его дипольный момент (ц = 1,7 D) значительно больше, чем
у фурана (fx = 0,7D), что демонстрирует делокализацию р-электронов
кислородного атома фурана.Конденсированные системы с фурановым цикломТакие соединения содержатся в каменноугольной смоле, например:ООНсоокфуроинфурилфуриловая кислотасн2 ——СН,— •оооодибензфураакумарон
262ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯСтроение кумарона явствует из следующего способа его получения:сн=с„	0^
оПодобно фурану, он легко окисляется и осмоляется под действием
кислот. Галогены присоединяются к кумарону по двойной связи:- ОзСв;о	оВ отличие от фурана кумарон не вступает в диеновый синтез.
Дибензфуран по свойствам скорее следовало бы отнести к производ¬
ным бифенила, из которых он легко получается:ТиофенТиофен — спутник бензола при промышленном получении последнего из
каменного угля. Его открыл как примесь к бензолу и установил его
строение В. Мейер. В техническом каменноугольном бензоле содержится
около 0,5% тиофена. Температура кипения тиофена (84,1° С) близка
к температуре кипения бензола (80,4 °С), и поэтому он не может быть
отделен обычной перегонкой. В промышленности тиофен получают из
бутана или бутилена и серы при температурах порядка 700°С:CH3CH2CH2CH3 + 4S —► \У + 3H*SSТиофен и его гомологи получены из у-дикетонов и P2SsR СН2-Н2С R R СН-НС R		С	с ч~ с	с	к	кО	о	он нА	8а также нагреванием солей янтарной кислоты с P2S3, в этом случае
играющим также роль восстановителя:СН2—СН2 p2s3I	I 	ноос соонАцетилен реагирует с сероводородом при 400—450°С над окисью
алюминия и дает тиофен (А. Е. Чичибабин):Оs
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ263Производные тиофена образуются также при нагревании некоторых
олефинов с серой. Так, из стильбена получается тионессаль — тетра-
фенилтиофен:СеН5ч /С6Н52с6н5-сн=сн—син6 + s —> с6н5——CSH5SПри действии сероводорода и хлористого водорода в спиртовом рас¬
творе на 1-алкиноны-5 они замыкаются в производные тиофена (выход
до 70%):R|	H2S; HCl	V__н—с—сн2—сг=сн 	>■ R,		СНз
c	s/ \R' ОМногие производные и гомологи тиофена удобно получать из са¬
мого тиофена, поскольку это достаточно прочное и в то же время реак¬
ционноспособное соединение.Химические свойства тиофена. Тиофен более, чем фуран и пиррол, напо¬
минает бензол. я-Электроны тиофена не способны к реакциям присоеди¬
нения и в отличие от фурана тиофен не реагирует с диенофилами. Атом
серы в тиофене инертен, не присоединяет йодистого метила. Тиофен не
окисляется перекисями и вообще какими-либо окислителями ни всульф-
оксид, ни в сульфон. Однако третичные оксониевые соединения типа
+ _R30 BF4 алкилируют тиофен по сере с образованиемОSR BF7
+Сульфон тиофена все же существует и может быть получен 1,4-при¬
соединением SO2 к бутадиену с последующим присоединением брома
и отщеплением щелочью бромистого водорода:Вг Н Н ВГ
\/ \/нс=сн	с—сНС—СН	/ \ вг„	/ \II II + SO, 	>- Н.,г СЬо ' >■ Н„С СН,НоС CHo z	‘	“^	Sо	о-2НВГ/ лАо	оОсобая устойчивость ароматического цикла тиофена связана, ве¬
роятно, главным образом с более полным выравниванием я-электрон-
ной плотности в молекуле тиофена по сравнению с молекулами пиррола
и фурана, поскольку в данном случае в делокализации возможно уча¬
стие d-орбиталей атома серы. На языке теории резонанса можно
264ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯсказать так: в резонансе принимает участие’ выгодная предельная (ка¬
ноническая) структура IV, которую нельзя принимать во внимание
в случае пиррола или фурана, поскольку азот и кислород не способны
расширять свою внешнюю электронную оболочку выше октета (они на¬
ходятся в малом периоде):Тиофен вступает во многие реакции электрофильного замещения, и
притом гораздо легче, чем бензол.Хотя тиофен значительно устойчивее к действию кислот и окислите¬
лей, чем фуран, однако он все же окисляется азотной кислотой с раз¬
рушением молекулы. Поэтому тиофен нитруют ацетилнитратом:$ \ + CH3C0N02 —>	—N02 + СН3СООН\ / N	N /S	о	sВ отличие от бензола тиофен сульфируется серной кислотой на хо¬
лоду<^)> + H2so4 —>	so3HS	SЭта реакция применяется для очистки каменноугольного бензола от
примеси тиофена.Тиофен галоидируется бромом и хлором при низкой температуре без
катализатора. При этом могут образовываться как моно-, так и поли-
галоидтиофены:</^\ + Вг2 —*	ВгS	SАцилирование по Фриделю — Крафтсу гладко проходит в «-поло¬
жение, если использовать в качестве катализатора хлорное олово
(Г. Л. Стадников, Я. Л. Гольдфарб) или трехфтористый бор:\ + CICOR —SnC--»	—С—R\	\ / IIs	S оТиофен легко конденсируется с альдегидами й, в частности, вступает
в реакцию Манниха:+ сн20 + HNR2 —»• \ СН2—nr2 + Н20
s	sБромтиофен образует магнийорганические соединения нормальным
образом, что может быть использовано в синтезе производных тиофена,
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ265например:/~~Л—MgBr + СН3—С—СбНб —> <Г~У—с{s	Д	V 1Чс^й	О	Ь онПри восстановлении нитротиофена получается аминотиофен, кото-
рый так же, как и аминофуран, очень легко окисляется и не может быть
продиазотирован. Однако аминотиофены, имеющие в ядре электроно¬
акцепторные заместители, диазотируются нормально.Характерной для тиофена и фурана реакцией является меркурирова-
ние этих соединений ацетатом ртути уже на холоду, причем в зависи¬
мости от условий могут получаться моно- и полимеркурированные со¬
единения. При обработке соляной кислотой ртутное производное регене¬
рирует тиофен:+ Hg(OCOCH3)2 —> —HgOCOCH3 + CH3COOH
S	SkciHgClsЭта реакция также применяется для отделения тиофена от бензола,
который меркурируется лишь при нагревании, и для определения содер¬
жания тиофена в бензоле.При действии на тиофен (и его производные) никеля Ренея сера
удаляется, а углеродный скелет гидрируется. Я. Л. Гольдфарб, основы¬
ваясь на легкости введения в тиофен электрофильных заместителей,
предложил использовать реакцию гидрирования для синтеза разнооб¬
разных органических соединений, например алифатических кислот или
аминов с длинной предельной цепью:Л ^	SnCI4С2Н6—? > + С1—С—(СН2)2—соон 	»-IIs о/г~\	H2/Ni—► С2Н5——с—(СН2)2—соон —► С2Н5-(СН2)7—соон + Н20 + H2Ss АR—+ сн2° + NHR5 —>	—CH2-NR2	R(CH2)5-NR'2 + H2Ss	sАналогичен по идее метод синтеза аминокислот (Я. Л. Гольдфарб,
Б. П. Фабричный, И. Ф. Шалавина):4-NH.CN —►	—СН—CN —► SК у~ с: + NH4CN —► ? >—СН—CN —> < >—сн—соонч0	I	Is	S NH2	s nh2По Зелинскому — Штреккеру получают а-тиенилаланин, который при
гидрировании дает соответствующую аминокислоту:H2/Ni
266ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯИсходя из тех или иных гомологов или замощенных тиофенового
альдегида, можно варьировать синтез.Как мы видели, тиофен более ароматичен, чем фуран. Это прояв¬
ляется в большей устойчивости тиофенового цикла, в замаскированности
характерных свойств двойных связей, в большей энергии резонанса.
В свою очередь в фуране ярче проявляются свойства диена. Возможно,
что такая разница объясняется отчасти повышенной электроотрицатель¬
ностью кислорода по сравнению с серой и, как следствие, меньшей спо¬
собностью отдавать пару электронов для создания ароматического
секстета электронов и разной степенью р- и s-характера свободных пар
электронов в О и S.Тетрагидротиофеи (тиофаи)При восстановлении тиофена (натрием в аммиаке и спирте) наряду
с А2- и А3-дигидротиофенами получается также тетрагидротиофеи (тио-
фан). Никелевые и платиновые катализаторы для гидрирования не под¬
ходят, так как они отравляются тиофеном и тиофаном. Тиофановое
кольцо может образоваться также в результате циклизации.Тиофан и его гомологи содержатся наряду с алифатическими тио-
эфирами и меркаптанами в сернистых нефтях. В отличие от тиофена
в тиофановом кольце электроны серы «свободны» — не участвуют в об¬
разовании ароматического секстета электронов. В связи с этим тиофан,
как обычные тиоэфиры, легко окисляется и может быть окислен до
сульфоксида и сульфона; иодистыми алкилами тиофан алкилируется
с образованием солей сульфония:ОСН31 /	\ Н202 /	\ КМпО» /—\4s	S S S!	II / \СНз г	ОООВажнейшими природными продуктами, в молекулу которых входит
тиофановое кольцо, являются биотины (стр. 288).Бензтиофен и его производныеПо свойствам бензтиофен напоминает нафталин. Важнейшее его про¬
изводное — тиоиндоксил:•J=01S	Sбеязтиофен	тиоиндоксилТиоиндоксил синтезируют подобно индоксилу (стр. 281):
ХООН	- ХООН „ „ _ ^ ^соонXV /^иип .	vUVJWn	л	Л ^.v.f	HNO2CICH2—соон
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ267При окислении кислородом тиоиндоксил дает красный краситель —
тиоиндиго:О	ОТиоиндоксил конденсируется с альдегидами и кетонами, образуя
тиоиндигоиды:О	ОНекоторые тиоиндигоиды также находят применение в качестве кра¬
сителей.ПирролПиррол был обнаружен в костяном масле (продукт сухой перегонки ко¬
стей) и в небольшом количестве в каменноугольной смоле (Рунге,
1834 г.). Строение его было установлено А. Байером в 1870 г.Пиррольный и гидрированный пиррольный циклы как структурная
единица входят в состав важных биогенных соединений — аминокислот
(пролин, оксипролин, триптофан), алкалоидов, гемоглобина, ряда ко-
ферментов окисления, хлорофилла и т. д.Пиррол (или в ряде случаев его гомологи и производные) можно син¬
тезировать следующими реакциями, которые дают понятие о его
строении.1.	Действие аммиака на 1,4-диоксосоединения (Пиаль — Кнорр):Н2С	СН2	НС	СН I мН„ НС	СНI	| ^ || ||	|| ||С С	НС\ /СН “Н2° НСХ /СН/ \ / \	НО ОН	NHН ООНСпособ аналогичен синтезу фурана и тиофена и устанавливает род¬
ство всех трех гетероциклов.2.	Обычный способ синтеза пиррола, родственный синтезу а-фуран-
карбоновой (пирослизевой) кислоты, состоит в пиролизе слизевокислого
аммония:НО—СН	СН-ОН
268ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПрименяя вместо аммиака первичный амин, получают N-замещенные
пирролы (см. синтез никотина, стр. 638).3.	При перегонке сукдинимида с цинковой пылью образуется пиррол:нгС	СН2	zzn /,—^|		*■ < > + 2ZnO0=СХ /С=0	\ /NH	NH4.	Восстановление смеси кетона с изопитрозокетоном (кн. I, стр. 143)
дает гомологи или замещенные пирролы (Кнорр);R\ /R"R-CH2 0=С—R" н|+| 	* R'—\ >R'-C	СН\ / NH
О NOHПромежуточно образуется аминокетон.5.	В 1964 г. Хьюсген опубликовал новый метод синтеза производных
пиррола из азлактонов и, следовательно, из ацилированных по азоту
а-аминокислот (выход 60—90%):/С1R—СН-С, + R'—С —>I	\он Ч0
nh2ОR—СН-С^	R—СН-С,	о_гн_г^\он-> .0,/он -Н2° А_с/NH-С"	N=C	\R'азлактон, или
R, R'-оксазолон///R\ АR-CH-C^	\—/I	О + R"—С=С—R'" —► R—/ \—R' + С02N=C^	NHXR'6.	Пропускание паров фурана с аммиаком над окисью алюминия при
400°С дает пиррол (Ю. К. Юрьев):Al2°3О	NHСвойства пиррола. При восстановлении пиррола водородом в момент
выделения (не в кислой среде) образуется Д3-пирролин, а при катали¬
тическом гидрировании последнего или самого пиррола — пирролидин:О2Н НС	СН H2/Pt НгС СН2ч-Н2С\ /СН2	Н2С\ /СН2NH	NHпиррол	ДЗ-пирролин	пирролидин
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ269Пирролидин можно также получить сухой перегонкой солянокислого
путресцина:Таким образом, пиррол по отношению к водороду в момент выделе¬
ния ведет себя как диен. Аналогично он реагирует и со свободным ради¬
калом трифенилметилом:Других реакций диена, в отличие от фурана, пиррол не обнаружи
вает, и с малеиновым ангидридом он реагирует иначе, чем диены:Азот пиррола, как уже говорилось, полностью лишен основных
свойств, и его иминогруппа обладает очень слабыми кислотными свой¬
ствами, такими, как фенол. При помощи ряда реакций можно получить
N-металлические производные пиррола, широко применяемые в син¬
тезах:При алкилировании и ацилировании этих металлических производ¬
ных (в настоящее время предпочитают исходить из пиррилмагнийгало-
генидов) ниже 0°С образуются N-алкил- и соответственно N-ацилпир-
ролыН2С—СН,Н2С	СН2СГ H3N NH3 СГН2С\ /СНг
NHО+ 2(С6Н6)3С■С(С6Н5)зNHNHООО	НС	СН;NHNNaNHNKNMgl
270ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯа при нагревании — а-алкил- и а-ацилпирролы:сн31нагреваниеNMglСН3СОС1/~V_ С^°
\/ \снNH	СНзВместо хлорангидридов можно применять сложные эфиры. Из слож¬
ного эфира муравьиной кислоты при низкой температуре получается
N-формилпиррол, при высокой — пиррол-а-альдегид:<о°с г\NОNMgl	оHcioc2H5нагревание;н2о
	>.сно—СНОNHПри действии на пиррилмагнийгалогенид хлоругольным эфиром по¬
лучается эфир а-пирролкарбоновой кислоты:+ CI—С—OCjHs —■> \ \—С—ОС2Н5 + MglCl\ /	II	^ / IINMgl о	NH оГомологи пиррола можно также получать восстановлением оксосо-
единений пиррола (например, по Кижнеру — Вольфу).N-Металлические производные пиррола по ряду реакции напоминают
феноляты щелочных металлов. Так, альдегиды можно синтезировать и
по реакции Реймера — Тиманна (стр. 125):/—\	/—Ч /ОУ + СНС13 + 2NaOH —► у—С^ + 3NaCI + Н20NNa	NH	НХотя пиррол очень чувствителен к кислотам (полимеризуется), все
же альдегиды и кетоны пиррола можно получить, используя приложи¬
мую к фенолам реакцию Геша:/~\ + R-CN + НС1 —» \—сС	—*	—C/R + NH4CI\<	\н 4®.сг	Ч>где R = Н или углеводородный радикал.Эти реакции демонстрируют особую (аналогичную орто-положениям
фенолов) доступность a-положений пиррола для электрофильных атак.
Если оба a-положения замещены, большая часть этих и следующих
реакций проходит в р-положение.Пиррол может служить азосоставляющей в реакциях азосочетания:<^^ + Ar-NseN —* Ar—N=N—^^ + Н+NH	NHЭто еще одна черта, роднящая пиррол с фенолом.
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ271Из главных реакций электрофильного ароматического замещения
упомянем бромнрование н иодирование, приводящее к тетрабром- и
тетраиодпирролу (антисептик иодол), и хлорирование хлористым суль-
фурилом, являющееся наиболее простым путем к а-хлорпирролу, а так¬
же сульфирование по А. П. Терентьеву пиридинсульфотриоксидом (ме¬
тод сульфирования «ацидофобных» соединений):<(^ + ^^N-S03 —*	—SOI+^^Nw	X/	WNHNHПоскольку пиррол «ацидофобен», осуществить нитрование кислотой
нельзя, и а-нитропиррол получают, действуя па пиррол этилнитратом.Чрезвычайно важны реакции конденсации пиррола с формальдеги¬
дом и муравьиной кислотой. В щелочной среде формальдегид оксиме-
тилирует пиррол, а в кислой среде реакция заходит дальше — 2 моль
пиррола сшиваются метиленовым мостом в а-положение с образованием
дипиррилметана (пиррометана):он'+ СНаО’ NH—СН2ОНNH/TV-сн,\ / 2 \ /NH	NHРеакция эта широко изучена и для гомологов пиррола.
Дипнррилметан окисляется хлорным железом, теряя два атома во¬
дорода, и превращаясь в окрашенный пиррометен; к той же цели ведет
и прямая конденсация пиррола с муравьиной кислотой в кислой среде.О^СН’^О ^ 4>-сн=0 ^ 20 + н-<°нNH	NH	NH	N	NH	инПиррометены образуют прочные соли с кислотами, причем после
присоединения протона пирролениновым циклом оба цикла приобретают
одинаковую выровненную структуру и становятся неразличимы:<Г\__сн-/=\+н* -> /~\_Сн—^ /^-СН-^Л
сн=-ч^+н — ч^-сн__ч+/^ V/—снNH	N	NH	NH	NH	NHПиррометены могут быть получены также конденсацией следующего
рода:$ \	о/ л. $ \ 	> \—сн—\„ \/ \/NH	н NH	NHС гомологами пиррола (при условии свободного a-положения) все
эти реакции проходят лучше, чем с самим пирролом.Порфин. ПорфириныПри нагревании пиррол-а-альдегида с муравьиной кислотой образуется
с выходом около 1% новая исключительной важности ароматическая
гетероциклическая система, лежащая в основе хлорофилла и тема
272ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯкрови, — порфин (Г. Фишер):Hj-Of4 <0<° + н-с<° —(> V)^>н Y ^ Унс=^С=)==снЭти высокоплавкие (разлагаются выше 360 °С) темно-красные кри¬
сталлы устойчивы к действию кислот. Два атома водорода, связанные
с азотами, могут быть замещены на металл при помощи MgO, FeCl3,
Cu(OCOCH3)2. Г. Фишер разработал и другие методы синтеза порфи-
нов с несимметрично расположенными заместителями и тем открыл
путь синтеза гемина и хлорофилла. Среди них важен следующий метод:NH	NHNH	N	NH	NПорфины — настоящие прочные ароматические соединения, способ¬
ные сульфироваться, нитроваться, ацилироваться по Фриделю — Крафт-
су (если некоторые R = Н). Их я-электроны делокализованы, и на деле
молекула имеет симметричную структуру (двойные связи в данной
формуле написаны произвольно). Счет делокализованных электронов
(11 двойных связей + 4 свободных пары азота; 22 + 8 = 30 электронов)
показывает, что система порфина удовлетворяет требованиям правила
Хюккеля для ароматических систем: Ап + 2 ( 7Х 4 + 2 = 30).Порфины с углеводородными заместителями в пиррольных и пирро-
лениновых циклах называются порфиринами.Гем. Красное вещество крови, переносящее с током крови кислород из
легких в каждую клетку тела, представляет собой белок глобин, свя¬
занный с производным порфирина, содержащим в центре молекулы
атом двухвалентного железа (это гетероциклическое соединение назы¬
вается гемом). Связь глобина с гемом, по-видимому, координационная —
азот гистидина (одной из аминокислот белка глобина) связан с ато¬
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ273мом железа молекулы тема. Гем, координационно связанный с глобином,
образует гемоглобин, который координационно связывает Ог и с кровью
разносит его по всем клеткам организма.Действием соляной кислоты гем отделяется от глобина. При этом
(на воздухе) железо гема окисляется в трехвалентное и образуется
гемин, по составу отличающийся от гема наличием аниона хлора. Ге-
мин — ярко-красные кристаллы. При деструкции иодистым водородом
он образует смесь гомологов пиррола (группа А) и p-пиррилпропионо-
вых кислот (группа Б) (Ненцкий):НзС\ / С 2-f I5. оNHН3С.NHН3Сч - /СН2—сн2соон: 5NHН3Сч-^ /СН2—CHjCOOH/ V-СНаNHНзСС2Н6Н3С—У—СН3
NHН3СЧ - ,СН2—СН2СООН/ \NH,СН:—СН2СООН
НзС	? >	СНзВсе эти вещества были идентифицированы и синтезированы Г. Фи¬
шером с использованием метода Кнорра.Таким образом, гемин Сз4Н32^04реС1 включает пиррольные ядра
с боковыми цепями. Анализ показывает, что таких пиррольных ядер
в гемине четыре.При действии кислот в присутствии металлического железа гемин от¬
щепляет атом железа и превращается в протопорфирин. Функциональ¬
ным анализом в нем были обнаружены два карбоксила, очевидно, те
самые, которые фигурируют в группе Б продуктов разложения гемина
иодистым водородом. Кроме того, путем каталитического гидрирования
было установлено наличие двух активных двойных связей, каждая из
которых может быть прогидратирована во вторичноспиртовую группу.
Такой гликоль носит название гематопорфирин.Гидрирование двух активных двойных связей протопорфирина при¬
водит к мезопорфирину. Окисление последнего дает продукты I и II,
важные для установления строения всей группы веществ:Н3СЧ ,С,Н8	Н3СЧ /СН,—СН,СООНNHIIПри окислении гемина образуется только продукт II.Ясно, что пиррольные ядра в гемине были связаны по а-положениям.
Чем? Поскольку в продуктах деструкции иодистым водородом (как
группы А, так и группы Б) остается или метил или водород, ясно, что
эта связь осуществлялась одним углеродным атомом. Так как вся си¬
стема гемина и протопорфирина по свойствам аналогична описанной
ранее ароматической системе порфина, естественно допустить, что свя¬
зывающий пирролы углеродный атом выступает, как и в порфине, в
виде группы СН, соединенной двойной и ординарной связями. Обе
274ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯнепредельные связи могли бы принадлежать винильным группам, при
восстановлении (каталитическом или иодистым водородом) превращаю¬
щимся в этильные.Все эти соображения приводят для гемина к формуле III, для про-
топорфирина 1с формуле IV и для мезопорфирина к формуле V. Тему
принадлежит соответственно структура VI:Н3С СН=СН2СГ НС —— сн
НзСчА ¥ А/СНзн,с'кh2chc=<VchНООС н2С сн3ноос-сн2III'сн=сн2Н3СС2НВ
НС-^Ч-СНH2/PtСН.=СН2WJ М Т °2Н5
нгС нс=цСЗ=СНно°с Н2СМСН,hqpc-ch2VЭти структуры были подтверждены синтезом (Г. Фишер):
Н3Ссн=сн,д \	/ 2^>-СН1. ^ * ЛгСНз1| N-Fe-N |1
ЩС'У к уиН=СН2
H2C HC=<_V=CHНООС и2с СН3
ЙОос-сн2VJн3сНзС-О-СНВГ Ш Лхн3н3с.А <*ьн2с нс=0-вгноос н2С сн3,СНя' (СНзС0),0;
* SnCI4НООС-СН2нясн,с--wc<CH*~Г\-снh2^Y ж•Н2сНООС? н2сГсн3
Ноос-ШгИ3с СН-СНзHC-/~V“CHШ 11 уСНзноосн2с нен,сHOOG-CHjн,с
2|НООС-СНа
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ275Н,С СН=СН2н3с сн=сн2HOv/v^,сн3СН=СНо'НООСсн2 сн3■СНз‘СН=СН2^ н2с сн3
ноос-сн2ноос-сн2Хлорофилл. Зеленые части растений содержат растворимый в спирте
пигмент хлорофилл, при участии которого растения ассимилируют угле¬
кислый газ из атмосферы, превращая его и воду в кислород и углеводы.
Как показал М. С. Цвет (изобретатель хроматографии, разработавший
ныне столь важный метод именно на этом примере), адсорбируя раствор
хлорофилла на твердом адсорбенте, можно разделить его на два ин¬
дивидуальных вещества — хлорофиллы а и Ь, несколько различающиеся
по окраске. Функциональным анализом в хлорофилле а установлено на¬
личие метальной, а в хлорофилле b вместо нее — альдегидной группы.
В остальном они одинаковы. Оба хлорофилла — сложные эфиры. При
их переэтерификации, например этиловым спиртом, освобождается
спирт фитол (кн. I, стр. 293), а сами они превращаются в этилхлоро-
филлиды.Под действием минеральных кислот хлорофиллы отщепляют ком¬
плексно связанный ион магния и одновременно гидролизуется сложно¬
эфирная связь (опять-таки отщепляется фитол). В результате полу¬
чаются феофорбиды а и Ь, исследование которых и дало главные дан¬
ные о строении хлорофиллов. Действие иодистоводородной кислоты на
хлорофиллы (и, разумеется, на феофорбиды) приводит удивительным
на первый взгляд образом к той же смеси производных пиррола групп
Л и Б (стр. 273), что и аналогичная обработка гемина.В результате описанных экспериментов и длинного ряда исследова¬
ний, которые здесь нет возможности привести (ими мы обязаны Мар¬
хлевскому, Ненцкому, Вильштеттеру и Г. Фишеру), для хлорофиллов
были установлены следующие структуры:остаток фитола
276ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯФеофорбид а имеет следующее строение:Н3С сн=сн2H3C4J4 Is'H /L/CH3
II	нм IJ )N HN I
HocA./ ы \Ac2h5coohфеофорбид aПолный синтез хлорофилла был осуществлен в 1960 г. Вудвордом.
Витамин В12. В 1948 г. американские (Фолькерс) и английские (Л.Смит)
исследователи выделили из печени теплокровных животных рубиновые
кристаллы витамина В12, или кобаламина — сложного порфириново-
кобальтового комплекса.Этот витамин в дозах до 3 мгк в сутки излечивает смертельное забо¬
левание^— пернициозную анемию (но не лейкемию) и в комплексе со
специфическим белком, очевидно как кофермент, участвует в работе
кроветворных органов (костный мозг), а именно в продуцировании
красных кровяных шариков (эритроцитов).Потребность человека в этом витамине ничтожна — 1—5 мгк в сутки,
но усвоение его через пищеварительный тракт происходит медленно и
неполно, и поэтому требуются в 100 раз большие дозировки. Дело в том,
что кобаламин может проникать через стенки кишечника только в со¬
провождении так называемого внутреннего фактора — мукопротеина,
выделяемого слизистыми оболочками пищеварительного тракта, так что
авитаминоз может развиться за счет недостатка этого фактора.В настоящее время витамин Bi2 готовят в промышленном масштабе
микробиологически, культивируя актиномицеты, продуцирующие этот
витамин.Строение кобаламина выяснено произведенными в Кембридже ис¬
следованиями Тоддан нСООНи рентгеноструктурными изысканиями Дороти Ходжкин-Кроуфут.
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ277Индол (бензпиррол)Строение индола следует из его синтеза путем замыкания в цикл
о-амино-со-хлорстирола под действием алкоголята натрия:✓СН=СН\nh2Cl + C2H5ONa —-* |( ) Г J + NaCl + С2Н5ОНNHИНДОЛЕго можно получить реакцией Чичибабина — пропусканием смеси
паров анилина с ацетиленом через раскаленные трубки:ип2	NHЭта реакция аналогична синтезу пиррола из ацетилена и аммиака.Гомологи индола чаще всего синтезируют по реакции Э. Фишера,
нагревая гидразоны альдегидов или кетонов с хлористым цинком, или
по А. Е. Арбузову — нагреванием гидразонов с каталитическим количе¬
ством хлористой меди. Для получения самого индола эти реакции мало
пригодны.Смысл неожиданной реакции Э. Фишера заключается, по Р. Робин¬
сону, в перегруппировке таутомерной формы фенилгидразона, аналогич¬
ной бензидиновой:СН2—СНз	СН—СН3СН'N-N	^ ^N-rNbztT ^ Ьгтсн’'H2N |	NHNH2Индол в небольшом количестве находится в каменноугольной смоле.
Он обладает приятным в малой концентрации и достаточно неприятным
в большой концентрации запахом. Находится он в эфирном масле жас¬
мина и белой акации. Применяется в парфюмерии.Из производных индола важны: триптофан (р-индолилаланин) — не¬
заменимая (в пище) аминокислота, составная часть белка (стр. 658);
р-индолилуксусная (гетероауксин) и р-индолилмасляная кислоты, при¬
меняемые как стимуляторы роста и корнеобразования у растений; ин¬
диго— в прошлом природный, ныне синтетический краситель (стремле¬
ние синтезировать индиго и стимулировало исследования ряда индола
А. Байером).Свойства индола. Индол, естественно, обладает многими свойствами
пиррола. Водород индола может быть замещен на металлы, причем
обычно пользуются реакцией с гриньяровым реактивом:| -f CH3MgBr —>	J + сн4NH	NMgBrJ'С галоидным индолилмагнием можно осуществить те же реакции,
что и с галоидным пиррилмагнием, но отличием этих реакций является
278ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯвступление заместителей при повышенной температуре не в а-, а в р-
положение индольного ядра. Объясняется это тем, что в индоле одна
из электронных я-пар пиррольного ядра принадлежит также и бензолу
и связана в бензольном ядре жестче, чем в пиррольном. Таким образом,
в пирроле и в индоле лабильная пара электронов связи азота с маг¬
нием вызывает разный эффект концентрации электронов:или .Ц)• N|1Mgl1Mgl|Mgl"и ©w."- Оф1Mgl1Mgl|MglЭлектрофильные замещения в самом индоле так же ограничены, как
и в пирроле (индол не выносит действия кислот), но те, что осуществ¬
ляются, ориентированы в p-положение, причем в некоторых случаях
описанный механизм находит наглядное подтверждение.Так, нитрозирование индола амилнитритом в щелочной среде прохо¬
дит по схеме:№>OC2Hs.КОНЕще одним примером электрофилыюго замещения в p-положение яв¬
ляется реакция Манниха:JJ + СН20 + NH(CH3)S
NH-CH2-N(CH3)2NHграминОбразующийся по реакции Манниха алкалоид грамин служит ис¬
ходным веществом в синтезе незаменимой белковой аминокислоты —
триптофана:COORJ CH2N(CHS)2 jvjaC—NHCOCH3NHCOORCOORI. JNH-CH2—C—NHCOCH3
ICOORH ; H20; NH(CH3)2
—C02; —2ROHЧЛJNH-сн2сн:COOHNH,триптофанПри гниении белков из триптофана образуются триптамин и р-ме-
тилиндол (скатол). Скатол — вещество отвратительного запаха, об-
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ279условливающее запах испражнений.j CH2CH2NH2		J СНзNH	NHтриптамин	скатолВ мексиканских грибах семейства Psitocybe находится производное
4-оксииндола — псилоцибинHOsCH2CH2N(CH3)2относящийся к числу так называемых психомиметических веществ. При
приеме внутрь ~ 10 мг человек впадает в состояние, похожее на сон, и
у него возникают цветные галлюцинации, чем издавна пользовалось
древнее население Мексики при своих религиозных и ритуальных об¬
рядах.Для синтеза 4-оксизамещенпых индолов удобен способ А. Н. Коста, в котором
исходят из 1,3-циклогександиона (дигидрорезоршша). Ниже приведены два варианта
этого способа:R'NHjЧ" >СН—С—0C2Hs/IIN1ООо*	►6OKJ11	—Ун^-ос h6 ч^н^с-ос,н.6	0Изомером псилоцибина (по фенолу) является 5-окси-1^-диметилтрип-
тамин, изолированный Виландом из ядовитых кожных выделений жаб.Производным 5-оксииндола является также серотонин (5-окситрип-
тамин) — гормон, регулирующий кровяное давление и приток крови
280ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯчерез почки и связанный с нормальной деятельностью мозга. Наруше¬
ние его концентрации в мозгу ведет к шизофрении.H°V	H°vf J	п—CH2CH2N(CH3)2	ГУ	й—ch2ch2nh2l	ЧА J	ЧА }NH	NH5-окси-М,Ы-диметилтриптамян	5-окситриптамии (серотонин)Производные индола с гидроксилом в положении 5 удобно синтези¬
ровать методом Неницеску, широко разработанным А. П. Терентьевым
и А. Н. Гриневым и заключающимся во взаимодействии /г-бензохинона
с 1,3-дикетоном и аммиаком или амином:ОR'К ряду индола относятся и многие алкалоиды, которые рассматри¬
ваются в специальном разделе второй части книги.ИНДИГОВ соке тропических растений вида Indigofera, возделывавшегося в Ев¬
ропе растения вайда, содержится индикан, представляющий собой гли-
козид индоксила. При вымачивании этих растений в воде индикан пе¬
реходит в водный раствор и гидролизуется до индоксила, который окис¬
ляется кислородом воздуха в индиго, выпадающее в осадок в виде си¬
них хлопьев. Индиго с незапамятных времен применялось как краси¬
тель. Для окраски тканей его восстанавливают в «белое индиго», рас¬
творимое в слабой щелочи, проваривают ткань и дают окислиться на
воздухе в нерастворимое «синее индиго». Такой способ называется
кубовым крашением, и индиго относится к многочисленным кубовым
красителям (стр. 233 сл.).При сухой перегонке индиго получается анилин, а при окислении
азотной кислотой — изатин, который щелочью гидролизуется в о-ами-
нофенилглиоксиловую (изатиновую) кислоту. Изатин является лакта-
мом этой кислоты, как явствует из легкого замыкания изатиновой кис¬
лоты в изатин с потерей воды:О	ОII	IIЧс/> _„,о - С.irrVcх°н ■*	4.JL /с-оNH,	+"ЛизатинОтношение изатина к индолу и другим его оксопроизводным уста¬
навливается следующими реакциями:О	ОII	IIХС=0 Г У хс—он/	Ч/Ч /NH	Nизатин
(таутомерные формы)
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ281оочN\ РС15
ОН 	►Ч\ Zn; Н+
\С_С1 	.ОООсн-NHNОНА01С.\сн.%NHснч4sиндоксил
(таутомерные формы)Оrv VCH	Пг" VhNHОНNHиндолч\/NHс=оZn; Н+ч.сн/NHс=оNa; Hg; Н20
	>_чСН2/NH;с=оизатин	оксиндолОксопроизводным индола (точнее индолина) свойственна таутоме¬
рия, изображенная на приведенных выше схемах; изатину — лактим-
лактамная, индоксилу — кето-енольная. Индикан является гликозидом
именно енольной формы индоксила. Индоксил в щелочном растворе
окисляется кислородом воздуха в индиго, состав которого С^НюЫгОг;
две молекулы индоксила C8H7NO количественно образуют одну моле¬
кулу индиго, теряя в виде воды четыре водорода. Одна молекула индиго
окисляется HNO3 в две молекулы изатина C8H5NO2, утрачивая двойную
связь и присоединяя два атома кислорода. Отсюда, так же как из ряда
других соображений, следует установленная А. Байером формула ин¬
диго, которую в отличие от Байера мы напишем на основании новых
данных в транс-форме:ОНNa2S20402\NHС—С:ЧчNHОНбелое индиго (куб)-{-О2HN03—2И20оХчС=0 +о=с//NHч/NH\ОIIс.\NHчсн2 + О., + нгсNH\ОизатинОиндоксил
282ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПосле нескольких синтезов индиго, осуществленных А. Байером,
были разработаны два способа (Гейман), вошедших в промышленную
практику и позволивших производить индиго так дешево, что культи¬
вирование индигоносных растений прекратилось.и.Ч.+nh2оС—ONa\
сн2IС1оI-ОС—ONa
\
сн2
/NHфенилглицин
(натриевая соль)NaNH2
(ISO—200 °С)\./NHСН,ОНОNH2о+ сн2-с;А, NomNaOH
	>ОIIС—ONa>ИНДОКСИЛNaOH
	>-О^сн2-с;NH	4ONафенилглицинкарбоноаая кислота
(натриеаая соль)О>-<°/	'ONaNHн+^)сн—с^NHО\эн\/NHсн2 + согОба способа приводят к индоксилу, который затем окисляют в индиго.Чистое синтетическое индиго — темно-синий порошок, нераствори¬
мый в обычных растворителях, немного растворимый в нитробензоле;
плавится при 390 °С, образует красные пары. Синтетически получают
много иных индигоидных красителей (стр. 266). Древний пурпур — дра¬
гоценная в древности фиолетовая краска, выделявшаяся из моллюсков,
по исследованию Фридлендера оказался 6,6'-диброминдиго.ФталоцианиныХимики английского концерна ICI в 1928 г. сделали наблюдения, что
при изготовлении фтальимида из фталевого ангидрида и аммиака в мед¬
ной посуде получается продукт, загрязненный синим веществом. Иссле¬
дуя его, Линстед нашел, что это же вещество можно получить, нагревая
о-фталонитрил с медными солями, и установил строение нового краси¬
теля — фталоцианина меди, нашедшего широкое применение (в печати,
окраске машин, синтетического волокна и в научных исследованиях).
Фталоциаиин меди — ярко-синее вещество, возгоняющееся выше 550 °С,
т. е. обладающее выдающейся термической прочностью. Уже эта проч¬
ность и легкость образования указывают на ароматичность системы.
Действительно, фталоцианин меди имеет симметрическую структуру
тетрабензотетраазапорфина:NCCN.CNNC.+‘CNNC'NCCN
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ283Существуют фталоцианинные комплексы и других металлов, а также
фталоцианины с заместителями в ароматических ядрах, полученные
синтезом из замещенных фталонитрилов или последующим электро-
фильным замещением, например сульфированием. Медь из фталоциа-
нинного комплекса не удаляется ни кислотой, ни щелочью.КарбазолВ каменноугольной смоле во фракции, называемой антраценовым мас¬
лом, наряду с антраценом и фенантреном находится азотистый гетеро¬
цикл— дибензпнррол, или карбазол, который может быть отделен от
нейтральных углеводородов благодаря присущим ему слабокислым
свойствам, например способности образовывать металлические произ¬
водные. Строение карбазола доказывается образованием его при нагре¬
вании соли о.о'-диаминодифенила:€МЗ>+ NH4C1 +НС1\++/H3N NHj	NHCI' CI'карбазолКарбазол может быть получен также пропусканием дифениламина
через раскаленные трубки (ср. стр. 184, получение бифенила из бензола):<0 <0>-^0н0>NH	;NHЭто вещество больше похоже на дифениламин, чем на производные
пиррола, что и понятно, так как выигрыш энергии при ароматической
делокализации л-электронов по бензольным ядрам много выше, чем по
пиррольному ядру.Карбазол находит ограниченное применение в производстве серни¬
стых красителей и пластмасс на основе N-винилкарбазола. Последний
получают из ацетилена и карбазола под действием щелочи.ПЯТИЧЛЕННЫЕ ЦИКЛЫ С НЕСКОЛЬКИМИ
ОДИНАКОВЫМИ ГЕТЕРОАТОМАМИПиразолПиразол и его производные не найдены в природе. Сам пиразолНС	СН114	311115	2||HC\i/NNHа также его гомологи и производные могут быть получены следующими
реакциями.
284ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ1.	Присоединением жирных диазосоединений к	ацетиленам полу¬
чаются пиразолы. Та же реакция в применении к олефинам приводит
к дигидропиразолам — пиразолинам (Пехманн):СН2 СН2
СН II	НС	СН	СН2 II	н2с	СНh+f ) II L +Т	J. IIСН II НС\ /N 2 II	Н2С\ /NN NH N	NHпиразол	пиразолин2.	При действии гидразина или замещенного гидразина на а,р-непре-
дельные альдегиды или кетоны получаются пиразолины (образующиеся
сначала гидразоны претерпевают внутримолекулярное присоединение
к двойной связи). Пиразолины далее могут быть окислены в пиразолы:сн—cfII	+ч°СНз—СН NH2
/NH—RСН—СНII	IIСНз—СН N
/NH—R Jнс-н,с--снСНз—HC\ /N
N—R-СНCH3-CV /N
N—RДействие гидразинов на а,р-ацетиленовые оксосоединения прямо
дает пиразолы (Клайзен):с—с:
н/н+ Nd
nh2nh2с-сннН/nh2нс--сн]1 IIНСХ /N
NH3.	Самый старый способ синтеза, которым Кнорр и получил впер¬
вые гомологи пиразола, состоит в действии гидразина (или монозаме-щенного гидразина) на 1,3-диоксосоединения:СН2—C-R'I	IIR—С О NH2
>> /н,НС	С—R'J I'R—С\ /N
NHНС==С—R'R—С^ /NH
NИзомерное образовавшемуся И^'-замещенному пиразолу вещество
(формула справа), которое казалось бы должно было получиться при
этом синтезе, на деле тождественно с полученным по реакции заме¬
щенным пиразолом. В пиразоле не только не локализованы двойные
связи, как и должно быть в ароматическом соединении, но и протон
свободно перемещается от одного азота к другому.Как и пиррол, пиразол очень слабая кислота, дающая металлические
производные, например, с окисью серебра. Но в то же время наличие
второго атома азота (со свободной парой электронов, не занятой в аро¬
матической шестерке) сообщает ему свойства слабого основания — с
сильными кислотами он образует соли.
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ285Пиразол сульфируется олеумом, хлорируется и бромируется, нит¬
руется, меркурируется. Электрофильные замещения идут в положе¬
ние 4. Он очень устойчив не только к действию кислот, но и к окисле¬
нию. Как и в гомологах бензола, действием перманганата можно окис¬
лить в карбоксилы боковые цепи пиразола, не затрагивая гетероцикла.
При окислении N-фенилпиразола разрушается фенил и образуется пи¬
разол.Однако при действии сильных нуклеофилов пиразолы претерпевают
нитрильное расщепление по связи N—N (А. П. Кост, Н. И. Грандберг):НС—С-R	Гс—С—R"	С—С—RОН" + || |[ , —>- н2о + ^11 II , —>■ III II ,N С—R	1	N С—R	N С—RXN-R	R	Н—N—R + ОН"С—СН—RIII	■ IN -fr*N—RХлорпиразол обладает малоподвижным хлором; 4-аминопиразол, по¬
лученный восстановлением 4-нитропиразола, диазотируется.
Пиразолоны. При описании свойств ацетоуксусного эфира уже было
указано, что образование гидразона (например, фенилгидразона) сопро¬
вождается отщеплением сложноэфирного этоксила и замыканием в цикл
метилпиразолона (или, в случае фенилгидразина, N-фенилметилпира-
золона). Реакция эфиров р-оксокислот с гидразинами и служит про¬
стым, применяемым и в промышленности методом синтеза пиразолонов:СН.—С—СН,	СНз—С	СН2II	I	II IО	с=0	N с=0\ \H2N^ + ОС2Нб —	NH ОС2Н5 —— н =NH	С6Н5Iс6н6
сн3—с—сн? сн3—с	СН	^	|3 4|		у	I	|Nxj/C=0	N\/C-OHN	NI	Iсен6	с6н6Енольная форма пиразолонов имеет пиразольную структуру и по¬
тому ароматична.Реакции электрофильного замещения в пиразолонах-5 проходят в
положение 4. Йодистый метил атакует второй азот, образуя 1-фенил-
2,3-диметилпиразолон-5, в медицине называемый антипирином или фе-
низоном. Электрофильные замещения для этого соединения проходят
в то же четвертое положение; как и фенилметилпиразолон, он нитрози-
руется в нитрозосоединение, последнее восстанавливается в первичный
амин. При метилировании аминоантипирина образуется третичный
амин — диметиламиноантипирин (Кнорр) — широко распространенное
286ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯанальгетическое средство, известное под названиями пирамидона или
амидопирина:СНз—С	СН2 CH3I СНз—С ■ —- СН HNO2 СНз С-1- ■ С N=0 Zn. н+	►Ах^С=0	СНз—NN^0=0	CH3-N-^C=0<Lh6	с6н6	ieH6антипиринСН3СН3—С==С—NH2 ch,i CH3-C==C-N^II	~^ II СНаСН3—N\ /С=0	СНз—Nx /С=0NCgHg	С5Н5пирамидонЕще более сильный анальгетик (анальгин, или новальгин) полу¬
чается, если действовать на аминоантипирин бисульфитным соедине¬
нием формальдегида (ввести в первичную аминогруппу —СН2—S03Na),
а затем прометилировать амин в третичный:CHi—С==С—NH2 СН3—С=С—NH—CH2S03Na, СНз,II	II		►CH3-N\ /С=0	CH3-N\ /С=0N	ЫС*н6	ieH6сн3IСН3—С=С—N—CH2S03NaСН3—N\ /С=0
NLh*анальгииСам 1-фенил-3-метилпиразолон-5 вступает в реакции азосочетания
с арилдиазониями:СН3-С	СН2	+	СНз-С	СН—N=N—С6Н5|| I +C,HSN=N	—♦ || | + Н*N\ /Сж0	N\N	NI	ICoHg	С6Н6Реакция эта используется в промышленности, так как образую¬
щиеся азокрасигели очень светостойки.ОIIНО-С—С	CH-N=N-CeHJ—SOjHtn■ II INVC~QICeH4-S03H-rtтетразин (желтый кислотный азокраснтель)
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ287ИмидазолВ противоположность изомерному пиразолу имидазолНС	NII4 311||5 2||HC\i/CHNHв виде своих производных (аминокислоты гистидина, гистамина, алка¬
лоидов, пуриновых соединений) широко распространен в животном
и растительном мире и играет важную биологическую роль.Сам имидазол был впервые получен Дебю действием аммиака на
глиоксаль. Лучший результат получается, если к глиоксалю добавить
формальдегид и затем аммиак. Гомологи и производные имидазола по¬
лучаются из других 1,2-диоксосоедннений, альдегидов и аммиака:НС=0	NH3	НС	NI	+ 	II IIНС=0 ОНСН ~ЗН2° НС\ /СН
NH3	NHR—С=0	NH3	R—С	NI	+ 	► II IIr'_c=0 OHC—R" “3H2° R'—C\ /С—R"NH3	NHИмидазол выдерживает действие хромовой кислоты, но при окисле¬
нии перманганатом превращается в амид щавелевой кислоты. Озон
разрывает олефиновую связь и приводит к диацильному производному
амидина:N	С-о3+ h£o.Из этих реакций следует строение имидазольного кольца. Восста¬
новители на имидазол не действуют. Имидазол — довольно сильное
основание (сильнее пиридина), образующее с сильными кислотами твер¬
дые соли. В то же время он обладает и выраженными кислотными
свойствами за счет своей N—Н-связи, образуя металлические производ¬
ные, например, с гриньяровыми реактивами:N	СН	N	СН|| || +CH3MgBr —► || || +СН4НС\ /СН	НС\ /СН
NH NIMgBrЭти производные могут быть использованы для получения N-алкиль-
ных (действие RHal) или 2-С-алкилышх (то же, при нагревании) про¬
изводных. Вследствие кислотных свойств N—Н-группы N-метилимид-
азол может быть получен непосредственно действием диазометана на
имидазол. Оба азота имидазола и, следовательно, положения 4 и 5
равноценны. Водород имидазола свободно перемещается от N! к N3.
Таким образом, здесь имеется случай прототропии с большой скоростью
перемещения протона.
288ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯИмидазолы способны ко всем главным типам ароматических элек-
трофильных замещений — галоидированию, сульфированию, нитрова¬
нию (в положение 4 или, что то же самое, в положение 5).Поражает необычайно высокая температура кипения имидазола
(250°С): изомерный пиразол кипит при 187°С, пиррол при 130 °С. Это
было объяснено (В. Хюккель) ассоциацией через водородные связи
и подтверждено измерением расстояния N***N двух молекул имид¬
азола (равного 3 А). Подобного рода водородные связи играют огром¬
ную роль в нуклеиновых кислотах (см. раздел «Нуклеотиды и поли¬
нуклеотиды»).Одним из важных природных производных имидазола является ами¬
нокислота белков — гистидин, представляющий собой р-(4-имидазо-
лил)-аланин, или, что то же самое, р-(5-имидазолил)-аланин. Строение
гистидина ясно из синтеза:-0=с—0С2Н6N	СН1| ||	+Na-НС\^С—СН2С1С— NH—СО—СН„oJ>-ОС,НвЧ—I? 0=С-ОС,Н6II	I I н2о(н+)
НС\ Л—СН2—С—NH—со—сн3 	►/V.NH	|0=С—0С2Н6N	СН	о	^ || || jj'НС\ /С—СН2-СН—С—ОН + 2С2Н6ОН + СНзСООН + С02
NH	INH2При ферментативном разложении гистидин, как и другие а-амино-
кислоты, декарбоксилируется, превращаясь в гистамин:N	СН	о	N	СНhJ\ Ji-CHo—СН—С-ОН —> H<L Л—К /С—СН2—СН—С—ОН —> НС\ /С—СН2—сн2—nh2 + С02nh |	mNHjГистамин оказывает сильное физиологическое действие. Он уже
в малых концентрациях резко понижает кровяное давление и расширяет
капилляры, активизирует гладкую мускулатуру и, следовательно, уси¬
ливает перистальтику. Действию гистамина приписывают некоторые
аллергические недомогания — крапивницу и т. д. Существует множе¬
ство антигистаминных препаратов, снимающих гистаминный эффект.
Назовем один из них—-димедрол (С6Н5)2СН—О—СН2—СН2—N(CH3h-БиотиныИз конденсированных бигетероциклов следует назвать а и р-био¬
типы, относящиеся к витаминам (витамин Н). р-Биотин содержится в
малых количествах в растениях, в печени животных, в молоке и в
желтке яйца. Его отсутствие в пище нарушает обмен белков и жиров
в организме; замедляется рост, поражается дерматитом кожа.Биотины — вещества, необходимые для жизнедеятельности не только
животных, но и низших одноклеточных организмов. Суточная потреб¬
ность человека в биотинах равна 6—10 мкг.р-Биотин входит в состав ферментных систем, например а-декарбо-
ксилаз, осуществляющих декарбоксилирование щавелевоуксусной кис¬
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ289лоты в пировиноградную и щавелевоянтарной в а-кетоглутаровую,
а также обратную реакцию — введение карбоксила в кетонокислоты
(см. раздел «Ферменты»; кн. I, цикл Кребса, стр. 436).а-Биотин был выделен Кеглем в 1936 г. из яичного желтка (1,1 мг
биотина из 250 кг сухого желтка); р-биотин был выделен несколько
позднее Дю-Виньо из печени (и из молока).Молекулы биотинов имеют в бициклах по три асимметрических
атома углерода. Для обоих биотинов установлена цис-цис-цис-копфкту-
рация:ОIIСHi/ \нI*
н с-НоСS*1
■сн*1сн--сн-сн(сн3)2соонс*-биотинОIIс
/ \HN NH
I* *1
НС—СНн2с сн~(сн2)4-соомVф-биотинн-н/ со
^"<_нIh^ch^coohцис-цис-цис-кондрн-
гурация р-биотинаСтруктура р-биотина подтверждается следующими реакциями:НООС—(СН2)4-СООН| КМп04h2n nh2н2о(н+)ОIIСHisK Ххннс-■сннс--снН2С\ /СН—(СН2)4—СООН
SН2С\ /СН-
S-(СН2)4—СООНРасщепление
по ГофмануСООНТриазолыИзвестны триазолы вицинальный (1,2,3-триазол) и симметричный
;(1,3,4-триазол). Первый синтезируется взаимодействием азотистоводо¬
родной кислоты с ацетиленом, а его производные — взаимодействием
органических азидов с ацетиленами:НС N"	НС	N	R—С N"	R—С	NIII	+ II + —> II4 3||	III + II + —> II ||НС N	5 2	R'-C N	р'	A Jj/	HCV,/N	/	КNH	NH	NR"	ДРеакции этого типа позднее были названы Хьюсгеном 1,3-диполяр-
ными присоединениями (ср. стр. 257).В 1,2,3-триазолах протон свободно перемещается по всем трем
атомам азота, я-электроны делокализованы, пара р-электронов од¬
ного из азотов занята в ароматическом секстете, оба положения СН
эквивалентны. Соединение ароматично и весьма устойчиво. Имеетю Зак. 79
290ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯслабокислотные и одновременно слабоосновные свойства: дает соли как
с Ag+, так и с сильными кислотами.Вицинальный бензтриазол образуется в результате диазотирования
о-фенилендиамина и представляет собой внутреннее диазоаминосоеди-
неиие; реакция, однако, необратима в том смысле, что не происходит
обычного размыкания кислотой диазоаминосоединения в амин и соль
диазония;/NH2	NHI	vi	+ HN02 —> jQfT + 2H20 + HCI\nh2.hci1,3,4-Триазолы можно получить из симметричных диацилгидразинов
при действии аммиака или аминов:NH—NH	N	NR—С С—R + R'NH2 —v R-C\ /С-RО	оNIR'Триазольные циклы обоих типов выдерживают окисление, а боковые
цепи отгорают, превращаясь в карбоксильные группы.Наиболее известным производным 1,3,4-триазола является нитрон,
уксуснокислая соль которого служит в аналитической химии для осаж¬
дения нитрат-иона (нитрат нитрона в воде нерастворим). Нитрон по¬
лучают из трифениламиногуанидина и муравьиной кислоты;/1ШСеН5н-с^ + cdh5nh-n=c(	—*ХОН	\NHCeHaС6Н5—N	N	C0H5~N=N—V НС\ /С—N—С0Н5	НС\ /C=N—С6Н5N	NiQHs	<^н6Структура его ' биполярна (цвиттерион), а заряды, так же как и
л-электроны, рассредоточены.ТетразолТетразол синтезирован присоединением азотистоводородной кислоты
к синильной кислоте, а его производные — аналогичной реакцией из
нитрилов (Ганч):НС N+	НС	N111	+ II	—> |1 ||NN	d JiI	NH
НВ тётразоле протон перемещается по азотам. Тетразол — слабая
кислота, вполне устойчив к окислению, ароматичен, реакции электро-
фильного замещения проходят по СН-групие.
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫПри действии на аминогуанидии азотистой кислоты образуется ами-
нотетразол:HN—С—NH—NH2 + HN02INH2Г HN=C—NH—NH.,
J+N=NH2N-C	NII II/NNHЭто вещество диазотируется, образуя крайне взрывчатые даже в
водном растворе тетразолдиазонневые соли:H2N—С	N hno2- HCi N^N~C	NII	II	-а II |+2и>°N\ /N	N\ /NNH	NHДиазониевые соли вступают в реакции азосочетания.ПентазолПентазол, конечно, уже не может быть отнесен к гетероциклическим соединениям,
В последние годы были получены органические производные пентазола. Так, фенилпен~
тазол образуется при соединении азид-иона с катионом фенилдиазония:,N=NC„H6-ft=N+Nr —* C6H6-N^ |XN=NЭто вещество устойчиво при температурах ниже —70 °С (Хыосген).ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ РАЗНЫМИ
ГЕТЕРОАТОМАМИМы рассмотрим вкратце только важнейшие гетероциклы этого рода
НС	СН	НС	N	,НС	NII	II	II II	1| IIНС\ /М	НС\ /СН НСХ /СМО	О Sизоксазол	оксазол тиазолИзоксазолИзоксазол можно получить, действуя гидроксиламином на пропаргило-
вый альдегид:/Н	нс—снHC=C-C^ + NH2—ОН —► fs |
х0	HC\i/NоЭто слабое основание, по запаху напоминающее пиридин. Он обла¬
дает выраженными ароматическими свойствами; значительно менее
склонен подвергаться электрофильным атакам, чем фурап. Ярко выра¬
женные ароматические свойства изоксазола исследованы II. К. Кочет¬
ковым. Им синтезирован циклосерин — антибиотик ряда изоксазолидина
(полностью гидрированного изоксазола), представляющий собой 4-ами-
но-3-изоксазолидонH2N—СН—С=0I	IН2С\ /NHОцнклосериа10*
292ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯОксазолыОбщим методом синтеза оксазолов служит конденсация а-бромкетонов
с амидами кислот. Конденсацией бромиировиноградной кислоты с форм-
амидом может быть получена оксазол-4-карбоновая кислота, а ее де-
карбокснлированием — оксазол:НОч	НО.С—С—ОН NH	;с-с	N	НС	N0# II + II	—> О^ II ||		-V I' 3||СН С—Н	НСХ /СН	-~L°2 1г> 2||\ /	О	НС\1/СНВг ОН	оенол бромвиио-
градной кислотыj!	оксазолnh2
I -о=с—нОксазол — жидкость пиридинового запаха, с т. кип. 69—70 °С, об¬
ладающая свойствами слабого основания.Другой путь синтеза оксазолов заключается в действии пятихлори¬
стого фосфора на ациламинокислоты:R—С—NH—СН—R'	N	С—R' рг,II	I *=* II IIО С	R—Сх /С—ОС2Н5/ \	НО ОНО ОС2НвN	С—R'—> |[ ||	+РОС13 + НС1R-Cx /С-ОС2Н6ООксазолы менее других азотсодержащих циклов устойчивы к дей¬
ствию кислот и к окислению. Они ароматичны, хотя с этой стороны
мало исследованы.ТиазолТиазоловый цикл замыкается реакцией, аналогичной первой из описан¬
ных реакций получения оксазолов. а-Галоидзамещенные оксосоедине-
ния вводят в реакцию с тиоамидами кислот. Таким путем из хлор-
ацетальдегида и тиоформамида получается сам тиазол
НС—ОН	NH	НС	NII	+ II	||4 3||СН	СН	||5 2||\	/	HG4.I/CHCl	SH	Sfl fl
н-с=о nh2I	IC1H2C	S—с—на из хлорацетальдегида и тиомочевины— 2-аминотиазол:НС-ОН NH	НС	NII+II — II IIСН	C-NH2 НС^ /C-NH2SCl SH
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ293Тиазол — жидкость с запахом и температурой кипения пиридина
и вообще так же близко напоминающая пиридин, как тиофен — бензол.
Тиазол очень устойчив к окислению, выдерживает действие перманга¬
ната и горячей концентрированной азотной кислоты. Он нитруется в
жестких условиях в положение 5, следовательно, ему присуща совме¬
щенная ориентация— тиофена (а-положение к сере) и пиридина (р-по-
ложение к азоту), но ядро сильно дезактивировано. В положение 5
проходит и сульфирование (200°С, олеум). Электрофильные замещения
даже для метилтиазолов (случай, который лучше исследован) проте¬
кают в жестких условиях и с трудом; замещение идет в положение 5,
если оно свободно, и в положение 4, если в положении 5 находится
метил.Тиазол настолько похож на пиридин, что при 150 °С аминируется
амидом натрия в положение 4. Подобно пиридину, он представляет со¬
бой умеренное по силе основание.При действии галоидных алкилов образуются тиазолиниевые соли,
которые можно получить и замыканием Ы-алкил-(или арил-)тиоамидов
с а-хлороксосоединениями:N	г,— N—R ГSН—С—ОН	N—R	НС	N—R СГII	+ || -> || ||СН	СН	НС\ /СН\	/	SCl	SHенол хлорацет- тиольная форма
альдегида	R-тиоформамидаИз упомянутого выше 2-аминотиазола готовят важный сульфамид¬
ный препарат сульфатиазол:V A	V А ^Большое значение имеют производные бензотиазола. Меркаптобен-
зотиазол (называемый в технике каптаксом) применяется как ускори¬
тель вулканизации каучука. Его готовят нагреванием анилина с серой
и сероуглеродом:.nh, cs2+ —И II ?—SH + H2SS	чSПодобно а-замещенным хинолинам, 2-метилбензотиазолиодалкилаты
используются для синтеза цианиновых красителей (в этом случае тио-
цианиновых), служащих сенсибилизаторами фотопленок к красным и
ин’фракрасным лучам. Простейший пример синтеза такого рода краси¬
теля демонстрирует легкую протонизируемость водородов метальной
группы 2-метилбензотиазола, подобную подвижности водорода а- и
Y-метильных групп пиридина и хинолина:
294ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯРазумеется, левая и правая половины молекулы здесь совершенно
симметричны, положительный заряд рассредоточен между обоими азо-
тами, а я-связи полиметиновой цепи делокализованы.Основные исследования по цианиновым красителям в СССР при¬
надлежат школе А. И. Киприанова и И. И. Левкоеву. Как видно из
предыдущей формулы, красители этого типа представляют собой
сплошную систему сопряжения я-электронов. Поэтому нарушение со¬
пряжения, например, выводом части молекулы из плоскости вследствие
пространственных препятствий, неизбежно должно вызвать гипсохром-
ный сдвиг поглощения (стр. 97). Напротив, введение в сопряженную
систему ауксохромной группы, например Ы(СНз)2, вызовет батохром-
ный сдвиг.В табл. 75 приведены данные А. И. Киприанова о сдвиге области
поглощения при варьировании заместителей в тиоцианиновых краси¬
телях. В красителе IV две диметиламиногруппы (R') играют роль аук-
сохромов, дающих батохромный сдвиг сравнительно с красителем I.
Однако, если в орто-положение к этим диметиламиногруппам ввести
метилы (R) и несколько вывести тем самым диметиламиногруппы из
плоскости сопряжения (краситель V), батохромный сдвиг уменьшится.
В красителе VI о-грег-бутильные группы полностью выводят диметил¬
аминогруппы из плоскости, и батохромное влияние диметиламинных
ауксохромов совершенно исчезает (максимум поглощения у красите¬
лей III и VI почти совпадает).Таблица 75. Влияние заместителей на сдвиг максимума поглощении в цианииовом
красителе+КрасителиRR'R"^макс.1 ^E.10-*IннC2H5Б56016.5IIСНзнC2H6Б63014,6IIIС(СН3)3нCH3563014,9IVIIN(CH3)2C2HS60808,2Vсн,N(CH3)2CH3Б75010,1VIС(СН3)3N(CH3)2CH3Б70014,1VIIнNH(CH3)c*HsБ58015.4Инвалидизация ауксохрома может быть достигнута, как всегда, не
только пространственными факторами, но и связыванием свободной
пары электронов ионом водорода (солеобразованием, как в случае
красителя VII).К производным бензотиазола относится также группа важных сер¬
нистых красителей типа примулина, прочных к свету и стирке, имею¬
щих цвета от желтого до коричневого и черного. В процессе их полу¬
чения в качестве первой фазы протекает непосредственное «сульфиди-
рование» ароматического амина серой:СН3—(£))—NH2 + s —> СН3—NHa^SH
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ295Полученный амнномеркаптан окисляется серой в смеси с л-толуиди-
ном при повышенной температуре в производное бензотиазола:СН3——NH2 + CH3—^\,и	\sJUV'SH	—NHaПри еще более высокой температуре (>100°С) процесс повторяется
с образовавшимся гетероциклическим амином, нарастают новые бензо-
тиазольные ядра и получаются структуры следующего типа:СНз—^У—N—\	И Т. д.S-NH2Такие примулииы используются как непосредственно, так и путем их
диазотирования и азосочетания на ткани. (О сернистых красителях
см. также стр. 149.)Любопытно производное бензотиазола люциферин, окисление кото¬
рого обусловливает свечение светлячков.II	ОN N i II
-	/'С-С-ОН, _ ,	\ -СП,НО ^ S SNГ	с,0-люциферинК тиазолиниевым солям относится также витамин Bj (аневрин),
сведения о котором даны при рассмотрении пиримидина (стр. 320),-по¬
скольку его молекула включает и пиримидиновый цикл.Производными тиазолидина (т. е. тетрагидротиазола) является
группа антибиотиков пенициллинов, открытие которых в годы второй
мировой войны ознаменовало вступление медицины в эпоху антибио¬
тиков и победу человека над бактериальными болезнями. Известно пять
пенициллинов, которые близки по антибиотическому действию и отли¬
чаются друг от друга ацилирующим аминогруппу ацилом: СбНбСНгСО—
в бензилпенициллине, л-НОСб^СНгСО— в окснбензилпенициллине,
п-СгНцСО — в амилпенициллине, СНзСН2СН = СНСН2СО— в пентенил-
пенициллине и С7Н15СО — в гептилпенициллине. Эта группа антибиоти¬
ков была открыта Флемингом и Флори, а строение установлено хими¬
ками Оксфордского университета под руководством Р. Робинсона и
рентгенографически уточнено Дороти Ходжкин-Кроуфут. Самым труд¬
ным оказалось установление наличия в пенициллине необычайно ла¬
бильного и легко изомеризующегося р-лактамиого цикла. На стр. 325
приведены реакции, доказывающие структуру бензилпенициллина —
наиболее обычного из этих антибиотиков.В результате щелочного гидролиза раскрывается один из гетероцик¬
лов (именно азотистый) бицикла бензилпенициллина, а меркуролиз
сулемой (атака по связи S—С) разрывает второй сульфидный цикл
и приводит к образованию двух осколков — пенальдовой кислоты и
пеницилламина, содержащего первичную аминогруппу, тиольную и
карбоксильную группы при изобутановом скелете. Пеиальдовая кис¬
лота— это а-фенилацетиламиномалоновый полуальдегид. Малоновое
296ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯрасположение карбоксила и альдегидной группы следует из легкого де-
карбоксилирования пенальдовой кислоты уже в растворе с превраще¬
нием в фенилацетилглицин. То обстоятельство, что пеницилламин и
пенальдовая кислота представляют собой действительно два фрагмента
пенициллоиновой кислоты, образовавшиеся без глубоких нарушений
структуры, доказывается ресинтезом пенициллоиновой кислоты из этих
половинок (пенальдовая кислота взята в виде эфира).Пенициллин, гидролизующийся в пенициллоиновую кислоту, по со¬
ставу отличается от последней тем, что в нем меньше на молекулу воды
и только один свободный карбоксил (вместо двух, имеющихся в кис¬
лоте). Как замыкается при потере воды карбоксил и какой именно из
двух?Ответим сначала на вопрос, какой карбоксил? При действии на пе¬
нициллин амином происходит аминолиз с внедрением в молекулу (вме¬
сто воды) амина и образованием амида кислоты за счет одного из
карбоксилов. Это тот карбоксил, который при нагревании пенициллои¬
новой кислоты теряется в виде СОг, причем образуется пениллоиновая
кислота.Доказательство структуры бензи лпеници лл ина0;ЧС—СН—N	С=0НО/о(СН3)2Сч, /СН—СН—nhcch2c6h6St°-со2бензнлпеннциллинОН“°\^С-СН—NH О/НО/ | | |ХОН
(СН3)2С\ /СН—СН—NHCCHjCoHbS	IIопеницнллоиновая кислотаОччноС—CH--NH(СН3)2С\ /СН—сн2— NHCCH2C0HsS	IIОпеииллошювая кислотаО.О.VНцС12ОН20;4gC/2ХС—СН—NH2
НО^ |(СН3)2СIS—HgClС—СН—NH С'но/ | | |хон
(СН3),С СН=С— N1 !ССН2С6Н5IIS—HgCl	оо+ Оч.WH2S°>но/очн/с\|\он-сн—nhcch2c6h5Апенальдовая кислота
|_с°2
с—сн2—nhcch2c6h5(СНз)2С—SHпеиицилламииАфенилацетилглицин
ПЯТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ297Ре синтез пенициллоиновой кислоты
°Ч)С—СМ—кн2	с^но/ |	+ нх I хос,н5(СН3),С	'С—СН—NHCCHjCeHs —^\	о^	IISH	о°Ч^С—СН— NH С—► по/ | | (хос2н5(CH3)2CV /СН—сн—NHCCH2C6HbS	IIоВ пеииллоиновой кислоте сохранился карбоксил, связанный с ти-
азолидиновым кольцом, что может быть доказано меркуролизом ее су¬
лемой (аналогично меркуролизу пенициллоиновой кислоты при этом
образуется пеницилламин). Значит, в молекуле пенициллина замкнут во
второй цикл карбоксил боковой цепи пенициллоиновой кислоты, так как
иначе при гидролизе не вводилась бы молекула воды, а происходил бы
разрыв молекулы пенициллина на две части.Из двух наиболее вероятных структур бензилпенициллинаЧС—СН—N	С=0Н°/ | | J(СНз)2С\ /СН—СН—ШССНаС6Н6S	IIоII,С—СН—NH С	ОН°/ III I(СН3)2С\ /СН-СН—N=C—СН2С6НвSв пользу первой говорит отсутствие основных свойств у пенициллина.
Свободная группа NH в формуле II должна реагировать как основная
группа. Рентгеноструктурное исследование также подтвердило фор¬
мулу I. Мы не останавливаемся на сложной стереохимии пенициллина,
имеющего три асимметрических углерода. Она также выяснена хими¬
ческими и рентгеноструктурными исследованиями.Синтез пенициллоиновой кислоты, как указывалось, прост. Синтез
исходных для нее пеницилламина и пенальдовой кислоты также не
представляет затруднений. Однако весьма многочисленные попытки
замкнуть неустойчивый (З-лактамный цикл и перейти от пенициллоино¬
вой кислоты к пенициллину окончились неудачей. Вряд ли в истории
органической химии можно назвать другой пример затраты таких
огромных усилий ряда крупных исследователей, не приведших к успеху.
В 1948 г. Дю Виньо удалось синтезировать пенициллин лишь с малым
298ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯвыходом по следующей схеме;о	СГ	°°Ч +	II,С—CH-NH3 r„ п	С	ОНО7 |	+ СНз°Ч | |	(CgHtbNH^(СН3)2С	СН==С—N=C\	ISH	CH2C6HSг>	°	О°Ч	II	°Ч	I!;c-ch-nh С	О	V-CH—N	С О•> но/ I I I |	но/ I # I I II(СНз)2С СН=С—N=C		 (СНз)2С\ /СН-СП—NHC\	I	S	ISH	СН2С6Н5	СН2С6Н5ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ
ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ОДНИМ АТОМОМ АЗОТА
ПиридинРассмотрение шестичленных гетероциклов удобнее начать с простей¬
шего азотистого гетероцикла пиридина, обладающего ярко выражен¬
ными ароматическими свойствамиНС3 «СНII	* IНС- 6СНWNпиридинВ небольшом количестве пиридин и его гомологи содержатся в ка¬
менноугольной смоле, при перегонке попадают в фракцию легкого
масла, откуда их легко извлечь водным раствором кислоты, выделить
в свободном виде щслочыо и разогнать.Пиридин имеет сильный неприятный запах. Он кипит при 115°С;
плавится при — 38°С; смешивается с водой во всех отношениях; ди-
польныи момент 2,20 D; энергия резонанса 37 ккал/моль. Водный рас¬
твор его — щелочной, окрашивает лакмус в синий цвет; константа
основности Къ= 1,8-10-9. С более или менее сильными кислотами он
образует соли. Очень устойчив к окислению. Гомологи пиридина при
окислении хромовой смесыо образуют (подобно гомологам бензола) со¬
ответствующие ииридинкарбоновые кислоты.Строение пиридина явствует из следующих фактов. При восстанов¬
лении водородом в момент выделения (действуя натрием на спиртовой
раствор пиридина, А. Н. Вышнеградский) или над катализатором пири¬
дин превращается в пиперидин:СН2Na; СгН5ОН Н2С^ЛСНгI	* Iн2С\ /СН2
N	NHпиперидин
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ299Строение пиперидина доказывается	синтезом его путем нагревания
гидрохлорида пентаметилендиаминасн*	сн,Н,С^ ХСН, нагревание	H QS \сНI	I 	^	У I +NH4C1+HC1Н2СЧ СН2—NH3 СГ	Н2С\ /СН2NH3 СГ	NHа также деструкцией (исчерпывающим	метилированием) по Гофману:СН2	сн*	СН2ХГ.Н2	СРТЭГ^ НаС/ ХГ,Н2	AgOH Н2Г.^ ХГ,Н2Н2СХ /СН3	НгСх^СН,	H2CV+/CH2NH	N(CH3)3 г	N(CH3)2 ОН'нагревание	>—н2оСН2	СН2хГЛ снз! Н2г^ хпнг уН2С\ СН2
N(CH3)2сн2At;OH Hl<j jfHН2С\+ СН2
N(CH3)3 ГнагреваниеНоСч^ сн2N(CH3)3 ОН"СН2
НС."'' хснI	jf + N(CH3)3 + Н20
НгС СН2СН2=СН—СН=СН—СН,Гофмановская деструкция азотистых гетероциклов состоит в серии
последовательных метилирований иодистым метилом до стадии образо¬
вания четвертичной аммониевой соли, замене аниона иода на гидр¬
оксил и пиролизе аммониевого основания. При этом отщепляется вода
и образуется непредельный амин, а на последней стадии — триметил-
амин и диеновый или полненовый углеводород, имеющий ту же после¬
довательность связей углеродных атомов, что и в исходном гетероцикле
(последняя фаза — превращение 1,4-пентадиена в 1,3-пентадиен — вы¬
звана большей устойчивостью системы с сопряженными я-связями).
Метод применяется для установления последовательности С—-С-свя¬
зей в гетероцикле. В данном случае это — неразветвленная цепь из пяти
углеродных атомов. Подобным образом может быть установлено строе¬
ние и гомологов пиридина.Переходя в пиперидин (гексагидропиридин), пиридин присоединяет
шесть водородных атомов, следовательно, он имеет три двойные связи.
Ароматические свойства пиридина доказывают бензоидность этих свя¬
зей. Все это приводит для пиридина к формуле Кернера I или ее со¬
временному эквиваленту II. В символике резонанса строение пиридина
выразится рядом формул, подобных III:NINIINNN”	N"	N~IIIТри правые формулы III выражают оттягивание я-электронов
к азоту (сравнительно с СН-групиой в бензоле) и обеднение электро¬
нами (опять-таки сравнительно с бензолом) остальных звеньев гете¬
роцикла, что ярко проявляется в описанных ниже свойствах пиридина.
300ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯЯсное подтверждение такой структуры дает и действие оснований
на продукты N-присоединения к пиридину галоидных алкилов или ари¬
лов (Цинке) или веществ типа хлорангидридов, подобных хлорциану
или эфиру хлорсульфоновой кислоты. Азот пиридина располагает сво¬
бодной парой электронов и в связи с этим обладает основными свой¬
ствами. Поэтому он легко присоединяет, как все амины, йодистый ме¬
тил, а также упомянутые галоидпроизводные.Во всех подобных случаях получаются производные глутаконового
альдегида или его таутомерной енольной формы:Н\	/Н Н\	/И)с-сн=сн—сн2-с'	х-сн=сн-сн=с/
\анПри взаимодействии пиридина с эфиром хлорсульфоновой кислоты
и затем со щелочью образуется натриевый енолят глутаконового альде¬
гидаО СН
II (Г'Ч 2NaOH НС' ^СН
J + Cl-S-OC2H5 —* (I j 	^ Ч j/H + NH2S03Na + С2Н5ОНN	О	N+ СГ	^ТжаЧо0=S=0IОС2Н5при взаимодействии с галоидным алкилом и вслед за этим — с анили¬
ном получается енаминная форма дианила глутаконового альдегида:СН^ + «х ^ П 1С‘я'т\ Hf .Т +с,н,йн,х-V	Vx-	HCv.HCH-NC,H,R	RТакого рода размыкания пиридинового цикла применяются в син¬
тезе открытых систем с сопряженными двойными связями. Сами веще¬
ства типаRNHCH=CH—СН=СН—CH=NC6H5где R—СбНб или замещенный фенил, обычно 2,4-(N02hC6H3, являются
интенсивно окрашенными полиметиновыми красителями (см. также син¬
тез азулена по Циглеру, стр. 467).Направление реакции в сторону раскрытия цикла с образованием
производного глутаконового альдегида (направление а) или в сторону
отрыва цикла от RX (направление б) зависит от соотношения прочно¬
сти связей радикалов с азотом в полученной аммониевой (пиридиние-
вой) соли *4NJ
I X,R'	rJL~>- R—NH—СН=СН—С=С—C=NHR" X'S'NHo6	V УJ + R-N-R" X"N	H H*	Примененный способ написания заместителя R' означает возможность нахожде¬
ния его при любом ,(2, 3 или 4) углеродном атоме.
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ301Что касается радикалов R, то легкость отрыва их от азота и, следова¬
тельно, преобладание направления б убывает в ряду (М. И. Кабачник)з—CN > -S020“ > -S020R > C6H3(N02)2 > CeH2(N02)3 >> C10H5(NO2)2— > —COC6H5 > BrУсиление электронодонорных свойств заместителя R' в пиридиновом
ядре и перемещение его из |3- в у-положение уменьшает электрофильные
свойства а-углеродов и, значит, усиливает противодействие нуклео¬
фильной атаке размыкающего амина. В итоге преобладает отщепление
амином RX — направление б. Чем более сильным основанием является
атакующий амин, тем вероятнее направление а (А. Ф. Вомпе).Синтез пиридинового цикла. Рамзай (1877 г.) получил пиридин изме¬
ненным синтезом Бертло (стр. 17), пропуская смесь ацетилена с си¬
нильной кислотой через раскаленную трубку:Пропуская через бензол азот, возбужденный электромагнитным по¬
лем высокой частоты, Б. М. Михайлов констатировал образование пи¬
ридина. Атом азота в этом случае заместил группу СН.При всей наглядности этих синтезов они не имеют препаративного
значения и дают ничтожный выход продукта.Для подтверждения строения пиридинового цикла важен синтез
Ганча, первая стадия которого состоит во взаимодействии ацетоуксус-
ного эфира с альдегидом и аммиаком (берут альдегидаммиак) и при¬
водит к этиловому эфиру 2,4,6-триметил-1,4-дигидропиридин-3,5-дикар-
боновой кислоты. Образовавшийся эфир окисляют HN02, удаляя два
лишних водородных атома, что приводит к ароматической системе пи¬
ридина. Затем гидролизуют сложноэфирные группы и декарбоксили-
руют (ароматические карбоновые кислоты, как известно, легко теряют
карбоксилы при нагревании со щелочью). Так синтезируют 2,4,6-три-
метилпиридин — коллидин:СН
302ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯОкисляя его метилы в карбоксилы и снова декарбоксилируя, молено
прийти и к пиридину.При пропускании смеси альдегида RCH2CHO с аммиаком над
окисью алюминия при 400 °С получается смесь гомологов пиридина, об¬
разующаяся по схеме, сходной со схемой синтеза Ганча (А. Е. Ничи-
бабин, М. П. Опарина, П. А. Мошкин):СН2-IСНch2rR-CH: °	Н2С—RI	+	I —-* | + зн2о + н2
НС	сн Ч J\	// NО	о
NH3ОIIснR//r-ch2СН2+1R—СН2сн\/СНоIIоNH3RCH^+ зн2о + н2NТаким образом, этот синтез дает смесь изомеров, подлежащую раз¬
делению.По схеме, сходной с предыдущими, протекает и синтез диалкилпи-
ридинмонокарбоновых кислот из p-хлорвинилкетонов, ацетоуксусного
эфира и аммиака (А. Н. Несмеянов, Н. К. Кочетков):CHCI	О	о/	!1	^ с^НС + сн,-с-ос,н. _ |fYC40c,Hl"Л	CHl	R^n^h,о	оNH3При нагревании смеси нитрила и диенового углеводорода до 400 °С
гладко образуются замещенные пиридины (Янц и Мак-Келлог):СН/ \сн сн2	/ч,II	+	—>■ I JCH2 C-R к///	N КПиперидин (получаемый синтезом из пентаметилендиамина) при де¬
гидрогенизации над катализатором (металлы VIII группы) превра¬
щается в пиридин.Пиридин как ароматический гетероцикл. Реакции электрофильного за¬
мещения. Пиридин гораздо индифферентнее по отношению к электро-
фильным атакам, чем бензол и даже нитробензол. Лишь в жестких
условиях и с плохим выходом его удается пронитровать, просульфиро-
ЩЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫвать и пробромировать в p-положение. Схема показывает сходство
с замещением в нитробензоле:no2 no2no2Второй заместитель ввести этими реакциями уже совсем не удается.
Таким образом, азот пиридина вследствие своей большей электроотри¬
цательности, чем группа СН, сильно обедняет электронами углеводо¬
родную цепь цикла. К этому добавляется и то, что в кислых средах
(нитрование, сульфирование) пиридин превращается в соль, азот ста¬
новится аммониевым — положительно заряженным и потому еще более
электроноакцепторным и пассивирующим ядро к электрофильным ата¬
кам. Ден Хертог разработал метод преодоления этого ориентирующего
действия азота, окисляя пиридин перекисью водорода в N-окись пири¬
дина:ОN|NNQ1.
: о '•II:о:II:о:н:о:а6вгОкиси третичных аминов, например (CHe^N—О, обладают семипо-
+лярной связью N—О. В окиси пиридина, однако, в момент атаки элек-
трофильного реагента в а- или у"положение возможна перестройка
электронной системы по схемам, приведенным в трех формулах справа:
кислород примыкает двойной связью к азоту за счет перемещения одной
л-пары электронов к а- илн у'УглеР°ДУ> благодаря чему становится
возможным а- или у-электрофильное замещение. Так, нитрование с вы¬
ходом, близким к количественному, проходит в ^положение. Кислород
может быть затем удален восстановителями. Путем восстановления
■у-нитропиридина легко получить у-аминопиридин.Замечательным свойством N-окиси пиридина является ее способ¬
ность принимать и нуклеофильные атаки, подобные описанным ниже
для самого пиридина. Это объясняется тем, что вне электрофильной
атаки N-окись пиридина близка к структуре а, и се атом азота за счет
своего положительного заряда еще более способен оттягивать элек¬
троны, чем азот в пиридине. Это и проявляется при нуклеофильных
атаках в а- и у-положения.Нуклеофильные замещения в пиридине. Л. Е. Чичибабин и О. А. Зейде
нашли, что при нагревании пиридина примерно до 130 °С в растворе
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯксилола с амидом натрия образуется с хорошим выходом а-аминопири-
дин. С амидом калия получается также и у-изомер. Реакция представ¬
ляет собой типичную нуклеофильную атаку на ароматическое ядро:+ Na+ NH2 —> jfj + Na+ Н” —* Г J	+ н2N	V^NH,	N^NM.VaПри значительно более высокой температуре (~400°С) подобная
реакция происходит и между пиридином и твердым едким кали:+ К+ Н" —•> (j I + Н,N V0H	NАналогично, но в мягких условиях, на пиридин действуют такие еще
более сильные нуклеофилы, как металлоорганические соединения ще¬
лочных металлов:+ CsH5Li —v || j	+ Li+ Н"N	nОсобенно важной оказалась реакция аминирования по Чичибабину.
Множество сс-замещенных производных пиридина было получено этим
путем. Среди них отметим сульфамидный препарат сульфидин, имев¬
ший одно время большое применение в медицине:ОNH—1——NH,4Реакции боковых цепей гомологов (и производных) пиридина. Уже ука¬
зывалось, что при окислении, например, хромовой смесью или пер¬
манганатом боковые цепи пиридина (подобно бензольным) отгорают,
оставляя карбоксилы. Особенно важно получение этим способом (З-пи-
ридинкарбоновой (никотиновой) кислоты, которую готовят, окисляя
алкалоиды никотин или анабазин (см. раздел «Алкалоиды»), Подобным
образом из у-метилпиридина можно получить у-пиридинкарбоновую
(изоникотиновую) кислоту. О применении этих кислот см. ниже.Окисление метилпиридинов воздухом над пятиокисью ванадия при¬
водит к соответствующим альдегидам.Водороды а- и у-метильных групп метилпиридинов обладают повы¬
шенной протонизируемостью и похожи на водороды метальных групп
о- и л-нитротолуолов. Так, метилпиридины вступают в конденсацию кро¬
тонового типа с альдегидами, чем воспользовался Ладенбург в син¬
тезе одного из простейших алкалоидов — кониина (яд растения боли¬
голова, то же что цикута), представляющего собой м-пропилпиперидин:Н
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ305Конденсируя а-метилпиридин с формальдегидом и дегидратируя
образующийся р-(а-пиридил)-этанол, получают а-винилпиридин, при¬
меняемый для сополимеризации с бутадиеном при промышленном про¬
изводстве специальных видов каучука.Водород а-метилпиридина при действии алкиллития легко заме¬
щается на литий с образованием а-литийметилпиридина, который мо¬
жет быть использован для обычных металлоорганических синтезов (на¬
помним, что в толуоле водород метильной группы замещается лишь при
металлировании алкилнатрием, но не алкиллитием):Протонизируемость метилов еще более облегчается в галоидметила-
тах гомологов пиридина, которые нитрозируются, превращаясь в
оксимы соответствующих альдегидов (кн. I, стр. 136) 5Оксипиридины и аминопиридиныОкси- и аминопиридины (а- и у-) синтезируют путем описанного только
что прямого нуклеофильного замещения пиридина или посредством
электрофильного замещения N-окиси пиридина. p-Производные полу¬
чают через р-сульфо- и p-нитропроизводные пиридина, которые синте¬
зируют прямым электрофильным замещением или гофмановской де¬
струкцией (NaOCl) амида никотиновой кислоты в р-аминопиридин.р-Окси- и p-аминопроизводные пиридина резко отличаются от а- и
у-производных. Так, р-аминопроизводные более похожи на соответ¬
ствующие производные бензола. Например, в отличие от а- и у-амино-
пиридинов p-аминопиридин легко диазотируется; а- и у'оксипиридины
таутомерны соответствующим пиридонам:Аналогичная таутомерия (аминопиридин — пиридонимин) свой¬
ственна и аминопиридинам (А. Е. Чичибабин). В частности, последним
типом таутомерии объясняется образование многочисленных цикличе¬
ских производных из а-аминопиридина и бифункциональных соедине¬
ний, подобных малоновому эфиру и др.:-f- C4H9LiN+ C4Hia+ HONO —►;n<\ch2-noI X-СНз5nCX'CH=N-OHI x“CH3N Ncsh5o OC2H50=Сч /С=0
сн20=-C\сн2Положение таутомерного равновесия в случае замещения аминопи-
ридинов существенно зависит от заместителя в NHX. Например, в ряду
арилсульфаминопиридинов, как показали М. И. Кабачник, Т. А. Мастрю-
306ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯДкова, Ю. Н. Шейнкер и И. К. Кузнецова, в зависимости от характера
радикала R существенно изменяются кислотные свойства форм и ме¬
няется положение равновесия. Так, в 80%-ном водном диоксане при
R = п-Ы02 содержится 90% имидоформы II, а при R = n-N(CH3)2—
около 90% амидоформы I. Для этой системы осуществлено полное ко¬
личественное определение кислотности и положения таутомерного рав¬
новесия (спектроскопически и методом сг,р-анализа по Гамметту);N NH-S	^ ™TN-S -\J0	О1	IIа-Алкокеи- и легко доступный ■у-феноксипиридин гладко обмени¬
вают свою алкокси- (или фенокси-) группу с аминами, меркаптанами
и т. п., превращаясь в соответствующие Y'3aMeuteHHbie пиридины
(А. Ф, Вомпе):SR ОС6Н8 NHR
rnh2
	>NФизиологически активные вещества
с пиридиновым ядромРанее уже была упомянута p-пиридинкарбоновая, или никотиновая,
кислота. Ее амид—никотинамид — не что иное, как витамин РР, или
ниацин. Отсутствие или недостаток его в пище (суточная потребность
человека — от 0,03 до 0,05 мг) вызывает заболевание — пеллагру, более
распространенное в местах, где питаются почти исключительно полиро¬
ванным рисом. Дело в том, что никотинамид входит в состав некоторых
необходимых для жизнедеятельности ферментов, например, кодегидраз I
и II, которые выполняют функции катализатора дегидрогенизации —
гидрогенизации в соответствии со схемой (значение R см. стр. 698, раз¬
дел «Ферменты») зН Н/C-nh2	Х" /C-nh2(У 4 +*.~(Уа +Н-N*	NДнэтиламид никотиновой кислоты применяется как возбуждающее
сердечную деятельность средство под названием кордиамина. Производ¬
ные изоникотиновой кислоты — изоникотингидразид и фтивазид приме¬
няются как антитуберкулезные препараты.СО—NH—NH26
Nизоникотингидразидфтивазяд
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ307Важны производные пиридина — алкалоиды никотин, его изомер
анабазин и никотирин (см. стр. 620, раздел «Алкалоиды»).4-Амино-3,5,6-трихлорпиридин-2-карбоновая кислота является одним
из сильнейших гербицидов: 2 г этой кислоты способны уничтожить рас-
тительность на площади в 1 га.Витамины группы Вб, первоначально принятые за одно вещество—*
пиридоксин, оказались смесью трех веществ — пиридоксаля I, пиридок»
сола II и пиридоксамина III (последний был выделен из риса в 1939 г«
Одаке);н—с=о	сн2он	ch,nh2Эти витамины входят в структуру ферментов, регулирующих белко¬
вый обмен и катализирующих, в частности, реакции переаминирования
аминокислот и их декарбоксилирования.Для примера рассмотрим установление строения пиридоксола
СвНцОзЫ, выполненное Куном и др. Пиридоксол дает характерные ре¬
акции пиридинового цикла и имеет три активных водорода (по Цере-
витинову).При бензоилировании по Шоттену — Бауману пиридоксол образует
трибензоат, а с диазометаном дает только монометильное производное
(простой эфир фенола), т. е. два из трех подвижных водородов принад¬
лежат не фенольным, а спиртовым гидроксилам боковых цепей, не ме¬
тилирующимся диазометаном. Цепи эти могут иметь только по одному
углероду, т. е. обе группировки должны быть метилольными (СН2ОН),
поскольку из восьми углеродов пять входят в пиридиновый цикл, а один
в метальную группу (наличие ее доказано окислением). Все эти сооб¬
ражения подтверждаются тем, что кислоты, образующиеся при окис¬
лении пиридоксола, сохраняют число углеродных атомов исходного
соединения. Упомянутый выше монометиловый (по фенольному гидро¬
ксилу) эфир можно последовательно окислить: в лактон V, дикарбоно-
вую кислоту VI и в трикарбоновую кислоту VIII, причем метоксил со¬
храняется.Образование лактона V доказывает, что спиртовые группы несут
цепи, занимающие соседние позиции. То же доказывает замыкание двух¬
основной кислоты VI, получившейся после окисления лактона, в цикли¬
ческий ангидрид VII. Наконец, при энергичном окислении в щелочной
среде исчезает метил и образуется трехосновная кислота VIII, при на¬
гревании декарбоксилирующаяся в двухосновную кислоту, способную
давать ангидрид IX. Кислота VIII дает характерную для а-пиридинкар-
боновых кислот окраску с хлорным железом, которую двухосновная кис¬
лота, соответствующая ангидриду IX, не дает. Следовательно: а) метил,
окислившийся в карбоксил и затем удаленный, занимал а-положе-
ние, б) два других карбоксила, расположенных рядом, занимают не
a-положения, а находятся в положениях р- и у-. Фенольная оксигруппа
пиридоксола занимает другое (З-положсние, что было установлено на
основании аналогии УФ-спектров пиридоксола и p-оксипиридина. Окон¬
чательно вопрос о расположении групп был решен синтезом кис¬
лоты VIII.
308ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯСН2ОН	СН2ОН Н2С—о
НО, 1 ^СН.ОН ^ CH.O^i^CH.OH ^ СН.О, 1 J-OН.С'' /	Н>с N И>С' NИ	IV VО ОН	О ОН\ /	\ /о—с—о с	с
II	I /он	I /он
снао. 1 /С=о сн/х L х; ь:си,о. L jz(— шч YY ч° ' YV ч°-н2о	НзСN	0^С N	“3^' NIX	VIII	VI|~н2о
0=с	оС Н зОч^/!^/С=0Д?VIIРазработано множество методов синтеза витаминов группы В6, в
частности пиридоксола. Все они достаточно сложны. Приведем один из
них:СН2ОС2Н5	СН2ОС2Н5С=0	C=N	-1 ^C=N hno3;^	А/	(сн3со)2о^т%0//сн21+ сн2\1с1с/ \/ \СНз оh2n Осн2ос2н51O^V/L /CshN-—>*Т 1 1н сН3с NH иСН2ОС2Н|РС1Б> °2МууС^Ы H2/PdCH2OC2Hs	CH2OC2H5	CH2OHh2n^ X/CH2NH2 нып„ HOvJ^/CH2OH НС! НО^Х/СН2ОННзС- NМ. М. Шемякин и А. Е. Браунштейн разработали теорию катализа
аминокислотных превращений пиридоксальсодержащими ферментами.
Пиридоксаль, этерифицированный по спиртовому гидроксилу фосфорной
кислотой, ею же привязан к специфической белковой молекуле (апофер-
менту). С аминокислотой альдегидная функция образует шиффово осно¬
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ309вание — азометин (белковый апофермент обозначен буквой А):он - АIСН20—Р—ОН	оI	II	с^/Г~\ °	|\онN; ')—С=0 +H'2N-CH —>И к кН3С онОН•А	ОН•АI	IСН20—Р—ОН „о	СН20—Р-ОН Уок	I II с0 |\0Н	Л 0 |\онN, /—C=N—СН	HN' ^=С—М=С/ \ н R
Н3С он	н3с ОНВ таутомерной форме б аминокислотная часть молекулы становится
похожей на остаток а-кетокислоты типа, например, пировиноградной.
В ней имеется очень реакционноспособная группа —N = C(R)—СООН,
способная обмениваться с другими кетокислотами и легко гидролизуе¬
мая с отщеплением аминокислоты:ОН-АОН-АСН80—Р—ОН .оII° I^OH
HN =C—N=CН3С0=!>НI?'ОНнОН-АIСНоО—Р—ОНNK iН3С онАс=оо|Ndh
+ h2n-~ch
IR'сн2о—P—ОН ОIIо :\I ХОН
=С—N=CОо+ HN=CIR'|\он+ о=с
IRчонТаким образом, осуществляется превращение кетокислоты в амино¬
кислоту, а также превращение одной аминокислоты в другую (переами-
нирование). Кроме того, через таутомерную форму б легко может осу¬
ществляться и реакция декарбоксилирования а-кетокислот (а также
310ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯа-аминокислот), например декарбоксилирование пировиноградной кис¬
лоты в ацетальдегид/НСНз~С—СООН —► сн3—с +со311	Ч>ои ряд других превращений, не затрагивающих функциональные группы
в радикале R аминокислоты, если они имеются.Хинолин и его производныеХинолин (2,3-бензопиридин) получают известным синтезом Скраупа, со¬
стоящим в нагревании анилина с глицерином, серной кислотой и нитро¬
бензолом в качестве окислителя. Глицерин с серной кислотой образует
акролеин, который и присоединяет анилин, а полученный р-фенилами-
нопропионовый альдегид (при участии окислителя, снимающего из¬
лишние атомы водорода) замыкается в хинолин;СНг(ОН)—СН(ОН)—СНг(ОН) —~гг-> СНа=СН—С;0=СН°=счн	^ Ч:н2+ ^НNH,^СН2 -Н2О; —4Н£н,	шя4J iL\ ^28N1ХИНОЛИНПрименение замещенных в ядре анилинов дает замещенные в бен¬
зольном цикле хинолины. Если глицерин заменить ацетальдегидом (или
его тримером — паральдегидом), то через промежуточную стадию при¬
соединения анилина к образовавшемуся в результате конденсации кро¬
тоновому альдегиду получается а-метилхинолин— так называемый хин-
альдин (синтез Дебнера — Миллера) зсн	сн
/ \	\сн
о сн	/V. Vs-NH+ СН-СНз '	^СН-СН, HjO; 4НNHВ этом случае нитробензол не нужен, так как альдегид сам служит
окислителем (акцептором водорода).Оба способа при использовании разных аминов и альдегидов дают
возможность синтезировать многочисленные разнообразные производ¬
ные хинолина, что находит применение в химико-фармацевтической и
анилинокрасочной промышленности.Доказательство структуры хинолина как 2,3-бензопиридина или, что
то же самое, 1-азанафталина сводится к окислению его в хинолиновую
кислоту — аза-аналог фталевой кислоты:4 5Ш5 Н2Сг2Ог' 	*N 8	N1ОIIС—ОН
С—он
&
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ311Синтез из анилина также ясно доказывает а,р-бензопиридиновое
строение хинолина.Хинолиновая кислота может быть декарбоксилирована в пиридин.
Орто-положение ее карбоксилов явствует из образования ангидрида,
аналогичного фталевому. Интересно, что пиридиновое ядро оказывается
при окислении более прочным, чем бензольное.Хинолин — мало растворимая в воде жидкость с неприятным запа¬
хом, кипящая при 338°С. Он еще более слабое основание, чем пиридин,
однако с сильными кислотами образует соли и с иодистым метилом —
иодметилат хинолина:Электрофильные замещения (нитрование, сульфирование) проходят
в хинолине труднее, чем в бензоле, и по преимуществу в бензольное
ядро, в положения 5 и 8; бромирование в жестких условиях (180 °С)
идет в положение 3.Сульфируя хинолин, получают 8-хинолинсульфокислоту, а из нее
щелочным плавлением 8-оксихинолин (оксин):S03H	ОНЭто вещество нашло широкое применение в аналитической химии
вследствие своей выдающейся способности образовывать оксинаты, не¬
растворимые внутрикомплексные соли (хелаты), за счет участия сво-
бодной пары электронов азота.Как пример приводим хелатный оксинат магния с двумя молекулами
комплексно связанной воды;8-Оксихинолин и его сульфокислота находят применение как дезин¬
фицирующие средства (хиназол), 5-хлор-7-иод-8-оксихинолин (энтеро-
септол) применяется для борьбы с кишечными заболеваниями. Он столь
полно связывает ионный кобальт (но не кобальт кобаламина — вита¬
мина Вде), что жизнь бактерий становится невозможной.Нуклеофильные атаки направляются в пиридиновое ядро (в а- и
у-положения). Так можно получить а-аминохинолин и а-оксихинолин
(карбостирил), по свойствам, в частности по таутомерии, подобные
своим пиридиновым аналогам.
312ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПри восстановлении по А. Н. Вышнеградскому хинолин образует
тетрагидрохинолинСН2С2Н5ОН; Na	Nab/СН2N	NHобладающий свойствами вторичного ароматического амина.Среди природных производных хинолина следует назвать алкалоиды
хинин и цинхолин (см. стр. 640, раздел «Алкалоиды»), Многие получае¬
мые синтезом производные хинолина применяются как лекарственные
вещества и красители.Из лекарственных веществ отметим синтезируемый из изатина и
ацетофенона по Фридлендеру атофан (цинхофен)ОС"\„ /
NHС-=0н2о(он~)—соонIс=осоонсн3o=i-c6Hr,NH,N^CbH5применяемый как противоартритное средство, примахин и плазмохин —
антималярийные средства, действующие на гаметы плазмодия малярии,
и анестетик — перкаин или совкаин.NNHCH3CH(CH2)3NH2примахинСН,ОчNNHCH3CH(CH2)3N(C2H5)2плазмохин0=C-NH(CH2)2N(C2H5)2дперкаин (совкаин)Особенно важны цианиновые красители, применяемые для сенсиби¬
лизации фотографических эмульсий к красным и инфракрасным лучам,
не действующим на бромистое серебро без сенсибилизации. Простейший
краситель этого типа—этиловый красный получают конденсацией
N-этилхинолона с иодэтилатом хинальдина (а-метилхинолина):С2Н5N-этнлхкнолонС2Н5 С2Н5этилоаый красныйN-Этилхинолон в свою очередь получают непосредственно в реак¬
ционной смеси, окисляя воздухом М-этил-а-окси-1,2-дигидрохинолин—
продукт действия щелочи на иодэтилат хинолина:
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ313Следует заметить, что в формуле этилового красного обе половины
(слева и справа от центральной группы СН) идентичны по расположе¬
нию атомов и разнятся лишь расположением электронов в системе со¬
пряженных я-связей. Аммониевый положительный заряд показан лишь
на одном правом атоме азота; на деле, как всегда в подобных случаях,
происходит мезомерное выравнивание, что можно выразить в разных
символиках так:Красители, поглощающие свет в еще более длинноволновой части
спектра, имеют сходную структуру, отличающуюся заменой централь¬
ной СН-группы на систему из п СН-групп, связанных сопряженной си¬
стемой я-связей:В этой системе также происходит мезомерное выравнивание положи¬
тельного заряда между обоими атомами азота по системе сопряженных
связей и, как следствие, сближение энергии первого возбужденного
состояния молекулы с основным состоянием.Область поглощения таких красителей удается точно рассчитать на
основании простейшей модели «ящика» (см. раздел «Небензоидные
ароматические системы», стр. 445).Акридин	'Акридин содержится в малом количестве в каменноугольной смоле
(в зеленом масле), где и открыт Гребе и Каро.При окислении акридин образует акридиновую — 2,3-бензопиридин-5,6-дикарбоновую кислоту:8 9 1м 4^10акридинАкридин плавится при 111°С; он имеет очень слабые основные
свойства.СООН
314ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПри действии серной или фосфорной кислот на N-фенилантранило-
вую кислоту замыкается цикл и образуется акридон:ОNHNHДействием PCI5 или РОС13 на акридон (на его таутомерную форму —9-оксиакридин) получают 9-хлоракридин. Восстановлением 9-хлоракри-
дина получается 9,10-дигидроакридин, который окисляется в акридин:О	ОН	С1л4НОкси- и аминопроизводные акридина — красители. Некоторые из них
оказывают сильное бактерицидное действие. Таковы желтый риванол
(этакридин), в виде водных растворов применяемый для дезинфекции
полости рта и т. п., и акрихин (атебрин)—средство борьбы с шизон-
тами (бесполая стадия) малярийного плазмодия.CH3CH(CH2)3N(C2H5)2ОС2Н5HSN-риванол (этакридии)Синтез акрихина:ОСН3акрихин (атебрин)H2NОСН,NH2
ОСН I3 СНзСН(СН2>зЖС2Н6)2
					 -CH3CH(CHS)3N(C2HB)2
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ315ИзохинолинИзохинолин (3,4-бензопиридии) —изомер хияолина. При окислении пер¬
манганатом он образует фталевую и 3,4-пиридиндикарбоновую (цинхо-
мероновую) кислоту, которая изомерна хинолиновой кислотетсмпп s^COOR НООО/\J2SV ОС + Жй^-'''ТЮОН ноосг'4'''чем доказывается наличие и относительное положение бенз- и пиридино¬
вого ядер. Изохинолин (т. пл. 24 °С, т. кип. 240 °С) —несколько более
сильное основание, чем хинолин. Гидрированные в пиридиновом ядре
ди- и тетрагидроизохинолины синтезируют из р-аминоэтилбензола двумя
следующими путями;СН2" хсн2
INH,СН,-f RCC!IIОRC:/г<Х /NH
СIRCJhN^H*/NHСН'<рн4 P;C\чСIR1°Rгде R = H, алкил или арил.Осторожно окисляя или дегидрируя эти гидроизохинолины, полу¬
чают сам изохинолин.Скелет изохинолина, обычно гидрированного, входит в структуру
ряда важных и сложно построенных алкалоидов — морфина, папаве¬
рина, алкалоидов кураре и др. (см. стр. 620, раздел «Алкалоиды»).ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ АТОМАМИ АЗОТА
(ДИАЗИНЫ)Возможны три структуры диазинов— 1,2-диазин, или пиридазин, 1,3-ди-
азин, или пиримидин, и 1,4-диазин, или пиразин:N1пиридазинN1пиримидинпиразинПервый из них — не что иное как азинмалеинового диальдегида и
может быть получен соответственно из этого диальдегида и гидразина.
316ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПиридазинПиридазин (т. пл. 6,4 °С, т. кип. 207 °С) — очень слабое основание, сла¬
бее пиридина, но все же сильнее пиримидина и пиразина. Рассчитана
энергия резонанса пиридазина, равная 22 ккал/моль. Электрофильным
замещениям пиридазин не поддается. Атомы хлора в хлорпиридазинах,
особенно в положениях 3 и 6, обладают такой же подвижностью, как
в «-нитрохлорбензоле. Диоксипиридазину (гидразиду малеиновой кис¬
лоты) более свойственны, однако, реакции в форме б.'0НH0 N	° NH	° NHJТак, метилирование диазометаном дает О-метильное производное
формы б.Пиридазиновый цикл очень устойчив к окислению. Тетрагидропирид-
азины можно получать диеновым синтезом;сн2 о	о/ 11	сн2 11СН N—С—OR НС' XN—С— OR Н2о(н+) j^N—СООН	^ ^-NHСИ + N-C-OR """ HJV Ji-c-OS	Cti-СООН^Мн%, А	iВ присутствии щелочи и платины тетрагидропиридазины разлагаются
с выделением азота и образованием циклобутана (Р, Я. Левина,
Ю. С. Шабаров)^Pt(oH“) СН2—-СН2I		* | | +N2Ч^-NH	СН2-СН2ПиримидинОчень важным гетероциклом является пиримидин. Пиримидиновые
структуры наряду с производными пурина (стр. 326) входят в состав
жизненно важных для любого организма нуклеиновых кислот, связан¬
ных с синтезом белка в клетках. Сам пиримидин (т. пл. 22 °С; т. кип.
124 °С; легко растворим в воде), удивительным образом не давая ще¬
лочной реакции, образует соли с сильными кислотами (с 1 экв). Его
можно синтезировать через барбитуровую кислоту (уреид малоновой
кислоты, или малонилмочевина), которая сама является важным произ¬
водным пиримидина:о	О	ОН/С—OR H2N4	/C-NHv	.C=N4н2с; + ;c=o —> н2< ;c=o ^ не; ;с-онxC-OR H2n/	\C—NH/	^C—Л	мочевина	1	Iо	о	OHбарбитуроваякислота
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ317Действие на барбитуровую кислоту пятихлористого фосфора дает2,4,6-трихлорпиримидин, при восстановлении которого иодистым водо¬
родом получается и сам пиримидин:ОН	С1А	IНСУ"	PC15	HIHO—C\ ^C-OH Cl/^l	^NпиримидинСпособность пиримидина к реакциям замещения довольно мало изу¬
чена. Можно, однако, сказать, что в этом отношении он отличается от
пиридина, как пиридин от бензола. Так, к электрофильным замещениям
он способен еще меньше, чем пиридин, а если замещение происходит,
то заместитель вступает в положение 5 (^-положение по отношению к
обоим азотам). Действие амида натрия на 6-метилпиримидин приводит
в результате нуклеофильного замещения к 2-амино-6-метилпиримидину,
хотя метил и должен ослабить электрофильиость пиримидинового ядра.
В метилпиримидинах метильные группы 2, 4 и 6 вступают в реакции
конденсации кротонового типа с альдегидами, как и метильные группы
а- и у-метилпиридинов. 2-, 4- и 6-Хлорпиримидины обладают (по¬
добно 2-, 4- и 6-хлорнитробензолам) реакционноспособным галоидом,
который не только замещается в результате нуклеофильных атак, но
и вступает в реакцию Фриделя — Крафтса с ароматическими углеводо¬
родами. Оксипроизводные пиримидина обладают более сильными кис¬
лотными свойствами, чем фенолы. Боковые алкильные группы гомологов
пиримидина можно окислить в карбоксилы, не затрагивая пиримидино¬
вого цикла, очень устойчивого к окислению. Пиримидины, замещенные
на ОН, NH2 и другие активирующие группы, нитруются, нитрозируются
и азосочетаются в положение 5; заместители, естественно, находятся в
положениях 2, 4 или 6 и ориентируют в орто- и пара-положения по
отношению к себе. Аминогруппа в положении 5 способна диазотиро-
ваться, а аминогруппы в положениях 2, 4 и 6 на холоду не затраги¬
ваются азотистой кислотой, а при легком подогревании замещаются
на ОН.Наиболее общий путь синтеза производных пиримидина состоит в
конденсации 1,3-диоксосоединений с веществами, имеющими при одном
атоме углерода две аминогруппы (или амино- и иминогруппу), такими,
как мочевина, гуанидин или амидины:RR\	С/С—О H2N.	нс/н2< + ;c-r" —► || |Чс=0 HNT	R'-Cv. s^C—R"R"NМы уже видели на примере барбитуровой кислоты, что оксипроиз-
водным пиримидина свойственна таутомерия. Для самой барбитуровой
кислоты это одновременно и кето-енольная и лактим-лактамная тауто¬
мерия.Главная структура, свойственная барбитуровой кислоте в твер¬
дой форме, это структура в, т. е. енольно-лактамная, а которой, однако,
318ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯпредполагают мезомерный сдвиг в сторону ароматической бетаинйой
структуры в' (резонанс структур в и в').О	ОННа(У' '"'NH0=(!\ /С=0
NHНО-ОННОО4НС/ '''NH
NHСНС/ ^N-1ЛN6O'АНС/ ^NHН0-С\+^-0"
NH
в'При конденсации мочевнны с эфиром диэтилмалоновой кислоты по¬
лучается диэтилбарбитуровая кислота (известное снотворное веронал,
или барбитал)	'ОII/NH-С. /CjH,
xNH-(y ХС2НВдля которой уже невозможно превращение ни в таутомерную структуру
типа б, ни в структуру типа в—в', с чем связано резкое снижение кис¬
лотности (для барбитуровой кислоты Ка~ ~10"4, для диэтилбарбиту-
ровой Ка === 3,7 • 10~8).Кроме веронала (R — R' = С2Н5) известен целый ряд снотворных
диалкилбарбитуровых кнслот, например: нембутал [R = С2Н5; R' =
= СНзСН2СН2СН(СНз)], амитал [R = С2Н5; R' = (СН3)2СНСН2СН2];люминал, или фенобарбитал (R = С2Н5; R' — С6Н5), эвипан ^R = CH3;R' =—\ у)» мединал (натриевая соль веронала) и др. — всего бо¬
лее сотни препаратов.Хорошим методом синтеза 2-окси- и 2-аминопиримидинов служит
циклизация p-хлорвинилкетоиов с мочевиной и гуанидином;RLo/НСIIНС\С1Rh,n/С=0I=0НСIIНС+HoN^C=NH —>ClR1R|1СLНС-"' ^HC"''1 J=*=* I IHC\ /C=0HC\ ^C—OHNH|NR1R11С1СHC^ =^NHC^ ^NII I^11HC\ /C=NHHCv. ^c—NH.NHN
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ319При гидролизе нуклеиновых кислот, находящихся в ядре клеток, по¬
лучаются три важных производных пиримидина:урацилон	о	о-6TUMUHон	о	o~
H3c^	^ H3c^ JINH ^	Hac I•	^\ohN	NH U	+NH UaцитозинNHo	NH	NHrf	r^NH	rT ^NH4	0H L /k.0	4 ^’\0-N	NH u	+NH ua	6 O'Их можно получить и синтетически, например, исходя из натриевого
енолята формилуксусного эфира и мочевины, тиомочевины или их про¬
изводных, например;ОIIс-ос2н5оНС	H-,N\и + ;с=° -> I lV>ONaОIIС—OCjHsурацило	омНС	H*N\	гГ^МН	(Г	РС15. + ,C--SC,>H5чдНС^	HN^	'X/J--SC,H5 X/''x-SC2fI5ONaCl	NH,.	NH*1	1 JN	NH,	H,,o (ГI		* l| )		" 11 )N' x-sc2H5 ч/ \ sc3H, V 011ЦИГОЗИЙВ синтезе цитозина можно исходить и из 2,6-дихлорпиримидина
(в свою очередь получаемого из урацила и РОСЬ), действуя на него
320гетероциклические соединенияпоследовательно аммиаком и затем водой:nh2NH,''"ClГлавной таутомерной формой тимина, урацила и цитозина, по дан¬
ным преимущественно физических исследований, следует считать струк¬
туру б (стр. 319), электронная система которой мезомерно смещена в
сторону структуры б', имеющей уже ароматический характер. Таким
образом, эти вещества сохраняют некоторую ароматичность, несмотря
на то что таутомер а присутствует только в растворах и притом в весьма
незначительном количестве.К пиримидиновым производным принадлежат лучшие из сульфамид¬
ных препаратов — сульфазин (другие его названия сульфадиазин, суль-
фапиримидин), метилсульфазин (сульфамеразин) и сульфадимезин
(сульфамезатин):СН3О 0ч ^NОсульфазин’ ^NH—S—f~\—NH,Н3С^ОIINH—S-А■nh2сульфадимезинВитаминВ^ аневрин шлштиамин, тоже содержит пиримидиновый циклN—СНгNH,носн.-сн,-^^ \S СГ II ^''-СНзОтсутствие витамина Bi в пище, например при питании ободранным
рисом (он содержится в рисовых отрубях), вызывает известное на Во¬
стоке нервное заболевание бери-бери. Суточная потребность человека
в витамине Bi — до 4 мг. Необходимость в нем связана с тем, что ви¬
тамин (в виде иирофосфата) входит в структуру фермента карбокси-
лазы, катализирующего некоторые стадии метаболизма сахаров в орга-
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ321низме (отщепление С02 от пировиноградной кислоты) (см. кн. I,
стр. 436).Строение витамина Bi было установлено Вильямсом и Греве. Основ¬
ной момент при установлении строения — расчленение тиамина дей¬
ствием сульфита на тиазольный и пиримидиновый циклы:СН,ОН	CH-ОН NaO,S NH2I	NH*	|	'||ен,ч +	|	сн	нхчKaoSOs	“чч	I Jh,c-<Q> c- [Ij ^S	N CH3	sВосстановление пиримидинового осколка натрием в жидком ам¬
миаке привело к диметиламинопиримидину, строение которого доказано
встречным синтезом:NH2	Ш2H03S Н2С\	Nai NHs НзС^ I jV"(Г	Na, NH3	^1	| 	*• 1 1NtNH3H3C c.\ / \.0^	OH	ClC 0R Г! N- H3C^ AN pcu HjC^An
+ 'C-CH, —*	I		+	ICH	HN^ONaN CH3	jg- x CH3В настоящее время в СССР витамин Bi синтезируют по варианту
метода Вильямса и Андерзага, разработанному Г. В. Челинцевым и3.	В. Беневоленской. Синтез пиримидиновой части молекулы вита¬
мина ВьCN	CN HJ-OC2H5;|	I	C2H5ONaсн +с2нвон —> сн2	»-II	Iсн2	с2нБосн2CN	CNI	I—> С2Н5ОСН,—С	■—»■ С Л5ОСН, - СI!	'IIСН—ONa	СН-ОСН3енолят а-формил-З-этоксиироиионитрилаNIII	NHС	II/	СС2Н6ОСН2 с	nh2	С,Н5ОСН2-Г^ NmhII	+1 —> -	II I *=*СН	C-CH*	—СН3\ It	NОСНз NHNH2	N Н2I	Р1Т4 с ^С2Н5ОСН2—C^N	HCi п ,^NI IH(X г#С—CH.N	3	N VCH*11 Зак. 7b
322ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯСинтез тиазольной части молекулы:/ %
чосн3Нг/Pd-СННоС-Н2С С-СНз
\/
оС12Н,С-Iн2с-CHC1
,С1/(У\ /ЧСН3
оа-метилфуран(снльван)Н,С	CHC1HN:Ч,| I/C1 + ;сн
н2с с; hs/
\/\сн3Отаутомерная
форма тло-
формамидаНОСН2-СНоН3С-Соединение обеих частей молекулы:NH2 • НС1НОСН2—СНА)—N СШгСЧ/НзС—/ \> +носн2—сн2.НзС-\ +V— N СН2чV W СГNH2-HC1ггN ^CHjвитамин В^ (соль)Превращение тиамина в эфир пирофосфорной кислоты приводит к
веществу, тождественному коферменту кокарбоксилазеО	О9 II	nh2НО—Р—О—Р—0-СН2—СНд +i-	V-N-CH^,ОНН.С--оSСНзФермент карбоксил аза образуется соединением кофермента с соот¬
ветствующим белком.ПиразинПри самопроизвольной конденсации а-аминокетонов получаются ди-
алкилдигидропиразины, при окислении воздухом или окисью ртути
превращающиеся в диалкилпиразины:О//сн.-сн2мн2с\+NH,сн2Iс-сн3/ОN	NСНз—С^5 ХСН2	СНз-С^ ХСНН. Ji—СН3	H(^5n /С—СН3N	N+ нгоБоковые группы гомологов пиразина при осторожном окислении мо¬
гут быть превращены в карбоксилы, а последние удалены декарбокси-
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ323лированием. Так приходят к самому пиразину:О,	4н г N	Ч N	NК-Мп°* но/ '"V* X)	%,0-2СО,СНз	N С\	NЧ0Н<'Чм
1Пиразин — значительно более слабое основание, чем пиридин. В вод-
ном растворе он образует соли с 1 экв кислоты, в безводной среде —
с 2 экв кислоты; с 1 экв СН31 дает четвертичную аммониевую сольN'1N
IСН3К электрофильным замещениям пиразин еще менее способен, чем
пиридин, и в настоящее время известна лишь реакция галоидирования.
Примером восприимчивости пиразина к нуклеофильным атакам может
служить аминирование действием амида натрия. Метилпиразин конден¬
сируется с альдегидами, как а- и (i-метилпиридины:N	„	N+ ^C-R —> Г I	+Н„0N 'СНз н/	'\/s'CH=CH-RПиразин гидрируется в пиперазин (тетрагидропиразин)', который
проще получить из дибромэтана и аммиака (наряду с этилендиамином):Вг NH3 ВгN	NH	/	\бн HjC^ NC.H2	н;с	сн2* I j ■<— I + I
-м	Н2СХ/СН2	Н=С	СН2N	мн	\	/Вг NH3 ВгС первичными аминами (вместо аммиака) получаются N-замещен-
ные гшперазины.Пиперазшг, в отличие от пиразина, — сильное основание. Дикетопи-
перазины, с которыми мы уже встречались (кн. I, стр. 464), получаются
нагреванием а-аминокислот:О	ОII	IIС +	сRHC'' N3" МНз 	 RHCX 'SNHI	I	—2Н О	I	IH-,V+ /CHR	' HN\ /CHRС	СII	IIО	оОни могут быть восстановлены в гшперазины.К пиразинам, точнее, к дибензопиразинам, называемым феназинами,
относятся и рассмотренные нами в разделе об антрацене красители
типа индантрена синего (стр. 233).Проще индантрена синего по скелету феназиновые красители, полу¬
чаемые, в частности, окислением смеси ннтрозодиметиланилина сИ*
324ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯл-фенилендиамином (или его гомологами). Реакция идет через стадию
конденсации в индамин:NNфена*ииN-Фенилированные феназиновые красители называются сафранинами, простейший
из которых — феносафранин получается окислением смеси 1 моль «-фенилендиамина
и 2 моль анилина:H,NNH,+NH;IС.Н»"Ч,	О: HCI■NHjI СГсан5Положительный аммониевый заряд, конечно, рассредоточен между всеми четырьмя
атомами азота.К этому же классу относится и первый (исторически) «анилиновый» краситель —
мовеин Перкина (1856 г.), полученный окислением нечистого анилинаC6H6NH.NH,+NHIc6H5O: HCINHaCeH6NH,и потому содержащий наряду с веществом указанной структуры также примеси его
гомологов. Получаемый окислением анилина бихроматом краситель анилиновый черный
предположительно имеет также феназиновую структуру:NHC6HS
IN“	NHi\хСГNH-В настоящее время находят практическое применение лишь более сложно по¬
строенные сафранины.
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ325ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ
С ТРЕМЯ АТОМАМИ АЗОТАИз трех приведенных триазиновN■N	^ Ч,	N^NЧ /N	Ч s*NNN	N1,2,3-триазин,	1,2,4-триазин,	1,3,5-триазин,или ьнцинальный	илн несимметри-	или симметри-(смежный)	ческий	ческиймы рассмотрим вкратце только последний.Сам симметрический 1,3,5-триазин можно получить тримеризацией
синильной кислоты в присутствии кислот (Грундманн и Крейцбергер):XIСN''' 4NЗХ—C=N —> || | (Х = Н)X—С\ ^С—X
NМногочисленные производные этого триазина получаются полимери¬
зацией (часто самопроизвольной) таких производных синильной кис¬
лоты, как хлорциан (X = С1), эфиры циановой кислоты (Х-алкоксил),
цианамид NH2—C = N(X = NH2). Так, образующийся путем тримериза-
ции цианамида меламин применяется для изготовления ценных пласт¬
масс, которые получают из этого триамина и формалина, сшивая мо¬
лекулы меламина метиленовыми мостами но азотам аминогрупп, как
это нам знакомо по мочевино-формальдегидным смолам (кн. I, стр. 348).
Тример хлорциана — хлористый цианур также готовится в промышлен¬
ном масштабе и используется в производстве красителей и гербицидов.NH2	ClI	IС	С^NII I	II IH2N—C\ ^C—NH2	Cl—C\ ^C—ClN	Nмеламин	хлористый циануpГербициды ряда триазина, уничтожающие сорняки на полях, отно¬
сятся к трем типам соединений:С1	ОСН3	SCH3X	1	1с	с	сIjK	NZ чм	N-" 4NRHN—С\ ^С—NHR R'R"N-C\ ^C-NR'R" R'"HN—С\ ^C-NHR'"
NN	NИх коммерческие названия таковы:Симазин	R=C2H5	Симетон .... R'=R"=C2H5Атразип .... R=C6H5	Симетрин .... R'"=C2H5Прометои .... R'=CH(CH3)2	Прометрин . . . R'"=CH(CH3)2
R"=H
32SГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯГрундманн и Крейцбергер описали интересное превращение 1,3,5-три-
азина в 2-амино-1,3,4-триазол при действии аминогуанидина:СНXN	N	NI	j| +3H2N-NH-C-NH2 —► 3 || || +3NH3
нс^ /сн	I! т	HC\ /C-nh2N	NH	NHАЗОТИСТЫЕ БИГЕТЕРОЦИКЛЫ
Пурин и его производныеБигетероцикл, представляющий собой конденсированную систему пири¬
мидина и имндазола, называется пуриномвСН/iN7-N2НС 4С СН8ч/ \ /N NH3 9Производные пурина имеют исключительное биологическое значение
прежде всего потому, что некоторые его окси- и аминопроизводные вхо¬
дят наряду с пиримидиновыми основаниями в структуру нуклеиновых
кислот и имеют, таким образом, отношение к программированию синтеза
белков в организме и к явлениям наследственности. Сюда же относится
ряд других жизненно важных веществ, таких, как аденозинтрифосфат —
переносчик энергии в биохимических реакциях и фосфорилирующий
агент. Алкалоиды кофеин и теобромин — также производные пурина.Одним из ключевых соединений в синтезе пуриновых производных
служит мочевая кислота, играющая у птиц и рептилий роль вещества,
выводящего из организма избыток азота (как мочевина у млекопитаю¬
щих). Соли мочевой кислоты (ураты) откладываются при неправильной
работе организма в суставах и в виде почечных камней.Понятие о строении мочевой кислоты дает ее окисление. Перманга¬
нат окисляет мочевую кислоту в аллантоин, разрушая пиримидиновый
цикл; при окислении азотной кислотой, наоборот, сохраняется пирими¬
диновый цикл, а разрушается имидазольный и образуется аллоксан:ОН	о-NСHNK' ХС--NHСN>KO С /С\ /С—ОН 0=С\ /С\ /С=0
N NH	NH NHКМпО,;Н20о=с--NHH:N—С—NH—НС\ /С-0II	NilОмочевая киелогаHNQ3аллаи гониОII он
С IHN^ Nj	NH0=С\ /С\ уС—О
NH | NH
ОНоСHNK х0=С\ /С=0
NHНачиная с 1888 г. осуществлено несколько синтезов мочевой кислоты,
из которых мы приведем два; синтез Э. Фишера, одного из главных
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ327исследователей веществ группы пурина, и синтез Траубе. При синтезе
по Фишеру исходят из барбитуровой кислоты (стр. 316), нитрозируют
ее по подвижной метиленовой группе, восстанавливают в амин (ура-
мил) и, надстраивая на аминогруппе действием изоциановой кислоты
группировку мочевины, получают псевдомочевую кислоту, которая при
нагревании с соляной кислотой замыкается в мочевую кислоту:о	о	о!!	II	I!HN02 HN'^CH—NO _ HN/X('.==NOH Н
° NII U	Nil u	и NH ибарбитуровая
кисло 1 ао	о	оII	II	IIHN’^CH—NH2 п х с о HNK^CH	NH	HN/V|1	NH"^O Г—O H2° 0^\	Оu NH U	Nil /	NH NHNfl,,урпмил	пссвдомочеиая	моге'ая кисло гакисло гаСинтез Траубе:ООО	оI	II	IIHN/ \сн он- HN^C.H» HNOj HN^^CH-NORO—Сч	С	1NHNH, CH,	ПТ 'Vn2	]I 4- I —► ' '	,A-.,,,	Anu0=Cs feN 0=C\ (' N	О NH NH	О NH NHnh2I"О	ОH\" XC— NH2	HN^^CH—NH2I	11	——	1	1Л Л»l'm' or "n'h ''nhВ этом синтезе перЕая стадия — ацилирование мочевины посредством
сложного эфира щшнуксусной кислоты, вторая—замыкание гетеро¬
цикла путем внутримолекулярного присоединения группы NH2 к группе
Cs=N.Реакция переаминирования мочевины при нагревании ее с аминами
обычна: выделяется аммиак и образуются N-замещенные мочевины,
в данном случае мочевая кислота.О	оИ и м	IIHN^C—NH, "	- NH'^	0> XNH ^ H*N7 2NHa о^Ч /Ч /Ч0U NH РШа	U NH NH UMQ4QJZя кислота,
328ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯМетод Траубе создает широкие возможности синтеза пуриновых
оснований. Так, при ацилировании (или лучше сказать превращении
в замещенный амидин) 4,5-диаминоурацила действием сложных эфи¬
ров разных кислот можно получить ксантин (действие муравьиного эфи¬
ра) и всевозможные его производные, замещенные в положении 8:ОHN-.NTI,ОII+ с-нОоII	N.AJNH NHон	Nно^ ^
N NHНапомним, что в имидазольном цикле водород свободно переме¬
щается между обоими азотами.При действии пятихлористого фосфора на мочевую кислоту она, ре¬
агируя согласно таутомерной (триоксипуриновой) структуре, образует
2,6,8-трихлорпурин:?Н	CIN^4	N	PCI. iN il	N1 * АЛД/ \ПН	XT MWHO^^N/4-N^xOH	Cl N NH ClТри хлора в трихлорпурине проявляют разную подвижность по отно¬
шению к действующему на молекулу нуклеофилу. Порядок их подвиж¬
ности такой: 6 > 2 > 8. Поэтому при действии щелочи (100°С) или
аммиака замещается на ОН- или ЫНг-группу только хлор в положе¬
нии 6. После этого можно действием HI заменить на водород осталь¬
ные два хлора и получить два очень важных производных пурина —
6-оксипурин — гипоксантин и 6-аминопурин — аденин:NH2	Cl	OHN^X	N NH', N^X	N кон		NI I !i 4— I. J J —* illг\У ^ \ /4-ri	Cl''' ^ x ''"'Cl	Cl/ ^ ' X'C1Cl N nh ы	N NH ы	ы N NH ыa	6H1J	lHlNib	OHN^\	\u X j	k X jN NH	N NHадецнн	niv.oxcani ниЕсли же на стадии б подействовать более сильным нуклеофилом —
алкоголятом натрия или аммиаком в жестких условиях, то заместится и
хлорвположении 2, а после действия HI образуются два также весьма
LUECTI14ЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ329важных производных пурина — ксантин и гуанин:ОН	ОН	ОН	\	\'м, Ns^'N	\	0"яI J II	L j У	* L 1 ,л'Лн ' Cl	t;,/ N ' Mi "Cl CI
111ОН	О онI	■ I•I	X	'N^N	-N	HX^ 'N	NH	N ^ Ч - - NJ„ „А Л J	0Л Л ~ А 1 Jп- N КН	NH N	N NHгуанин	ксантинГуанин и адснин наряду с пиримидиновыми основаниями (стр. 319)
принимают участие в построении нуклеиновых кислот, обусловливающих
синтез специфических для данного организма видов белка и определяю¬
щих наследственные свойства организма.Гуанин находится в рыбьей чешуе, от чего зависит ее блеск. Извле¬
ченный из чешуи растворителем, он применяется для получения искус¬
ственного жемчуга (выкристаллизовывается на внутренней стороне по¬
лых бус).НуклеотидыАденин, гипоксантин и гуанин играют огромную роль в обмене веществ
в организме. В соединении с моносахаридом (рибозой) и фосфорной
кислотой они образуют так называемые нуклеотиды и их производные,
примерами которых могут служить адениловая кислота и аденозинтри-
фосфат — переносчик фосфорной кислоты и энергии в организме.NH2	nh2N	О О О	N	if^Nil j ii ii ii СХ jНОН2С АХ N N НО-Р—О-P—О-P—ОН2С АХ N NОН ОН ОН 1\Н Нун	н	н>—Г 1згIOI1Х)Нр\онно он0=РС"	аденозинтрифосфатОНадениловая кислотаНуклеотиды, подобные адениловой кислоте, составляют звенья вы¬
сокомолекулярных нуклеиновых кислот, в которых каждый из них свя¬
зан сложноэфирной связью остатка фосфорной кислоты с гидроксилом
рибозы следующего нуклеотида (см. стр. 661, раздел «Нуклеотиды»).Пуриновые алкалоидыК пуриновым производным относятся алкалоиды какао (теобромин),
кофе и чая (кофеин) и чая (теофиллин или эуфиллин). Они представ¬
ляют собой метилированные по азоту ксантины.
330ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯОооНзС—N'' V,	i-v—ьлз лщ.—j\- '''С	NО—С\ /С\ ^СНN NI!0=С\ /С\ г^СН
NH NСН,кофеинтеофиллинтеоброминКофеин и теофиллин содержатся в чайном листе (до 5% кофеина
на сухое вещество) и добываются из чайной пыли. Теобромин добы¬
вается из бобов какао. Кофеин — важное средство, возбуждающее нерв¬
ную систему, стимулирующее работу сердца и учащаюшее пульс. Тео¬
бромин и теофиллин — диуретики и расширяющие сосуды медикаменты,
применяющиеся при гипертонии. Представление о строении этих алка¬
лоидов получают на основании их окисления. Кофеин при этом превра¬
щается в диметилаллоксан и метилмочевину, теофиллин — в диметилал-
локсан и мочевину, а теобромин — в метилаллоксан и метилмочевину.
Кофеин можно получить, метилируя ксантин, а теофиллин — синтезом
Траубе (стр. 327), исходя из симметричной диметилмочевины.Наряду с извлечением кофеина из чайной пыли осуществляют и его
промышленный синтез, исходя из мочевой кислоты, получаемой из
птичьего помета. Действуя на мочевую кислоту уксусным ангидридом,
замещают гидроксил в имидазольиом цикле на метил (т. е. заменяют
остаток угольной кислоты на остаток уксусной), и полученный 8-метил-
ксантин метилируют диметилсульфатом по трем азотам. Лишнюю ме-
тильную группу элиминируют, хлорируя ее до трихлорметильной группы
с последующим гидролизом и декарбоксилированием:ООо	оII	IIHN^N,—-NH (CH3)2so4 НзС—N^^,	N—СНз ci2
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ331КинетинВ 1955 г. Сноог выделил из растительных объектов кинетин — вещество,
резко ускоряющее рост растений за счет усиленного деления клеток.
Кинетин также оказался пуриновым производным:СН2—NHIСN^5 "х:	NI II IIНС^ /СН
N NHкинетинПтеридиныВ отличие от давно известных пуринов (кофеин открыт в 1820 г., моче¬
вая кислота еще раньше) их аналоги птеридины стали известны лишь
в 30-х годах текущего столетия.В основе этого класса бигетероциклов лежит птеридин — 1,3,5,8-тет-
раазанафталин, представляющий собой систему конденсированных пи¬
римидина и пиразина:54 NN N1 8птеридинПтеридины найдены в природе; они являются красящими веществами
крыльев бабочек. Особое значение имеет наличие птеридиновой цикли¬
ческой системы в структуре важных витаминов — фолевой кислоты и
рибофлавина (витамин Вг).Примерами веществ, окрашивающих крылья бабочек, могут служить
белое красящее вещество крыльев капустницы — лейкоптерин и жел¬
тое— ксантоптерин. Понятие о синтезе веществ этого класса можно по¬
лучить на примере синтеза лейкоптерина. Синтез начинают подобно
синтезу мочевой кислоты по Траубе, но вместо мочевины берут гуа¬
нидин:О//NH2 RO—с/ \	IHN NH2	C^-Nо	о	онш2
ш2о11	IС	IIHN'" NjlHo он- HN/XCH2 hno2Д C-N “HN NH,2,5,6 грнамино 4-оксилиримидин
332ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПолученный 2,5,6-триамино-4-оксипиримидин	ацилируют сплавле¬
нием с щавелевой кислотой:ОН НО О ОН	ОНI	.NH2 Ч/ i NH О	I N онHaNAXNH, ноЛ\ H2nAAnA0 H2N^n^N^0HлейкоптеринФолевая кислотаОдним из важных витаминов для многих организмов является фолевая
(птероилглутаминовая) кислота, открытая в 1938 г. Штокштадтом в
экстракте печени. Фолевая кислота оказалась широко распространенной
в растительном мире, особенно в зеленых листьях. Она входит в состав
ферментов, обеспечивающих перенос одного углеродного атома в виде,
например, формильной группы. Строение фолевой кислоты подтвер¬
ждено синтезом (Чеше, Вейганд); освоено получение ее в промышлен¬
ном масштабе. Синтезируют ее исходя из 2,4,5-триамино-6-оксипирими-
дина, действуя на него продуктом присоединения брома к акролеину,
а затем гс-аминобензоилглутаминовой кислотой. Таким образом прихо¬
дят (хотя с небольшим выходом) к фолевой кислоте:ОН	ОНNX/NH’ BrCH—CH2Br	4v/CH2BrJT	С	нHiN n NH2 ^	H2N n nо HOH! NCHEBr+ h2n——c-nh-ch-ch2-ch2—c-ohN N	ОС	О\НО оOHN^	—(О)—C—NH—CH—CHa—сн2—C—OHi	if T	x=z/ II I	II[ 1 J	ос	оH2N/W /4- ^	/ \N N	о OHфолевая кислотаРибофлавинНаконец, к этому классу гетероциклов относится витамин В2 (рибо¬
флавин), входящий в структуру окислительных ферментов организма
человека и животных. Впервые он был выделен Р. Куном из молочной
сыворотки; содержится также в яйцах. Синтез его был выполнен Р. Ку¬
ном и Каррером.Витамин В2 изготовляют в промышленном масштабе. Для этого
из D-глюкозы через D-арабинозу и D-арабоновую кислоту получают
D-рибоновую кислоту, восстанавливаемую через лактон в D-рибозу.
D-Рибозу конденсируют с о-ксилидином в шиффово основание, восста¬
навливаемое во вторичный амин. Азосочетанием вторичного амина с
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ333солью фенилдиазония получают азосоединение, которое восстанавли¬
вают по азогруппе в амин, и этот амин конденсируют с аллоксаном
в рибофлавин:H3CvН3С'ч/ч ^/NH, НО-'| Q] + но-ио-сн.он-н
-н
-нно-но-но-СН,ОН—н
—н
—нH3Cvл\'=СНс
// \о	н2Нно-но-но-СН2ОН-н
-н
-нн3с.Н3С'drлш—сн2но-но-но-СН2ОН-н
-н
-нН3Скн3о,NH—СН2
"N=N—С6Н64Нно-но-но-СН2ОН-н
-н
-нH3CvН3С"аNH—СН2^nh2СкNH+о-ljо1ллсжсанСбН5—N=N СГно-но-но-CHjOHн
н
нн3с.:б.✓NH—СНгН3С\NH,но—но—но—CHjOHн
н
нН3СХн3с^•иснгIN Nч. ^о-NHорибофлавинЭтот витамин входит в виде своего фосфорного эфира (по первичной
СНаОН-группе) в состав «желтого фермента» Варбурга и играет роль
передатчика водорода, два атома которого легко присоединяются к двум
атомам азота (один азот пиразинового, другой пиримидинового цикла).
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯн3 сНОНО-НО—СН2ОН•Н■н
■нс.н2
IN Nбг' Ун3сООNH+ 2Н
< —
—тСН,ОННОно—но-—н
—н
—нNН3С^сн2IN NHOwNH-NHОШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С АТОМОМ КИСЛОРОДА
Производные у-пиранаИз кислородных гетероциклов мы рассмотрим лишь производные у-пи-
рана. Так называется структура, наиболее известным производным ко¬
торой является у-пирон, а наиболее интересными дериватами — пири-
лиевые соли, по строению аналогичные пиридиниевым.ОО	О■у-пиран	упиронСамым доступным и изученным веществом этой группы является
у-диметилпирон III, который получается из дегидрацетовой кислоты II,
в свою очередь синтезируемой сложноэфирной конденсацией двух тауто-
мерных форм ацетоуксусного эфира I, наступающей пои нагревании
его паров:
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ335Сама дегидрацетовая кислота (а-метил-р'-ацетилпирон) представ¬
ляет собой производное у-пирона. При действии концентрированной
соляной кислоты она превращается в а,а'-диметил-у-пирон.Общий способ получения производных у-пирона состоит в действии
НС1 на 1,3,5-триоксосоединения:О	оII	IIС	с о/ \	/ \ IIHj.C СН2	НС СН 4-не!R—С C-R'	R—С C-R' “Н2°	^\ //	\ /	О RО О	но онЗамечательной особенностью у-пирона и его гомологов являются его
основные свойства, более резко выраженные, чем у всех обычных кис¬
лородных функций. Причиной этого служит то обстоятельство, что при
превращении в пирилиевые соли, происходящем как под действием кис¬
лот, так и йодистого метила, у-пирон ароматизируется, вовлекая одну
из свободных электронных пар эфирного кислорода в ароматический
секстет:о	осн3сн31HaC'^'40'^'v-CH3	НзС-^ VCH3+Таким образом, хотя Н+ или СНз атаковали кетонный кислород,
превратив его в гидроксил или алкоксил, роль основного кислорода
сыграл эфирный кислород, став оксонпевым положительно заряженным
кислородом. Оксониевые соли этого типа, полученные и изученные
Колли и Тикле, известны наиболее давно (с 1899 г.). В отличие от
продуктов присоединения НС1 к спиртам, эфирам и оксосоединениям
в этом случае твердые характерные соли образуются также с анио¬
нами галоидов и сильных кислородных кислот.Строение таких солей, например продукта иодметилирования диме-
тилпирона, доказывается его превращением под действием аммиака
в 2,6-диметил-4-метоксипиридин:Н,С-осн3!о.2NH3+осг■сн3осн3п+ H20+ NH4C1н3с^ 'у' \сн3С гриньяровым реактивом у-ппроны реагируют обычным образом по
карбонилу. Образовавшийся алкоголят при действии на него соляной
кислоты дает пирилиевую соль, уже лишенную в у-положении гидро-
336ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯксила (или алкоксила).ОIMgO^ /СНз2НС1+ CH3MgI	„ИзС^^О^^СИз	HsC^Q^CHaСН3I
/1и 1 + Mg( + Н20
НзС/'^о^'хСНз	ЧС1СГТакая соль при действии аммиака также превращается в 2,4,6-три-
метилпирндин.Кислород пирилиевых солей можно заместить на СН-группу, пре¬
вратив соли в соответствующие производные бензола действием экви¬
молекулярного количества реагента Виттига (Димрот, Вольф, Вахе):R	R+ СН2=Р(СбН5)3 —> f j + 0=Р(С6Н5)3 + НСЮ4
Ю	K CH KС107Простой метод синтеза 2,4,6-триарилпирилиевых солей описан
в 1964 г. Р. Шмидтом. На примере трифенилпирилиевой соли реакция
выражается следующим уравнением:С6Н5I4СвН5—С=СН + 2С6Н5—С—Cl + SnCU —► 2й	с6н5/>0^^с6н6SnCleБензпирилиевые и а-фенилбензпирилиевые (флавилиевые) соли
можно синтезировать по способу А. Н. Несмеянова, Н. К. Кочеткова и
М. И. Рыбинской, исходя из фенолов и алкил- или арил-р-хлорвинил-
кетонов:FeCl3 + HC1 ^[О] + снз—С—СН=СНС1 	>FeClTферрихлорид2-метил-5,6-бензпирилияОН	ОНfQl + С.Н.-С—СН—CHCI	+ н оно/ У -он	4	но/^V V7 + H‘°FeCITферрихлорид5,7-диоксифлавилия
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ337Хромон, флавон и родственные им вещества2,3-Бенз-^-пирон называется хромономОЭтот скелет лежит в основе многих важных природных веществ.
Сюда относится группа витаминов Е (токоферолов), необходимых для
размножения животных. Впервые витамины этой группы были выде¬
лены из масла ростков пшеницы. В настоящее время известно семь
веществ, обладающих действием витаминов Е, близких между собой
по структуре и частично изомерных друг другу. Приведем формулу
одного из них — |3-токоферола:СН,гн	СНз	СНз	СН31/СНз	j	j	jq ^СН2СН2СН2—CH—СН2СН2СН2—СН—CH2CH2CH2—СН—СНзСН3а-Токоферол — гомолог p-токоферола, отличающийся наличием еще
одного метила в положении 7, а Y-токоферол— изомер р-соединения,
несущий метильные группы в положениях 7 и 8. Длинный алифатиче¬
ский скелет из 20 углеродов (включая замкнутые в дигидропирановый
цикл, связанный с бензольным ядром) тот же, что в изопреноидном
спирте фитоле (кн. I, стр. 293). Рацемический а-токоферол был синте¬
зирован Каррером действием фитилбромида на 2,3,6-триметилгидрохи-
нон в присутствии ZnCl2. При этом первичный углеродный атом фитила
(несущий бром) связывался с ароматическим ядром, а орто-гидро-
ксильная группа присоединялась по аллильной двойной связи фитиль¬
ного остатка, замыкая пирановый гетероцикл.Производным хромона является келлин, содержащийся в семенах
растения Ammi Vistiaga. Он применяется при стенокардии как сосудо¬
расширяющее средство и как средство, действующее положительно на
сердечную мышцу. Строение келлина выяснено Шпетом.Особенно распространены в растительном мире производные 2-фе-
нилхромона, названного Костанецким (главным исследователем этой
группы веществ) флавоном:р3со о^0'yV4CH3
ОСН3келлин	флавонПриродные производные флавона — это оксипроизводные, всегда со¬
держащие гидроксилы в положениях 5 и 7, иногда в положении 3 и
обычно в положениях 3' и 4'. Они окрашены в желтый цвет и представ¬
ляют собой обычные окрашивающие вещества желтых цветов. Приме¬
рами могут служить лутеолин — красящее вещество почек тополя и
338ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯрезеды и кверцетин — вещество, широко распространенное в желтых
цветах.но о	но о- „ _ - , . . -онНО'В растениях они находятся в виде гликозидов. Гликозид кверцетина
с дисахаридом 6 [|3-/,-рамнозидо-£>-глюкозой] называется рутином.
Это — одно из веществ, относящихся к группе витаминов Р, при отсут¬
ствии которых в пище капилляры кровеносных сосудов становятся про¬
ницаемыми для крови, что ведет к «пурпуровой болезни» — множе¬
ственным точечным кровоизлияниям. Другие витамины этой группы
близко родственны по структуре.Активностью витаминов Р обладают (А. Л. Курсанов) и находимые
в растительном мире (например, в чае) дубители — катехины, например
гидрированный цианидин (стр. 339). Гидрирование антоцианидинов
(см. ниже) устанавливает их родство с дубителями—'Катехинами.Строение флавонов определил Костанецкий путем расщепления их
щелочью, как это показано на примере лутеолина:ОН Окон: н2о
	*•он оII. /С—ОН	/—чНО-"''w-0Hо	\ОНСинтез лутеолина (и других флавонов) Костанецкий осуществил пу¬
тем конденсации эфира диметоксибензойной кислоты II с метиловым
эфиром анетилфлороглюцина 1 с последующим замыканием пиронового
цикла и деметилированием посредством HI:ОСН3■с^°СНаСУ' ^ОСН,' ^СНз + С2Н60-С——ОСНзО \пгОСНзсн3оIО'ОСН3	'ОНлутеолиц
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ339АнтоцианидиныПри восстановлении оксифлавонов (например, магнием и кислотой)
можно получить антоцианидины. Так, кверцетин дает при этом циани-
дин — типичный представитель антоцианидннов. Гидрирование цнани-
дина приводит к катехину:ОН-ОНно-оно	W/'онСГциакидицАнтоцианидины, как видно из этого примера, являются оксипроизвод-
ными а-феннлбензпнрилневой соли с оксониевым кислородом, входя¬
щим в ароматический цикл. Это относительно прочные твердые соли,
интенсивно окрашенные. В виде гликозидов — антоцианов они окраши¬
вают цветы, ягоды и овощи (антоциан. — греч. краска цветов)*. Все
антоцианы — кислотно-основные индикаторы. В кислой среде их окра¬
ска сдвигается в сторону красной, в щелочной — в сторону синей (или
сине-зеленой), в нейтральной она фиолетовая. Таким образом, циани-
дин является причиной окраски и василька (щелочная среда сока) и
красной розы. Другие представители антоцианидннов — пеларгонидин
(лежит в основе окраски цветов пеларгонии), дельфинидин (окраска
синих цветов дельфиниума, а также красного винограда и вина). Пер¬
вый содержит в фенильном ядре на один гидроксил меньше, а второй
на один гидроксил больше, чем цианидин:ОН	ОНпеларгонидин	дельфинидинНа этих трех антоцианидинах построено великое множество оттен-
ков цветов сине-красной гаммы. Отдельные антоцианы — производные
трех приведенных антоцианидннов разнятся тем, что один или два гидр¬
оксила в фенильном ядре метилированы, а гликозиды образованы
разнообразными сахарами. Понятие о структуре антоцианидннов*	Овощи окрашены также карогиноидами: например, морковь — каротинами, по¬
мидор— ликопином (стр, 594).
340ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ(Вильштеттер) дает разложение щелочью. Например, пеларгонидин при
этом разлагается, образуя флороглюцин и n-оксибензойную кислоту.Известны два классических синтеза антоцианидинов — Вильштеттера
и Р. Робинсона, крупнейших исследователей этой группы веществ.По Вильштеттеру, из флороглюцинового альдегида получают 2,4-ди-
метокси-6-оксибензальдегид и конденсируют его по Перкину (стр. 133)
с метоксиуксусной кислотой:I IН NaНа полученное производное кумарина (стр. 172) действуют гринья-
ровым реактивом. Последняя стадия— деметилирование тетраметило-
вого эфира посредством HI:2НС1HIНО'ононХ-Г\о
сгпеларгонидин-ОН
ШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ341Синтез Р. Робинсона очень типичен для замыкания пирилиевого
цикла вообще и необычайно изящен своей лаконичностью:ОСН.,СН30'-С НО с Н,—ОСНз
"ОН 0^(--ОСН.,сн,о-ОСН,СНзО^^HCI-ОСНзОСНзСНзО.ОСН,о/~"w-ОСНз + Н20сгДалее следует деметилирование посредством HI.Что касается путей генезиса всех описанных производных флоро-
глюцина в растениях, то высказано предположение (Фодор) о таком
пути биосинтеза: сначала идет альдольное замыкание альдегидной
формы глюкозы в стереоизомерные инозиты, далее дегидратация во
флороглюцин и синтез антоциановых и флавоновых пигментов:СНОН—Сн2он/СНОНIСНОНснон—с:оиснонИОНГ.^ хСНОНI IНОНС\ /СНОНснонфлороглюцинШЕСТИЧЛЕННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛЫ С ДВУМЯ РАЗНЫМИ
ГЕТЕРОАТОМАМИЦикл I называется оксазинпм, никл II —тиазином, Упомянем также
их дибензпроизводные, называемые феноксазином III и фентиази-
ном IV:I	п	П1	IVНекоторые производные феноксазина применяются как красители,
получаемые, в частности, нагреванием нитрозодиметиланилина с
342ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯфенолами, например:
✓NO(CH3)2Nи т. д.(CH3)SNСГК фентиазиновым красителям относится метиленовый синий, полу¬
чаемый из га-аминодиметиланилина действием тиосульфата натрия и
бихромата натрия в присутствии хлористого цинка. Из тиосульфата вы¬
деляется сера, которая и внедряется в цикл:(CH3)2NN(CH3)2N(CHa)aZnCI,-NH.2SN(CH,)2окисление;HClN(CH3)2и т. д.N (CH 3)2В 50-х годах нынешнего столетия фентиазиновые препараты на¬
шли совершенно новое применение в качестве нейролитиков при лече¬
нии шизофрении и маниакальных душевных заболеваний. Примером
таких лекарств могут служить хлорпромазин (аминазин) и стелазин:СНсСН2СН2—N(CH3)2N''-n/Ч/ClЧ.sаминазинCH2CH2CH2—N
IN)0'СН2—СН,/NCH,-CF,
ЧастьВТОРАЯ
ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯК середине прошлого века были открыты первые металлоорганические
соединения, которые были систематически исследованы Франкландом.
Эти летучие вещества, для которых можно было измерить плотность
пара и определить молекулярный вес, Франкланд использовал для
установления понятия валентности. Металл связан в этих веществах
химической связью с углеродным атомом органического радикала, жир¬
ного или ароматического.Между металлами и неметаллами (металлоидами) нет резкой гра¬
ницы. Еще больше эта граница стирается в их органических производ¬
ных, так что черты сходства имеются, например, между простейшими
углеродистыми производными: Bi, Sb, As и Р; Sn, Ge и Si; А1 и В, что
можно видеть уже из сходства форм соединений элементов разной сте¬
пени алкилирования (или арилирования). Например:IV группаV группаRSiii:,, R,SiH2. R SiFI. R4Si
RSiCl3, R2SiCl2. R3SiClRPH,„ R3PH, R3P
RPC12, r2pcirpci4, r2pci3, r3pci2, r4pci, r5pRGeH3, R2GeH2, R3GeH, R4Ge
RGeCl3, R2GeCl2, R3GeClRAsH2, R.AsH, R3As
RAsClo, R2AsC1RAsC14, R2AsC13, R3AsC12, R,AsC1. R6AsRSnH3, R2SnH2, R3SnH, R„Sn
RSnCl3. R2SnCi2, R3SnClRSbll), R_SbH, R3Sb
RSbCl2, R.SbClRSbCl4, R2SbCl3, R3SbCl2, R4SbCl, R5SbRPbH3, R2PbH2, R3PbfI, R4Pb
RPbCl3, RsPbCl2, RjPbClОбласть металлооргапических соединений все расширялась и в се¬
редине XX века превратилась в элементоорганичсскую химию, т. е. хи¬
мию органических соединении всех элементов. По существу область эле¬
ментоорганических соединений — это область углеродистых соединений
элементов, необычных для классической органической химии, тогда как
классическая органическая химия — область химии элементов «орга¬
ногенов» (С, Н, О, N, S, С1, Br, I и фосфора в форме эфиров фосфорной
кислоты). Фосфор, таким образом, стоит на грани (условной) обеик
областей органической химии. Естественно, каждый элемент входит
346	ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯв состав органической молекулы в форме какой-то (или каких-то) функ¬
циональной группы. Это дополнит наши знания о функциональных
группах — производных элементов органогенов.Большая часть элементов периодической системы ■— металлы. По¬
этому больше половины соединений элементоорганической химии—ме¬
таллоорганические соединения. Так называются соединения, имеющие
прямую связь (ковалентную или ионную) углерода с металлом. Однако
не все металлы, в основном непереходные, образуют прочные алкильные
соединения (исключением являются Au и Pt).Если попытаться синтезировать алкильное соединение переходного
металла, например кобальта, реакцией обменаCH3MgI + СоС12 —> СН3СоС1 + MglClто полученное алкильное производное кобальта распадается уже при
температуре ниже 0°С:CH3C0CI —> СН3» + СоС1«2СН3 • —> С2Н8За малыми исключениями устойчивых чисто алкильных и чисто
арильных соединений переходных металлов не существует. Однако для
переходных металлов известны другие типы соединений с прямой
связью углерода с металлом. Эти вещества близки по природе к неор¬
ганическим комплексным соединениям. Из них давно известны, напри¬
мер, комплексные цианиды К4?'е(СЫ)б. Сюда относятся также кар¬
бонилы металлов, такие, как Fe(CO)5, Ni(CO)4, Сг(СО)6 и др. Им
родственны так называемые я-комплексы олефинов с переходными ме¬
таллами. Все эти вещества будут рассмотрены позднее, во второй поло¬
вине этого раздела.АКТИВНЫЕ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ (АМО)СОЕДИНЕНИЯ I, II И III ГРУППАлкильные и арильные соединения щелочных и щелочноземельных ме¬
таллов, Be, Mg, Zn, Cd и А1 разлагаются кислотами, водой и спиртами
с выделением углеводорода, окисляются молекулярным кислородом,
реагируют с оксосоединениями и вступают во множество реакций с дру¬
гими кислородными, сернистыми и азотистыми функциональными груп¬
пами, при которых разрывается связь металла с углеродом, отличаясь
во всех этих реакциях от алкильных и арильных соединений Hg, In, Tl,
Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi. Металлоорганические соединения щелочных
металлов (кроме литийорганических) построены ионно и их реакцион¬
ным началом служит алкил-(или арил-) анион. Остальные АМО-соеди-нения хотя и имеют ковалентную связь С—М, но она настолько сильно
6- 6+поляризована (С—М), что реакции их протекают пусть не так энер¬
гично, как у ионных, но в общем им подобны.Так, органические соединения щелочных металлов (кроме RLi) ре¬
агируют с галоидными алкилами и с галоидными арилами:RM + R'X —► RR'+MXУже магнийорганические соединения вступают в эту реакцию лишь с
галоидными аллилами, бензилами и другими типами соединений с по¬
движным галоидом (а-галоид галоидзамещенныхкислот, эфиров и т. п.).АМО-соединения реагируют с СОг по известной реакции, образуя
кислоты, но алюминий- и цинкорганические соединения дают эту реак¬
цию только в более жестких условиях. Нормальная реакция АМО-сое-
АКТИВНЫЕ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ I, II И III ГРУПП347динений с карбонильными соединениями протекает по известному типу:,ОМRM + ^С=0/ \иОднако она сопровождается осложнениями (подробнее они будут разо¬
браны при магнийорганических соединениях), которые особенно харак¬
терны для наиболее активных соединений этого типа, т. е. для ионных
или более близких к ним АМО-соединений.В случае оксосоединений общей структурыОR\ IIСН—С—R"R'7реакция может итти в нескольких направлениях, и преобладание того
или иного направления зависит от характера радикала (его электроот¬
рицательности), металла, от связи радикала и металла (более или ме¬
нее ионной), от пространственных препятствий, осуществляемых ради¬
калами R, R', R", R'";ОМR\ | Ж"'-> )сн—с
R/	^R"
0	омR-.ii	н	R ч IIR-/,СН—С—R" + R'"M(нормальная реакция)(восстановление)IIIR'R'нолнзацня);сн—СН-R" + R"'(—Н)олефиномN IС=С—R" + R"'HR\о, IIС—С—R"\о/сн-: альдольная
конденсация)R"—С—ПСIомR'Пространственные препятствия подавляют нормальную реакцию I
и мало влияют на реакции II и III. Для осуществления реакции II (вос¬
становление водородом за счет R/y/) необходимо наличие в радикале
R'" (3-водорода, способного переместиться в виде гидрид-аниона к
оксосоединению, с тем чтобы R" превратился в олефин R'" (минус Н).
Для реакции III необходимо наличие в оксосоединении водорода.
Натрий- и калийорганические соединения реагируют преимущественно
по пути III, если только в оксосоединении есть а-водород. Направление
реакций литий- и магнийорганических соединений зависит от характера
радикала, связанного с металлом. С наименьшими осложнениями (т. е.
по пути I) реагируют метальные, бензильные, фенильные и ацетиле-
нильные производные; с наибольшими (по пути II и, в зависимости от
типа оксосоедипения, по пути III) — соединения с алифатическими и
алициклическими вторичными радикалами. Побочные реакции (II), так
же как и основная реакция I, проходят, по-видимому, через шестичлен-
348ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯный реакционный комплекс (переходное состояние), в котором может
участвовать дополнительная молекула MgX2:Нх X,/С ХС^ ...R II 4- lxR"
о с НоМ^х2илиRк"\НС'^Са) £снMg’IхRRxСR'"' xOMg-X+сСН,R R
,/С NMg--BrR II +О Вг
МдВг*4 X'^ Mg’—ВгR fojrLMg-ВгR,✓Rн:ЧСЯ" хО—MgBrГчПЕРВАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВМеталлоорганические соединения щелочных металлов. 1. Галоидные
алкилы и галоидные арилы реагируют со щелочными металлами в
инертных растворителях (гексан, октан, для лития также бензол), об¬
разуя алкильные или арильные производные щелочных металлов. Од¬
нако уже для натрия дело осложняется реакцией Вюрца, идущей через
стадию (1) и далее по реакции (2); для калия же реакцию редко
удается задержать на стадии (1).RC1+2M —► RM + MC1	(1)RM + RC1 —* R—R + MC1	(2)Полученные так соединения RNa можно использовать для многих
(хотя далеко не для всех) типов реакций, подобных реакциям реакти¬
вов Гриньяра (П. П. Шоры-
гин, Мортон). Однако боль¬
шее удобство работы с литий-
органическими соединениями,
а также лучшая их раствори¬
мость создают такие преиму¬
щества, что из всех органиче-
^	ских соединений щелочныхметаллов только они находят
^	широкое применение в синте¬зах, подобных гриньяровым.
Кроме того, при синтезе ли-
тийорганических соединений
меньше трудностей с выбором
растворителя: их можно получать как в парафиновых углеводородах,
так и в бензоле, а во многих случаях (метиллитий, фениллитий) даже
предпочтительнее в эфире.Алкил- и арилнатрий и соответствующие соединения калия твердые,
построенные ионно бесцветные вещества, ни в чем нерастворимые. Бен-
зилнатрий и трифенилметилнатрий растворимы в эфире, окрашены в
вишнево-красный цвет (цвет аниона), растворы их электропроводны.
Метиллитий, этиллитий и ариллитий — твердые вещества, другие ал-
киллитии — жидкости. Все они растворимы в индифферентных раство¬
рителях. Бензиллитий и трифенилметиллитий подобны соответствую¬
щим соединениям натрия. Соединения калия, рубидия и цезия изученыРис. 95. Модели тетрамера метиллития
(атомы водорода не показаны).
ПЕРВАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ349гораздо меньше. Алкиллитии в растворах ассоциированы (степень их
полимеризации от 2 до 6), метиллитий — тетрамер (рис. 95), в котором
связь осуществляется уже не парами электронов, а посредством много¬
центровых орбиталей. Углероды в (СНзЬ1)4 пятикоординационны. Та¬
кого рода «мостиковые» метилы еще встретятся нам при рассмотрении
алюминийорганических соединений, а мостиковые водороды — при рас¬
смотрении гидридов бора. Все алкильные и арильные соединения ще¬
лочных металлов самовоспламеняются на воздухе, бурно разлагаются
спиртами, водой и кислотами.Кроме описанного выше синтеза из галоидпроизводных и металла
простейшие органические соединения щелочных металлов могут быть
получены следующими способами.2.	Действием металла на ртутноорганические соединения:R2Hg + 2M —► 2RM + Hg3.	Действием литийалкилов на арил- или алкилгалогениды:RX + R'Li —► RLi + R'X4.	Прямым металлированиеи (т. е. заменой водорода на металл) при
действии алкильных производных щелочных металлов на ароматические
углеводороды (реакция П. П. Шорыгина, для лития широко развитая
Гилманом) и вообще на вещества с подвижным водородом. Например:CH3Na + СвНе —*■ C6HsNa + СН4
CH3Na + СВН5СН3 —>- CeH5CH2Na + СН4
C6H6Na +С6Н5СН3 —»■ CsH5CH2Na + С6Н8C4H9Li + $ \—ОСН3 —► $ \	ОСНз + С4НюC4H9Li+|^СН2Реакция металлирования протекает так, что металл вступает на
место более протонизируемого водорода. Таким образом, эта реакция
дает возможность построить шкалу «кислотности» углеводородов, ко¬
торую нельзя измерить обычными физико-химическими методами. Так,
например, из реакции Шорыгина ясно, что водороды метильной груп¬
пы толуола «кислее», чем водороды бензола.Для наиболее «кислых» углеводородов, таких, как ацетилен, цикло¬
пентадиен, инден и флуорен, этого рода реакции проходят особенно
легко:НС=СН + 2CeH5Na —► NafeCNa + 2CeHeО +сн2С4Н9Ы 	>■ /©) Li+ + С4НЮМеталлирование этих углеводородов можно производить, даже не
применяя металлоорганического соединения, а действуя раствором ще¬
лочного металла в жидком аммиаке или амидом натрия
НС=СН + 2NaNH3 —* NaC^CNa + NH3 + Н2НС=СН + NaNH2 —► NafeCH + NH3
или (в случае флуорена и индена) едким кали (если отгонять воду).
350ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ5.	Литий- и натрийорганические соединения вступают в следующую
реакцию обмена с бромарилами и ароматическими бромзамещенными
гетероциклами:ArBr + RM —> ArM + RBrЭтой реакцией весьма часто пользуются для синтеза литиевых и
натриевых ароматических и гетероциклических производных с Li (или
Na) в определенном положении.6.	П. П. Шорыгин нашел, что при нагревании натрий расщепляет
ароматические простые эфиры по уравнению:С6Н5ОС6Н6 + 2Na —>- CeH6Na + C6HBONaОсобенно легко рвется связь в бензиловых эфирах. Такое расщепле¬
ние Циглер широко использовал для синтеза калийорганических со¬
единений бензильного типа:С0Н6С(СН3)2-ОСвНв + 2К —>- СеНбС(СН3)2 К+ + СеН5ОКНаконец, есть еще два важных пути образования металлоорганиче¬
ских соединений щелочных металлов специфической структуры.7.	Присоединение металла к углеводородам с сопряженными я-свя-
зями, в том числе к ароматическим. Оно начинается, по-видимому,
всегда с того, что углеводород принимает электрон щелочного металла
(на низшую из незанятых орбиталей) и образуется ионная пара
[С„Н2„-6]-М+. Бензол присоединяет таким путем только калий:C6He + K —v [С6НеГ К+Нафталин дает аддукт уже с натриемДалее может произойти новое присоединение металла.Антрацен образует аддукт уже и с натрием и с литием, присоединяя
два атома металла:Н^'^МТакие нерастворимые окрашенные соединения дают при гидролизе
дигидроароматические углеводороды.Основополагающие исследования по присоединению щелочных ме¬
таллов к непредельным и ароматическим соединениям были проведены
Шленком.Примеры поведения олефиновых связей, сопряженных с ароматиче¬
скими ядрами, при действии щелочных металлов:С6Н5СН=СНСеН5 + 2Na —>- С6Н5-СН—СН-С6Н5I INa Na2(С6Н6)2С=СН2 + 2Na —(QHs^C-CH2CH2-CfC6H5)2I	I 'Na	NaЭти примеры иллюстрируют тот факт, что открытые я,я-сопряжен-
ные системы присоединяют металл к тем углеродным атомам сопряжен¬
ной системы, которые несут ароматические заместители. Если лишь
ПЕРВАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВЗБ1один атом открытой непредельной цепи несет ароматические замести¬
тели, атом металла присоединяется к нему и молекула димеризуется.По сути дела речь идет о передаче атомами натрия электронов ато¬
мам углерода и именно тем, которые легче рассредоточивают захвачен¬
ные электроны, например по ароматическим ядрам или по сопряженной
системе л-связей. Простые олефины не присоединяют натрий. В приве¬
денных ранее и последующих формулах продуктов присоединения ще¬
лочных металлов к непредельным углеводородам связь щелочного ме¬
талла с углеродом правильнее было бы изображать как электровалент-
ную (т. е. ионную), например так:с6н5—сн—сн—С6Н5Na+ Na+Чисто алифатические 1,3-диеновые системы при действии щелочных
металлов полимеризуются (на этом основан, например, синтез натрий-
бутадиенового каучука).8.	Присоединение металлоорганических соединений щелочных ме¬
таллов по сопряженным двойным связям. Алкильные соединения (часто
и арильные) щелочных металлов присоединяются к олефиновым двой¬
ным связям, сопряженным с ароматическим ядром (1), к фульвенам
(2) и диенам (3):(С6Н5)гС=СН2 + C4H9Li —► (CcH5)2C-CH2C4He	(1)/СНз
>=с( + C6HsLi
'СНзСНзIСН2=С—СН=СН2 + RLI
I(2)(3)В последнем случае металлоорганический продукт первичного при¬
соединения далее способен присоединяться к следующей молекуле
диена и т. д., так что происходит полимеризация. При применении ли-
тийорганических соединений, например, для полимеризации изопрена
процесс идет стереоспецифично, и образуется quc-полиизопрен, иден¬
тичный натуральному каучуку (кн. I, стр. 281):СНз3\чс=с/,н+ СН2=С-СН=СН2R— СН2NCH,LiСНзн\/с="С сн2СН/\ \r-ch2сн2 с==С/\СН,IIIнIII + СН2=СНз- СНзн1RLI\/с—сн=-СН., п т. д. —*■С—-С сн2сн—/\ / \R—-снапоII=с/\СНзн-LiНатрийизопреновый каучук не стереорегулярен. Кроме того, и он,
и натрийбутадиеновый каучук образуются как путем 1,4-, так и путем
1,2-присоединения, так что не только стереохимия, но и структура нат¬
риевых каучуков имеет нерегулярный характер.
352ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ9.	Отличительная черта литий- и натрийорганических соединений —
способность алкилироваться галоидными алкилами. Даже непрочные
аддукты двух атомов лития и натрия к ароматическим углеводородам
вступают в эту реакцию, образуя диалкилдигидроароматические угле¬
водороды:H^/Li	Hv^C2Hs©С@+2слвг ^ СО@+швг'н'^и	Н/'Ч'С2Н5Гриньяров реактив удовлетворительно реагирует этим путем лишь
с бензилгалогенидами и галогенидами аллильного типа, в последнем
случае часто с аллильным перемещением двойной связи (Прево). В ос¬
тальном реакции литийорганических соединений и области их приме¬
нения в синтезе очень похожи на описываемые далее реакции магний¬
органических соединений. То же можно сказать о натрийорганических
соединениях, если говорить о типе реакций, а не о частных отклонениях.
Однако натрийорганические соединения имеют ряд неудобств. Они не¬
растворимы в индифферентных растворителях (образуют ионные
пары); реагируют энергичнее, чем литий- и магнийорганические соеди¬
нения, и часто при их применении особенно быстро проходят такие ре¬
акции, как енолизация или конденсация образовавшихся енолятов
(стр. 359), т. е. преобладают побочные, а не целевые реакции. Еще в
большей степени это относится к калийорганическим соединениям.ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВМагнийорганические соединения. Известны два типа магнийорганиче¬
ских соединений — R2Mg и RMgX (где X — галоид). Полные магнийор-
ганнческие соединения RaMg можно получить через ртутноорганические
(действием металлического магния) или из соединений типа RMgX.
Эти последние (гриньяровы реактивы) получают наиболее часто дей¬
ствием галоидных алкилов и других галоидных углеводородов на ме¬
таллический магний в растворе диэтилового эфира, который существен¬
но ускоряет реакцию:RX + Mg —► RMgXФактически комплексно связанный эфир входит в состав магнийор-
ганического соединения. Кроме того, по эбулиоскопическим определе¬
ниям А. П. Терентьева гриньяров реактив имеет удвоенный молекуляр¬
ный вес. При электролизе его эфирного раствора на катоде отлагается
магний. Все это дало основание Терентьеву предложить для реактива
Гриньяра такую структуру:/С2Н5-2-
С1 /0хR\ I / VjHb
Mg2+ 'Mg'r/i \ /C2H6
ci 4/чс2н5_Эшби и Уокер (1967 г.) привели доводы к пользу того, что ассоциа¬
ция гриньярового реактива осуществляется галоидными мостами (так
же, как, например, в хлорном железе Fe2Cl6)XRMg^ ''MgR
t ч' /1
(С2н5)20 X 0(C2H5)2
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРПОДИЧГ-СК.ОП CliL.l'L/viu -Vil-Mr.M IOU	''ЗбЗОднако такая структура не объясняет факта электропроводности и
электролиза эфирных растворов гриньярова реактива с переносом Mg2+
на катод, если не учитывать установленного Шленком равновесия.
Шленк нашел, что в гриньяровом реактиве находятся в равновесий
RaMg, RMgX и MgX2, связанные с эфиром. Добавлением диоксана
(кн. I, стр. 118) можно осадить два последних соединения, причем в
растворе остается только R2Mg (равновесие устанавливается довольно
медленно). Несмотря на более сложную структуру гриньяровых реак¬
тивов, для описания всех их реакций вполне удовлетворяет формула
RMgX, которую обычно и применяют. Вообще же обсуждение возмож¬
ной структуры гриньярова реактива нельзя считать завершенным.В последнее время в качестве еще более благоприятной среды для
проведения гриньяровой реакции, чем этиловый эфир, предложен тетра-
гидрофуран, в котором магнийорганические соединения легко обра¬
зуются из таких галоидпроизводных, которые не реагируют в эфире.
Например, в среде тетрагидрофурана из СН2 = СНВг образуется
CH2=CHMgBr (Норман).Энергичнее всего реагируют с магнием алкилиодиды, но лучшие вы¬
ходы получаются с алкилбромидами и особенно с алкилхлоридами.
Ароматические гриньяровы реактивы готовят обычно из арилиодидов
или арилбромидов, так как арилхлориды вступают в реакцию только
при температурах выше 100 °С.Галоидные аллилы, начиная с СНг=СН—СН2С1, при взаимодейст¬
вии с магнием очень легко дают диаллил в результате реакции Вюрца.
Все же их удается ввести в гриньярову реакцию даже в эфире, если к
магнию медленно на холоду прикапывать галоидный аллил в эфирном
растворе. Из дигалоидалканов димагнийгалогениды образуются только
из галоидпроизводных с галоидами, удаленными друг от друга не ме¬
нее чем на четыре углеродных атома:С1СН2СН2СН2СН;С1 -f 2Mg —* CIMgCH2CH2CH2CH2MgClВ ароматическом ряду м- и /г-дибромбензолы образуют CeH4(MgBr)2;
так же реагирует 1,4-дибромнафталин. Естественно, что галоидпроиз-
водные жирного, алициклического и ароматического ряда, образующие
гриньяровы реактивы, не должны иметь реагирующих с реактивом за¬
местителей, таких, например_СГ	С=0 — СГ		 CN и др.\н /	43RВ молекуле галоидпроизводного могут присутствовать простые
эфирные и третичные аминные группы, но не при том же углероде, с
которым соединен галоид, и не при соседнем с ним атоме углерода.
Единственным исключением являются сложные эфиры а-галоидкарбо-
новых кислот, которые вступают в реакцию с магнием в присутствии,
например, карбонильных соединений по реакции С. Н. Реформатского
(ср. «Цинкорганические соединения», стр. 364):R" О	м	ОН R" ОR\	| ||	затем Н20	| I ||ХС=0 + Вг—СН—С—OR 	'с—СН—C-ORR'/	R'XУпомянем также о получивших большое значение перфторалкиль-
ных гриньяровых реактивах. Иодпды общей структуры CnF2n+il реа¬
гируют с магнием на холоду в эфире, а лучше в тетрагидрофуране,
образуя CnF2n+iMgI. Труднее всего эта реакция осуществляется с12 Зак 79
354ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯCFSI (—72 °С, тетрагидропиран). Легко получаются CF2=CFMgI и
CeFeMgl.Метод обмена галоида на металл при действии металлоорганиче¬
ского соединения, важный в синтезе литийорганических соединений, в
гриньяровой реакции значения не имеет. Зато очень важен метод за¬
мещения активного водорода на MgX при действии гриньярова реак¬
тива. Следующие реакции, с которыми мы уже встречались ранее,
иллюстрируют получение таким «косвенным» путем важных магний-
органических реагентов:HfeCH + 2RMgX —► XMgC=CMgX + 2RHреактив ИоцичаHfeCH + RMgX —► HfeCMgX + RH(избытокподдавлением)/Г\ + RMgX 	(е\щх + RHсн,циклопентадиенфлуоренВсе магнийорганические соединения, полученные замещением по¬
движного водорода при углероде, несколько менее активны, чем обыч¬
ные алифатические и ароматические гриньяровы реактивы.Не менее важны магнийорганические производные пиррола, индола
и других азотистых пятичленных гетероциклов, имеющие связь
N'—MgX:+ RMgXNH+ RHNIMgX+ RMgXNHОз+ RHNIMgXОни обычно реагируют в переносом реакционного центра по а-углероду
(пиррилмагнийгалогенид, стр. 335) или по p-углероду (инденилмагний-
галогенид, стр. 223).Подвижен а-водород также в фенилуксусном эфире или в фенилук-
сусной кислоте и ее сслях. Действуя гриньяровым реактивом на эти
соединения, болгарский ученый Иванов получил и широко использовал
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОИ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ355в синтезе своеобразные магнийорганические производные:С6Н6-СН2—С-ОС2Н5 + CH3MgBr —► С6Н5-СН—С—ОС2Н5 + сн«I	IIBrMg ОСбНб—СН2—С—ОН + 2CHsMgBr —► С6Н6—СН-С—OMgBr + 2СН4II	I IIО	BrMg ОРеакции гриньяров ых реактивов. 1. Соединения
с «активным» водородом, типа Н—-А, т. е. все кислоты, вода, спирты
и другие гидроксильные производные, аммиак, первичные и вторичные
амины, амиды, меркаптаны и др., реагируют с реактивом Гриньяра по
схеме:RMgCl+ Н—А —► R—H + A-MgCl
RMgCl + НОН —> RH + HOMgClRMgCl + НОСН3 —>- RH + CH3OMgCl
RMgCl+ RNH2 —v RH + RNHMgCl
RMgCl + R'SH —» RH + R'SMgClРеакция положена в основу метода определения активного водо¬
рода по количеству выделенного метана из CbbMgl (метод Церевитино-
ва — Чугаева, значительно усовершенствованный А. П. Терентьевым).2.	Галоиды, кислород, сера разрывают в гриньяровом реактиве
связь С—Mg:RMgX + Х2 —* RX + MgX2
RMgX+'ДА —> ROMgX	ROH + Mg^\xUYRMgX + S —*■ RSMgX —> RSH + MgX23.	Оксосоединения присоединяют гриньяров реактив (кн. I,
стр. 94):/ОНRMgCl+СН20 » RCH2OMgCl —U- RCH-.OH + Mg^431R\	н2о R\	/ОнRMgCl + R~c^ —► ;CHOMgCl 	>■ CHOH+Mg;\h RR''	XC1R4 R\ H2o-	/OHRMgCl + C=0 —► R'—COMgCl 	*- R'—COH + MgR"/	R"/	R"X	4C1Сам Гриньяр приписывал аддуктам оксосоединений изображенные
здесь формулы, однако впоследствии (Гесс, 1921 г.) были приведены
доводы в пользу того, что эти аддукты имеют строение молекулярных
соединений типа
35(>ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯА. Н. Несмеянов и В. А. Сазонова доказали правильность точки зре¬
ния Гриньяра, установив тождество веществ, полученных тремя раз¬
ными путями:П/ С2Н5	n С2Н5 г, С2Н5R \ I I -	R\ I II R\ IС=0 + RMgX • О —>	R'—COMgX-O •«— C=0+R"MgX-0K c2Hs	K c2h5 k c2h5fillR.R'-—C—OH + CHsMgX
R"y	1C,HgCoH,2n5Как и гриньяров реактив, полученный алкоголят содержит комп¬
лексно связанный с магнием эфир.4.	Непредельные кетоны с сопряженной системой я-связейС=С—С=0присоединяют гриньяров реактив в 1,4-положения, что после гидролиза
приводит к образованию предельного кетона:R'IRCH=CH—С=0 + R"MgX —>R'	R'R\	I	+НО R\	I—»•	CH-CH=COMgX -2- -> ,CH~CH2—c=oW	/0H R"/-Mg'Обычно эта реакция идет наряду с 1,2-присоединением, дающим
непредельный третичный спирт:R' R'	R'I	I +н2о	|RCH=CH—С=0 + R MgX —> RCH=CH—COMgX 	->■ RCH=CH—С--ОНI	м /	IR"	~Mgv	R"NXКак выяснил Колер, чем более объемист R", тем более он склонен
к 1,4-присоединению. То же относится и к радикалу R'. Наиболее спо¬
собен к нормальному 1,2-присоединению CHaMgX. Объемистость ради¬
кала R действует в обратном направлении. Из сказанного ясно, что
альдегиды (R' = H) в большей степени, чем кетоны, способны к реак¬
циям 1,2-присоединения.Предполагается (Лутц и Ревели), что 1,4-присоединение идет через
шестицентровое переходное состояние:НIСR-C^CH-R<5} fs"Mg-х
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ357Енолятное строение продукта 1,4-присоединения было доказано
Колером посредством озонирования.В высшей степени интересны и неожиданны открытые Колером и
исследованные также Кельшем и Фьюсоном 1,4-присоединения гринья-
ровых реактивов к ароматическим кетонам с сопряженной системой
С = С—С = 0. При этом радикал R гриньярова реактива внедряется в
ароматическое ядро:С6Н6(СвН6)2С=С-С—+ C6H5MgBr —>(С6НБ)о
сбн6	с6н5I	/=\ н2о	I,С=С—С=/ h 	► (СвНб)2С=С—сBrMgO /\Н СаНвj-2HС6Н5I(С8НЕ)2С=С-С-О	/
СвНбОчевидно, что такое направление реакции вызвано пространствен¬
ными препятствиями присоединению по карбонильной двойной связи
и доступностью л-системы бензольного ядра, сопряженного с карбо¬
нилом.Бензантрон I реагирует с гриньяровым реактивом также в 1,4-поло¬
жения:При этом образующийся промежуточный продукт III не удалось
выделить. Очевидно, отдавая водород, он ароматизуется в продукт IV.В случае настолько пространственно загроможденных ароматиче¬
ских кетонов, что орто-положение бензольного ядра недоступно, ради¬
кал гриньярова реактива вступает в пара-положение, т. е. происходит
358ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ1,6-присоединение RMgX (Фьюсон):
Н3С СН3Вг—f V—С—С6Н5 + rper-C4H9MgCl/ \ ОН3С СНЭн3с сн3^Н^-третВг—С==/^/	Н2°W I w\Hн3с сн3 0МеВг3СНH\ /=\ /С4Н9-третс-Х X.Г \=/\н ^
он3с сн3Н3с СНзу/■—*■ Вг—^—*\ /—С^ь'трет/ \ о ~Н3С СН3При взаимодействии реактивов Гриньяра с оксосоединениями, осо¬
бенно если радикал гриньярова реактива вторичный или третичный,
идут аномальные реакции, иногда преобладающие над нормальной.
Аномальными являются реакции (а — г).а). Восстановление, приводящее после гидролиза к образованию
из альдегида первичного спирта, а из кетона — не третичного, а вто¬
ричного спирта:R\	R\^С=0 + RCH—СН3 —> )CH-OMgX + r-ch=ch2R"/	I	R"/MgXЭта аномалия исследовалась многими учеными. Наиболее вероятное
объяснение дали Мошер и Лякомб. Оно сводится к тому, что реакция
идет через шестицентровое переходное состояние с гидридным переме¬
щением (т. е. перемещением водорода с электронной парой ковалентной
связи) из p-положения гриньярова реактива к карбонильному углероду:. П' ж цепиГ%>Мвх +сн.2Доводом в пользу такой схемы служит действие оптически актив¬
ного гриньярова реактива D-2-метилбутилмагния на пинаколин:Н3С сн3(СН3),С>Г_НЧ|>С!Н5	(CHj),C сн, н,с ЙН5& Гсн2 —*■	*Я + 5Yg	CIMgQ Н	СН2С1
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ359При циклическом переходном состоянии двусторонняя атака концами
Н и MgX молекулы гриньярова реактива на плоскую молекулу кетона
совершается так, чтобы более громоздкие заместители — третичный
бутил и этил не оказались близко друг к другу по одну сторону цикла.
Поэтому гидридное перемещение (переход Н:) ведет к «передаче» (ча¬
стичной) оптической активности от гриньярова реактива полученному
вторичному спирту.При этом после гидролиза получается правовращающий пинаколи-
новый спирт.б). Дегидратация третичного спирта, полученного из кетона, с обра¬
зованием непредельного углеводорода, точнее говоря, отщепление
MgOIIX от алкоголята третичного спирта:R'\R'у/С=0 + RCH2MgX\R"/ IС—CH2RR\	/ОНNz=CHR + Mg^OMgXR'ff/в). Енолизация при наличии пространственных затруднений, напри¬
мер, если К=СбН2(СНз)з (реакция идет только с кетонами):R—С—CH2R' + R"MgXIIОR"H + R—C=CHR'IOMgXг). Связанная с енолизацией конденсация по альдольному или, чаще,
кротоновому типу:R'RC=CH + С—CH2R'1 АOMgX оR RI IRC—СН—С—CH2R'1 1
О OMgXR' R+н2оR' RI IRC—СН—С—CH^R« IО OMgX■>; RC—СН—C-CH2R',(JH II	I—Mgоон-MgOHR' R
I IRC—C=C—CH2RIIОВозвращаемся к нормальным синтезам посредством гриньярова
реактива.5. С реактивом Гриньяра аналогично кетонам реагируют нитрилы:R-RMgCl + R'C=N\C=-NMgClн2о—Mg!.он■ClR'/C=NHНоОЧС=0 + NH3R"Это наиболее важный метод синтеза кетонов (см. кн. I, стр. 126).
360ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ6.	При взаимодействии гриньярова реактива с хлорангидридами
кислот при охлаждении также получаются кетоны:RMgCl + Cl-C-R' —> R—С—R' + MgCl2II	IIО	ОПри избытке RMgCl в несколько более жестких условиях образует¬
ся третичный спирт.7.	Сложные эфиры реагируют с гриньяровым реактивом с образо¬
ванием третичных спиртов:R4R'—С—OR" + 2RMgCl —► R—С—OMgCl + R"OMgClA	r/R'\	n,o R\	/ОНR—С—OMgCl 	► R-C—OH + Mg'r/	r/	^ClЭту реакцию редко можно задержать на стадии образования кето-
нов. Такая разновидность реакции имеет значение только для эфиров
муравьиной кислоты. При сильном охлаждении они образуют с гринья¬
ровым реактивом альдегиды:/OR'	МRMgCl + НС( —> RC( + R'OMgCl
^О	%0Реакции 5, 6, 7 начинаются с присоединения реактива Гриньяра
по кратной связи С = 0 или C==N (как и для альдегидов или кетонов).
В случае сложных эфиров вторая стадия состоит в обмене алкоксиль-
ного остатка на радикал гриньярова реактива:R\ /OMgx	R\	/ОС2н5;с(	+ R"MgX —»■ R-C-OMgX+Mg(R'/ XOCsH5	R//	\xВозможно, что реакция на обеих стадиях проходит с участием
2R"MgX через шестицентровое переходное состояние (такой же меха¬
низм можно предполагать и для реакций магнийорганических соедине¬
ний с кетонами):н'о"о\Mg-XMgIX^(T^Mg— X’>RO ov ckMgIX-> , yr + R MgX
RO |OMgXR!	Mg —XR-—C +XMgO | /RО MgК X-v Шго'к д.p."' YsX->	OMgx + R"MgXR	+R'OMgX
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЬСКОП СИСТЬМЬ! ЭЛЕМЕНТОВЗЫВ приведенных ниже примерах происходит прямой обмен алкоксила:
RMgX + (k'0),C —RC(OR')3 + R'OMgXopгоугольиыi	ортоэфир>»фир	кислоты RCOOHRMgX + RC(OR')3 — R2C(OR'),, + R'OMgXкегаль кегона R-jCO
/нRMgX + HC(OR')3 —>• R—C—OR' + R'OMgXNdr'ацеталь альдегида
RCH=0Последняя реакция — главный метод синтеза альдегидов при по¬
мощи магнийорганических соединений (А. Е. Чичибабин); ацеталь
легко гидролизуется в кислой среде в альдегид.8.	С окисью этилена гриньяров реактив образует первичный спирт
(происходит надстраивание цепи на два звена):RMgX + Н2С	СН2 —> RCH2—CHaOMgX —>■ RCHa—СН2ОНС окисями типа R—СН—СН2 образуются вторичные спирты:R'—НС—CH2 + RMgX —> R'—СН—CHjR	R'—СН—CH2RNo//	d)MgX	он9.	Чрезвычайно важной является реакция магнийорганических со
единений с газообразной или твердой СОг, приводящая к синтезу кислот:RMgCl + С02 —> R—С—OMgCl R-C—OH + MgCI3II	IIО	о10.	С окисью азота гриньяровы реактивы реагируют по схеме:/N0 Н2о	/N0RMgX + 2N0 —► R—N(		► R—^OMgX	X0HПосле гидролиза образуется алкил- или арилнитрозогидроксиламин.11.	Хлористый нитрозил дает с реактивом Гриньяра нитрозосоеди-
нения:RMgCl + C1N0 —► R—NO + MgCb12.	С хлорамином (Колеман), а лучше с 0-эфиром гидроксиламина
(К- А. Кочешков и Н. И. Шевердина) образуются первичные амины:RMgCl + C1NH2 —* RNH3 + MgCl2
RMgCl + NH2—OCH2C6H5 —► RNH, + CeH5C.H2OMgClПриведенные уравнения упрощены. На деле действуют избытком
гриньярова реактива, так как сначала идет замещение на MgX подвиж¬
ного водорода аминогруппы..13. Из шиффовых оснований и гриньярова реактива получают вто¬
ричные амины (Буш):/Аг' н,о	/Аг'ArN=CHAr'+ RMgCl —»■ Ar'N—СН' 	► ArNH—СНMgClXR	XR
362ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ14.	Алкил- или арилазиды с гриньяровым реактивом образуют три-
азены (т. е. диазоаминосоединения):+ -	/R' н2оR—N=N=N + R'MgX —»■ R—N=N—N		► R—N=N - NH—R'\MgX15.	Нитрозосоединения превращаются в N-диалкил (диарил-) гидр-
оксиламины:R\	нгоR—N=0 + R'MgX —»• N—OMgX 	► N—ОНRr/	R'y16.	Обменной реакцией соли металла с гриньяровым реактивом по¬
лучаются металлоорганические соединения (Пфейфер)4RMgCl -f SnCl4 —»• R4Sn + 4MgCl2или2RMgCl + SnCl4 —>• R2SnCl2 + 2MgCljТаким путем наиболее просто получаются полные или смешанные
металлоорганические соединения всех непереходных металлов (и орга¬
нические производные их металлоидных аналогов), за исключением ме¬
таллоорганических соединений щелочных и щелочноземельных метал¬
лов. Из алкильных и арильных соединений переходных металлов так
могут быть получены и изолированы производные Pt (IV), Au (III),
непрочные соединения Си (I), Ag и некоторые производные титана.Хараш показал, что при добавлении малых количеств соли переход¬
ного металла, например Со(II) (а также NiCb, CuCl2 и др.), реакция
из гетеролитической становится гомолитической из-за первоначального
образования RCoCl, гомолизующегося на радикал и радикалообразный
галогенид переходного металла:RCoCl —v R.+ .СоС1Реакцию с бензофеноном, которая в этих условиях дает только
бензпинакон, можно, например, изобразить так:CaH5MgX + CoX2 —> СвН5. + *[СоХ + MgX22C6H5COC6H6 + 2.CoX —v (С6Н6)2С-С(СвНв)2 -ЛУ8»| |	—2СоХ2ХСоО ОСоХ—-> (СвНб)2С-С(СвН5)2 Н2о (C6H5)2C-C(C6Hs)2II	—-	IIXMgO OMgX	но онРазработано великое множество других типов реакций гриньярова
реактива с разнообразными азотистыми, сернистыми и т. п. функцио¬
нальными группами, с комбинацией различных кислородных функцио¬
нальных групп — сотни различных реакций. Вероятно, можно без
ошибки сказать, что синтезы посредством магнийорганических соеди¬
нений— самый многообразный и широко применимый метод построе¬
ния молекул в органической химии. Этот метод возник в 1900 г. в
результате модификации и широкого развития синтетического способа
применения цинкорганических соединений, найденного А. М. Бутлеро¬
вым (Казань) и разработанного его учениками А. М. Зайцевым,
Е. Е. Вагнером, С. Н. Реформатским и др.
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ363Цинкорганические соединения. Действуя иодистыми алкилами на цин¬
ковую стружку, получают RZnI, а при сухой перегонке этого типа со¬
лей отгоняются жидкие, воспламеняющиеся на воздухе соединения
RaZn:RI + Zn —v RZnI
2RZnI —> R2Zn + ZnI2Они, главным образом, и применялись в синтезе.Реакции цинкорганических соединений, вполне аналогичные реак¬
циям магнийорганических соединений, дали возможность синтезиро¬
вать первичные и вторичные спирты. Третичные спирты, существование
которых было предсказано Бутлеровым на основании теории строения,
были им открыты именно посредством синтеза с цинкорганическими
соединениями:RI	H2oСН3—С—О 4- ZnR2 —СН3—С—OZriCl 	►< I	ICl	RR—>• CHS—С—OH+Zn(OH)Cl (А. М. Бутлеров)IRR\	R\C=0 + ZnR2 —» R—C—OZnR' H^°R/	r/R'R-RR—C—OH + Zn(OH)2 + R'H (А. М. Зайцев)R'sR—С—О + ZnR, —► 'C-OZnR'I	r/IH	Hh2oR—C—OH + Zn(OH)2 + R'H (E. E. Вагнер)н/H\	R\	H2o;c=0 -f ZnR2 —-► H—C—OZnR —►и	н/R\H—C— OH + Zn(OH)2 + RH (В. E. Тищенко)н/Цинкорганические соединения, однако, более инертны, чем магний-
орггнические, и не реагируют с углекислым газом в обычных условиях.
После открытия гриньяровой реакции неудобные в обращении диалкил-
цинки почти не используются. Некоторую сферу применения сохранили
еще менее реакционноспособные соединения типа RZnX. Например,
действуя RZnX на хлорангидриды кислот, удается получить кетоны с
лучшим результатом, чем реакцией Гриньяра с теми же хлорангидри-
дами, так как полученный кетон реагирует далее уже медленно. Кроме
364ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯтого, с широким применением цинкорганических соединений, получае¬
мых по реакции РеформатскогоR—СН—С—OR' + Zn —> R—СН—С—ORI	II	IIIВг О	BrZn Омы уже встречались на примере синтеза р-оксикислот (кн. I, стр. 375).
Такого типа соединения (реактив Реформатского) в индивидуальном
виде выделил К. А. Кочешков.К воде, кислотам, спиртам и аминам цинкорганические соединения
относятся так же, как и магнийорганические:R2Zn + 2HA —► ZnA2 + 2RHКадмийорганические соединения по свойствам близки к цинкоргани-
ческим. При синтезе кетонов из хлорангидридов карбоновых кислот ча¬
сто добавляют хлористый кадмий к гриньярову реактиву для перевода
сто добавляют хлористый кадмий к гриньярову реактиву для перевода
кетона.Металлоорганические соединения кальция, стронция и бария до сих порочень мало изучены. Они с трудом и в малом количестве получаются
при действии иодистых алкилов на металлическую стружку. Эти соеди¬
нения еще более активны, чем магнийорганические.
Бериллийорганические соединения плохо получаются взаимодействием
металла с галоидными алкилами. Их лучше синтезировать через гринья-
ров реактив. Известны оба типа соединений — RBeX и R2Be. По свой¬
ствам они ближе к алюминийорганическим соединениям, чем к магний-
органическим.Рту.тноорганические соединения. По способам получения и свойствам
ртутноорганические соединения резко отличаются от соединений осталь¬
ных элементов II группы. Они ближе к металлоорганическим соедине¬
ниям Sn, Pb, Sb, Bi, тогда как соединения щелочноземельных металлов
Be, Mg, Zn, Cd — ближе к металлоорганическим соединениям щелочных
м еталлов.Ртутноорганические соединения бывают полные R2Hg и смешанные
RHgCi (ртутноорганические соли, где вместо С1 может быть любой
анион). Их можно получить общей реакцией синтеза металлоорганиче¬
ских соединений — действием гриньярова реактива на соответствующее
количество галогенида ртути:RMgCl + HgCl2 —► RHgCl + MgCl2
2RMgCl + HgCl2 —► R2Hg + 2MgCl2Соединения RHgX превращаются в RaHg реакцией симметризации,
вызываемой действием ряда веществ, способных связать соль ртути
в комплекс или иное неионное соединение:2RHgX + 4KCN —► R2Hg + Kj [Hg(CN)„]2- + 2KX2RHgX + 4KI —* R2Hg + K2 [Hgl4]2- + 2KX2RHgX + 2NH3 —* R2Hg + [Hg(NH3)2]2+ 2X~Обратное превращение в RHgX совершается при нагревании рас¬
твора (например, в спирте) эквивалентных количеств R2Hg и органиче¬
ской или неорганической соли ртути:R2Hg + HgX2 —♦ 2RHgXРеакция практически идет до конца, быстрее, если R арил или ви¬
нил, и медленнее, если R — алкил.
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ335Известны и несимметрические полные ртутноорганические соедине¬
ния RHgR'. Их получают по Харашу действием гриньярова реактива
на ртутноорганнческие соли:RHgX +R'MgX —> RHgR' + MgX2Вместо гриньярова реактива можно брать литийорганическое соеди¬
нение или лучше (по А. Н. Несмеянову, К. А. Кочешкову и P. X. Фрейд-
линой) действовать на RHgX в щелочном растворе R/B(OH)2,
R/SnO(OH), R'As(OH)2 и другими имеющими кислотную функцию ме¬
таллоорганическими соединениями непереходных элементов. Например:RHgX + R'B(OH)2 + ОН' —> RHgR' + B(OH)3+X~Несимметрические ртутноорганические соединения в общем неустой¬
чивы и при стоянии, быстрее, при нагревании, симметризуются:2RHgR' —> R2Hg + R'2HgУстойчивость их тем выше, чем больше разница электроотрицатель¬
ностей радикалов, так что наименее устойчив тип ArHgAr' с близкими
арилами, а наиболее устойчивы, не отличаясь от ртутноорганических
солей, вещества RHgCN. Легкость симметризации RHgR' помогает по¬
нять открытый О. А. Реутовым изумительный факт быстрого обмена
атомами ртути между молекулами диарилртути с обычной ртутью и с
ее радиоактивным изотопом:Ai\	/Аг' Аг'х	/Аг;не + *Hg, —> 4;Hg + *Hg
А К	4Ar' Ar"	xArПодобного рода обмен может обеспечивать самопроизвольную сим¬
метризацию несимметричных ртутноорганических соединений RHgR'.Отметим здесь же не менее поразительный факт, открытый также
О. А. Реутовым, — быстрый обмен металла диарилртути (а также ди-
хлорвинилртути) с металлической ртутью, что также было установлено
опытами с радиоактивной металлической ртутью.В отличие от большинства других металлоорганических соединений,
для которых синтез при помощи гриньярова реактива — главный, ртут¬
ноорганические соединения можно синтезировать рядом других мето¬
дов. Приводим методы получения соединений жирного ряда.1.	Прямое замещение достаточно подвижного водорода на остаток
HgX при действии HgX2 на YCH3 или Y—СН2—Z, где Y и Z — карбо¬
нилы, карбоксилы или нитрогруппа, а X — ацетатный остаток:О
366ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯВзаимодействие системI	/	II	IX—СН,—С=С^ X—СН—С=0 X—СН—C=Nт. е. аллилгалогенидов (Н. Н. Зинин), а-галоидоксосоединений и слож¬
ных эфиров а-галоидкислот (О. А. Реутов) или их нитрилов (В. А. Аб¬
рамов) с металлической ртутью, особенно при освещении:I	IX—СН2—С=--+ Hg —► XHg—сн2—с=Лучше реагируют иодиды, плохо — хлориды.2.	Присоединение ацетата ртути (или, более ограниченно, других
солей) к непредельным соединениям в водном или спиртовом растворе
дает особый тип «квазикомплексных» соединений ртути:в растворе	/HgClI, НО=СН + HgCl-—> С=С	(Бигинелли)СК \ни нВ парах	\r__r'	(P. X. Фрейдлина,	" с/ %ц.а °- в- н°"->XHg,	Л11а. СНн=СН + 2HgX2 + Н;0 —>	СН-С^ + 2HX (М. Г. Кучероз)XHg/н нИ. Н2С=СН2 + Hg/OCCHD\	С7 + СНзСООН (Гофман, Занд)4 ) н/\ |чни	НО HgQCCHaОfit ли Hv	/НIII. Н2С=СН2 + Hg/OCOCH3\	Хс—СХ	(Шеллер, Шраут)I	о I н/| 1Хнп	СН30 Н-ОССНзIIоПри присоединении соли ртути к несимметрично построенным оле-
финам соблюдаются те же правила, что и при гетеролитическом присо¬
единении галоидоводорода (правило Марковникова), так что из пропи¬
лена получаетсяСНз—СН—СН2—Hg—О—С—СН3I	IIОН	оПолучаемые при присоединении солей ртути к ацетиленам (I и 1а) и
олефинам (реакции «оксимеркурирования» II и «алкоксимеркурирова-
ния» III) очень своеобразные по свойствам «квазикомплексные»
(А. Н. Несмеянов, P. X. Фрейдлина) ртутноорганические соединения от¬
личаются той особенностью, что при действии на них реагентов, атакую¬
щих ион ртути и связывающих ее в комплекс (Г, CN”, S2Of и др.),
уже на холоду протекает реакция элиминации — отщепляется ртуть со
своим анионом и из p-положения к ней — С1, ОН или ОСН3 (для
реакций I—III), и таким образом регенерируется олефин или ацетилен.
Это напоминает поведение л-комплексных соединений олефинов и аде-
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ367тилена; поэтому некоторое время продуктам присоединения придавали
строение комплексных соединений:/ОННС=СН • HgCl2 Н2С=СН2 • Hg\o-C-СН3IIоОкончательная ясность в строение этих соединений внесена работами
Мидлтона, Р. Адамса и А. Н. Несмеянова, P. X. Фрейдлиной, А. Е. Бо¬
рисова. Последние авторы доказали существование ^ыс-грамс-изомерии
в продуктах присоединения солей ртути к ацетилену и его производным,
что несовместимо с формулами комплексных соединений. Кроме того,
они показали, что аддукты с олефинами превращаются по методу
А. Н. Несмеянова, К. А. Кочешкова и P. X. Фрейдлиной в несимметри¬
ческие полные ртутноорганические соединенияНОСН2—CH2HgCl + С6Н6В(ОН)2	НОСН2—CH2HgC6Hs + В(ОН)3 + СГтогда как альтернативная структура с комплексно связанной ртутью
в условиях этой реакции дала бы дифенилртуть и этилен (см. ниже
свойства квазикомплексиых соединений):НОч СН2	он->g<-| +2С6Н6В(ОН)2 	► (С6Нб)2Н2 + СН2=СН2 + 2В(ОН)3 + СГс/ сн3Еще раньше Марвел изолировал из продукта присоединения соли
ртути к L-ментиловому эфиру коричной кислоты два диастереоизомера,
что наиболее естественно объяснить появлением новых асимметриче¬
ских центров за счет присоединения соли ртути:СН3ОНС6Н5—-СН—СН—С—О—Ментил + Hg/O—С—СН30	V оО. . II—>- С6Н5—СН-СН—С—О—Ментил + СН3СООН1	IСНэО HgOCCH3IIоО. А. Реутов и В. И. Соколов, применив метод количественного рас¬
чета величины молекулярного вращения Брюстера (кн. I, стр. 585),
установили на примере присоединения соли ртути к циклогексену, что
HgX и ОСН3 вступают в грснс-положение:сн,он ^/HgO-C-CeH, cr /N/HgCl'ОСН.+ Hg(OCOC6H6),	* I 1 I	о	“"LIТаким образом, аддукты соли ртути и олефинов (или ацетиленов)
являются продуктами присоединения с разрывом двойной связи. При¬
водятся доводы (Уинстейн) о мимолетном образовании л-комплекса
(«меркуриниевый ион») в качестве нестойкой первой фазы реакции при¬
соединения:Hg2+СН2=СН2 + Hg2+Н20: СГCH^CHJ —	* НОСН..—CH^HgCI + Н*
368ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПо данным Р. Я. Левиной, соли ртути раскрывают трехчленный цикл
и присоединение идет аналогично присоединению к олефинам:СН2/ \Н2С	СН2 + Hg/0-C—сн3\ +Н20 —►( А 1—> НОСН2—СН2—СН:—HgO—С—СНз + СН3СООНIIОПрисоединение солей ртути к простым и сложным эфирам винило¬
вого спирта и к кетенам протекает своеобразно и приводит к ртутным
производным альдегидов, кетонов и кислот (А. Н. Несмеянов, И. Ф. Лу¬
ценко) :CH2=CHOR + /СН3-С-0\ Hg —► CH2-C-0-Hg—СН2— с' +I	II	хно у2	о+ СНзСООН + ROHг( сн2-с*Ч ХнУ2( s°\2CHi=CHOR + HgO + н20 —► Hg СН2—Cf + 2ROHСН2=С—СНз|	+ /СНз—С—ON Hg —►О—С—СН3	II[|	\ О ]2о—► СН3—С—О—Hg—СН2—С—СН3 + 2СН3СООН1	ио	оСН2=С=0 + /СНз—С—0\ Hg + ROH —►V о I—> СНз-С-О—Hg—СН2—С—OR + СНзСООН (И. Ф. Луценко)II	IIО	о3.	В ароматическом ряду ртутноорганические соединения получаются
проще всего прямым меркурированием (Димрот), примером которого
может служить меркурирование бензола, протекающее при кипячении
бензола с ацетатом ртути или другими ее солями:С0Нв + Hg/O—С—СН3\ —► С6Н5—Hg—О—С—СН3 + СНзСООНII	IIо	Л	ОРеакция представляет собой электрофильное замещение и, следова¬
тельно, облегчается заместителями I рода, направляющими ртуть в ор¬
то-пара-положение, и замедляется ориентантами II рода. Анилин, на¬
пример, меркурируется в водном растворе уже при комнатной темпера¬
туре, причем образуется смесь о- и и-ацетатмеркуранилинов. Легко
меркурируются и фенолы. Многие меркурированные фенолы приме¬
няются как антисептики, бактерициды и сельскохозяйственные фунги¬
циды.4.	Второй метод синтеза, специфический для ароматического ряда,—
синтез ртутноорганических соединений через диазосоединения (А. Н. Не-
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ369смеянов). Он состоит в действии порошка металлической меди на двой¬
ные соли хлорида арилдиазония и сулемы:Ar—№~N HgClJ + 2Cu —ArHgCl + N2 + 2CuCl
2Ar—N=sN HgCl; + 6Cu + 6NH3 —> Ar,Hg + 2N2 + 6CuCl • NH3 + HgЭтим методом можно получить (из соответствующего амина) любой
желаемый изомер ароматического ртутноорганического вещества, тогда
как прямое меркурирование по Димроту дает, обычно, смесь изомеров.5.	Действием на АгВг амальгамой натрия получают диарилртуть
(Дрехер, Отто):2ArBr + Na2Hg -—*- Ar2Hg + NaBr6.	При действии сулемы на сульфиновые кислоты остаток S02H за¬
меняется на HgCl (Петерс):ArS02H + HgCl2 —► ArHgCl + S02 + HCl7.	Лабильные карбоксилы при действии соли ртути заменяются на
ртуть:jT\NO* \/°o2n ({ v-cxno2 / аСНз—с—СН—СООН + Hg/0—C—сн3Hg2+	I 0,N—ч)	 I Hg + 2C02 (Хараш)OR	\ О J2—>- СНз—C—CH—Hg—O—C—CH3 + C02 + CH3COOHi A &(Хараш; A. H. Несмеянов и И. Ф. Луценко)8. По Г. А. Разуваеву и Ю. А. Ольдекопу, уксуснокислая ртуть и ее
гомологи при УФ-облучеиии декарбоксилируются по свободнорадикаль¬
ному механизму, образуя алкилмеркуркарбоксилат:/СН3С—0\ Hg —► CH3Hg—О—С—СН3 + С02о /я	оТакая же реакция может быть инициирована перекисью.9.	Алкил- и арилборные кислоты реагируют с сулемой по схеме:RB(OH)2 + HgCL + Н20 —>■ RHgCl + В(ОН)3 + HCl10.	Все алкильные и арильные металлоорганические соединения
(кроме соединений пятивалентных мышьяка и сурьмы) при реакции
с солями ртути претерпевают обмен (А. Н. Несмеянов, К. А. Кочеш¬
ков). Например:R4Sn + HgX, ■—► R3SnX + RHgX
R3SnX + HgX2 —>- R,SiiX_. + RHgX
R2SnX2+HgX2 —^ RSnX3+RHgX
RSnX3 + HgX2 —>■ SnX, + RHgX
2RSnX> + HgX2 + 2011"' —R2Hg + 2SnOr + + 3H20Проведение реакций 9 и 10 в щелочной среде приводит непосред¬
ственно к R2Hg.
370ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯНекоторые винилъные соединения ртути можно получить с помощью
ртутьсодержащих илидов фосфора (Н. А. Несмеянов, О. А. Реутов),
например:СООСН,СООСНзнI	I //Не—С=Р(С6НБ)а	R\A /Hg-c=c(CeH6)3P=c(	+ 2RCHO —*ncooch3	нх хсоосн3Подробнее о реакции Виттига см. стр. 392.Свойства и реакции ртутноорганических соедине¬
ний. В несимметрических RHgR' один из радикалов — более электро¬
отрицательный— легче подвергается атаке протоном. Систематически
исследуя результат реакцииRHgR' + HCl —v RHgCl+R'H
Хараш построил ряд электроотрицательности радикалов:—CN < ——ОСНз < —( Л < —< —(~\ СН3 << -Г\ <-СНз < —С2Н6 < —С3Н7 < —сн2 	^Из него следует, что кислоты отщепляют от RHgAr ароматические
радикалы легче, чем жирные радикалы, а ароматические радикалы, со¬
держащие в орто- и пара-положении заместители I рода, отщепляются
легче, чем незамещенный фенил. Таким образом, что касается арома¬
тического ядра, связанного со ртутью, атака Н+ является обычной
электрофильной атакой на ароматическое ядро, и именно на его угле¬
род, связанный с ртутью. С галоидоводородными кислотами реакция
идет быстрее, чем с другими сильными кислотами, что объясняется уча¬
стием галоида в четырехчленном переходном состоянии (стр. 540):j R-Hg-RRHgR + HCI' H-ClП'Lh-RH + RHgClРадикал в RHgCl удерживается уже прочнее и для его отрыва в виде
RH необходимы более жесткие условия ацидолиза.В реакцииRHgR' + *HgCl2 —* R'HgCl + R’HgCiкоторая легко протекает при нагревании в растворе, ртуть сулемы (ме¬
ченой) забирает менее отрицательный в ряду Хараша радикал R'
(Н. А. Несмеянов и О. А. Реутов).Реакции обмена геометрических изомеров р-замещенных винильных
соединений ртути с сулемой, так же как и обратная реакция — симмет¬
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ371ризации, идут с сохранением конфигурации (А. Н. Несмеянов, А. Е. Бо¬
рисов, 1948 г.):'Cl	н\	С1Ч /Н,с=с ) Hg + Hgci, —> 2 ,c=q
' 2н/ \ У 2	ХНЕС1NH.3Обмены RzHg с сулемой и реакции симметризации типа2RHgX —> R2Hgидут также с сохранением конфигурации (А. Н. Несмеянов, О. А. Реу¬
тов, И. П. Белецкая). Разумеется, речь идет о случаях, когда асиммет¬
рический радикал R связан с ртутыо своим асимметрическим углеро¬
дом, например:С6Н5—СН—COOR'»	NH3	|2CeHs—СН—COOR' 	>-	HgI	IHgCl	C6H5—CH—COOR'Это были первые реакции Tima SB2, на которых было установлено
стереохимическое их течение, противоположное реакциям 5 л-2. При про¬
ведении некоторых реакций обмена ртути в сильно сольватирующем
нуклеофильном растворителе (диметилсульфоксиде) оказалось, что они
текут по никогда ранее не констатированному механизму S^l, т. е. с
предварительной медленной ионизацией по связи С—Hg и рацемиза¬
цией (О. А. Реутов, И. П. Белецкая):/\ \	медленно \	+ /-с- Hg <: » -с: + hsc-\/ /2 / \'Х	быстро \—c: + Hgd2 	► —c-HgCi + cr/ /Низшие диалкилртути—жидкие, перегоняющиеся без разложения,
очень ядовитые вещества со слабым неприятным запахом. Особенно на¬
вязчив запах низших алкнлмеркурхлоридов — твердых веществ с по¬
движным галоидом, легко заменяемым на другие анионы. Диарил-
ртути— твердые вещества, более ипзконлавкие, чем арилмеркурхлорпды
[так, (C6H5)2Hg плавится при 125 °С, C6H5HgCl при 272 °С], и более,
чем они, растворимые в органических растворителях.При действии на дналкилртуть концентрированных минеральных
кислот (но не слабых кислот или воды) от нее отщепляется один из
зддикалов:R2Hg + HCl —> RIIgCl + RHДиарилртуть еще легче, чем диалкилртуть, реагирует с НС1, галои¬
дами и солями ртути.Восстановление диалкилртути водородом в момент выделения
(NaHg + НгО; Zn + HCl в этаноле) или водородом при высокой темпе¬
ратуре и давлении (Г. А. Разуваев) освобождает металлическую ртуть,
и выделяется углеводород:R,Hg + 2Н — > 2RH + На
372ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯГалоид отрывает один за другим оба радикала от диалкилртути:
R2Hg + I2 —> RHgl + RI
RHgl + I2 —- Hgl2 + RIНикаких присоединений по карбонильной группе или обменов с га¬
лоидными алкилами и каких-либо других реакций, подобных реакциям
магнийорганических соединений, с обычными ртутноорганическими ве¬
ществами не происходит.О. А. Реутов и И. П. Белецкая нашли, однако, что при «нуклеофиль¬
ном содействии» в сильно ионизирующем апротонном растворителе, на¬
пример в диметилсульфоксиде, ртуть в диарилртути обменивается на
радикал, подобный триарилметилу. Нуклеофильное содействие — одно¬
временная атака на ртуть аниона, подобного иод-иону:(СвНв),Нв + С1С(СвН6)з —* С6Н5С(С6Н5)з + C6H5HgI + сг
I"Единственные две реакции обмена, в которых ртутноорганические
соединения широко использованы в синтезе металлоорганических соеди¬
нений, это — обмен с металлами и галогенидами металлов. В реакции
обмена вступают все непереходные металлы, значительно менее благо¬
родные, чем ртуть, а именно: Li, Na, Кит. д.; Mg, Zn, Cd, AI, Ga, In,
Tl, Sn, Sb, Bi. Например:R2Hg + Zn —► R2Zn + Hg2R2Hg + AsCI3 —> R2AsC1 + 2RHgCl
Ar2Hg + IC13 —► ArICl2 + ArHgCl Ar2Hg + ArICl2 —>- AraICl + ArHgClВ подобного рода реакции не вступают галоидные соли щелочных
и щелочноземельных металлов, но с большим или меньшим трудом
вступают галогениды остальных непереходных элементов.Обе реакции обмена исторически были важными методами, которыми
впервые были получены многие индивидуальные металлоорганические
соединения непереходных элементов.Изучая подобные реакции обмена металла в цис- и транс-изомерах
p-хлорвинилмеркурхлорида и бис-р-хлорвинилртути, А. Н. Несмеянов
и А. Е. Борисов установили правило: электрофильные и гомолитические
замещения у олефинового атома углерода происходят с сохранением
конфигурации (цис- или транс-).Нагревание диарилртути с переходными металлами (Ag, Pd, Pt
и др.) приводит к образованию диарила (Г. А. Разуваев):PdAr2Hg ^=±: Аг—Ar + Hg
Таким путем Виттиг получил о-дифенилен:HgHgСовершенно другими свойствами обладают квазикомплексные ртут¬
ноорганические соединения. Как было ранее сказано, это аддукты солей
ртути с олефинами или ацетиленами, имеющие строение р-окси-, р-алк-
окси-, р-галоид- и т.д. замещенных алкил- или алкенилртутноорганиче-
ских соединений. Аддукты олефинов реагируют подобно другим ртутно¬
органическим соединениям только при восстановлении амальгамой нат¬
ВТОРАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ системы элементов373рия, а аддукты ацетилена — в реакциях с галоидами, металлами и га¬
лоидными металлами.Характернейшая реакция квазикомплексных соединений — р-элими¬
нация (стр. 546), наступающая при атаке как на ^-заместитель, так и
на атом ртути и ведущая к выделению олефина (соответственно ацети¬
лена) и ртути в форме неорганического соединения:НО—СН2СН2—HgCl —-> Н—О + СН2=СН2 + HgCI2
н+	СГ	i
НО—СН2СН2—HgCl + ЗГ —► CH2=CH2 + HgU + он~ + сг
Cl—CH=CH—HgCl + ЗГ —► HC=CH + Hgir + 2СГАналогично идут реакции с CN~, S2or и т. д.Таким образом, реагенты, которые обычно симметризуют ртутноор¬
ганические соли, разрушают квазикомплексные соединения. Симмет-
ризовать их можно лишь действием аммиака:2С1—CH=CH—HgCl + 2NH3 —> (ClCH=CH)2Hg + Hg(NH3)sCl2Формально эти реакции элиминации можно уподобить реакциям1.4-присоединения	к сопряженным системам С = С—С = С. Действи¬
тельно, например, расщепление этанолмеркурхлсрида соляной кисло¬
той схематически изображается так:12	3	4НО—СН2—СН2—HgCl —► НОН + СН2=СН2 + HgCl2t. t
н+	сгВыделенные жирным шрифтом a-связи играют роль, аналогичную
сопряженным л-связям диеновой системы (0,0-сопряжение, или гипер¬
конъюгация). Атака Н+ и С1- направлена на первый и четвертый ато¬
мы сопряженной системы. Как и в системе С = С—С = С, в результате1.4-присоединения	рвутся связи 1,2 и 3,4, а между углеродами 2 и 3
устанавливается л-связь. Описанное выше присоединение солей ртути
к простым или сложным виниловым эфирам приводит (после замены
аниона) к а-галоидмеркуральдегидам и кетонам, которые тоже отли¬
чаются рядом особенностей в своих реакциях. В отличие от алкильных
и арильных соединений ртуть в a-положении к оксогруппе «легко по¬
движна» и вступает в реакцию обмена с органическими и неорганиче¬
скими галоидпроизводными, причем реакции протекают как без пере¬
несения, так часто и с перенесением реакционного центра.Без перенесения реакционного центра:(С6Н5)зСС1 + ClHg-CH2-C; —> (С6Н5)3С-СН,-С" + HgCl2
хн	хнс перенесением реакционного центра (А. Н. Несмеянов, И. Ф. Лу¬
ценко, Э. Г. Перевалова):/Э	/0-C(C6H.1N02-«)3
(n-NOjCeHJaCCl + ClHs-CHj-C^ —v СНа=С	+ HgCl,,
ХН	ХН
/О	/О-С—сн3
СН3—С—Cl + ClHg—сн2——> сн2=-с I +HgCl2II	н	хн ооРеакции с перенесением реакционного центра протекают как элек-
трофильные атаки по кислороду (а не по yi лерод>) и дают производные
374ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ(в данном случае, например, ацетильное) таутомерной формы оксосо-
единения, хотя в отличие от самого оксосоединения его ртутному произ¬
водному не свойственна таутомерия, т. е. в системегл г*С1 н z сна—с=о
натака по кислороду облегчена одновременным «подводом электронов»
за счет легко поляризуемой связи Hg—С.Реакцию такого типа формально можно рассматривать как 1,4-при-
соединение по о.л-сопряженной, т. е. гиперконъюгированной системе
связей (А. Н. Несмеянов):CI— с'II \сн.сн2=с;л'•о-с-сн,
и 3
оаналогично\l 2
,сн=?сн.тЛ;м£---о ‘
сх 4сн.Rs;cH-cH=c-oMgciCHaТРЕТЬЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВБорорганические соединения. Неорганические и органические соедине¬
ния бора изучаются в последнее время особенно интенсивно, и разно¬
образие известных их типов быстро возрастает. Гидриды бора, как со¬
держащие замещающие органические радикалы, так и чистые гидриды,
интересны своими «мостиковыми» водородными связями, например:н	н к нЖ Ж	жW "к ш нас^ чн ■ ндибораи	метилдиборанВодородные атомы этих водородных мостиков совершенно симме¬
тричны по отношению к обоим атомам бора, и в этом отличие таких
мостиков от обычных водородных связей, например, в уксусной кислоте^0	н-очСНз-С.	>-СН3Х0-Н	о-где расстояния водородньх атомов в димерном цикле от гидроксиль¬
ного кислорода «своей» и карбонильного кислорода «чужой» молекулы
резко отличны. В диборане четыре электрона «обслуживают» четыре
атома (2В и 2Н) и образуют четырехцентровые орбитали.Известны еще гидриды бора состава В4Ню; В5Н9; В5Нц; B8Hi2;
В9Н13 и, наконец, один из наиболее прочных — декаборан В10Н14. Для
некоторых из них известны алкильные и иные замещенные, получаемые
по Шлезингеру взаимодействием бороводородов с триалкилборами.
ТРЕТЬЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ375Интересно различное отношение диборана и декаборана к гриньярову
реактиву (Виберг):В2Ив + RMgBr —>- RB,H5 + HMgBr
Bj0Hj4 + RMgBr —* B„HJ3MgBr+RHДействуя на BK)H13MgBr галоидными алкилами, можно получить
и алкилдекабораны (Виберг):BioHuMgBr + RBr -—*■ RB|aHi3 + MgBrjСтроение гидридов бора (рис. 96—98) и их производных тем и ин¬
тересно, что оно нарушает (как и ряд других структур элементоорга¬
нических соединений) каноны классической теории строения и позво¬
ляет дальше совершенствовать наши структурные представления.Рис. 96. Строение пентаборана В5Н9.Диборан и алкилдибораны присоединяются (за счет В—Н-связей)
к олефинам и ацетиленам по следующему типу реакций (Херд, Броун):
В2Н3 + 6RCH=CH2 —> 2(RCH2—СН2—)3В
B2(CH3)2H4 + 4RCH=CH2 —► 2(RCH2—СН2—)2ВСН3Присоединение идет здесь всегда как бы против правила Марков-
никова. Это потому, что в гидридах бора водород более отрицателен и
отходит как гидрид-анион Н~ а бор
более положителен, так что не фор¬
мально, а по существу правило
Марковникова (кн. I, стр. 248) со¬
блюдается.Для синтеза борорганических
соединений вместо гидридов бора,
самовозгорающихся на воздухе и
очень ядовитых, можно действовать
на олефины ВС13 в присутствии ме¬
таллического алюминия:RCH=CH2 + НВС12 —>• RCH,—СН,ВС12Реакция, видимо, идет через
предварительное образование НВС12
и присоединение его к олефину.	Рис. 98. Строение декаборана B;oHi4.Широко использовано для синтеза борорганических соединений
взаимодействие трехгалоидного бора (Краузе) или эфиров борной кис¬
лоты (Е. Хотинский) с литийорганическими соединениями или гринь-
яровым реактивом:ВХ3 + 3RMgBrR3B +3Mg/ВгЧХ
376ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯТаким же путем могут быть получены типы веществ R2B(OCH3),
RBC12 и R2BG, которые при гидролизе дают алкил- и диалкилборные
кислоты RB(OH)2 и R2B(OH) еще более слабые, чем борная кислота,
и довольно легко отщепляющие алкилы при окислении кислородом
воздуха и при действии ряда металлгалогенидов (HgC!2, CuCl2), но не
при действии кислот. Алкилборные кислоты образуют при высушива¬
нии или отнятии воды химическим путем интересные тримерные цикли¬
ческие ангидридыBRГ!RB\ /BR
ОПри действии на комплексную соль KBF4 гриньяровым реактивом
RMgBr в случае жирного радикала R получается R3B, а в случае аро¬
матического ArMgBr реакция протекает по схеме (А. Н. Несмеянов,В.	А. Сазонова)KBF4 + 4ArMgBr —>- К+ ~ВАг4 + 2MgF2 + 2MgBr2и получаются соли щелочных металлов с тетраарилбор-анионом. Эти
соли были впервые получены Виттигом посредством такой реакции:ВАг3 + ArLi —► Li+ ~BAr4Здесь (Аг:)зВ, имеющий вокруг бора секстет электронов, в стремле¬
нии дополнить его до октета захватил радикал Ап с парой электронов
от Li:Ar, оголив литий до катиона. В результате вокруг бора обра¬
зовался октет электронов и бор приобрел отрицательный заряд аниона.
Такого типа соли — превосходные реактивы на К, РЬ и Cs, так как
образуют с их катионами практически нерастворимые в воде соли.Соединения типа R3B, исходя из той же тенденции, способны к сле¬
дующим реакциям:R3B + sNR' —* R3BsNR'R3B + NaOH —► R3B : OH + Na+R3B+2Na. —► [R3B : Na]“ Na++ +В соединении R3B:NR3 связь BsN должна рассматриваться как
семиполярная, ибо кроме ковалентной пары электронов атомы свя¬
зывает их полный (ионный) противоположный заряд, образовавшийся
как следствие одностороннего предоставления в совместное обладание
пары электронов одной нейтральной молекулой другой нейтральной
молекуле. В анионе же R3B : ОН связь В—О, несмотря на аналогич¬
ное ее образование, уже обычная ковалентная, поскольку кислород не
несет формального (полного) заряда, противоположного заряду, возник¬
шему на атоме бора (ОН- пришел с отрицательным зарядом, который
он и потерял, так как односторонне предоставил бору пару электронов
в совместное обладание).Соль R4B'M+ Виттиг назвал am-комплексом. Ее можно также на¬
звать обратным онаевым соединением, так как способ ее образования
сходно противоположен образованию ониевых, например аммониевых,
катионов:R3B + RNa —* R4B* Na+R3N + RC1R4N" СГ
ТРЕТЬЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ377В 1962 г. Онак, Вильямс и Вейс открыли реакцию пентаборана с
гомологами ацетилена, протекающую по уравнению:НА	НАлВ5Н9 + RfeCR' + N
НА7BjHoCjRR' + Н3В s NНас/На основании изучения спектров ЯМР подобным борорганическим
веществам приписана структура, изображенная на рис. 99. Так был
открыт первый из серии прочных ароматических карборанов с полиэд¬
рическими молекулами общей формулы
В„С2Нп+2. За ним последовало открытие и
остальных членов этой серии, изображенных
на рис. 100. Наиболее исследованными ока¬
зались весьма интересные по свойствам три
прочных декакарборана — орто-(1,2-), мета-
(1,7-) и пара-(1,12-), изображенные на
рис. 101. Как и на рис. 100, каждый из ато¬
мов бора и углерода в этих структурах несет
по одному атому водорода, не изображенному
на рисунке. Первый из декакарборанов (ор¬
то-расположение ацетиленовых углеродов)
был открыт в 1963 г. практически одновремен¬
но Л. И. Захаркиным, В. И. Станко и сотр.(СССР), назвавшими его барен, и Фейном
(США), назвавшим его карборан-10. Он со¬
держит 10 атомов бора и два атома углерода, расположенные по вер¬
шинам икосаэдра.Барен (о-карборан-Ю, или 1,2-карборан-10) получают нагреванием
примерно до 90 °С комплексов декаборана B)0Hi4L2 с ацетиленом, где
L — лиганд типа ацетонитрила или диэтилсульфида. Если нагревать
его в течение суток до 465—500 °С, он изомеризуется в л-карборан-10Рис. 99. Строение диметил-
тетракарборана состава
В„Н6С2{СН3)2.В'В/гв1,2 -B^CoHgс1,6-В4Н4С2Н22,4-B5H5C2H2Рис. 100. Строение карборанов Общей формулы ВлСгН/г+г- (Каж¬
дый В и С несут по одному водороду, не изображенному на ри¬
сунке.)(или, иначе 1,7-карборан-10). При нагревании л«-карборана-10 до 615’С
образуется с 6%-ным выходом «-карборан-10 (или, что то же, 1,12-кар-
боран-10). Все три соединения исключительно прочны термически, а
также к окислению и действию кислот. Из всех трех лучще изучен
барен.По рентгеноструктурным данным расстояние С—С в барене больше,
чем даже в предельных углеводородах. При действии алкиллития водо-
роды при бывших ацетиленовых углеродах замещаются на атомы
лития (Л. И. Захаркин, В. И. Станко). С этим литийорганическим
соединением можно осуществить обычные для литийорганических со¬
единений реакции: алкилирование посредством RBr, карбоксилирова-
378ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯние при помощи С02, присоединение альдегида, присоединение окиси
этилена с образованием спиртов, получение с солями металлов
металлических производных (О. Ю. Охлобыстин) и т. д. Замещение на
натрий можно осуществить действием карборана-10 на амид натрия
в жидком аммиаке, замещение на MgBr — действием СгНбМёВг
(Хейинг, Эйджер, Кларк и др., Л. И. Захаркин, В. И. Станко и др.).Рис. 101. Строение декакарборанов BiqH10C2H2:а — 1,2-карборан-Ю (т. пл. 287—288 °С); б —1,7-карборан*10 (т. пл. 266—269 °С); в —1,12-
карборан-10 (т. пл. 259—261 °С).При действии на барен спиртового раствора едкого кали происхо¬
дит отщепление одного атома бора и двух протонов, и образуется свое¬
образный анион В9С2Н^7 (так называемый дикарболлид-анион)
(рис. 102,а). Этот анион, как установил Хоторн, может образовать
сэндвичевые соединения (стр. 438) с переходными металлами
(рис. 102,6 и в). В барене можно хлорированием на свету заместить
один или несколько водородов при боре на хлоры; такой хлоркарборан
имеет малоподвижный галоид.г-р5МвВ8Рис. 102. Строение дикарболлид-аниона В9С2Нц и образуемых
им соединений с металлами:а—анион; б —сэндвичеобразная структура комплекса с переходным металлом;
в—дикарболлид-циклопентадиенид металла М.В общем, карбораны представляют собой явно ароматические систе¬
мы с низким энергетическим уровнем, обладающие электроноакцептор¬
ным характером, связанные воедино многоцентровыми электронными
орбиталями. Их структуру невозможно описать на основе класси¬
ческой бутлеровской теории строения, используя привычные четырех¬
валентные у1лероды и трехвалентные атомы бора, которые, кстати го¬
ТРЕТЬЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ379воря, занимают в карборане одинаково связанные симметричные поло¬
жения. Карбораны — одни из наиболее ярких типов соединений, выхо¬
дящих за рамки классических структурных схем. Другими такими
веществами являются диборан и другие гидриды бора, а также описан¬
ные ниже димеры триметилалюминия и сэндвичеобразные комплексы
переходных металлов.Интересным типом неорганического соединения бора, образующего
органические производные со связями R—N или R—В, является бор-
азол — «неорганический бензол»:НI .+ в +Н—\'^ XN—НН—'BV/B'—НNIНОрганические производные боразола можно получить следующими
реакциями;+ BR +.
to HIsK ^NH
3R3B + 3NH3 —> 3R3B : NH3 —> _|| | + ...R-BX+^B-RNH+ BC1+i, RjnK ^nR	+3BC13 + 9RNH2 —-> _|| | + 6RNH3 СГ
Cl—BX+^B—Cl
NRПодобным образом можно синтезировать и шестичленные гетеро¬
циклы с чередующимися атомами В и О или В и S, которые широко
исследованы Б. М. Михайловым.Алюминийорганические соединения. За последнее время благодаря
открытию Циглером реакции прямого синтеза триалкильных соедине¬
ний алюминия из олефинов, водорода и мелкораздробленного металла0СН2=СН2 + ЗН2 + 2А1 —► 2(С2Н5)3А1алюминийорганические соединения получают все большее промышен-
ное значение, особенно при полимеризации олефинов (кн. I, стр. 256).Известны следующие типы алюминийорганических соединений:raih2, r2aih, R3AI
RA1C12, RsAiCl, А1С!3
[R4AI]- Li+, [R3A1H]' Li+, [R2AlH2f Li+, [RAIH3]‘ Li+, [AIH*]- Li+Алюминийорганические соединения с низшими алкилами (СНз,
С2Н5) — самовоспламеняющиеся на воздухе жидкости; солеобразные
соединения (нижняя строка) —твердые вещества.Соединения RAIH2 и R2AIH получаются также реакцией Циглера
из чистого мелкодисперсного алюминия, водорода и олефина; RAICI2
и RiAlCl могут быть получены взаимодействием R3AI с A1CU или дей¬
ствием RC1 на металлический алюминий в автоклаве.Одним из резких противоречий с основами теории строения и
четырехвалентностыо углерода, вообще строго соблюдаемыми для
380ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯпредельных соединений, является димерность триметилалюминия, моле¬
кулярный вес которого в парах соответствует молекулярной формуле
(CHs)eAl2. Физическими методами установлено строение этого веще¬
ства, подобное строению АЬСЦ, с метальными мостами, соединяющими
атомы алюминия:Таким образом, в некоторых редких случаях углерод (метала), не
расширяя своей электронной оболочки, т. е. не изменяя валентности в
обычном смысле слова, связывает пять атомов. В этой формуле каж¬
дая валентная связь уже не изображает более пары электронов, а
лишь факт непосредственной связи атомов.Алюминийорганические соединения бурно разлагаются не только
кислотами, но и водой и спиртами:Двуокись углерода реагирует с эфирным раствором триалкилалю-
миниев при температуре 20—100°С (под давлением) с образованием
R2A10C(0)R. Второй алкил вступает в реакцию лишь при 180—200°С
(Л. И. Захаркин, В. В. Гавриленко).Триалкилалюминий энергично реагирует и с оксосоединениями,
но способность восстанавливать последние, в зачаточной форме при¬
сущая и магнийорганическим соединениям, выражена у алюминийор-
ганических соединений гораздо сильнее и делает их менее пригодными
для «гриньяровых» синтезов. Однако они обладают замечательным
свойством присоединяться к олефинам (Циглер), разделяя эту спо¬
собность с боралкилами:Поскольку полученное новое алюминийорганическое соединение
также обладает способностью присоединяться к олефину, реакция не
останавливается на написанной первой стадии и, если имеется избыток
олефина, продолжается вплоть до образования высокомолекулярных
соединений:R3A1 + ЗиСН2=СН2 —■> [R(CH2CH2)„]3A1 —2Z 3R(CH2-CH2)„H + А1(ОН)3Через алюминийорганические соединения, действуя ими на соответ¬
ствующие галоидные соли, можно синтезировать и металлоорганические
соединения тяжелых металлов. Алюминийорганические соединения
окисляются кислородом в алкоголяты.Ароматические триарилалюминии удобно получать, нагревая ди-
арилртуть с металлическим алюминием:С1С1С1(CH,)jAl^ ^А1(СН3)С1С1СС1A1R3 + 3H20 —* 3RH + А1(ОН)3R3A1 + ЗСН2=СН2 —► (RCH2CH2)3A1(RCH2CH2)3A1 + ЗСН2=СН2 —► (RCH2CH2CH2CH2)3A1 и т. д.В итоге:3Ar2Hg + 2А1 —* 2Ar3 + 2А1+ 3HgМеталлоорганические соединения других металлов III группы. Скандий,иттрий и редкоземельные элементы не образуют обычных металлоорга¬
нических алкильных и арильных соединений. Галлий, индий и таллий
ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ381дают все типы — RMX2, R2MX и R3M, исходя из МС13 и RLi или RMgX.
Таллийорганические соединения типов RT1X2 и R2T1X в некоторых
отношениях (по способам синтеза и инертности) подобны ртутноорга¬
ническим. Они устойчивы к воде и на воздухе, солеобразны, высоко¬
плавки. Ароматические таллийорганические соединения можно полу¬
чить через диазосоединения (А. Н. Несмеянов, Л. Г. Макарова) или
прямым действием маслянокислого таллия на ароматические соедине¬
ния («таллирование», К. А. Кочешков). В соединениях типа R3TI, полу¬
ченных Гроллем из R2TICI и RLi, один из радикалов отличается боль¬
шой активностью. Он отщепляется уже при действии слабых кислот
или кислорода. Соединения RT1X2 склонны диспропорционироваться в
R2TIX (наиболее устойчивый тип) и Т1Х3.ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ЭЛЕМЕНТОВКремнийорганические соединения. Органические соединения кремния
впервые получены Ладенбургом и Фриделем и широко изучены Кип¬
лингом. Однако промышленное значение они получили только после
работ, проведенных К. А. Андриановым.Приведем известные типы мономерных кремнийорганических соеди¬
нений и их названия:RSiH3
алкилсилан
R;SiH2
диалкилсилан
R3SiHтриалкилснланR4SiтетраалкилсиланАлкилхлорсиланы и арилхлорсиланы, а также тетраалкил- и тетра-
арилсиланы могут быть получены действием гриньярова реактива на
четыреххлористый кремний. Алкокси- и, в частности, метоксиалкилси-
ланы — действием гриньярова реактива на соответствующий эфир ор-
токремневой кислоты, например Si(OCH3)4, причем реакцию RC1 с
магнием можно вести прямо в среде ортокремневого эфира (К. А. Ан¬
дрианов). Алкилсиланы и арилсиланы можно получить восстановле¬
нием алкилхлорсиланов или арилхлорсиланов, например, литийалюми-
нийгидридом.Кроме того, с разрывом связи Si—Н силаны могут присоединяться к
олефинам. Таким образом, для синтеза алкильных производных крем¬
ния можно использовать HSiCl3 или алкилсилан, содержащий группу
Si—Н, и присоединять эти вещества к олефинам, например:HSiCl3 + CH2=CH2 —>- С2Н5—SiCl3Реакция эта может идти и как теломеризации (P. X. Фрейдлина,
Е. Ц. Чуковская):HSiCl3 + Инициатор —► • SiCl3
SICI3. + СН2=СН2 —* Cl3SiCH2—СН2 •Cl3SiCH2—СН2 • + СН2=СН2 —► C]3SiCH2CH2CH2CH2.Cl3SiCH2CH2CH2CH2. + HSiCl3 —> Cl3SiCH2CH2CH2CH3 + • SiCl3 1пр°*°л-цепь)RSiCl3алкилтрихлорсиланR2SiCI2диалкилдихлорсиланRaSiClтриалкилхлорсиланRSi(OCH3)3алкилтриметоксисиланR,Si(OCH3)2диалкилдиметоксисиланR3Si(OCH3)триалкилметоксисилан
382ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПоказательно, что диметилдихлорсилан (CHs^SiCb и диметилди-
метсксисилан (СНзЬЭЦОСНзЬ гидролизом могут быть превращены
ь высокомолекулярные продукты — полисилоксаны (связь Si—О—Si),
обладающие рядом ценных свойств:СН3
н2о	|w(CH3)2Si(OCH3)2 	► HO-Si —СН3сн3-I-О—Si—Iсн,.-онКроме линейных высокомолекулярных соединений диметоксисиланы
легко образуют устойчивые восьмичленные циклические тетрамеры и
менее стойкие шестичленные тримеры:Н3СЧ /СН3	Н3СЧ ХСН3
Si	SiСУ' хО	/ \Н20 Н3СЧ | | /СН3	О О(CH3)2si(0CH3)2 —>- ;si s/	н3сч| f j /Сн3
н3с/| | сн3 /Si Si
Ox /О	Н3С/ \ / хсн3
Si	оНзс/ \CH;Тримеры могут быть легко превращены в линейные высокомолеку¬
лярные соединения.Полисилоксаны находят применение для получения термостойкой
электрической изоляции, каучуков, смазочных масел и т. д.Необходимый в качестве исходного материала диметилдихлорсилан
готовят действием хлористого метила на металлический кремний
(в виде сплава с медью, Рохов):2СН3С1 + Si —► (CH3)2SiCl2Получены и силоксановые смолы с другими, кроме метила, ра¬
дикалами.В свое время Киппинг направил усилия на получение кремниевых
аналогов соединений с углеродной цепью и действительно синтезиро¬
вал и изучил вещества типа(CH3)aSi-Si(CH3)3
СН3	СН3 СН3I	I I(CH3)3Si—Si-Si(CH3)3	(CH3)3Si—Si—Si—Si(CH3)3 и т. д.CH3	СН3 СН3вплоть до нонасиланов, а также прочные циклические структуры типа(CsH6)2Si-Si(CeH5)2
(CeH^.Si^ ^si(C6H6)2
Si(CsH6)2с четырьмя, пятью и шестью членами в цикле.Первые члены ряда можно получить реакцией Вюрца !2R3SiCl + 2Na —► R3Si—SiR3или по методу Крауса — в жидком аммиаке:R3SiCl + 2Li —► R3SiLi + LiCl
R3SiLi + R3SiCl —»- R3Si—SiR3 + LiCl
ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ383Скелеты —Si—Si—Si— оказались неустойчивыми на воздухе и к
действию щелочей, и вещества такого типа не получили применения.I	I IНапротив, скелеты типа —О—Si—О—Si—О—Si—О—, образующие си-I	I Iликаты, природные и искусственные (стекло), по почину К. А. Андриа¬
нова приобрели в виде своих органических производных важное зна¬
чение для практики. В последнее время получены вещества типов(CH3)3SiNa и (CH3)3SiMgClв известной мере подобные натрий- и магнийорганическим соедине¬
ниям. Из них синтезированы (Г. А. Разуваев) многие аналоги метал¬
лоорганических соединений со связью кремний — металл, например
[(CHshSifeHg, [(CHs)sSi]iSn.Германийорганические соединения. Изучающиеся в последние годы
довольно интенсивно германийорганические соединения не получили
пока какого-либо применения. Начало изучению германийорганических
соединений положили Краус, Орндорф, Деннис.Известны такие типы веществ с атомом германия (Х=галоид,
ъо, он и т. п.):RGeHs	RGeX3R2GeH2 R2GeXj R2GeNa2
R3GeH	R3GeX	R3GeNaR4Geа также полигерманы, например:R3GeGeR3R3GeGe(R)2Ge(R)2GeR3R3GeGe(R)2Ge(R)2Ge(R)2GeR3и смешанные Ge—Si- и Ge—Sn-соединения:[R3Ge]3SiX, fR3Ge] ,Si, R3GeSnR3Связи Ge—С значительно прочнее к действию кислот и галоидов,
чем связи С—Sn, но уступают по прочности связям С—Si.Основные пути синтеза германийорганических соединений — дей¬
ствие гриньярова реактива и других металлоорганических соединений
на четыреххлористый германий и присоединение к олефинам органиче¬
ских и неорганических производных германия, содержащих связь
Ge—Н, например HGeCU. Как и для кремниевых аналогов, это при¬
соединение происходит формально «антимарковниковски», например:СН3—СН=СН2-f HGeClj —> СН3—СН2—CH2GeCl3Пбскольку гетеролиз связи Н— | Ge происходит так, что водород
отходит как гидрид-анион, по существу присоединение идет согласно
правилу Марковникова.С.	П. Колесников и О. М. Нефедов нашли, что я-системы нафталина
и анизола (но не бензола и толуола) также присоединяют HGeCl3. В слу¬
чае анизола присоединение идет по всем трем связям и образуется три-
германиевое производное метоксиииклогексана СНзОСвНв(ОеС1з)з.И. Ф. Луценко и И. Ю. Бауков нашли, что реакция обмена(CH3)3GeBr + (C3H7)3SnCH2-C-CH3О—► (CH8),GeCH..C- СН3 + (CH3)3Ge—О—С=СН2II	IО	сн3
384ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯведет к образованию таутомерной смеси кетонной и енольной форм
в следующих соотношениях-(CH3)3GeCH2—С—СН3	(CH3)3Ge—0-С=СН211	АО	СН3(96%)	(4%)Это пока первый пример металлотропной кето-енольной таутоме¬
рии.Для аналогичного кремниевого производного кетонной формы те же
авторы констатировали только необратимую перегруппировку:R3SiCH2—С—СН3 -Д. R3Si—О—С=СН2A	i,,Металлоорганические соединения олова и свинца. Свинец- и олово¬
органические соединения образуются при действии галоидных алкилов
(и арилов) на сплав этих металлов с натрием (Ладенбург, Левиг,
Ка тур)4С2Н5С1+4PbNa —v (C2H5)4Pb + 4NaCl + ЗРЬили действием гриньярова реактива на хлориды этих металлов (Пфейф-
фер):4RMgCl + SnCl4 —* R4Sn + 4MgCI2
4RMgCl +2РЬС1а —»- R4Pb + Pb + 4MgCl2Кроме R4Sn и R4Pb существует и весь ряд	менее алкилированных
производных:RSrtClj R2SnCl2 R3SnCl	R,SnRPbCI3 R2PbCI2 R3PbCl	R4PbДействием SnCl4 и соответственно Pb(OCOCH3)4 на правые члены
ряда можно получать левые члены ряда. Действием хлористого
водорода на R4M также можно отщеплять один радикал за другим, за¬
меняя его на галоид. Из левых членов ряда действием гриньярова ре¬
актива можно готовить правые, в том числе и смешанные. Полученные
так соединения SnRR^'R'" Пон расщепил на антиподы.Алкилируя йодистым алкилом станнит натрия, можно получить
(Р. Мейер) соль алкилстанноновой кислоты (продукт гидролиза
RSnCU):II	iV/ONaRI + Sn(ONa)2 —► RSr/ + NalКак установил Краус, RsSnCl в жидком аммиаке при действии нат¬
рия превращается в R3SnNa. В тех же условиях R2SnCl2 претерпевает
превращения, выраженные схемой:R2SnCI2 + 2Na —> R2Sn + 2NaCl
R RI |	2Na2R2Sn + 2Na —* NaSn—SnNa —► 2R2SnNa2
! I
R R
ЧЕТВЕРТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВПри разложении R3SnNa и R2SnNa2 в аммиачном растворе солью
аммония получают R3SnH и R2SnH2. Их можно получать, так же как
RSnH3, при восстановлении R3SnCl, R2SnCl2 и RSnCI3 посредством
R2AIH. Эти оловоорганические гидриды способны присоединяться (фор¬
мально «антимарковниковски») по двойным и тройным связям (Ван-
Керк). Реакция присоединения инициируется свободными радикалами
(например, из азодинитрила изомасляной кислоты) и может также
протекать как теломеризация. Из ацетиленов так получают олефино¬
вые оловоорганические соединенияR\ /НR3SnH + R'C=CR' —>•	)С==С\R3S11/ \R'Из функционально замещенных олефинов, например из непредель¬
ных кислот, образуются функционально замещенные оловоорганические
соединения алканов или циклоалканов:СН2=С—С—ОСН3 + (C2H6)2SnH2 —► (C,H3)2SnH—СН2—СН—С—ОСНзI II	I IIН3С о	сн3 оИные способы получения оловоорганических соединений жирного
ряда с функциональными заместителями разработал И. Ф. Луценко.
Виниловые эфиры (простые и сложные) оказались способными присое¬
динять оловоорганические алкоксиды:/ОСЛСН2=СН—ОС4Н,+RjSnOCH3 —► R3Sn—CH2—CH'ХОСН3Обменной реакцией а-ртутных производных оксосоединений с оло-
воорганическими галогенидами легко синтезировать соответствующие
оловянные производные оксосоединений:ClHg—СН2—сх + R3SnCl —► R3S11—СН2—С^ +HgCl2
\н	ЧНАроматические оловоорганические соединения с функциональными
заместителями можно получать по А. Н. Несмеянову и К- А. Кочет¬
кову действием хлористого олова на ароматические ртутноорганиче¬
ские соединения:Ar2Hg + SnCl2 —»• Ar2SnCl2 + HgПри взаимодействии R3SnCl с R3SnNa образуются R3Sn—SnR3 (ин¬
тересно, что в отличие от Аг3С—САг3 их оловянные аналоги не диссо¬
циируют на свободные радикалы). Более длинные цепи атомов олова,
всегда непрочные, образуются при восстановлении R2SnCl2 менее энер¬
гичными агентами, чем R2A1H. Из A^SnCb при этом получаются
циклические соединения:Ar2Sn—SnAr2I IAr2Sn SnAr2\ /
SnAr2SnAr2/ \
Ar2Sti SnAr2Ar2Sn SnAr2
\ /
SnAr213 Зак. 7У
386ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯКомбинируя натриевые производные оловоорганических соединений
с их хлоридами, можно осуществить синтез линейных цепей олова в
3—5 атомов:R2R3SnCl + Na2SnR2 —* R3Sn-Sn-SnR3IRRRR	RRRRRIII	I I I I INaSn—Sn—SnNa + 2R3SnCl ■—>- R—Sn—Sn—Sn—Sn—Sn—RIII	I I I I IRRR	RRRRRНатриевые производные R2SnNa2 и R3SnNa могут быть использо¬
ваны для алкилирования по атому олова, например, для получения
соединений с функциональной группой в цепи:R3SnNa + ClCHaCOCjH5 —»- R3SnCH2COC2H5А	АНекоторые из оловоорганических соединений, в частности типа
R3SnX (X — анион), оказались очень сильно действующими фунгици¬
дами и средствами борьбы с грибковыми заболеваниями растений и
животных. Алифатические оловоорганические соединения нашли при¬
менение как стабилизаторы пластмасс.Для свинца также известны типы соединений R2Pb, R3PbPbR3,
R3PbNa (см. также стр. 345).Тетраэтилсвинец в громадных масштабах применяется как анти¬
детонатор в моторном топливе для двигателей внутреннего сгорания,
повышающий качество топлива (его действие открыто Мидгли в
1922 г.). Недостатком «этилированных» бензинов является то, что они
очень ядовиты.ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВФосфорорганические соединения. Различают два типа органических
веществ, содержащих фосфор. Первый—это собственно фосфороргани¬
ческие соединения, т. е. такие, в молекуле которых содержится фосфор,
непосредственно связанный с углеродом. Ко второму типу относятся
разнообразные производные неорганических кислот фосфора — эфиры,
тиоэфиры, амиды и т. д.; в этих соединениях фосфор связан не непо¬
средственно с углеродом, а через кислород, серу, азот. Соединения
этого последнего типа весьма распространены в природе. К ним отно¬
сятся некоторые важные ферменты и коферменты, переносчики энергии,
такие, как аденозинтрифосфат (стр. 329), и, наконец, нуклеиновые кис¬
лоты клеточных ядер, рассмотренные в разделе «Нуклеотиды и поли¬
нуклеотиды». Собственно фосфорорганические соединения в природе
не встречаются *; все они получены синтетическим путем.Подобно аммиаку, фосфин РН3 является родоначальником ряда ор¬
ганических производных — фосфите. В зависимости от того, сколько
атомов водорода фосфина замещено на органические остатки, разли¬
чают первичные, вторичные и третичные фосфины: RPH2. R2PH, R3P.*	Единственное исключение — (}-аминоэтилфосфоновая кислота, или цилиатия
Ш2СН2СН2РО(ОН)2, найденная в некоторых микробах, морской анемоне, а также
в Rumen protozoan.
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ387В отличие от аминов фосфины легко окисляются и вступают в раз¬
нообразные реакции присоединения. Таким образом возникают ряды
окисей фосфинов, фосфиисульфидов, фосфиниминов:R\ и RX и R\	R\ R\ХР	R—Р=0 R—P=S R—Р—NR'ы' %о r/ О	\^/Алкилированными производными фосфинов являются соли четвер¬
тичных фосфониев R4P+X~, аналогичные солям четвертичных аммониев.Из четвертичных солей фосфония, содержащих по соседству с фос¬
фором по меньшей мере одну CHR-группу, при действии очень сильных
оснований (CH3Li) получаются фосфинметилены, или метиленфосфо-
раны, называемые иногда илидами фосфора:[(Св1Г6)зР—СНЭ] СГ	(С6Н5)3Р=СН2Для фосфорорганической химии характерны соответствующие фос-
финам галоидпроизводные типа RPC12 и R2PC1. Их можно рассматри¬
вать как производные треххлористого (и вообще, трехгалоидного) фос¬
фора РС13, в котором атомы хлора (галоида) замещены на органиче¬
ские радикалы. Впрочем, их можно также рассматривать и как
фосфины, в которых атомы водорода замещены на хлор.Существуют и более сложные производные фосфора, такие, какR\ Л СцН6—Р—Р—С6Н5
;р-р(	м	и др.r/ \r CsHs-P-P-CeH5Известны некоторые фосфорные аналоги нитросоединенкй, однако
они, в отличие от соединений азота, полимерны, формула которых неI,	а II:RW°,0	Ро/ ""ОЧ °ч1 U0
>\/р;R-7 0I	IIВ общем, эти соединения не характерны для фосфорорганической
химии. Зато их гидратированные формы, т. е. фосфорорганические
кислоты трех- и пятивалентного фосфора, представляют собой важный
класс фосфорорганических соединений. К нему относятся кислоты:/ОН R\ ^0 ЧR—Р-~ОН зр* R—p(	'р' *=* )Р—ОН\н	хон р/ Ni RXфосфонистые	фосфинистыесоли и эфиры — фосфониты	соли и эфиры —фосфинитыr—Р—он ;р'\он	R/ Хон►осфоиовые	фосфиновыеолн и эфиры —	соли и эфиры-фосфоааты	фосфинаты13*
388ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯДля этих кислот известны разнообразные производные: ангидриды,
эфиры, амиды, тиопроизводные и т. п. Упомянутые выше алкил (арил)
дихлорфосфины RPC12 можно рассматривать как хлорангидриды фос-
фонистых кислот. Соответственно для фосфоновых и фосфиновых кис¬
лот характерны хлорангидриды:R—Р—С1
\:iНаконец, замещением кислорода на два атома галоида (хлора) в
окисях третичных фосфинов можно получить соответствующие третич¬
ные дигалоидфосфораны R3PC12. Это — уже производные пятихлори¬
стого фосфора, от которого можно вывести все ступени замещения
хлора на органические радикалы:RPC14R2PCI3R3PC12R4PCIАгйРВсе они известны и хорошо изучены, а некоторые из них играют
важную роль полупродуктов фосфорорганического синтеза.Хотя фосфор является ближайшим соседом азота в пятой группе
периодической системы и многие типы органических соединений у них
формально одинаковы, тем не менее наблюдается резкое отличие в свой¬
ствах и структуре их органических соединений. Это связано с различием
в строении электронных оболочек атомов азота и фосфора, поскольку
азот — элемент второго периода, а фосфор — третьего. Электронная
оболочка атома азота характеризуется заполнением слоя L, причем
на трех 2р-орбиталях находится по одному электрону. Поэтому для азота
характерны ковалентности 3 (гибридизация sp2) и 4 (гибридиза¬
ция sp3).КLIs22s22 р2 р2 рЭлектронная оболочка атома фосфора содержит лишь частично за¬
полненный слой МКLМIs22s22 р22 р22 р23s2■■ 3 р3 Р3 ри кроме валентных состояний р3 (трехвалентный фосфор) и sp3 (фос-
фониевый фосфор) фосфор способен находиться в валентном состоянии
sp3d (пятиковалентный фосфор) и даже sp3d2 (шестиковалентный фос¬
фор, например, в анионе PF7). Эта способность проявлять высшие ко¬
валентности очень характерна для фосфора. Благодаря ей для фосфора
(и, как мы увидим ниже, для мышьяка, сурьмы и висмута) возможны
такие соединения, как, например, (С6Н5)5Р (симметрия связей фос¬
фора— тригональная бипирамида), которые невозможны для азота.
Этим же объясняется преобладание орто-форм кислородных кислот у
фосфора и мета-форм у азота. Так, для азота известна только одна
азотная кислота HN03, которая относится к мета-ряду, подобно ме-
тафосфорной кислоте НР03. Но для фосфора наиболее устойчива ор-
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ389тофосфорная кислота Н3РО4, невозможная для азота. Известны также
производные полностью гидратированной фосфорной кислоты, напри¬
мер (СеНбО^Р. Если для химии азота характерны нитросоединения
RNO2, то для химии фосфора — соответствующие гидратированные
формы: фосфоновые кислоты RP(0)(0H)2, их эфиры RP(0)(0R2) 11
даже ортоэфиры RP(OR)4.Б химии органических соединений азота наиболее устойчивыми фор¬
мами являются амины, обладающие лишь очень слабыми восстанови¬
тельными свойствами. Окиси третичных аминов R3N-VO и даже нитро¬
соединения—-вещества с выраженными окислительными свойствами
(окиси третичных аминов, например, выделяют иод из подкисленного
раствора иодистого калия). В химии фосфорорганических соединений
наиболее устойчивы производные фосфора в высших валентных состоя¬
ниях; фосфины — сильные восстановители (низшие фосфины самовос¬
пламеняются на воздухе), а окиси третичных фосфинов, фосфоновые и
фосфиновые кислоты вовсе лишены окислительных свойств. С другой
стороны, есть некоторые функции азота, такие, как, например, азосоеди¬
нения R—N = N—R, которых не существует в химии фосфора. При
попытках синтеза подобного рода веществ образуются только димерыR—Р—Р-—RI	IR—Р—Р—RФундамент химии фосфорорганических соединений заложен рабо¬
тами Михаэлиса и А. Е. Арбузова.Фосфины. Первичные и вторичные фосфины, в отличие от аминов,
вещества трудно доступные. Они могут быть получены по одной из сле¬
дующих реакций:1)	алкилированием фосфидов металловPH2Na + RI —► RPH2 + NalилиRPHLi + R'Br —► RR'PH + LiBr2)	восстановлением хлорфосфинов литийалюминийгидридом или три-
хлорсиланом (силикохлороформом) SiHCU:RPC12 -Д. RPH23)	присоединением фосфина к непредельным соединениям по Ха-
рашу (инициирование перекисями):СН3C6Hi3CH=CH2+PH3 —* СаН13-СН-РН2Третичные фосфины легко синтезировать действием реактивов Гринь-
яра или литийорганических соединений на треххлористый фосфор:3RMgBr + PC!3 —► R3P + 3MgBrClКроме того, они могут быть получены восстановлением окисей тре¬
тичных фосфинов трихлорсиланом:(С6Н6)3РО	(С6Н5)3РВ редких случаях третичные фосфины получают алкилированием пер¬
вичных или вторичных.
390ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПервичные и вторичные фосфины при окислении в мягких условиях
превращаются в соответствующие фосфоновые и фосфиновые кислоты,
а третичные фосфины — в окиси:RPH2R,PH0уон—*■R—Р—ОН^О0R\p^°гъ/ ^он0R\—>01
к'в/R3PНизшие алифатические фосфины — очень легко окисляющиеся веще¬
ства. Метилфосфин СНзРН2, диметилфосфин (СН3)гРН и триметилфос-
фин (СНз)зР воспламеняются на воздухе.Фосфины являются лишь очень слабыми основаниями, и их соли
легко гидролизуются водой. Они легко образуют комплексные соедине¬
ния с солями тяжелых металлов, а также способны вытеснять СО из
карбонилов металлов:	. . .Ni(CO)4 + (СаН5)3Р —♦ (CeH5)3P---Ni(CO)3 + СОНекоторые комплексы трифенилфосфина с солями тяжелых металлов
являются катализаторами синтезов Реппе и аналогичных им реакций
(кн. I, стр. 263).При алкилировании третичных фосфинов образуются соли четвертич¬
ных фосфонневых оснований, например:(СН3)3Р + СН31 —> (СН3)4Р+ Г
(С6Н5)3Р + СН31 •—> (СаН6)3РСН3 ГЭто соли сильных оснований, подобных аммониевым и сульфониевым.Известны разнообразнее соли фосфсиия, содержащие в углеводо¬
родных радикалах другие функциональные группы, например окси-
группы. Так тетраметилолфосфонийхлорид получается при конденсации
фосфпна с формальдегидом в присутствии соляной кислоты:РН3 + 4СН20 + НС1 —v (Н0СН2)4Р+ СГОн применяется для пропитки тканей с последующей обработкой ве¬
ществами, образующими с его гидроксильными группами полимеры. Та¬
кая пропитка делает ткани негорючими.Фосфониевая группа является сильным мета-ориентантом при заме¬
щениях в бензольном кольце. Например, при нитровании триметилфе-
кнлфосфонийхлорида образуется количественно л-нитрозамещенное:Р(СН3)3 X'	Р(СН3)3 X"HN03(H2S04) (Г
	►Четвертичные соли фосфония, содержащие хотя бы один а-водород,
при действии достаточно сильных оснований отщепляют молекулу НХ,
образуя алкилиденфосфораны (фосфинметилены) (Виттиг):(C6H5)3P-CHR2 X- + C6H5Li —> (C6H6)3P=CR2 + C6He + LiX
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ391Распределение электронной плотности в алкилиденфосфоранах сред¬
нее между «иленовой» и «илидной» формулами:R3P=CR'R"	R3P—CR'R"фосфорилен	фосфорилидЭто весьма реакционноспособные соединения, особенно, если R/ и
R"— алкил или водород; они быстро окисляются на воздухе и гидро¬
лизуются. Значительно стабильнее алкилидепфосфораны с электроноак¬
цепторными заместителями. Например:R3P=CH—С—R	R3P—СН=С—RII	IО	0~В соответствии с устойчивостью ацилметилентрифенилфосфоранов
их протонированные формы, т. е. соответствующие соли фосфония, яв¬
ляются сравнительно сильными кислотами. Так, бромистый трифенил-
фенацилфосфоний I — кислота, по силе близкая к уксусной, а бромистый
трифенилдибензоилметилфосфошш II — сильнее щавелевой (М. И. Ка-
бачник, Т. А. Мастрюкова):(СвН5)зРСН2СОСвН5 Вг’ (С6Н5)зРСН(СОСаН5)2 Вг"I	II(рКа 6,3 в 50%-ном спирте)	(Р^а в 50%-ном спирте)Алкилидепфосфораны — сильные нуклеофилы и, как таковые, реаги¬
руют с галоидами, галоидными алкилами и ацилами и др. (Бестманн,
Меркл):«зР—CH(CH3)R' Гfch3iRSP—CHR'—BF3 R3P—CHR' ■—R3P—CH(R')COCH3 'OCOCH3+jsr2	1R3P—CH(R')Br Br"	R3P=C(R')COCHСтабильные фосфорилиды (с электроноакцепторными группами)
гладко присоединяют серный ангидрид и сулему (И. А. Несмеянов,О.	А. Реутов):RSP—CHR'	R3P—СН—SOI|hbci2	R'R3P—СН—HgCl СГ
IR'Некоторые фосфорилиды реагируют с а-окисями, образуя трехчлен¬
ные алициклы:R3P—СНСООС2Н5 + R'HC	СН2 —■* R3P—СН—СНг—CHR' —>\/	I ' IО	COOCaHs O'—J. R3P=0 + R'HC	CH—COOC2H5\ /CH2
392ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯТрехчленные циклы получаются и при взаимодействии илидов с со¬
единениями, содержащими активированные двойные связи:Наиболее важная реакция фосфинметиленов — реакция Виттига —
взаимодействие фосфинметиленов с карбонильными соединениями (аль¬
дегидами или кетонами). При этом образуются олефины и окись три-
фенилфосфина (кн. I, стр. 247). Эта реакция позволяет вводить двойную
связь одновременно с наращиванием углеродной цепи. Она проходит
в мягких условиях с хорошими выходами, и положение двойной связи
ие вызывает сомнений. В настоящее время реакция Виттига широко ис¬
пользуется в тонком органическом синтезе и особенно в синтезе природ¬
ных соединений. Механизм этой реакции заключается в следующем:Первая стадия состоит в нуклеофильном присоединении реактива
Виттига (фосфинметилена) по двойной связи С = 0. Далее, вероятно,
образуется промежуточное гетероциклическое соединение, которое не¬
обратимо распадается на окись фосфина и олефин.X л о р ф о с ф и н ы. В большинстве своем хлорфосфины — жидкости
с резким запахом, дымящие на воздухе. Их получают несколькими ме¬
тодами:1)	из ртуткоорганических соединений и треххлористого фосфора в до¬
вольно жестких условиях:3)	прямым алкилированием красного фосфора галоидными алкилами
в присутствии меди (Б. М. Гладштеин, Л. 3. Соборовский):4)	восстановлением комплексных соединений галоидного алкила, хло¬
ристого алюминия и треххлористого фосфора:5)	восстановлением соединений типа RPCU, например, метилдихлор-
фосфитом:Г) / \ 3ЯзР“СН2 + СН3СН=СН-СООС2Н5 	>- RoP—сн2 4СН-СООС2Н5 	>сн—сн,/\ 3
	R3P + Н2с—СНСООС2Н5(CoH5)2Hg + PCI3 —► С.Н6РС12 + C2H6HgCl2)	действием тетраалкилсвинца на треххлористый фосфор:
(С2Н5)4РЬ + РС13 —> С2НбРС12 + (С2Н5)3РЬС1ЗСН3С1 + 2Р СН3РС12 +(СН3)2РС1[RPC13]+ [А1С!4]~ -X RPC12 + AICI3 + MgCl2RPC14 + СН3ОРС12 —► RPC12 + CHjCl + РОС1
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ393Ароматические хлорфосфины получаются по реакции Фриделя —
Крафтса из углеводородов и треххлористого фосфора под действием
хлористого алюминия (Михаэлис)С6Н6 + РС13AIC1 зС6Н5РС12 + НС1или прямым фосфорилированием бензола при высокой температуре
(Михаэлис, А. Е. Арбузов):С6Н6 + РС13 —>- C6H6PCI2+НС1Их можно синтезировать также из хлорбензола, фосфора и треххло¬
ристого фосфора:ЗС6Н5С1+2Р + РС13 —> ЗС6Н5РС12Вторичные ароматические хлорфосфины получаются диспропорцио-
нировапнем первичных при каталитическом действии хлористого алюми¬
ния (М. И. Кабачник, Т. Я. Медведь):А1СI з2СеН5РС12(С6Н5)2РС1 +РС13Хлорфосфины, особенно ароматические, являются важными проме¬
жуточными продуктами при синтезе фосфорорганических соединений
других типов. Например:R'ON'a	ОRP(OR'bRPR'R'MgXRP(NR')2 ■<-R2NH-RPCI2-RPOCl2RPSC12Cl2RPC14CH2=CH—CH=CH2P/l\R Cl ClФосфон истые и фосф инистые кислоты, Эти кислоты об¬
разуются при осторожном гидролизе соответствующих хлорфосфинов:
RPCI2 + 2Н20 —> RPOoH;; + 2HCI
R2PC1 + Н20 —> R2POH + НС1Они являются веществами таутомерными (диадная таутомерия):
/ОН: Rv /ОН	R4	R4 /НR\ /ОНR—р(	Р	У—ОН	>sOHн/ ч,оR-R/ Sофосфонистая кислотафосфинистая кислотапричем для кислот с алкильными или арильными группами у фосфора
равновесие в значительной степени смещено в сторону таутомеров с
формально пятивалентным фосфором. Однако введение сильно электро¬
отрицательных заместителей, таких, как CF3-rpynna, смещает равновесие
в противоположную сторону, и, например, бис-(трифторметил)-фосфи¬
нистая кислота соответствует гидроксильной формеFaC"Р-ОН
394ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯСвободные фосфонистые и фосфинистые кислоты имеют меньшее зна¬
чение, чем их эфиры и другие производные. Эфиры этих кислот — фос-
фониты и фосфиниты — получают реакцией хлорфосфинов с алкоголя-
тами или со спиртами в присутствии третичных аминов:RPC12 + 2NaOC2H3 —► RP(OC2H6)2 + 2NaCl
R2PC1 + C4H9OH + (C2H5)3N —► R2POC4H9 + (C2H5)3NH СГИх получают также из хлорфосфитов (R'0)2PC1 или R'OPCb по ре¬
акции с магнийорганическими соединениями при низкой температуре
(М. И. Кабачник, Е. Н. Цветков).Характерным свойством этих эфиров является их способность к пе¬
регруппировке под действием галоидных алкилов (перегруппировка
Арбузова, см. ниже). Из фосфонитов при этом получаются рфиры ди-
алкилфосфиновых кислотR\RP(OC2H6)2 + R'l —►	+С2н51R'/ \0С2Н5а из фосфинитов — соответствующие окиси третичных фосфинов;
R2POC2H5 + RI —> R0P=O + С2НБ1Эти эфиры легко присоединяют серу с образованием соответствую¬
щих эфиров тиофосфоновых (и тиофосфиновых) кислот:С2Н$ч /ОС2Н5
С2Н6Р(ОС2Н5)2 + S —► )р\ОС2Н5Фосфоновые и фосфиновые кислоты. Это, пожалуй, важ¬
нейшие классы фосфорорганических соединений как по многочисленно¬
сти их представителей, так и по практической значимости. Главные спо¬
собы получения этих соединений следующие.1.	Перегруппировка эфиров фосфористой кислоты (фосфитов) * или
алкилфосфонистых кислот (фосфонитов) под действием галоидных ал¬
килов (перегруппировка Арбузова);с2н51 С2Н5Ч уОС2Нв
Р(ОС2Н6)з —>■ У(Ог \0С2Н5Естественно, что в случае эфиров фосфористой кислоты после пере¬
группировки образуются эфиры алкилфосфоновых кислот, а из эфиров
алкилфосфонистых кислот —соответствующие эфиры диалкилфосфино-
вых кислот. При омылении эфиров легко выделяются сами кислоты.2.	Алкилирование натриевых солей диалкилфосфитов (реакция Ми-
хаэлиса и Беккера);С2Нб^ /OC.Hs
(C2H50)2P0Na + С2Н51 —> ^Р(	+ NalХ>С2Н53.	Алкилирование треххлористого фосфора галоидными алкилами в
присутствии хлористого алюминия:RC1 + РС13 + А1С13 —> [RPC13]+ [AlCl4f*	Сами фосфиты получают по Милобендзкому взаимодействием РС13 и спирта
(даже первичного) в присутствии R3N,
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ395Первоначально образующиеся комплексные соединения гидроли¬
зуются водой и дают алкилфосфоловую кислоту:5.	При получении ароматических фосфоновых кислот обычно исхо
дят из арилдихлорфосфинов:6.	Специфической для синтеза ароматических фосфоновых кислот яв¬
ляется реакция борофторидов арилдиазониев с треххлористым фосфором
в присутствии меди (метод Фридмана и Дока):Существует много специфических методов синтеза фосфоновых и
фосфиновых кислот, содержащих в алкильном радикале разные функ¬
циональные группы.Оксиалкилфосфоновые кислоты получают реакцией треххлористого
фосфора с альдегидами, обычно в среде ледяной уксусной кислоты. При
этом сначала образуется продукт присоединения сложного состава, ко¬
торый при гидролизе превращается в оксиалкилфосфоновую кислоту
(реакция Фоссека — Педжа — Конанта):Эфиры оксиалкилфосфоновых кислот легко получаются в результате
присоединения диалкилфосфитов к альдегидам и кетонам при каталити¬
ческом действии алкоголятов (В. С. Абрамов):Из хлораля и диметилфосфита таким образом синтезируют широко
распространенный инсектицид хлорофос-.а-Оксиалкилфосфоновые эфиры легко претерпевают при действии
щелочи перегруппировку в непредельные эфиры фосфорной кислоты
(Шрадер):При нагревании альдегидов с треххлористым фосфором в запаянных
трубках или автоклавах до 200—250 °С образуются хлорангидриды[RPC13]+ [А1С14Г + ЗН20 —> RPO(OH)2 + 4HCl+AlCl4.	Гидролиз хлорангидридов типа RPOCl2 и R2POCl:
RP0C12 + 2H20 —> RPO(OH)2 + 2НС1зн2оCSH5PC12 + C12 —► С6Н&РС1СбН5РО(ОН)2 + 4НС1{ArN2]+ [BF«r + PCI3 —> [ArPCl3]+ [BFJ' + N,
[ArPCl3]+ [BF4f + 3HaO —► ArPO(OH)2 + 3HCI + HBF,RC^ + PCI;—>• Сложный продуктОН оC2H5ONa> R-CH—Р'I II/°*> CC13—Ltl—F.Nad-!;OH ,0оCC13—CH—P(OR)2 + NaOH —-> CC12=CH—0—P(0R)2 + NaCl + HaO
39Г)	ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯа-хлоралкилфосфоновых кислот (М. И. Кабачник, Е. С. Шепелева):ОII/С1ch2o + pci3 —► cich2p;
N;iсс-Аминоалкилфосфоновые кислоты получаются при конденсации ди-
алкилфосфитов, альдегидов (или кетонов) и аммиака или аминов
(М. И. Кабачник, Т. Я. Медведь; Филдс):R'x	Нч /0R	R'47H* У OR'
)с=о+ 'х + nh3 —> ;с—р; +н2о
R"/	ЮЯ	R"'	'OR'Аминофосфоновые кислоты, как и аминокарбоновые, обладают спо¬
собностью к образованию с солями тяжелых металлов внутрикомплекс-
ных соединений. Особенно сильными комплексообразователями являются
полиаминополифосфоновые кислоты такого типа (М. И. Кабачник,Н.	М. Дятлова):СН3	СН3
(НО)2ОР—-С—NH—-СН2—СН2—NH—С—РО(ОН)2I	IСН3	СН3фосфицииФосфоновые кислоты обычно хорошо кристаллизуются; они относятся
к сравнительно сильным кислотам (в водном растворе Ка = Ю~2—10_3).
При этерификации или алкилировании солей в основном удается полу¬
чать лишь кислые эфиры этих кислот. Средние эфиры готовят через
хлорангидриды по схеме:RPO(OH)2 + 2PCIs —► RPOClj + 2POCI3 + 2НС1R\ /OR'RPOCl2 + 2R'OH + 2(C2H6)3N —► )P( + 2(C2Hb)3NH СГor 'OR'Производные фосфоновых и фосфиновых кислот находят применение
в качестве инсектицидов для борьбы с вредителями сельскохозяйствен¬
ных культур. Кроме упомянутого выше хлорофоса отметим широко ис¬
пользуемый за рубежом для той же цели препарат EPN и его этильный
аналог — медицинский препарат армии, применяемый для лечения
глаукомы.ОС2Н5	ОС2НвР——N02	С2Н6—Р——NOj\=/ j| \=/	I \=/О	ОEPN	арминК производным метилфосфоновой кислоты относится боевое отрав¬
ляющее вещество зарин
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ397Если в фосфоиовых или фосфиновых кислотах заместить кислород на
серу, то получаются тиофосфоновые и тиофосфиновые кислоты:R\ /ОН	R4 S/Рч	и )Р\ЧОН R/ 4 онПроизводные тиофосфоновых кислот обычно получают присоедине¬
нием серы к соответствующим соединениям трехвалентного фосфора:R\ /С1
rpci2 + s —> XN:iЛучший способ получения тиофосфиновых кислот заключается в
действии магнийорганических соединений на диалкилфосфиты с после¬
дующим присоединением серы (М. И. Кабачник, Т. А. Мастрюкова):RO. Я	R';р^ +3R'MgX —> )Р—OMgX + 2ROMgX + R'H
RO' V)	R'/;p-0Mgx + s —> x —*■ )PCR'/	R'/ XOMgX	R'/ X0HОкиси третичных фосфинов. Эти вещества обычно получают
взаимодействием реактивов Гриньяра с хлорокисью фосфора:/С1РОС13 + 3RMgX —> R3P=0 + 3Mg(ХХИх можно синтезировать также окислением третичных фосфинов или
арбузовской перегруппировкой эфиров диалкилфосфинистых кислот. Не¬
давно разработан интересный способ синтеза окисей третичных фосфи¬
нов алкилированием иодистыми алкилами красного фосфора в присут¬
ствии каталитических количеств иода (А. В. Кирсанов):2P + 2I2 —v Р214NaOH6RI + P,I4 —> 2R3PL -f- 3I2 	► R3POОкиси третичных фосфинов — кристаллические вещества, трудно
окисляющиеся и трудно восстанавливающиеся. Они обладают слабыми
основными свойствами и легко дают комплексные соединения с солями
металлов. Эти окиси находят применение (например, окись триоктил-
фосфина) для экстракции солей урана и других металлов из рас¬
творов.Фосфорильная группа Р = 0 относится к числу электроноакцепторных
мета-ориентирующих. Так, при нитровании трифенилфосфиноксида об¬
разуется три-ж-иитротрифенилфосфиноксид:„N02</~\__р—(/~\ + НШз
(?)0,N'Несколько неожиданными оказались электроноакцепторные (—I- и
-.М-эффекты) свойства группировок с трехвалентным фосфором.
398ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯФосфор в этих группировках несет неподеленную пару электронов, и
казалось бы, подобно азоту аминогрупп, должен проявлять донорные
свойства. Однако дифенилфосфинобензойная кислота оказалась силь¬
нее бензойной, в то время как дифениламинобензойная — слабее:(С6Н6)2Р——СООН >	—СООН > (C„H6)2N——СООНЭто явление нашло объяснение в характере гибридизации неподелен-
ной пары фосфора и азота. В то время как у азота (гибридизация близ¬
ка к sp2) неподеленная пара обладает выраженным р-характером, у фос¬
фора (гибридизация близка к sp3) неподеленная пара находится почти
в чистом s-состоянии. Соответственно она не может взаимодействовать
с л-электронами кольца (М. И. Кабачник, Е. Н. Цветков, Д. А. Бочвар).Кроме фосфорорганических соединений с алкильными или ариль¬
ными группами у фосфора получены также соответствующие непредель¬
ные соединения, производные этилена и его гомологов, ацетилена, дие¬
нов и др., например;О	О
II	/ОН	|| /ОН
CHS=CH-P^	сн2=сн-сн=сн—р(
хзн	\онвинилфосфоповая кислота бутадиенилфосфановая кислотаВинильная группа, соединенная с фосфором, легко присоединяет
в p-положение нуклеофильные реагенты,Фосфорорганические непредельные соединения способны полимери-
зоваться и сополимеризоваться с другими непредельными соединениями.
Полимеры, содержащие фосфоновые и аналогичные группы, негорючи
или трудно воспламеняются.Известны фосфорорганические аналоги азотистых гетероциклических
систем пиррола и пиридина;С6Н8	СвН6 С6Н8I	IIно эти соединения не обладают ароматическими свойствами, а являются
настоящими диенами (вступают в диеновый синтез и другие реакции).Это связано с трудностью образования ароматического секстета с
участием в соединении I 3р- и Ss-гибридизованных электронов фосфора
(в образовании ароматического секстета соединения II участвуют
Зй-электроны).Упомянем также устойчивые гетероциклические системы три- и тетра-
фосфонитрилов:r2p=N-PR2
Ч ^	I IIII	I	NNR2P\ ^PRs	II IN	R2P-N=PR2Молекулы трифосфонитрилов в отличие от триазинов неплоские. Не¬
которые из них полимеризуются с размыканием цикла и образованием
каучукоподобных полимеров.
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ39 ЭСтереохимия неуглеродных атомов тетраэдриче¬
ской конфигурации. Катионы тетраалкилфосфония (аммония,
арсония), а также окиси третичных фосфинов построены подобно соеди¬
нениям углерода, поскольку центральный атом связан с четырьмя заме¬
стителями:Вот почему от несимметрических солей фосфония следует ожидать
оптической стереоизомерии. Четвертичные соли аммония впервые были
разделены на оптические антиподы Попом в 1899 г.; четвертичные соли
фосфония и фосфиноксиды, содержащие фосфор в цикле в качестве ге¬
тероатома, разделил на антиподы Мейзеихеймер в 20-х годах текущего
столетия. Обычные четвертичные соли фосфония удалось разделить на
оптические антиподы Мак-Ивену и Вандерверфу в 60-х годах нашего
столетия. Но наиболее интересное открытие было сделано Хорнером,
который в 1964 г. получил ряд оптически деятельных третичных фос¬
финовДля этого он воспользовался установленным им же фактом, что чет¬
вертичные соли фосфония, содержащие бензил при атоме фосфора,
гладко восстанавливаются электрохимически (катодное восстановление)
до третичных фосфинов:Таким образом, в третичных фосфинах свободная пара электронов
фосфора удерживает конфигурацию и в этом смысле играет роль чет¬
вертого радикала. Это отличает третичные фосфины от третичных ами¬
нов. Подобные стереохимические отношения были известны ранее для
сульфоксидов, которые построены пирамидально, причем связь между
кислородом и серой семиполярная.Вслед за оптически деятельными соединениями трех- и четырехкова¬
лентного фосфора были выделены и соответствующие соединения
мышьяка и серы и изучена стереохимия некоторых их реакций.я'/ Nr"R'/ Х'СН2С6Н6
X'R\1Г-Р : + C6HSCH3 + НХ
R"/Из соли фосфония, содержащей бензильную группу, можно полу¬
чить окись фосфина III либо с сохранением конфигурации, либо
4(10	ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯс обращением, в зависимости от способа синтеза. При щелочном гидро¬
лизе происходит инверсия:Rно" + r'-^p-
Hrr-сн2с6н5R К
/н—о—р->^сн2—с6нБя" Н дЮН
11я0=P^R' + СН3С8Н5
\ _ //XIIПромежуточное соединение II формально подобно переходному со¬
стоянию при нуклеофильном замещении у насыщенного атома углерода
(Sa-2). Разница, однако, состоит в том, что фосфор, в отличие от угле¬
рода, способен расширять свою электронную оболочку до децета и об¬
разовывать пятиковалентные соединения; поэтому энергия соединения II
должна лежать в минимуме на потенциальной кривой. Во второй стадии
этой реакции должна участвовать молекула воды, чтобы реализовать
отрыв бензил-аниона.При действии фениллития на ту же соль I образуется реакционно-
способиый илид IV, который реагирует с альдегидом по реакции Вит¬
тига (стр. 392), давая олефин и окись фосфина 111а без изменения кон¬
фигурацииR\	c«i№ R4R'-P-c6h5li _(без инверсии) \-СН2С6Н6 	>■ R'—Р=-СНС6Н6 + С6Н6 + LiXR'X"I(без инверсии)С6Н5СН2ХR(без инверсии)IV+ R"'CHO
—U"'CH—С HCgHsR\	°2	V R4\	(без инверсии) \R'—Р: 	R"/*• R'—Р=0Iliaтак как при образовании илида не затрагивается асимметрический центр,
а реакция Виттига проходит ч^рез циклическое промежуточное соедине¬
ние, которое не допускает инверсии.При окислении третичного фосфина конфигурация также не меняется,
не меняется она и при алкилировании его галоидным алкилом, по¬
скольку алкильный радикал садится на свободную электронную пару,
удерживающую конфигурацию.Органические соединения мышьяка. Действием гриньярова реактива
на треххлористый мышьяк можно получить триалкиларсин R3As, а при
иных соотношениях реагентов также алкилдихлорарсин RAsC12 и ди-
алкилхлорарсин R2AsC1. Сухой перегонкой As2C>3 с уксуснокислым нат¬
рием была получена окись какодила* (Бунзен):О4СН3—С—ONa + As203(CH3)2As—О—As(CH3)2 + Na2C03 + 2C02При действии HC1 на окись какодила образуется диметилхлорарсин
(CH3)2AsC1.Энергичное восстановление RAsC12 и R2AsC1 приводит к образованию
алкиларсина RAsH2 и диалкиларсина R2AsH — очень ядовитых и легко
окисляющихся воздухом веществ.*	Какодилом во времена теории радикалов был назван радикал (CH3)2As.
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛКЛШНТОВ401Действие иодистых алкилов на арсенит дает начало солям диалкил-
арсиновых или алкиларсоновых кислот. Реакция идет с перенесением
реакционного центра:СНЗЧ .О
CH3I + Na3As03 —>	+ NalNaCK 4ONaарреналМетиларсоновую кислоту можно восстановить, например, действием
SO2 в метиларсинистую (или метилмышьяковистую) кислоту
.ОНСН3—As . Метилирование ее соли приводит к соли димстилмышья-
^ОНковой (диметиларсиновой) кислоты:xONa	СНзч хОCH3I + CH3-As( —;As(" + Nal
X)Na	СН/ ^ONaГалоидные алкилы присоединяются и к триалкиларсинам, образуя
соли тетраалкиларсониев:R3As + RI —* R4As+ Г
+Соответствующие гидроокиси R4As ОН-— сильные основания; их
соли с сильными кислотами водой заметно не гидролизуются.Так же как и алифатические мышьяковоорганические соединения,
известны и ароматические соединения следующих структур (Аг — арил,
X — галоид).СоединенияАв (III):ArAsH2, Ar2AsH, Ar3As; ArAsX2, Ar2AsX; ArAs(OH)2, Ar2AsOHAr—As—As—Ar	Агч	/Аг| I	(ArAs),*	As—AsAr—As—As—Ar	дг/	\дгСоединения As (V):ArAsX4, Ar2AsX3. Ar3AsX,, Ar4AsX, ArsAsj
ArAsOlOH),. Ar,AsO(OH), Ar3AsO, АгДэ 01ГВ синтезе ароматических мышьяковоорганических соединений исхо¬
дят обычно из триариларсинов или из арилмышьяковых кислот.Триариларсины можно получать по Михаэлису своеобразной моди¬
фикацией реакции Вюрца — действием натрия на смесь треххлористого
мышьяка и галоидного арила3C6H6CI + 6Na + As CI3 —> (C6H6)3As + 6NaClили проще, по Пфейфферу, действуя на треххлористый мышьяк фенил-
магнийгалогенидом:3C6H5MgBr + AsCI3 —► (C6H5)3As + 3MgClBrАрилмышьяковые кислоты можно получить по методу Барта через
диазосоединения+	С6Н5Ч X)NaCeH8—N=N СГ + As(ONa)3 —>	As + NaCl + N,0^ XONa
402.ЗЛЕМЬНТООРГАИИЧЕСКИЕ соединенияили прямым арсенированием. В этом случае ароматическое ядро должно
быть очень активизировано к электрофильному замещению наличием
NH2, ОН и подобных заместителей. Приводим получение арсаниловой
кислоты по методу Бешама:AHbNHj + H3As04 —* n-NH2C6H4AsO(OH)2 + Н20Через диазосоединения можно получить и диарилмышьяковую кис¬
лоту, если восстановить арилмышьяковую в арилмышьяковистую и за¬
тем подействовать на нее солью диазония:Аг\ /ОН so2(hci)	/он NaOH	/ONaAs 	Ат—As 	► Аг—As'ОН	'ОН	'ONa+	/ONa At\ уОМаAr'-NsN СГ + Ar-As( —* ^As^ + N2 + NaCl
'ONa Ar'/ 4'QВосстановлением диарилмышьяковой кислоты можно получить ди-
арилмышьяковистую;А-г\ /ОН so2(HCi) Агч)As' 	► )As-OHAr'/ Ч)	Аг'/Арилмышьяковистые кислоты действием концентрированной НС1 пре¬
вращаются-в арил- или, соответственно, диарилхлорарсиныАгAs(OH)2 + 2НС1 —> ArAsCl2 + 2H20
AfjAsOH + НС1 —► Ar2AsCl + H20которые в свою очередь при восстановлении цинковой пылью в кислой
среде дают арил- или диариларсины:2п(н+)ArAsClj 	► ArAsHjZn(H+)АггАзС1 		- ->■ Ar2AsHАрил- и диариларсины не имеют сходства с аминами. Они лишены
основных свойств и являются сильными восстановителями.При менее энергичном восстановлении ArAsCb (соответственно
A^AsCl) в щелочной среде, например, фосфористой кислотой образуются
арсенасоединения и какодилы. Оба типа соединений можно также полу¬
чить взаимодействием ArAsH3 (соответственно Ar2AsH) с арил- и ди-
ар илхлорарсинамш:Д|.	Д5	As—Аг2ArAsH2 + 2ArAsCl2 —► I I +2НС1Аг—As—As—АгарсенобензолAr2AsH + Ar2AsCI —»- Ar2As—AsAr2 + HC1феннлкакоднлПод действием галоида арсенобензол превращается в ArAsCb и да¬
лее в ArAsCl4, а фенилкакодил в Ar2AsCl и затем в АггАвСЛз.К ArAsCb и Ar2AsCl можно также прийти в результате диспропор-
ционирования путем длительного нагревания AsCU с Ar3As;
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ403Следующими реакциями внутримолекулярного арсенирования полу¬
чены гетероциклы с гетероатомом — мышьяком:\ _ .	As	AsHAs(OH)2	^ ч||	Х0НОо, о'-бифенилеиарсиаСН2	СН2(2>As0^ Ч'ОНакридарсоноваякислота+	_ №0. .ОН	НО^ .ОCl	AS/^+|s(OH)2
О-N2;-Nacr'HCl _ so,As (OH)2
оi °AsCl>^ (лиспропорци-	As <)<4онирование) . jv~vr rl^rvi	/ >——^ OL ЛШ + AsCIa ®■ AsCr^ди-о-фенилендихлордиарсин	л(арсантренхлорид)	три-о - фенилендиарсинИз арсониевых солей действием оснований получены соответствую¬
щие илиды — арсинметилены, во многих отношениях подобные фосфин-
метиленам — реагентам Виттига (см. стр. 390), например:+	+ CHgONa(C6H5)3As-CH2-C-R _^й3оиТ (сбН5)зА5==СН-С-ЯО/*(C6H5)3As—СН=С(\о~Соединения приведенного типа со стабилизующей группой —С.(R может быть алкоксилом, алкилом или арилом) способны реагировать
с альдегидами и даже кетонами с образованием непредельных соедине¬
ний (Н. А. Несмеянов, В. В. Правдина):R\ /Н(C6H5)3As=CH-C-R + R'-C' —> )с=СГ + (C6H6)3AsII	хн и/ \c-R0	II'о
404ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯЭти реакции протекают в сотни раз быстрее, чем такие же реакции
илидов фосфора (собственно реакция Виттига), поскольку илиды
мышьяка значительно более сильные нуклеофилы. Стабильные илиды
мышьяка приведенного типа вступают и в другие реакции, характерные
для илидов фосфора (стр. 391).Виттигом был получен пентафенилмышьяк:Это соединение термически и химически более стабильно, чем пента-
фснилфосфоран.3,3/-Диамино-4,4/-диоксиарсенобензол сыграл историческую роль ь
химиотерапии под названием сальварсана — первое эффективное химио¬
терапевтическое средство против сифилиса’(Эрлих). Ему приписывается
формулаОрганические соединения сурьмы. Сурьма образует те же типы соеди¬
нений, что и мышьяк.Соединения Sb (III)зСурьма связана с углеродом менее прочно, чем мышьяк, и еще ме¬
нее прочно, чем фосфор. Однако эта связь еще не разрушается кисло¬
тами.Алифатические стибины R3Sb проще всего получать по методу
Пфейффера действием гриньярова реактива на треххлористую сурьму;
R3Sb присоединяет галоид и образует R3SbX2, при пиролизе распадаю¬
щийся на R2SbX и RX. Взаимодействие R2SbX с галоидом приводит
к RsSbX3, при пиролизе которого получаются RSbX2 и RX.Присоединение SbCls к ацетилену дает (ClCH = CH)3SbCI2 в виде
смеси стереоизомеров (цис- и*транс-)\ разгонкой и восстановлением их
получают стереоизомеры (ClCH = CH)3Sb (А. Н. Несмеянов, А. Е. Бо¬
рисов).Ароматические соединения сурьмы типа Ar3Sb можно получать ре¬
акцией Гриньяра по Пфейфферу или более старым путем — методом
Михаэлиса:Что касается соединений ArSbCl2 и Ar2SbCl, то их обычно получают
через диазосоединения по методу Шмидта (вполне аналогичному методу(C6H5)4AsC1 + C6H6Li —* (C6H5)5As + LiClКрафт доказал, что это вещество является полимеромRSbHj, R2SbH, R3Sb; RS1dC12, R2SbCl;
RSb=SbR; R2Sb—SbR2Соединения Sb (V):RSbCl4l R2SbCl3, R3SbC!2l R4SbCI, R6Sb;
RSbO(OH)2, R2SbO(OH), R3SbO, R4SbOH3ArCl+ 6Na + SbCl3 —Ar3Sb + 6NaCl
ПЯТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ405Барта в ряду мышьяка)/ОН Агч /ОН
Ar№=N СГ + NaO-Sl/ —>■ ^SbX + N2 + NaCl
'ОН	О?' '''ОН/ONa	АгчArN=N СГ + Ar'-St/ —► ;sb(^ + N, + NaCl
'OH	Ar'/ 'OHили по методу Несмеянова — Кочешкова, усовершенствованному
А. Н. Несмеяновым, О. А. Реутовым и О. А. Птицыной (в зависимости
от условий проведения реакции можно получать один, второй или третий
продукт по выбору):ArN=N[SbCl4]' + Zn -—► ArSbCl2 (или Ar2SbCl, или Ar3Sb)Восстановлением (более или менее жестким) из ArSbCb получают
ArSbH2 или ArSb = SbAr. Последний, возможно, как и арсенобензол,
представляет собой полимерное соединение. Из Ar2SbCl восстановле¬
нием синтезируют Arl2SbH или Ar2Sb—SbAr2. Взаимодействием Ar'AsH2
с ArSbO можно получить смешанное арсеностибиносоединение с пред¬
полагаемой структурой Ar'As = SbAr.Тетраалкилстибониевые соли можно синтезировать, действуя йоди¬
стыми алкилами на триалкилстибины:(CH3)3Sb + СН31 —»- (CH8)4SbIТетраарилстибониевые соли, в частности, можно получить по
А. Н. Несмеянову и J1. Г. Макаровой разложением борофторида арил-
диазония в триарилстибине:ArN2 BFr + Ar3Sb —v Arjb BF7 + N2Описан ряд гетероциклов с сурьмой в качестве гетероатома. На¬
пример;0	оSb	Sb1	ICeH5	C6H5Их получают действием двумагниевого гриньярова реактива
BrMg(CH2)nMgBr на фенилдихлорстибин (Грюттпер и Краузе).о-Дифенилилстибиндихлорид при нагреваипи отщепляет НС1 и замы¬
кается в о.о'-бифенилхлорстибин (Морган):О-р - Q-pSbCl2	SbCiНагреванием о-бензилфенилстибиновой кислоты с уксусным ангид¬
ридом и каплей серной кислоты Морган получил стибакридиновую кис¬
лоту
406ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯРяд сурьмяноорганических соединений находит применение в каче¬
стве химиотерапевтических средств для борьбы с тропическими заболе¬
ваниями, вызванными трипанозомами и другими микроорганизмами
(сонная болезнь, лейшманиоз, кала-азар и др.). Сюда относятся я-аце-
тиламинофенилстибиновокислый натрий (стибенил, или стибазил),
.и-хлор-п-ацетиламиностибиновокислый натрий (стибозан)г стибанило-
вая кислота и т. д.Известны следующие соединения пятивалентной сурьмы:О(C6H5)5Sb (С H3)5sbI	И	III	ггСоединение типа I (получено Виттигом) и соединение типа III из¬
вестны также для фосфора и мышьяка, но для сурьмы они значительно
более устойчивы (термически и химически), чем их мышьяковые, а тем
более фосфорные аналоги. Пентафенилсурьма при действии фениллития
образует соль [(СбН5)б5Ь]-1л+, в которой внешняя электронная оболочка
сурьмы расширена до децета. Вообще, сурьма наиболее легко расши¬
ряет оболочку при образовании о-связей. По-иному обстоит дело при
получении илидов. Усиление металлических свойств элемента препят¬
ствует образованию илида и понижает его стабильность. Для сурьмы
известен только один илид, стабилизованный циклопентадиенильным
циклом и четырьмя фенильными группами;• If"' - .СвН5'0>-sb(c6H5)31CtH/h„HsВисмуторганические соединения. Известны следующие типы соединений
висмута;RBiX2, R2BiX. R3Bi, R3BiX2, R4Bi+ X~Для ароматических соединений Виттигом получен тип Ar5Bi.Алифатические внсмуторганические соединения лучше всего по¬
лучать, действуя на трехгалоидный висмут гриньяровым реактивом
(Ф. Гейн). Полученный при избытке гриньярова реактива триалкил-
висмут затем подвергается действию галоида или BiCl3, причем обра¬
зуются в зависимости от соотношения реагентов R2BiCl или RBiCl2.Так же можно получать и ароматические соединения. При действии
галоида можно изолировать R3BiX2, из которого при термическом раз¬
ложении образуется R2BiX.Ароматические висмуторганические соединения типа Ar3Bi можно
получить и через диазосоединения (Гилман; К. А. Кочешков, А. Н. Не¬
смеянов)3(ArN2Cl)2-BiCl3 + 2Bi —>• 2Ar3Bi + 6N2 + 3BiCl3причем лучшие результаты дает метод А. Н. Несмеянова, Т. П. Толстой
и J1. С. Исаевой:3ArN==N BFr + 2Bi —► Ar3Bi + 3N2 + Bi(BF4)3
ШЕСТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ407ШЕСТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ЭЛЕМЕНТОВСоединения серы. Органические соединения серы были рассмотрены уже
в предыдущих разделах этой книги. Здесь мы остановимся только на
илидах серы, в последнее время нашедших применение для синтеза ряда
веществ. Таковыми являются соединения типа I и II;R\+ _;s—CHR'	j;s=CHR'R/	R'ICH3W°	+/0_X -*-* снз-s;	ch3-s(СН/ ЧСНэ	Jh СН»	JIh СН»CH231Получаются эти илиды подобно илидам фосфора (стр. 391) из со¬
ответствующих солей сульфония действием сильных оснований. На¬
пример:R\+	с6н 5и R\S-CH2R' 	*■ ';s=CHR' + СеНб + LiClR7СГСульфониевые илиды, у которых R' == алкил, Н или арил, реаги¬
руют с альдегидами с образованием а-окисей (эпоксидов):^S-OHR _* .	^S^-CHR' —*- R2S + R'HC-CHR'^с—О	о—CHR, нС непредельными соединениями, особенно с олефинами, активиро¬
ванными электроноакцепторными заместителями, эти илиды реагируют
с образованием трехчленных циклов;CH3W0;s^ + снг=сн-соосн3 —> (ch3)2so + нгс—сн-соосн3
сн/ ХШз	\ /
- 2	сн2Большой интерес представляют илиды типа II, получающиеся до¬
вольно просто из диметилсульфоксида (см. кн. I, стр. 197).
Элементоорганические соединения селена и теллура. Эти вещества не на»
шли существенного применения и потому будут рассмотрены кратко.Соединения селена впервые получены Велером. И селеновые и теллу¬
ровые соединения изучались в основном Верноном и Дрью.Для селена наиболее важными типами соединений являются двух¬
валентные производные —■ аналоги соответствующих сернистых соеди¬
нений: RSeH, RSe—SeR, RaSe, RSeHal.Соединения типа RSeH получаются, в частности, по реакции:н2оRMgX + Se —>■ RSeMgX 	>- RSeHОни легко окисляются в RSe—SeR.Диалкилселениды RgSe получают алкилированием NajSe. Соедине¬
ния типов RSeX и R2Se присоединяют галоид, переходя в RSeX3 и
408ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯR2SeX2. При действии RI на R2Se получается R3SeI — триалкилселено-
нийиодид — солеобразное, аналогичное сульфониевой соли вещество»
в котором иод можно заменить на любой анион. R2Se окисляется К2Сг20*
в R2SeO.Ароматическое селенорганическое соединение CeHsSe—SeCeHs можно
последовательно окислять в фенилселениновую и фенилселеноновую
кислоты:С*НзЧC6H6-Se^	)Se(хОН	ХЗНфенилселениновая	фенилселеноноваякислота	кислотаИзвестны гетероциклы с селеном в качестве гетероатома, например
аналог тиофена селенофен, широко изученный Б. А. Арбузовым и
Ю. К. Юрьевым. В ряду бензол — селенофен — тиофен — фуран по аро¬
матическим свойствам ближе всего к бензолу селенофен.Для теллура главными типами соединений являются: R2Te, R2TeX2,
RTeX3 и R3TeX.Соединения теллура с состоянием валентности, аналогичным ва¬
лентности серы в серной кислоте, практически неизвестны.СЕДЬМАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВЭлементоорганические соединения галоидов достаточно подробно опи¬
саны в разделах, посвященных галоидпроизводным жирного и арома¬
тического ряда. Особого внимания заслуживают фторорганические со¬
единения.Фторорганические соединения. Химия органических соединений фтора
начала бурно развиваться в 40-х годах этого столетия. Первоначальным
стимулом явилась нужда в материалах, устойчивых к фторирующему
действию UF6, употребляющегося при разделении изотопов урана.
В дальнейшем оказалось, что фторорганические полимеры, особенно
полностью фторированные, необычайно устойчивы также к окислению,
к действию различных агрессивных сред и некоторые из них превосходят
в этом отношении благородные металлы. В настоящее время приме¬
няются пластмассы, каучуки, смазочные масла и покрытия на основе
фторорганических полимеров и теломеров. Некоторые фторорганические
соединения употребляются в качестве хладоагентов (фреоны) и пропел-
лентов. Полифторированные соединения отличаются от обычных орга¬
нических соединений не только малой подвижностью фтора в органиче¬
ской молекуле, но и особыми свойствами кратных связей и функцио¬
нальных групп в этих соединениях.Номенклатура соединений с небольшим числом атомов фтора в мо¬
лекуле подобна номенклатуре других галоидпроизводных. Полностью
фторированные углеводороды называются обычно перфторуглеводорода-
ми, например CF3—CF=CF2 — перфторпропилен, CF3—(CF2)3—CF3 —
перфторпентан; названия фторированных соединений, в которых имеется
один или несколько атомов водорода, хлора и др., строятся как назва¬
ния перфторсоединений, в которых определенные атомы фтора замещены
на атомы водорода, хлора и др. Например:CF3— CF2— CFC1—СООН	CF3—CFH—CFH—CF2—CF3а-хлорперфтормасляная кислота	2,3-дигидропёрфторпентанМетоды получения. 1. Фторирование углеводородов. Тепловой
эффект фторированияRH + F2 —> RF + HF ДЯ=—104 ккал
СЕДЬМАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ409значительно превосходит тепловой эффект разрыва С—С-связей. По¬
этому фторирование органических соединений фтором приводит к де¬
струкции органической молекулы (конечный продукт — четырехфтори¬
стый углерод). Для практического осуществления фторирования смесь
реагирующих газов разбавляют азотом и пропускают над медной сет¬
кой или стружкой, покрытой кобальтом или никелем. Медная сетка слу¬
жит для отвода тепла; с углеводородами реагирует образующийся на ее
поверхности трехфтористый кобальт, а фтор регенерирует этот высший
фторид:2CoF3 + RH —> RF + 2CoF2 + HF
2CoF2 + F2 —>• 2C0F3Для замещения водорода на фтор часто используют непосредственно
трехфтористый кобальт (можно применять также NiF3 или MnF4).2.	Электрохимическое фторирование (Саймонс). Метод применяется,
как правило, для получения полностью фторированных кислот, аминов,
простых эфиров и некоторых органических соединений серы. При этом
электролиз раствора органического соединения ведут в безводном фто¬
ристом водороде (никелевый анод, напряжение 5—6 В, плотность тока
~0,02 А/см2). Образующийся при электролизе фтор замещает атомы
водорода:HF(электролиз)(СН3С0)20 	>• 2CF3COFHF(электролиз)(СНз)зЫ 	»- (CF3)3NЭлектрохимическое фторирование алифатических углеводородов за¬
труднено из-за их плохой растворимости во фтористом водороде.3.	Замещение хлора на фтор. Хлор в органических соединениях мо¬
жет быть замещен на фтор при помощи SbF3 (Свартс), а также AgF2
или HgF3. Подвижные атомы галоида (например, в'а-хлорзамещенных
кислотах или в этиленхлоргидрине) замещаются при обменной реакции
с KF или NH4F в полярных растворителях. Для замещения хлора в
хлористых алкилах требуются значительно более жесткие условия: на¬
гревание с AgF2 или HgF3. Легче обменивается хлор в трихлорметиль-
ной группе:AlkCCi3 + SbF3 —у AlkCCl£F +SbF2Cl
ArCCl3 + SbF3 —► ArCF3 + SbCl34.	Замена гидроксила и карбонильного кислорода в спиртах, альде¬
гидах, кетонах и кислотах с помощью четырехфтористой серы:sf4r2c=o —»- r2cf2jP SF4
RC' 	>• RCF3Ndh5.	Присоединение фтористого водорода по кратным связям и к
ос-окисям (эпоксидам):
410ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ6.	Получение перфторолефинов дегалоидированием галоидполифтор-
алканов:C1CF—CF2 + Zn —► ClCF=CF2 + ZnCl2I	I
Cl ClЭто, в частности, промышленный способ синтеза трифторхлорэтилена.7.	Пиролиз тефлона (политетрафторэтилена) приводит к смеси трех
основных продуктов:600—750 °С	CF34(CF2-CF2)„ 	► cf2=cf2 + cf3-cf=cf2 + ;c=cf2CF,/Изменяя давление и температуру, можно сдвинуть процесс в сторону
образования одного из этих продуктов.В промышленности так получают перфторпропилен.Перфторэтилен готовят пиролизом хлордифторметана при 640 °С:2HCC1F2 —► 2НС1 + CF2=CF2Реакция, вероятно, идет через образование дифторкарбена.8.	Ароматические соединения фтора, например фторбензол, получают
разложением борофторидов арилдиазониев (Бальц и Шиман, стр. 98).
Гексафторбензол получен дефторированием перфторциклогексана при
нагревании над порошком железа:FCF2	рFjC^ \CF2 Fe(450 °С)F2Cx /CF2
CFaСвойства фторзамещенных углеводородов. Замещение
в органической молекуле одного из атомов водорода на фтор ведет
к небольшому повышению температуры кипения. Напротив, перфтор-
углеводороды кипят ниже соответствующих углеводородов; исключение
представляют только первые члены гомологического ряда. Такое не¬
обычное явление говорит о малых межмолекулярных взаимодействиях
в полифторированных углеводородах (табл. 76). Еще более резкое
понижение температур кипения происходит при переходе от соединений
с функциональными группами к их перфорированным аналогам. Так,
ацетонитрил кипит при t+78°C, а перфторацетонитрил при —64 °С.Атомная рефракция фтора в фторорганических соединениях непо¬
стоянна и колеблется от 1,29 до 1,046. Малое значение рефракции гово¬
рит о малой поляризуемости связи С—F. Это, наряду с большой проч¬
ностью С—F-связи (104—114 ккал/моль против 78 ккал/моль для С—Cl-
связи), обусловливает особую неподвижность фтора в его органических
соединениях. Особенно инертны перфторалканы, которые ни в какие
реакции замещения не вступают. Другие атомы галогенов в полифто¬
рированных соединениях (но не в полифторгалогенбензолах) тоже пас¬
сивны, но в меньшей степени. Например, из соединений типа CF3—CF2I
получается магнийорганическое соединение CF3—CF2—Mgl (вспомним,
что из таких соединений, как СС13Вг или СН2С1—СН2Вг, нельзя полу¬
чить магнийорганическое соединение; так, из СН2С1—СН2Вг вместо
этого образуется этилен).
СЕДЬМАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ411Таблица 76. Температуры кипения фторированных углеводородов(в скобках для сравнения приведены т. кип. углеводородов)ТемператураТемператураФормулакипения,°СФормулакипения,°СПредельныеcf4-128 (—161.5)h-C6Fu58 (68,7)c2f6-79 (-88,6)H-C7Flg82 (98,4)W-C3F8—39 (—42,1)H-CeF ig—h-C4F10+ 1 (-0,5)W"Cg F 2Q125(150,8)h-CsFi2+30 (+36,1)«-Ci0F22238-240 (286,8)Непредельныеcf2=cf2-76CF3—CF=CF2-29ch2=cf2—82CF3—CH=CH2-28,3ch2=chf-72CF3—CH=CHF-16chf=cf2-51CF3—CF2—CF=CF2+ 1cf2=cfci—26,8CF3—CF=CF—CF30CFC1=CFC1-22(CF3)2C=CF2+ 7CF2=CFBr+2CF3-(CF2)2-CF=CF2+30Фторсодержащие олефины способны присоединять сильные электро¬
филы, но скорость такого присоединения меньше, чем для обычных оле¬
финов, и быстро падает по мере возрастания количества атомов фтора
при двойной связи или по соседству с ней. Фтор при двойной связи так
же ориентирует присоединение галоидоводорода, как и хлор (и по тем
же причинам);CH2=CF2 + HF —► СНз—CF3Серный ангидрид присоединяется к перфторолефинам с образова¬
нием р-сультонов (аналоги р-лактонов):F4 /F	р/ I I F+ so3 —* о—s=oр/	'FВ безводной фтористоводородной кислоте азотная кислота диссо¬
циирует с образованием нитроний-катиона. В этих условиях происходит
сопряженное присоединение нитроний-катиона и фтор-аниона по двой¬
ной связи:HF + 2HN03 —► Н30+ + F~ + NOj + NOJ
CFi=CF2 + NOJ + F" —CF3-CF2N02Для перфторолефинов особенно характерны реакции нуклеофильного
присоединения, например спиртов и аминов, с образованием простых
эфиров и аминов:CF2=CF2 + HOR —V chf2—cf2or —► cf2=cf—or + hf
cf2=cf2 + r2nh —V chf2—cf2-nr2Эти необычные для олефинов реакции осуществляются благодаря
крайнему обеднению электронами двойной связи из-за наличия атомов
412элементоорганические соединенияфтора. Естественно, что в следующем ряду возрастает склонность к ну¬
клеофильному и уменьшается склонность к электрофильному присоеди¬
нению:CFs=CF-OR CH;=CF2 CF^CF, CF3—CF=CF2 (CF3)2C=CF2Оказалось, что фтористый водород (а также фтористый нитрозил)
присоединяется к первым членам этого ряда по электрофильному, а к
последним членам ряда — по нуклеофильному механизму (И. Л. Кну¬
нянц, Б. JI. Дяткин). Скорость присоединения фтористого водорода па¬
дает в этом ряду и вновь возрастает для перфторизобутилена.Электрофильное присоединение:H+'^CF^=CFJ0)R	HCF2-CF-OR .быс1Г°> HCF2~CF2ORНуклеофильное присоединение:
CF;н+з\	медленно ^i3v _	быстро '"‘зч/C=CF2 + F” ( 	^ C^CF3 	► ;ch-cf3CF/	Cf/	CF/Эта реакция катализируется солями фтора; значит, общую скоростьреакции определяет присоединение фтор-аниона к двойной связи. Такб- 6+же обстоит дело и с присоединением фтористого нитрозила F—N0:
в присутствии фторида калия он быстрее присоединяется к перфторпро-
пилену и перфторизобутилену.Ориентация при нуклеофильном присоединении к перфторолефинам
объясняется следующим образом. Трифторметильные группы более
электроноакцепторны, чем атом фтора, поэтому в анионе I отрицатель¬
ный заряд более делокализован, чем в анионе II.CF3v_	F /CF3C->CF3	С->Сcf/	F/ l4CF3FI	IIТаким образом, на первой стадии присоединения фтористого нитро¬
зила или фтористого водорода перфторизобутилен образует более энер¬
гетически выгодный анион II (к которому присоединяется далее соот¬
ветствующий катион). По И. JI. Кнунянцу, это объясняется сопряжением
о-связей атомов фтора трифторметильных групп с я-связями или от¬
рицательным зарядом (парой электронов):>C=C-^-C3-FПерфторолефины способны к реакциям радикального присоединения.
Так, они присоединяют хлор или бром только по свободнорадикальному
механизму при освещении. Таким же образом присоединяется и дву¬
окись азота:/IVcf2=cf2 + 2 .no2 —>- o2n—cf2—cf2—ono + o2n—cf2—cf2—no?■Радикальный характер имеет также полимеризация или сополимери-
зацпя перфторолефинов:nCFs=CFa —►	(—CFj.—CFa—)а
СЕДЬМАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ413Перфторпропилен в отличие от перфторизобутилена способен к сопо-
лимеризации с обычными олефинами.Из полимеров наибольшее значение имеет тефлон (политетрафтор¬
этилен)— термопластик с температурой размягчения около 425°С. Он
совершенно инертен к действию кислот, щелочей и окислителей (кроме
фтора). Используется для производства химически стойких сосудов, де¬
талей механизмов, для нанесения антикоррозионных покрытий на ме¬
таллические поверхности. Тефлон обладает очень низким коэффициен¬
том трения и употребляется для тефлонирования или изготовления тру¬
щихся поверхностей (поршней и пр.). Для производства пластмасс
употребляется также трифторхлорэтилен, синтезируемый по следующей
схеме:Трифторхлорэтиленовые олигомеры используются в качестве хими¬
чески стойких смазочных масел. Химически стойкие фторированные кау-
чуки получают сополимеризацией перфторпропилена с дифторэтиленом
и другими фторолефинами.Несколько позднее, чем химия фторорганических соединений алифа¬
тического ряда, стала интенсивно развиваться и химия фторароматиче-
ских соединений. По практическому значению фторпроизводные этого
ряда уступают соединениям алифатического ряда.Фторбензол применяется для синтеза некоторых лекарственных пре¬
паратов. Одним из интересных методов получения этого соединения яв¬
ляется нагревание смеси циклопентадиена с веществами, образующими
дифторкарбен (О. М. Нефедов):2,4-Динитрофторбензол, в котором атом фтора очень легко нуклео-
фильно замещается, применяется как реагент для динитрофенилирова-
ния, например при исследовании белков. Некоторые ароматические
фторпроизводные предложены в качестве исходных продуктов для син¬
теза красителей.Гексафторбензол может быть использован в качестве растворителя
для сцинтилляторов, рабочего тела или теплоносителя в энергетических
установках, а также в качестве ингаляционного анестетика.Своеобразным «нуклеофильным вариантом» реакции Фриделя—
Крафтса является метод алкилирования перфторароматических соеди¬
нений фторолефинами в присутствии катализатора — фтористого калия;Первый акт реакции состоит в нуклеофильной атаке перфтороле-
фина фтор-анионом. Образующийся при этом перфторалкил-анион ну-
клеофильно замещает один из атомов фтора в ароматическом кольце.
Эта реакция, так сказать, обратно аналогична реакции Фриделя —SbF3ZnCCI3-CCI■> CC1F2—CFC12 —> CF2=CFC1F+ CF2HC1CH,400—coo °cI + HC1 + HFFCF3—CF—CF3FN+ CF3—CF=CF,KFCF3
414ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯКрафтса между ароматическими соединениями и олефинами в присущ
ствии кислот Льюиса. В классической реакции Фриделя — Крафтса роль
катализатора сводится к индуцированию положительного заряда на
атакующей частице; замещается водород, который уходит в виде про¬
тона. В приведенной реакции, открытой Чамберсом, атакующая ча¬
стица— анион, а замещаемый фтор уходит в виде аниона.В отличие от перхлорвинильных групп перфторвинильные обмени¬
вают атом фтора на органический радикал при действии литийарилов
(К. А. Кочешков, Т. В. Талалаева):Фторсодержащие соединения с функциональными
группами. Фторированные соединения, содержащие функциональные
группы, получают либо электрохимическим фторированием (стр. 409),
замещением атомов хлора на фтор или же из перфторолефинов. При
окислении перфторолефинов могут получаться кислоты или кетоны:Последний способ наиболее удобен для получения перфторкетонов.
Окислением перфторолефинов в щелочной среде могут быть полу¬
чены а-окисиНитрозо- и нитросоединения можно получить сопряженным присо¬
единением соответствующих групп к двойным связям, о чем уже говори¬
лось. Присоединением спиртов и аминов к перфторолефинам получают
фторированные простые эфиры и амины.Свойства фторированных кислот, кетонов, спиртов, аминов и др.
тесно связаны с электроноакцепторным действием атомов фтора и по¬
этому наиболее ярко выражены у перфторпроизводных, свойства кото¬
рых мы, главным образом, и рассмотрим. Отрицательный индуктивный
эффект фтора сказывается прежде всего на кислотности и основности
функциональных групп. Так, перфтортриэтиламин не является основа¬
нием, а фторированные спирты представляют собой слабые кислоты.
Вот ряд значений р/Са в водном растворе (И. Л. Кнунянц, Б. Л. Дяткин,Н.	П. Гамбарян, Е. М. Рохлин):Свойства перфторкетонов также были исследованы И. Л. Кнунянцем
с сотр. Эти соединения обладают чрезвычайно реакционноспособной
карбонильной группой. Так, они способны присоединять воду или
спирты, образуя очень прочные гидраты или полуацетали:ArCF=CF2 + LiCBH4Li-« —>■ ArCF=CF— С6Н4—CF=CFAr-«KMn04(H20)CF3-CF2-CF=CF2 	*- CF3-CF2-COOHcf3-cf-cf2CF3CH2OH . . . 12,8 (CF3)2CHOH ... 9,3 (CF3)3COH ... 5,4Ср3\ /ОН:c:CF OH:c:cf/ NdhCF3/ '''ORПодобные аддукты не отщепляют воду или спирт даже при нагрева¬
нии в вакууме. Гидраты .типа гидрата перфторацетона являются ела-
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ415быми кислотами (порядка уксусной). Перфторкетоны дают устойчивые
аддукты с аммиаком и аминамиCF3.	CF34 у ОН;с=о + RNH, —-»• ;с(CF/	CF3/ 4MHRкоторые даже перегоняются без дегидратации.Имин гексафторацетона присоединяет аммиак, образуя геминальный
диамин — редкая комбинация атомов в органической химии:CF3	CF3 ,т2;c=nh + nh3 —* ;с(CF/	CF/ ^NHaКак можно видеть, для органической химии перфторированных со¬
единений молекулы, содержащие при одном атоме углерода гидроксил
и аминогруппу, две аминогруппы, два гидроксила, гидроксил и фтор,—
нормальное явление. Устойчивость таких геминальных соединений объ¬
ясняется трудностью отрыва аниона (—OR, —ОН, —NH2) от положи¬
тельно заряженного атома углерода.Как уже говорилось, при присоединении спиртов и аминов к перфтор-
олефинам получаются простые эфиры и амины. В этих соединениях ге-
минальные а-атомы фтора оказываются довольно подвижными и гид¬
ролизуются с образованием производных фторкарбоновых кислот-;н2оCF3-CF2—NR2 	>- CF3—С—NRaФторсодержащие карбоновые кислоты отличаются высокими констан¬тами диссоциации;*a-I0_s
(при 20 °С)CH3COOH	 1.8FCH2COOH	 220F2CHCOOH	 57 ОООCF3COOH 	 59 000CF,(CF,)*COOH	 68 000Трифторуксусная кислота по константе диссоциации приближается
к сильным минеральным кислотам. Эта кислота и ее ангидрид приме¬
няются для защиты ацилированием амино- и оксигрупп, поскольку три-
фторацетильная защита легко снимается гидролизом. Смешанные ан¬
гидриды трифторуксусной кислоты и других органических кислот при¬
меняются как хорошие ацилирующие агенты, причем в этом случае
именно ацилы обычных органических кислот вступают на место водо¬
рода в ацилируемые соединения. Трифторуксусная кислота исполь¬
зуется иногда как полярный протонный растворитель.МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВПереходные металлы с незаполненными ^-электронными уровнями не
образуют прочных алкильных и арильных производных (исключение
составляет платина). В этом отношении особое место занимают металлы
2-й подгруппы I группы — медь, серебро, золото. Они завершают длин¬
ные периоды, их d-уровни уже заполнены, но d-электроны еще способны
участвовать в химических превращениях. Образуемые ими металлоор¬
ганические соединения примыкают к соединениям переходных элемен¬
тов. Медь и серебро способны образовывать крайне неустойчивые
алифатические производные RCu и RAg, которые получаются при дей¬
416ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯствии гриньярова реактива на Cul и AgCl при глубоком охлаждении, но
уже разлагаются при сравнительно низких температурах. Более устой¬
чиво полученное таким образом фенилсеребро CeHsAg, распадающееся,
однако, уже при —18 °С, и фенилмедь CsHsCu, разлагающаяся при
+80°С. Еще прочнее металлоорганические соединения трехвалентного
золота, из которых известны (Поп и Гибсон) типы [RAuCbb и СНгАиС1]2.
Первый тип можно синтезировать не только гриньяровой реакцией, но
в ароматическом ряду и прямым аурированием — действием АиС13 на
ароматические соединения (Хараш):Известен ряд золотоорганических соединений жирного, ароматиче¬
ского и гетероциклического рядов. Эти вещества устойчивы не только
по отношению к воде, но и к кислотам и воздуху. Получены также ме-
таллоорганйческие производные одновалентного золота, но обязательно
с координационно присоединенным вторым лигандом:СН3Аи • Р(С2Н5)3 (т. пл. 62 °С); С6Н5Ац. Р(СвН5)3 (т. разл. 152 °С) и др. 'Одновалентное золото образует с олефинами л-комплексы
АиСЬСпНгп, получаемые действием олефина (в избытке) на НАиСЦ
в водном растворе. При этом Au (III) восстанавливается в Au (I), и
комплекс выпадает в осадок. Описаны только соединения с циклоалке-
нами (Хюттель, 1965 г.).Как уже отмечалось, переходные металлы (за исключением платины
и в какой-то мере титана) не образуют устойчивых алкильных и даже
арильных соединений, если только не заполнить тем или иным путем
их свободные d-электронные уровни. В этом случае алкильные или
арильные соединения (обычно все же относительно малоустойчивые)
получаются.В качестве характерного примера приведем соединения хрома. Га-
логениды трехвалентного хрома не дают алифатических металлооргани¬
ческих соединений, например, при действии гриньярова реактива, полу¬
ченного из галоидных алкилов или галоидного бензила. Но действие
хлористого бензила на водный раствор гидрата двухлористого хрома
приводит к образованию необычного гидрата металлоорганического ка¬
тиона— бензилхрома, обязанного своим существованием заполнению
d-уровней хрома за счет комплексно связанных молекул воды:СвН5СН2С1+2Сг(ОН2)аС12 —* [С6Н5СН2Сг(0Н2)5]С12 + Сг(0Н2)вС13 + Н20В качестве других примеров стабилизации алкильных производных
переходных металлов за счет заполнения их d-уровней комплексообра-
зованием можно привести следующие (подробнее см. стр. 438):AuCl3 + CaH6 —* C6H5AuC12 + НС1’(медленно разлагается
при 20°С, быстро при 100°С)(т. разл. 80-100°с)НС—СН:/о\Р(С6Н5)3СН3—Со(СО)3
(т. пл. 140 °С)(т.пл. 95°с)	Fe-СНзОС со(т. разл. 78-82°с)CH3-Ni-P(QH5)3(т.пл.115-И8°с)
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ417С6Нвч /Р(С6Н5)3 СНз, /Р(С2Н5)з	снзч /Р(СаН»),;pd	;рг	'pt'(С6Н5)3Р ^СвНа	сн/ ХР(С;ИГ))3 (С2Н5)3р/ ХСН3(т. ПЛ. 99—100 °С)цис-\\зомср
(т. ил. 41—S2 °С)транс-иючер
(т. пл. 76—79 УС)(двухвалентные Pd и Pt, квадратная координация)Что касается металлоорганических соединений переходных металлов
с алкилами или арилами без лигандов, заполняющих (/-уровни металла,
то еще в 1907 г. Поп и Пичи действием йодистого метилмагния на
хлорную платину получили (CH3)3PtI, а Гилман выделил CH3PtI3,
(СН3)2РН2 и (CH3)4Pt. Все эти соединения довольно устойчивы. Тетра-
метилплатина — бесцветное, растворимое в бензоле вещество.После десятилетий неудачных попыток неожиданностью явился син¬
тез CH3TiCl3 и C2H5TiCl3 действием соответствующих алкилалюминиев
на TiCl4. Реакцию проводят при —80 °С, однако и при комнатной тем¬
пературе эти вещества некоторое время устойчивы; менее устойчив
(CH3)2TiCl2, a (CH3)4Ti устойчив лишь при температуре ниже —78°С.
Все они были получены в виде фиолетовых кристаллов, что, вероятно,
объясняется примесью трехвалентного титана. Описаны также диметил-
и дифенилмарганец, которые были получены при низкой температуре.Аналогично получен и неустойчивый СН3Мп1.Дифенилмарганец, как все ароматические соединения, более устой¬
чив, чем его алифатический аналог. Диметилмарганец — ни в чем не¬
растворимый взрывчатый порошок, самовоспламеняющийся на воздухе.О	саморазложении других алкильных и арильных соединений пере¬
ходных металлов в реакционных растворах их солей и гриньярова ре¬
актива см. стр. 362, опыты Хараша.Если для непереходных металлов их алкильные и арильные соеди¬
нения являются по существу единственным типом истинных металлоор¬
ганических соединений, т. е. соединений с М—С-связыо, то совершенно
иначе обстоит дело с переходными металлами. Главными типами ме¬
таллоорганических соединений переходных металлов являются следую¬
щие: а) карбонилы металлов, например пентакарбонил железа; б) цик-
лопентадиенильныё сэндвичеобразные производные — металлоцены
(например, дициклопентадиенилжелезо, или ферроцен, стр. 438 и при¬
веденные там же л-циклопентадиенильные производные других метал¬
лов); в) металлоарены, т. е. комплексы переходного металла с аромати¬
ческими молекулами, например дибензолхром (стр. 435); г) олефиновые
(диеновые и т. д.) л-комплексы, например давно известная соль ЦейзеМежду всеми этими типами существуют и комбинированные соеди¬
нения— аренкарбонилы, металлоценкарбонилы, аренметаллоцены и т.д.
Мы разберем вкратце металлоорганические соединения переходных ме¬
таллов в указанной последовательности, предпослав этому некоторые
соображения.2RLi+MnI2 —> R2Mn + 2LiI(стр. 429):СН» CI||	->~Pt Cl КСЩ С1FeСгРе (СО) 5пентакарбо- дициклопента- дибензол-
нил железа диенилжелезо хромсоль Цейзе14 Зак. 79
418ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯУже из формул карбонилов металлов Fe(CO)5, Со2(СО)8, №(СО)4,
Сг(СО)в и аренов (см. дибензолхром) ясно видно, что старые привыч¬
ные понятия валентности для этих соединений неприменимы. Это та же
проблема, которая встает перед химиком-неоргаником при изучении
комплексных соединений переходных металлов и которая уже в начале
столетия привела к необходимости введения понятия координационного
числа.Хотя в сущности каждое отдельное соединение представляет собой
особый случай, можно, однако, подметить некоторые эмпирические
качественные правильности, которые не соблюдаются вполне строго,
но позволяют ориентироваться в области этих соединенней без специаль¬
ных расчетов.1.	Правило эффективного атомного номера (Сиджвик). Лиганды СО,
С5Н5, СвНв, олефины и т. п. присоединяются к переходному металлу,
дополняя его электронную оболочку до числа электронов ближайшего
инертного газа. Каждая молекула СО или олефин (а также амины,
фосфины, эфиры фосфористой кислоты и т. д.) поставляет металлу
два электрона, каждый циклопентадиенил — пять, каждый бензольный
цикл — шесть. Приведем для ряда карбонилов металлов число электро¬
нов, приходящееся на один атом металла (сумма собственных электро¬
нов и электронов, поставляемых лигандом):Как видно из подсчета, действительно эффективный атомный номер
в карбонилах (т. е. число электронов в оболочке металла) равен атом¬
ному номеру ближайшего инертного газа — криптона (36). Для металлов
с нечетным атомным номером (V, Мп, Со) сумма электронов в рас¬
чете на один атом металла составляет только 35, и эффективный атом¬
ный номер, равный атомному номеру криптона, получается путем сдваи¬
вания молекулы и обобщения атомами металла пары электронов. Это
же может быть ’Достигнуто путем захвата одного электрона от атома
щелочного металла или водорода в соединениях * типа H2Fe(CO)4,
NaMn(CO)6.Такой же расчет справедлив и для наиболее устойчивых сэндви¬
чей — ферроцена, кобальтициний-катиона, дибензолхрома:Однако правило эффективного атомного номера определяет только
наиболее устойчивые системы. Существует множество веществ, у кото¬
рых число электронов больше, и особенно часто — меньше числа элек¬
тронов в ближайшем инертном газе. Таковы, например, катион, соот¬
ветствующий ферроцену, — феррициний-катион с 35 электронами, ней¬
тральный кобальтоцен с 37 электронами и т. д.В соединениях, подобных карбонилам, дибензолхрому, состоящих из
атома металла и молекул, способных к самостоятельному существова¬
нию (в наших примерах СО и СбН6), металл формально считается нуль¬
валентным. Условность такого определения очевидна. По Сиджвику,V2(CO)I2
23+ 12 = 35
Fe(CO)s
26+ 10 = 36Cr(CO)Q
24 + 12 = 36
Co2(CO)s
27 + 8 = 35Mn2(CO)io
25+10=35
Ni(CO)4
28 + 8 = 36Fe—>-26 + 10 = :nCo+-»-27 -1+10 = 36	Cr-»-24 + 12 = 36
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ419валентность может быть определена как число электронов, предостав¬
ленное атомом партнеру (в полное и совместное обладание). Если счи¬
тать, что в рассматриваемых соединениях только лиганд поставляет
электроны, а металл свои сохраняет, то нульвалентность металла соот¬
ветствует определению Сиджвика. На деле, однако, электроны металла,
в частности электроны df-уровней, участвуют в образовании связей
(back-donation — обратное предоставление электронов металлом).2.	В сэндвичеобразных ценах (и аренах), несмотря на делокализа¬
цию, как бы соблюдается обычная формальная валентность металла,
если только допустить, что на присоединение цикла к металлу исполь¬
зуется одна единица валентности, как ясно из следующих сопоставлений:железо (И) железо(Ш) никель(Н) хром (II)титан (IV)	ванадий (V)Как мы видели на примере борорганических и алюминийорганиче-
ских соединений, а также на примере всех только что приведенных ти¬
пов металлоорганических соединений переходных металлов, использова¬
ние языка метода валентных схем для описания их электронной струк¬
туры встречается с большими трудностями. Даже чисто качественное
описание обычно заставляет обращаться к рассмотрению очень боль¬
шого числа резонансных структур. Так, Полинг для молекулы ферро¬
цена, ограничиваясь лишь ковалентными структурами, рассматривает
560 таких структур, сгруппированных в 11 классов, причем им вводились
еще упрощающие допущения о весе структур.В методе валентных схем привлекается гибридизация орбиталей ме¬
талла, как это было описано (кн. 1, стр. 235) для углерода в разных его
валентных состояниях: sp3, sp2, sp. В случае переходных металлов на¬
ряду с s- и р-орбиталями гибридизации подвергаются также d-орбитали.
Так, например, наиболее обычный октаэдрический тип комплекса имеет
с/25р3-гибридизованные орбитали металла, направленные по осям окта¬
эдра; квадратный тип комплекса, к которому, в частности, относятся
многие соединения никеля, палладия и двухвалентной платины, напри¬
мер соль Цейзе [C2H4PtCl3]"K+, рассматривается как имеющий dsp2-rи-
бридизованные орбитали металла; тетраэдрические комплексы, такие,
как карбонил никеля, имеют 5р3-гибридизованные орбитали металла.
Гибридизация типа dsp3 положена в основу тригонально-бипирамидаль-
ных комплексов типа Fe(CO)s. Таким образом, число выравниваемых
гибридизацией орбиталей металла, входящего в соединение, равно его
координационному числу. Однако ряд аргументов, особенно малая ве¬
роятность большого отрицательного заряда на металле в карбонилах
или в анионе Fe(CN)4- при предположении об односвязности с металлом14*
420ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯкаждой группы СО или четырех групп CN и данные о сокращенном рас-
стоянии М—С и увеличенном С—О, заставляют предположить извест¬
ную степень двоесвязностй в связях металла с углеродом групп СО и
CN за счет предоставления металлом своих электронов. Вследствие
этого для ряда комплексов приходится привлекать представление о ре¬
зонансе с участием структур, содержащих двойные связи М=С. На¬
пример, для гексакарбонила хрома и феррицианид-аниона даются
следующие структуры:Гораздо плодотворнее здесь метод молекулярных орбиталей (кн. I,
стр. 225). С точки зрения молекулярно-орбитального описания электрон¬
ной структуры рассматриваемых металлоорганических соединений пере¬
ходных металлов связи лигандов с металлом осуществляются в нихРассмотрим молекулярно-орбитальный подход к
описанию электронной структуры наиболее распро-
Рис. 103. Образо- страненных октаэдрических (рис. 103) комплексных
ванне октаэдриче- соединений переходных металлов. Пусть это будут
ского комплекса, металлы Сг, Mn, Fe, Со с их атомными орбиталями
3d, 4s и 4р, которые предстоит объединить в молеку¬
лярные орбитали с парами электронов, присоединяющихся к металлу
лигандов. Это могут быть неподеленные пары электронов кислорода,
серы, азота, фосфора, окиси углерода и т. д. или я-пары олефинов, аро¬
матических циклов и т. д. На рис. 104 представлены атомные орбитали
металла, используемые для образования октаэдрического комплекса и
приближающиеся к ним орбитали электронов лигандов, участвующие
в образовании молекулярных орбиталей. Лишь З^-орбиталь изобра¬
жена без приближающихся орбиталей лиганда.Разный тип перекрывания орбиталей металла и лиганда и разный
характер симметрии итоговой молекулярной орбитали обусловливают
ее так называемый о-, или я-, или 6-характер. Волновая функция с-орби¬
тали не меняет знака при повороте на 180° вокруг оси симметрии.
Волновая функция я-орбитали при таком повороте меняет знак на
противоположный. Волновая функция б-орбитали дважды меняет знак
при повороте на 180°.Для металлоорганических комплексов важно, что не только металл
получает электроны лиганда на молекулярные орбитали комплекса, об¬
разованные с участием d-орбиталей, но что и металл дает свои d-элек-
троны на новые молекулярные орбитали лиганда. Эти орбитали обра¬NN—С—Fe—CteN<->• N==C—Fe=C=-N4общей системой электронов, распределение которых
по молекулярным орбиталям и соответствующим
уровням орбитальных энергий определяется условием
минимума полной энергии этой системы электронов.
Таким образом, в металлоорганических соединениях
этого типа содержатся делокализованные связи ме¬
талла с лигандами.
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ421зуются за счет перекрывания несвязывающих орбиталей лиганда и
d-орбиталей металла, как изображено, например, на рис. 103 для ком¬
плекса металла с олефином. К такому принятию электронов от металла
(back-donation) способны такие лиганды, как олефины, арены, фосфины,
окись углерода, но не молекулы аммиака или воды, чем и объясняется
большая прочность карбонильных, фосфиновых и других комплексов
с обратной электроноотдачей.На рис. 104 приведены изображения 4s-, р- и d-орбиталей атомов
(s-орбитали, как известно, имеют форму шара с центром в начале ко¬
ординат). В качестве пред¬
ставителя трех /7-орбнталей
приведена только ^-орби¬
таль; рх- и рй-орбитали,
имеющие точно такую же
форму, получаются из нее
поворотом на 90° в про¬
странстве вокруг осей X и Y.Точно так же из трех орби¬
талей dxy, dxz и dVi показана
лишь орбиталь dxy, обра¬
зующая молекулярную ор¬
биталь я-характера. Осталь¬
ные орбитали — dxz и d уг
также получаются из нее
вращением в пространстве
на 90°. Две остающиеся
d-орбитали, именно	иd2i, приведены внизу ри¬
сунка. Сложение атомной орбитали (т. е. ^-функции) металла с орби¬
талью лиганда приводит к связывающей молекулярной орбитали.
Вычитание атомной орбитали металла из орбитали лиганда образует ан¬
тисвязывающую молекулярную орбиталь, заполняемую электронами в
возбужденном состоянии молекулы.Молекулярные орбитали а-тниа, как это обозначено на рис. 104 и
видно по характеру перекрывания (цилиндрическая симметрия), обра¬
зуются за счет орбиталей dx2_ г, d2„ s, рх, ру и рг.Заметим, что в методе валентных схем эта группа орбиталей рассмат¬
ривается как гибридизованная (d2sp3-гибридизация) в шесть одинако¬
вых, направленных по осям октаэдра орбиталей, включающих каждая
пару электронов связи.Связи я-типа могут быть образованы как р-, так и dxy-, dxz-, dyz-
атомными орбиталями металла. Следующие «корреляционные диаграм¬
мы» поясняют сказанное как для случая отсутствия я-связей, так и для
случая наличия их. На рис. 105, относящемся к комплексным соедине¬
ниям типа МХ6, жирные горизонтали обозначают энергетический уро¬
вень соответствующей молекулярной орбитали (в средней части ри¬
сунков), слева и справа расположены энергетические уровни орбиталей
металла и, соответственно, лиганда. Черные кружки в средней части ри¬
сунков— всегда заполненные МО, образованные комбинацией соответ¬
ствующей атомной орбитали металла и орбитали лиганда. Полузачер-
ненные кружки — орбитали, которые могут быть, а могут и не быть
заполнены электронами. Сюда относятся столь характерные для пере¬
ходных металлов с их переменной валентностью d-электроны, обуслов¬
ливающие и их характерные магнитные и спектральные свойства.Рис. 105, а отличается от 105,6 тем, что изображает неполярные
связи, обусловленные возрастающим положительным зарядом на атомеРис. 104. Атомные орбитали переходных метал¬
лов, участвующие в образовании молекулярных
орбиталей октаэдрических комплексов. Зачер¬
ненные контуры — области отрицательных значе¬
ний орбитальных волновых функций.
422ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯметалла. Примером могут служить различные октаэдрические неоргани¬
ческие комплексы переходных металлов. В неорганических комплексах,
и особенно в металлоорганических соединениях переходных металлов,Рис. 105. Диаграмма энергетических уровней для комплексных соединений пере¬
ходных металлов типа MXfi:а —неполярные связи; б—полярные связи; в — включена я-связь.Черные кружки —орбитали, занятые электронными парами; светлые — антисвязывающне вакантные
орбитали; полуэачерненные — орбитали, могущие быть заполненными парой илн одним электроном
илн остаться вакантными, в зависимости от того, о каком именно металле и о каком ионном
состоянии идет речь.часто проявляется участие л-орбиталей лиганда. Этот особенно важный
случай в общей форме изображен на рис. 105, в.Карбонилы металловИзвестны карбонилы металлов без мостиковых окисно-углеродных групп
между металлами (карбонилы «главной последовательности»); карбо¬
нилы, содержащие обязательно два или более атомов металла, связан¬
ных мостиками >С=0, предоставляющими по одному электрону связи
каждому из связываемых атомов металла; карбонилы, в которых три
атома металла связаны одной молекулой окиси углерода. Кроме того,
во многих подобных «многоядерных» карбонилах, как и в простейших
димерных карбонилах, таких, как [Mn(CO)s]2. [Со(СО)4]г и т. д., димери-
зация осуществляется за счет прямой связи между атомами металла.Состав и физические свойства ряда карбонилов приведены в табл. 77.Строение карбонилов устанавливается рентгеноструктурным анали¬
зом. Кроме того, указание на присутствие мостиковых окисно-углерод¬
ных групп дает ИК-спектроскопия (мостиковые группы имеют частоту
ниже 1900 см-1, а частота окиси углерода, связанной с одним атомом
металла, ~2000 см-1). Отсутствие неспаренных электронов устанавли¬
вается по отсутствию магнитного момента; о непосредственной связи ме¬
талла с металлом судят по величине расстояния М—М, измеренной
рентгенографическим или электронографическим путем. Примеры строе¬
ния карбонилов приведены на рис. 106.Карбонилы никеля и железа легче всего получаются при прямом
действии окиси углерода на металл (быстрее на измельченный, при по¬
вышенном давлении). Так, в 1890 г. Монд открыл карбонил никеля, что
способствовало широкому использованию в металлургии этого летучего
и легко разлагающегося с образованием чистого металла карбонила,
к сожалению, очень ядовитого. Пентакарбонил железа также приме¬
няется для получения чистейшего железа. Однако карбонилы других
металлов так просто не получаются. В большинстве случаев приходится
действовать окисью углерода под давлением на те или иные соли ме¬
талла в момент их восстановления, обычно в неводной среде. Жоб иЛиганд МеталлЛиганд МеталлЛигандМеталлРк=}«г
Таблица 77. Карбонилы металловА . У в U
"^5пО С СЧ ж Гр£ ь I * +О. с>v О ?оЯ о О
О, О —о 7 +
*UО О
# “ ю£ Е 'a 5 ЧСЗ Я “
Си Си .
О к н,	й о*Е	3 ^2	е£ ,£	си ЧР.	щ п<У	ш «JР*	Н Лоо«Яа3н0ОоОноРОо<*3соО,оо<L>ос; соф сз
со СиО»=;оО^ о
ю ра2ж	5ан	55	5ф	~	. о(Я	t(	li Сиd	(и к;^	й)	^ «QJQJVO н СоUОио ??СО 9= О юС*> 03 ГГои»Я3<иОКC-ZьСиСиОоиtv>*>s	Q*°	о«	о<у	i>.*	.я	t-СЗ	со
О-. соО	СЬСи О
X 03ои-сКООЧ О
го (NиО С Л 0-)QJ . Си о
ОНОЮСиаСХоо.ООо%’Я2яОоОCN«3О.»я3о
ч-о О
X х
О , ,U
® (-1 °
к юш • 7о ь 1ОUОи*»я	"“Г
и,.»	сон	О
. ю8S '	'5	ок*	о<у	чт»*	счОи5X 1S.ш=гоСио со С1ч
CU О <Уо ш сооПримечание. Одной чертой подчеркнуты карбонилы со связью металл —металл, двумя чертами —имеюшие, кроме того, и мостнковые СО-группа.
424ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯКассаль получили так впервые гексакарбонилы хрома, молибдена и
вольфрама, применив гриньяров реактив. А. Н. Несмеянов, К. А. Ко¬
чешков и К. Н. Анисимов с успехом заменили гриньяров реактив цинко¬
вой пылью. Открытый Бриммом карбонил марганца лучше всего полу¬
чать, применив в качестве восстановителя натрийкетил бензофенона
(CoHshCONa (Клоссон).со.со/7\ОС—^п—-,СО
ОС'ос~ОС--соМп-сосоаOC-Feос7сIIо;Fe—СОчсоС С'ос\ „
ОС-Со
ОС'/СО
"Со-СОчсоСОOCxl/CO
СоРис. (06. Строение полиметаллических карбонилов:а— марганца; б-—-железа; о — кобальта (окгакаубонал и додекака.^бонил).«Мпогоядерные» карбонилы с мостиками окиси углерода получаются
из простых карбонилов б результате потери СО, обычно при действии
светаhv2Fe(CO)5 —s- Fe2(CO)9 + СОили при нагревании95 °С6Fe2(CO)9 	>■ 2Fe3(CO)12 + 6Fc(CO)5Фундаментальные работы в области карбонилов принадлежат Хи-
беру и его школе (Э. О. Фишер и др.).Реакции обмена карбонилов. Все карбонилы металлов с
большей или меньшей легкостью обменивают молекулы окиси углерода
на иные лиганды. Такие обмены особенно легко проходят под действием
света.1.	Образование карбонилгидридов. При нагревании пентакарбонила
железа со щелочью происходит реакция:Fe(CO)5 + 4NaOH —► Na2Fe(CO)4 + 2Н,0 + Na2C03Полученное соединение Na2Fe(CO)4 солеобразно, ионы натрия в нем
могут быть обменены на другие катионы. Так, например, было получено
ртутное производное HgFe(CO)4. При осторожном подкислении обра¬
зуется сначала кислая соль, а затем и кислота — карбонилгидрид
H2Fe(CO)* (p/Ci = 4,4; рК2 = 14).Подобные же карбонилгидриды можно получить восстановлением
димерных карбонилов. Так, [Мп(СО)5]2 восстанавливается водородом
при 200 СС:[Мп(СО)5]2 + Н2 —> 2НМи(СО)5Карбонилгидрид кобальта НСо(СО)4 играет важную роль в оксосин-
тезе по Реппе (кн. I, стр. 127). В этом синтезе олефин или ацетилен
в присутствии кобальтового катализатора, присоединяя Н2 и СО, обра¬
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ425зуют альдегид. Фактическим переносчиком водорода и окиси углерода
служит промежуточно образующийся карбонилгидрид кобальта:СН2=СН£ + НСо(СО)., —► СНз—СН2—Со(СО)4н2СНз—сн2—Со(СО), + СО —* СН3—СН2—С—Со(СО)4 —->IIо—> СНз—CHi—С—Н + НСо(СО)42.	Образование алкилкарбонилоп металла. Карбонилгидриды присо¬
единяются по олефиповым и ацетиленовым л-связям и образуют алкил-
карбонилы металлов, для которых типично внедрение СО между метал¬
лом и алкилом с превращением последнего в ацил. Алкил (и арил-)
карбонилы металлов можно получить из NaMn(CO)s и его аналогов,
действуя на них либо CH3I либо его гомологами (Хибер, Клоссон), либо
(C6Hs)3S+ BFr (А. Н. Несмеянов, Ю. А. Чаповский). Метальные’произ¬
водные получают взаимодействием дназометана с карбонилгидридом.
Например:HMn(CO)5 + CH,=N==N —v CH3Mu(CO)5 + N2Кроме того, пользуясь тем, что реакции алкилкарбонилов с СО об¬
ратимыRCo(CO)4 + CO	RCOCo(CO)4RMn(CO)5 + CO RCOMn(CO)6можно ацилированием натриевых солей карбонилгидридов получать
ацилкарбонилметалл, который при нагревании дает алкилкарбонил ме¬
талла (декарбонилирование).В алкилкарбонилах металлов связь алкил — переходный металл хотя
и не отличается большой устойчивостью, все же существует, и некоторые
соединения способны выдержать температуру до ~100°С и выше. Та¬
ково влияние заполнения вакантных d-уровней металла (в данном слу¬
чае за счет СО).3.	Образование металлкарбонилгалогенидов (обмен СО на галоид).
Такой тип соединений известен для металлов: Си, Аи, Mn, Re, Fe, Ru,
Os, Co, Rh, Ir, Pd, Pt. Эти вещества, в которых металл связан и с окисью
углерода и с галоидом, могут получаться двумя путями. Галогениды
меди и благородных металлов (если надо—в присутствии восстанови¬
теля) поглощают окись углерода и образуют металлкарбонилгалогениды.
Таким путем получены: CiCuCO, ClAuCO, №и(СО)2. Платина при дей¬
ствии окиси углерода и галоида образуетСК /СО ОСч /CU /С1
\ц/ „ у Iх >{
ск ХСО С к \ск "чсоВторой путь — действие на карбонилы металлов свободного галои¬
да— используется для получения металлкарбонилгалогенидов Mn, Fe и
Со. Реакция схематически изображается следующими уравнениями:Fe(CO)5 + I2 —► I£Fe(CO)4-j-СО
[Mn(CO)5]2 + Br2 —> 2ВгМп(СО)5
[Со(СО)4]2 + С12 —> 2С1Со(СО)4
426ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯЭти галогениды обладают обычным обменоспособным, хотя и не
ионным галоидом. Так, действуя на них грииьяровым реактивом, можно
получить алкил(или арил-)карбонил металла; с натрийкарбонилами
металлов получаются димерные карбонилы:Последняя реакция осуществима и с двумя разными карбонилами
металлов:4.	Обмен СО на лиганды со свободной (неподелейной) парой элек¬
тронов. Самый широко изученный класс реакций карбонилов металлов,
а также металлкарбонилгалогенидов — это реакции замещения одной,
нескольких или в редких случаях всех СО на другие лиганды: амины
(главным образом, третичные), фосфины и РС1з, арсины, стибины, циан-
ионы, изонитрилы и т. д., что может быть показано на следующих при¬
мерах:5.	Обмен СО на непредельные углеводородные лиганды. Особенно
интересны для органика замещения окиси углерода на непредельные,
в частности диеновые и ароматические, углеводороды.Олефины вытесняют окись углерода из карбонилов, если их я-связь
способна принимать нуклеофильные атаки или при наличии двух и более
сопряженных или несопряженных двойных связей, пространственно рас¬
положенных удобным образом.Типичным примером реакций первого рода служит действие на пен¬
такарбонил железа тетрафторэтилена и акрилонитрила, приводящее со¬
ответственно кЭто явно указывает, что олефин играет не только роль донора за
счет л-электронов, но и служит акцептором для d-электронов металла.
Бутадиен образует с пентакарбонилом железа C4H6Fe(CO)3.Другие примеры структур продуктов, образующихся при вытеснении
СО посредством диенов, приведены в следующих схемах:Циклопентадиен вытесняет из Ni(CO)4 всю окись углерода, образуя
(CsHehNi с нульвалентным никелем. Это вещество, теряя водород, легко
превращается в никелецен (CsHshNi (стр. 441).Циклогептатриен замещает в пентакарбониле железа три группы СО.
В гексакарбониле хрома он также замещает три карбонила (Уилкин-С1Мп(СО)5 + NaMn(CO)s —>■ [Mn(CO)3]2 + NaClClRe(CO)s + NaMn(CO)g —► (CO)5Re—Mn(CO)5 + NaClNi(CO)., + 2C5H5N —► Ni(CO)2(NC5H5)2 + 2COпиридинCr(CO)6 + 3CSHBN —> Cr(CO)3(NC5H6)3 + 3CO
Cr(CO)6 + 2P(C6H5)3 —v Сг(СО)4[Р(С6Н5)3]г + 2CO
CIMn(CO)s + 2C5H5N —► ClMn(CO)3(NCsH6h + 2CO(F2C=CF2)2Fe(CO)3 и (CH2=CHCN)Fe(CO)«
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ427сон), образуя комплекс, который, теряя гидрид-анион, отбираемый, на¬
пример, катионом трифенилметила (Добен, Хоннен), превращается в
тропилийтрикарбонилхром:-:носгсосо	°С^°СОЭто первый встретившийся нам представитель аренкарбонилов ме¬
таллов. Э. О. Фишер нашел, что аренкарбонилы металлов во многих
случаях могут быть получены вытеснением части СО из карбонилов при
действии ароматического углеводорода на карбонил металла в авто¬
клаве; при этом ароматическое ядро занимает место трех молекул СО:Сг(СО)6 + С6Н6 —> С6Н6Сг(СО)3 + ЗСОSS	V/\_/ОС СОСО^^N-CH3 Г
Мо(СО)6 + $ —СН3 —► Mo	+ЗСО/ I \ОС СОСОРоль арена (т. е. ароматического ядра) может играть и циклопента-
диенил-анион, обладающий ароматическими свойствами (см. стр. 449 и
кн. I, стр. 514). В некоторых случаях вытеснение окиси углерода цикло-
пенгадиенилом совершается непосредственно при действии циклопен¬
тадиена на карбонил металла и может привести к полному замеще¬
нию всей окиси углерода с образованием сэндвича—дициклопента-
диенилметалла:Гсо(со)Л2 ч._5	\ Со	соL ^ /4_М чсо /\	соОС соВыделяющийся из циклопентадиена водород идет на восстановление
избытка циклопентадиена.В других случаях используют обратную реакцию. Так, циклопента-
диенилтрикарбонилмарганец получают действием окиси углерода на ди-
циклопентадиенилмарганец:Е> ■Мп + ЗСОСвойства этих в той или иной степени ароматических циклопентадие-
нилкарбонилов металлов будут рассмотрены ниже в разделе «Небен-
зоидные ароматические системы» (см. стр. 443).- Мп + Полиме1,/I \	циклолентадиенила°с Qco
428ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯСуществуют и циклопентадиенилкарбонилгалогениды, например:Ацетилены, так же как и полнены, образуют комплексы с карбо¬
нилами, которые легко претерпевают дальнейшие превращения с уча¬
стием окиси углерода или путем циклической полимеризации. Так, по
реакции Реппе из Fe(CO)5 и ацетилена в водно-спиртовом растворе по¬
лучаются комплексы Fe-CnH705 и Fe-C8H404. Комплекс Fe-CirH705
разлагается кислотами с образованием хинона. В этом комплексе две
молекулы ацетилена связались с двумя молекулами СО:При образовании комплекса Fe-CsH404, который представляет собой
циклопентадиенонтрикарбонилжелезоциклопентадиенон образуется, очевидно, из двух молекул ацетилена и
одной молекулы окиси углерода. Наконец, Оргел получил из ацетилена
и пентакарбонила железа комплекс, для которого была установлена
структура циклобутадиентрикарбонилжелеза:Кроме этих комплексов в растворе находят этиловый эфир акриловой
кислоты (из ацетилена, СО и этанола, реакция Реппе, кн. I, стр. 264)
и гидрохинон.Подобного типа реакции известны и для замещенных ацетиленов.
Наиболее легко реагируют карбонилы железа, кобальта и никеля. В не¬
которых случаях наблюдается образование продуктов тримеризации аце¬
тиленов в замещенные бензолы (см. кн. I, стр. 263).Петтит получил циклобутадиентрикарбонилжелезо также взаимодей¬
ствием дихлорциклобутена с нонакарбонилом железа:ОС—Fe—СОIОFe/1\ОС СОСОVОС—Fe —СО
СО/,С1С1+ Fe2(co)g 	>- FeОС AVCOПри окислении солью церия (IV) происходит распад комплекса, и
отрывающийся циклобутадиен димеризуется в трициклический непре-
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ429дельный углеводорода также образует более сложные полимеры. Если в момент распада
комплекса подвести ацетилен RCs=CR, то происходит его соединение с
циклобутадиеном и образуется производное «дьюаровского бензола»:+СIIIСИЦиклобутадиентрикарбонилжелезо было получено еще одним не¬
обычным путем: рядом фотохимических превращений а-пирона с карбо¬
нилом железа (Розенблюм и сотр., 1967 г.):Fe(co)4+ Fe(co)3Т)■С—ОсоЬ\> ,ОII,с-.0=0Fe (со)4■О"Ге(со)3+со2+соПо данным Петтита, циклобутадиентрикарбонилжелезо обнаружи¬
вает, наподобие ферроцена, способность к ряду электрофильных арома¬
тических замещений. Так, оно ацилируется по Фриделю — Крафтсу, мер-
курируется, дает альдегид по реакции Вильсмейера (с СбН5ЫН—СНО
и РОСЬ), вступает в реакцию Манниха (с СНгО и HNR2). Поскольку
речь идет не о моноциклическом карбоцикле, правило Хюккеля 4и + 2
здесь, очевидно, неприменимо.Олефиновые л-комплексы переходных металловНаиболее давно известное координационное металлоорганическое соеди¬
нение олефина и переходного металла — это соль Цейзе, получаемая
действием этилена на хлорплатинит калия:К| [PtCl4]2" + С2Н4 —» К+ [C2H4PtCl3r + КС1На примере этого классического вещества удобно дать понятие о
типе связи олефина с переходным металлом. Хотя еще Вернер подчер¬
кивал аналогию этой реакции с реакцией вытеснения хлора аммиаком
во внешнюю сферуKJ [PtCl4]2- + NH3 —> к+ [NH3PtCl3]~ + КС1однако аналогия поведения аммиака, присоединяющегося к металлу
своей свободной парой электронов, и олефина не полная.Например, такие олефины, как CF2 — CF2 с «истощенной» л-связью,
связываются с металлом отнюдь не хуже, чем этилен. Таким образом,
связь олефин — металл должна иметь не только дативный, но и акцеп¬
торный характер. Развивая представления, впервые высказанные Дьюа¬
ром, Чатт и Дункансон пришли к следующей концепции, схематически
430ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯизображенной на рис. 107. Олефин двояко связывается с платиной:
связь ст-типа (заштрихованная на рисунке область) образуется за счет
перекрывания я-орбитали олефина с 5^б5бр2-орбиталью платины. Кроме
того, олефин и металл' связываются дополнительно связью зт-типа за
счет предоставления металлом электронов 5й6р-орбитали антисвязы¬
вающим л*-орбиталям олефина (зачерненные на рисунке области пере¬
крывания). Строение аниона этого квадратного комплекса двухвалент¬
ной платины (^'/^-гибридизация на
языке локализованных пар) схема¬
тически изображено на рис. 108.Итак, для образования этой до¬
полнительной (с точки зрения ме-,-"вРис. 107. Схема перекрывания орбита-
лей платины и этилена при образова¬
нии я-комплекса типа соли Цейзе.Рис. 108. Схема строения аниона я-ком¬
плекса платины и этилена (соли Цейзе).талла) дативной связи я-типа требуются электроны на с?-орбиталях
металла. Вот почему именно элементы концов больших периодов (Ni,
Pd, Pt, Си, Ag, Аи) с заполненными или почти заполненными с?-уров-нями способны образовать олефиновые
я-комплексы.Кроме комплексов типа соли Цейзе
платина с олефинами образует и нейтраль¬
ные молекулы (а не анионы) типа IС! С1I	/ \C2H4Pt4 /PtCjH,ClРис. 109. Схема перекрывания	С1орбиталей иона серебра и
олефина в л-комплексе:	1а и б— различного типа связи.которые димерны за счет хлорных мостов.Хараш впервые получил аналогичные палладиевые олефиновые ком¬
плексы с Pd(II), осуществив вытеснение нитрильного лиганда оле-
фином:'Олефин^(CeH5CN)2PdCl-2 + Олефин —►	,BdCl2„Олефин+ 2C6H5CNДругим примером я-комплексов этого типа служат комплексы иона
серебра (рис. 109), констатированные Уинстейном и Лукасом при изу¬
чении закона распределения олефина между слоем углеводорода и вод¬
ным раствором азотнокислого серебра — при этом значительное коли¬
чество олефина переходит в водный раствор. Связи ст-типа, образован¬
ные s-орбиталью Ag и я-орбиталыо олефина, изображены отдельно на
рис. 109, а, а дативная связь Ag*- на антисвязывающие я*-орбитали оле¬
фина— на рис. 109,6. Как всегда, знаки плюс и минус обозначают не
знаки зарядов, а знаки областей функций.
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ431Полнены, особенно с сопряженными связями, еще легче, чем оле-
фины, образуют я-комплексы с переходными металлами. В этом случае
диен занимает два координационных места и реакция прямого взаимо¬
действия диена, например с I^PtCU, разыгрывается так:cl2K2PtCl4 + СН2=СН—СН=СН2 —> К?С1CIPt-Cl-c,HQ-PtClCl+ 2KC1При дальнейшем воздействии бутадиена анион превращается в ней¬
тральный зеленовато-бурый димер (Л. Д. Гельман):СкСУPtс,н/ \/С1pt;с4нвЧС1При действии же бутадиена на димер I (см. стр. 430) образуется
изомер приведенной выше димерной молекулы —темно-красное веще¬
ство уже не с бутадиеновыми мостами, а с хлорными. Подобные олефи-
новым димерные комплексы, в которых диен занимает два координаци¬
онных места, образует с диенами и Pci (II).Ион серебра с полиенами образует уже кристаллические я-комплек¬
сы, например с циклопентадиеном — комплекс I, с циклобутадиеном —
комплекс II или, возможно, комплекс полимерной структуры III:•'Ag+N03IIIflа также комплексы с циклооктадиеном-1,5 и циклооктатетраеном.Диены присоединяются к галогенидам одновалентной меди и дают
продукты присоединения диен — СиХ в соотношении 1 : 1 или 1 :2. Этим
пользуются для отделения диенов от олефинов. Так, бутадиен образует
с CuCl и CuBr комплексы состава 1:2, циклооктадиен-1,5 — состава
1:1, циклооктатетраеи с CuCl — состава 1:2, а с CuBr — состава 1:1.По-видимому, лишь никель дает комплексы, в которых в качестве
лиганда фигурирует только полиен. Таков очень лабильный, окисляю¬
щийся на воздухе циклододекатриенникель C^HisNiтемно-красное, кристаллизующееся в иглах вещество, которое получают
по Вильке — действуя на ацетилацетонат никеля транс-транс-транс-ца-
клододекатриеном в присутствии восстановителя (C2H5)2A10C2H5.Как можно видеть, в этом соединении никель формально нульвален-
тен. Циклододекатриен добавляет к электронной свите никеля шесть
я-электронов, образуя в сумме 16-электронную наружную оболочку.
Это объясняет, почему данное вещество способно присоединить еще мо¬
лекулу трифенилфосфина, дополнив оболочку свободной парой электро¬
нов до 18, т. е. всего до 36 электронов — числа электронов криптона
(правило эффективного атомного номера Сиджвика). Из этого удиви¬
432ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯтельного вещества другие полнены вытесняют циклододекатриен и об¬
разуют в свою очередь комплексы с никелем, например циклоокта¬
диен-1,5 дает Ni(C8Hi2)2, а циклооктатетраен — полимерный ЫЦСвНа).
Особенно интересен продукт реакции с бутадиеном: образуется изомер
циклододекатриенникеля тоже состава Ci2Hi8Ni, но с лигандом, пред¬
ставляющим собой открытую цепь атомов. Это установлено гидрирова¬
нием соединения, дающего н-додекан (в случае циклододекатриена в ре¬
зультате гидрирования, естественно, образуется циклододекан). Таким
образом, три молекулы бутадиена линейно присоединились друг к другу,
что можно изобразить схемой:СН2=СН—СН=СН2 + СН2=СН—СН=СН2 + СН3=СН—СН=СН2 —►—>- СН2=СН—СН—СН2—СН2—СН=СН—СН2—СН2—СН—СН=СН2Такой бирадикал аллильного типа может предоставить для дополне¬
ния числа электронов внешней сферы никеля до устойчивых 18 как раз
8 электронов (6 — от трех я-связей и 2 от двух радикалов аллильного
типа), так что в общем получается структура I, но так как электроны
делокализуются в пределах аллильной системы, лучше изображать ее
в виде II:Здесь мы впервые сталкиваемся с так называемым я-аллильным ли¬
гандом металлоорганических комплексов.Если вспомнить, что цианид и аммиакат никеля в руках Реппе (см.
кн. I, стр. 263) явились катализаторами полимеризации ацетилена в ци¬
клооктатетраен, циклодекапентаен и бензол, то становится ясным, что
эти реакции шли через комплексообразование ацетилена с никелем.Хотя никель чрезвычайно активен в подобного рода полимеризациях,
он не единственный металл, вызывающий такие превращения. Так, «циг-
леровские катализаторы» полимеризации (триэтилалюминий в смеси
с TiCl4 или TiCl3) также тримеризуют бутадиен в циклододекатриен.
Это — обычный способ синтеза циклододекатриена, протекающий, по
исследованию Вильке, через такие стадии: а) образование бутадиено¬
вого я-комплекса с переходным металлом; б) образование С—С-связей
в ориентированных вокруг атома металла трех молекулах бутадиена;
в) вытеснение образовавшегося так циклододекатриена бутадиеном.Ранее мы уже встречались (стр. 17) с тримеризацией ацетилена
в бензол и замещенных ацетиленов в замещенные бензолы, протекаю¬
щей на разных комплексных соединениях переходных металлов. Мы
еще встретимся с такими тримеризациями ниже, в разделе «Метал-
лоарены». Напомним также, что линейная димеризация и линейная
тримеризация ацетилена в винилацетилен и дивинилацетилен осуще¬
ствляется, по Ньюленду (кн. I, стр. 263), в растворе хлористой меди в
аммиаке и хлористом аммонии. Таким образом, комплексные соедине¬
ния переходных металлов служат удивительными катализаторами не¬
обыкновенных синтезов, возможности которых далеко не исчерпаны и
которые интенсивно изучаются в настоящее время.Приняв во внимание дативно-акцепторный характер связей пере¬
ходного металла с олефином, мы ближе подходим и к пониманию того,
что карбонилы металлов, заполняющие за счет СО-групп свою элек¬СН2=СН—СН—СН2—СН2—СН—СН—СН2—СН2—СН—СН=СН2 —►II
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ433тронную оболочку (даже карбонилы металлов, удаленных от конца
больших периодов, таких, как Fe, Mn, Cr, V), образуют уже рассмот¬
ренные выше олефин-карбонилы металлов, но не дают чисто олефиио-
вых производных.Следует кратко упомянуть о я-аллильных производных металлов,
с довольно сложным представителем которых мы встретились уже на
примере никелевого соединения II (стр. 432). Простейшие я-аллиль-
ные производные переходных металлов образуются при действии
аллилмагнийгалогеннда или аллиллития на хлориды переходных метал¬
лов. Так, из аллилмагнийхлорида и двухлористого никеля Вильке по¬
лучил бис-я-аллилникель I — летучее даже с парами эфира вещество.
Бутадиен вытесняет из него аллильные радикалы, спаривающиеся в
диаллил, а сам через комплекс II тримеризуется в циклододека-
триен III:Н2С>СНН2С Ni сн» + ЗС4Н6нсх
хсн2*	I	II	шЕсли же бутадиеном (2 моль) действуют в присутствии соединений
типа R3P, то через промежуточный я-аллильный комплекс IV обра¬
зуется циклооктадиен V:илиОПриведем еще я-аллильные комплексы никеля с более сложными
циклическими аллильными системами (в скобках указаны темпера¬
туры, выше которых эти комплексы неустойчивы):(—40°С> (—40вС)(~0°С) (от 20 до 30°С)Шире изучены я-аллильные комплексы (а гакже аллильные) с
другими лигандами. Следующие примеры дают понятие о них и о спо¬
собах их получения, например получение я-аллилтрикарбонилиодида
железа (Мардох):сна=ш-ен21 + Ге(СО)8	>-СНН2С^СН2Fe
О С</ \""1
ОС СО+ СОПри восстановлении амальгамой натрия я-аллилтрикарбонилиоди*
да железа и последующей обработке дополнительным количеством
/ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯаллилиодида получается бис-л-аллилдикарбонил железа (А. Н. Не¬
смеянов, И. И. Крицкая):Как никелевые, так и железные л-аллильные комплексы разлагают¬
ся с образованием диаллила или «ди (аллил)»-кетонов.При попытке получить аллилпалладийхлорид СН2—СН—CH2PdCl
(так называемый а-аллилпалладийхлорид) действием аллилмагний-
хлорида на хлористый палладий вместо ожидаемого вещества полу¬
чается димерный я-аллилпалладийхлорид, в котором аллильный ради¬
кал присоединен к палладию л-связью, притом так, что сверх двух
я-электронов я-связи в этом участвует и неспаренный, но рассредото¬
ченный р-электрон аллильного радикала. Обе концевые метиленовые
группы аллила оказываются совершенно одинаковыми (обнаружены
три типа протонов, отношение интенсивностей их сигналов ЯМР равно
2(Н2Н4) : 2(Н3Н5) : 1 (Н1), что соответствует такой структуре:Подобного типа л-аллильные соединения — распространенное яв¬
ление среди переходных металлов, но наряду с аллилом эти вещества
часто содержат другие лиганды.Аналогами я-аллильных комплексов являются л-бензильные. Впер¬
вые такого рода комплекс был получен Кингом при облучении сг-бензил-
я-циклопентадиенилмолибдентрикарбонила:Исходное соединение получило от лигандов на орбитали металла
5 + 2-3+ 1 = 12 электронов, дополнившие электронную свиту молиб¬
дена до соответствующей эффективному номеру атома ксенона (ст-бен¬
зил отдает один свой электрон). При облучении бензил за счет одной
из я-пар бензола выталкивает одну молекулу окиси углерода и дает
уже три электрона — один радикальный и два я-бензольных — и ста¬
новится л-бензил^ным лигандом, в известной мере нарушив свою бен-
зоидность.МеталпоареныПоскольку бензол в какой-то мере обладает свойствами триена, не
столь удивительно, сколь неожиданно существование металлоорганиче¬
ских л-комплексов переходных металлов с бензолом и другими арома¬
тическими соединениями. Мы уже видели, что ароматические соедине¬ОС—Fe—СО
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ435ния способны вытеснить три группы СО и заместить их на одно аро¬
матическое ядро, оставив лиганды СО связанными с нульвалентным
металлом. Так получаются аренкарбонилы металлов; сведения о неко¬
торых из них приведены в табл. 78.Таблица 78. Аренкарбонилы металловФормулаТемператураплавления,°СЦветС6НвСг(СО)з161 — 163ЖелтыйС10Н8Сг(СО)з150 (разл.)С1С6Н5Сг(СО)3102—103NH2C6H5Cr(CO)3173-175 (разл.)»С6Н6Мо(СО)3120-125Зелено-желтыйC6H6W(CO)3140-145Желтый1,3.5-С6Нз(СНз)зМп(СО)з—»Однако бис-ареновые соединения сэндвичеобразного типа, в кото¬
рых два ароматических ядра связаны с атомом (или катионом) пере¬
ходного металла (табл. 79), получаются иначе.Таблица 79. Бис-арены переходных металловФормулаТемператураплавления,°СЦвет^эфф.(C6H6)2V277—278Красно-коричневый1,73(С6Н6)2Сг*—Желтый1,73(С6Нв)2Сг°282-284Т емно-коричневый0(С6Нб)2Мо115 (разл.)Зеленый0(CeHe)2W110 (разл.)Желто-зеленый0[C,(CH,)e]2Mn+—Розовый0(CeHe),Re*—Красно-коричневый0(C6H6)2Fe2+—Желтый0[l,3.5-CeH3(CH3)3]2Ru+—Красно-коричневый0[1,3,5-СвНз(СНз)з]2052+—Желтый—[1,3,5-С6Нз(СНз)з]2Со3+—Красно-коричневый—[ i ,3,5-C6H3(CH3)3]2Rh3+—Светло-коричневый—[1,3,5-С6Н3(СН3)3]21г3+	Желто-коричневый—■Наиболее прост метод Э. О. Фишера. Бензольный раствор (или
вообще раствор в ароматическом соединении) или взвесь галоидной
соли переходного металла нагревают с хлористым алюминием и алю¬
миниевой пылью, играющей роль восстановителя *. В результате полу¬
чается бис-бензолметалл (соответственно вообще бис-аренметалл)
с нульвалентным металлом, который более или менее легко теряет элек¬
трон, окисляясь часто уже на воздухе в бис-аренметалл-катион.Следует отметить, что первые бис-аренхромовые соединения были
получены Гейном еще в 1919 г. действием на СгС1з гриньяровьга ре¬
активом CeHsMgBr. Однако впервые сэндвичеобразный тип структур
был констатирован лишь в 1952 г. на примере ферроцена (стр. 438).*	Ср. с получением карбонилов металлов по способу А. Н. Несмеянова, К. А. Ко-
чешкова, К. Н. Анисимова, стр, 424.
436ЭЛЕЛ1ЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯГейм в 1919 г. принял полученные им соединения за обычные метал¬
лоорганические, а именно фенильные производные хрома:Структуры Гейна
{1919 г.)Структуры, предложенные
Онзагером (1954 г.)(СбН5)4СгТIIIII(С6НБ)3Сг+Г(С6Н5)4СгСг+ГСг+ГСгЕстественно, что по данным анализа эти структуры нельзя отли¬
чить: структуры I Гейна и Онзагера изомерны, структуры III также, и
лишь структуры II разнятся между собой на один водород. Получение
дибензолхрома и серии его гомологов Фишером и их изучение решило
вопрос окончательно. Интересно отметить, что Цейссу, изучавшему сое¬
динения Гейна и экспериментально установившему их тождество с бен-
золбифенилхромиодидом и бис-бифенилхромиодидом, удалось полу¬
чить и истинные фенильные производные хрома реакцией Гриньяра в
тетрагидрофурановом (ТГФ) растворе. В этом случае три молекулы
ТГФ входят в комплекс в качестве лигандов и стабилизуют его:ТГФ
ТГФч^ | ,ТГФ/Сг\CgHs I ,>С6Н5Вода разлагает это красное вещество, превращая его в зеленый ка¬
тион Сг3+(ОН2)б, сулема также отщепляет фенилы, образуя CeHsHgCl.
Если вести реакцию в эфире, устойчивость эфирата еще меньше
(эфир худший донор, чем ТГФ), и он самопроизвольно (а комплекс с
ТГФ при нагревании) перегруппировывается в черное соединение,
после гидролиза которого образуется смесь бис-аренхромов:(С6Н5)3Сг(ТГФ)знагреванне;
затем НоО
	>-сбн6 свн6Сг + Сг
С6Н6 С5Н5--с6н5Чрезвычайно интересно также открытое Цейссом отношение три-
фенилхрома к ацетиленам. Ацетилены вытесняют и ТГФ и фенилы и,
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ437циклизуясь в замещенные бензолы, образуют бис-аренхром:ТГФ.С6н5ТГФ^ЛТФ
Cr^ + 3RC = CR| с6н5
с6н5аСгн5с6RCsCR/ I \скнс6н56П5При этом, например, из диметилацетилена получается бис-гекса-
метилбензолхром.Таким образом, Цейсс открыл второй путь синтеза бис-аренхромов.
Интересно отметить, что фенилы принимают участие в реакции и, кон¬
денсируясь с двумя молекулами диметилацетилена, дают некоторое ко¬
личество 1,2,3,4-тетраметилнафталина. Если вместо трифенилхрома
взять тримезитилхром в тетрагидрофуране, то наряду с бис-ареном I,
за счет присоединения к диметилацетилену мезитила, после гидролиза
образуется 2,3-димезитилбутен-2 (II):/СН,н3с-н3сСг9Vh3Н3С Н3С СНз СНзI I I,C=CvЬ-н,с/СН3СНз СНз СН3СНзСоли никеля и кобальта в ТГФ с гриньяровым реактивом также об¬
разуют непрочные тетрагидрофуранаты диарилникеля и соответствен¬
но кобальта. Более устойчивы димезитильные производные этих ме¬
таллов. Дифенилацетилен (Ph — фенил) реагирует над никелевым со¬
единением так:PhPhPhPh—С C-Ph
NiPh—С	С—Phr#/ \Ph Ph2PhC=CPhPh-,2"O'.PhPh^^i ^Ph
Ph[(PhC=CPh)4Ni]„полимер неизвестною
строенияВ этом случае, как и вообще, бис-аренникель не удается изолиро¬
вать. Дифенилкобальт — ТГФ, по-видимому, способен циклизовать ката¬
литически в производные бензола неограниченные количества ацетиле¬
нов, однако ни для никеля, ни для кобальта арены не выделены.В нескольких случаях получены бис-арены переходных металлов и
довольно много аренкарбонилов не только с углеводородными аренами,
но и с гетероциклическими (например, с тиофеном) или с замещенными
бензола — фенилуксусной кислотой, анилином и его производными,
438ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯхлорбензолом и др. Однако наличие таких резко электроноакцеп-торных групп, как, например, N02, —С ,CN и даже СООН, недает возможности бензольному ядру образовывать бис-арен или арен-
карбонил. Напротив, арены и аренкарбонилы, содержащие в ароматиче¬
ском ядре алкильные заместители, более устойчивы, чем бензольные.МеталлоценыМеталлциклыВ 1951 г. молодой химик Посон в Шеффилде сделал неожиданное от¬
крытие: желая получить дициклопентадиенил при действии хлорного
железа на гриньяров реактив из циклопентадиена<н
xMgXон выделил дициклопентадиенилжелезо, вещество, обладающее исклю¬
чительной прочностью — устойчивое до 400 °С, перегоняющееся с водя¬
ным паром, не разлагающееся ни кислотами, ни щелочами. (Алкиль¬
ные и арильные производные железа
до сих пор не получены, и, конечно,
если они и существуют при очень
низких температурах, то крайне не¬
устойчивы.) Вскоре рентгенострук¬
турными исследованиями Вудворд,
Розенблюм и Уилкинсон установили
необыкновенную сэндвичеобразную
структуру дициклопентадиенилжелеза.
Затем стала известной первая реакция
ароматического замещения водорода в
дициклопентадиенилжелезе — ацили-
рование по Фриделю — Крафтсу. Вуд¬
ворд и Уилкинсон предложили для
новой ароматической системы назва¬
ние ферроцен.Эти открытия положили начало
новой области — химии сэндвичеоб¬
разных циклопентадиенильных метал-
лоценов, изучению, особенно на при¬
мере ферроцена, их ароматичности и
имели решающее влияние на зарож¬
дение и развитие также химии сэнд¬
вичеобразных аренов.Большинство переходных метал¬
лов образует сэндвичеобразные цены
с двумя циклопентадиенилами, а уран и редкоземельные элементы —
с тремя циклопентадиенилами. На основании суммы физических и
химических свойств считают, что из трициклопентадиенилметаллов —
трициклопентадиенилредкоземельные металлы, а из дициклопентади-
енилметаллов дициклопентадиенилмарганец и дициклопентадиенилмаг-
ний имеют ионные структуры, хотя оба последних, так же как прочие
дициклопентадиенилметаллы, построены сэндвичеобразно. В остальных
ценах связь колец с металлом ферроценоподобна. Понятие о ней может
дать следующая корреляционная диаграмма энергетических уровней
(метод молекулярных орбиталей), приведенная на рис. 110.Рис. 110. Диаграмма энергетических
уровней ферроцена и аналогичных
соединений.
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ439Здесь уровни я-электронов ароматических шестерок циклопента-
диенил-анионов разбиты на три неравных уровня а, в\ и е2 (см. стр. 13,
где описываются МО-уровни для бензола). Эти орбитали лиганда ком¬
бинируются с атомными орбиталями металла. Наибольший вклад дает
комбинирование орбиталей циклов с близкими по энергии ЗАг-орбита-
лями (т. е. 3dxy и т. д.) металла. В результате — связь металла с цпкло-
пентадиенильными кольцами грубо может быть описана как единствен¬
ная, но имеющая о-характер связь с каждым кольцом. Как и на
прежних диаграммах, черные кружки — электроны, занявшие данные
орбитали, черно-белые кружки-—■ электроны, которые могут быть, а мо¬
гут и отсутствовать в том или ином металлоцене или его катионе; белые
кружки — вакантные орбитали. Так, в ноне Ti(C5H5)J+ все черно-белые
кружки вакантны, и их надо изобразить белым. В ферроцене 2о'- и
16'-орбитали заняты, и кружки надо зачернить. Ион Со(С5Н5)* изо-
электронен Fe^gHs^. Как раз этот кобальтициний-катион и ферроцен
(наиболее прочные среди металлоценов) обладают и полным сиджвико-
вым эффективным номером, т. е. числом электронов ближайшего инерт¬
ного газа — криптона, в целом 36, а во внешней оболочке 18.Приведем ряд известных металлоценов (в скобках указано число
неспаренных электронов, определяемое по наличию и величине пара-
магнитности) :(C5H5)2Ti (0); (C5H6)2V (3); (С5Н5)2Сг (2); (С5Н5)2Мп (5)(С5Н5)2Со (1); (C6H5)2Ni (2); (C5H5)2Ru (0); (C3H5)20s (0)Ведущие исследователи всего разнообразия металлоценовых соеди¬
нений— Э. О. Фишер и Уилкинсон. Им принадлежит синтез и изучение
физических свойств и структур большинства металлоценов.Все дициклопентадиенильные соединения элементов первого боль¬
шого периода имеют, как и ферроцен, т. пл. около 173 °С и образуют
изоморфные с ним кристаллы. Особняком стоит ионно построенный
(СэНб^Мп. Рутеноцен и осмоцен в общем химически очень похожи на
ферроцен. Многие элементы образуют дициклопентадиенилгалогениды,
соединения с иными анионоидными группами, а также гидриды. Их
представителями могут служить:IVVVIVII4(C5H5)2TiX(C5H5)2TiX2(C5He)sVXs5(C5H5)2ZrCl2(C6H5)2NbX3(C6H5)2MoX2(C5H5)2MoH26(CsH5)2TaX3(C5H5)2\VH2(CsH5)2ReH(C5H6)3UXВсе они образуются при действии CsHsNa на соли соответствующих
металлов, иногда с последующим восстановлением.Как уже сказано, ферроцен и особенно легко кобальтоцен окис¬
ляются, теряя электрон и превращаясь в катионы феррициния и кобаль-
тициния. В отличие от исходных нейтральных соединений и подобно
веществам последнего перечня эти катионы не обладают какой-либо
<40ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯспособностью к реакциям замещения в циклопентадиенильных кольцах,
например к ароматическому электрофильному замещению.Прочность связи циклопентадиенил — металл весьма различна в раз¬
ных соединениях: наибольшая она у ферроцена, рутеноцена и осмоцена,
а также у кобальтициний-катиона. По данным А. Н. Несмеянова и
Э. Г. Переваловой, ферроцен гидрируется над никелем Ренея водородом
лишь при 300 °С и -300 кгс/см2, образуя циклопентан. А. Н. Несмеянов
и Н. А. Волькенау нашли, что одно кольцо ферроцена можно заменить
на бензол или другие ароматические системы кипячением с ними в при¬
сутствии хлористого алюминия. С бензолом образуется катионкоторый можно выделить в виде солей с анионами BF", (С6Н5)4В~ или
PF~. Этот катион крайне устойчив к окислению и восстановлению. Он
является представителем немногочисленного пока класса металлоцено-
аренов, которые подробно рассматриваться не будут. Укажем лишь,
что этот тип соединений, получаемых действием ароматического угле¬
водорода на циклопентадиенилкарбонилметаллы, изучен в основном
Э. О. Фишером. Наиболее удивительные превращения бензолциклопен-
тадиенилметаллов (Сг и Мп) — это реакции в условиях ацилирования
по Фриделю — Крафтсу, приводящие к превращению бензольного ли¬
ганда в метилтропилиевый:В скобках указана формальная валентность металла в данном со¬
единении.В противоположность прочному ферроцену у некоторых циклопента¬
диенильных производных титана, например CsHsTi (ОС2Н5)3, даже под
влиянием этилового спирта при 20 °С удаляется циклопентадиен, и ве¬
щество превращается в этилортотитанат (СгНвС))^. Разрыв связи
T:i—С5Н5 под действием спирта при комнатной температуре легко про¬
исходит и в случае (C5H5)2Ti(OCOCH3)2. Отщепление одного из цикло¬
пентадиенильных циклов от (C5H5)2TiCl2 (правда лишь в незначитель¬
ной степени) наблюдается и при длительном кипячении спиртового
раствора этого вещества (А. Н. Несмеянов, О. В. Ногина). ОднакоFe+Ян зА1С1,;
затем гидролиз-)>- Mn (i)О(выход 10%)затем гидролиз>- Сг(И)Сг(0)
МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ441феррициний-катион уже легче, чем ферроцен, разрушается с частичным
отщеплением циклопентадиенильных ядер (например, щелочью), пре¬
вращаясь в ферроцен, с выделением металлического железа и органи¬
ческого полимера.Во многих случаях известны циклопентадиенильные полусэндвичи,
содержащие один я-связанный с металлом циклопентадиенил и другие
лиганды. С одним из таких веществ мы уже встретились на примере
с CsHsTi (ОС2Н5)3. Его хлорный аналог может быть получен реакцией:
(C5H5)2TiCl2 + ЗС12 —* C5HBTiCl3 + C5H5CleВ сумме титан здесь как бы четырехвалентен. Бис-(циклопентади¬
енил)-титан и бис-(циклопентадиенил)-титан(III)хлорид получаются
восстановлением соединений четырехвалентного титана.Другой пример моноциклопентадиенильного полусэндвича — произ¬
водное двухвалентного палладия I, которое действием аллилмагнийхло-
рида можно превратить в я-циклопентадиенил-я-аллилпалладий II.
В этом соединении я-аллильный лиганд удерживается прочнее, чем
л-циклопентадиенильный. Так, при действии сулемы снимается цикло-
пентадненил (в виде C5H5HgCl) и остается довольно прочное соеди¬
нение III (А. Н. Несмеянов, С. П. Губин, А. 3. Рубежов):Pd
/\С1 С1IВ большинстве случаев, однако, такие моноциклопентадиенильные
производные известны с лигандами типа окиси углерода. Их наиболее
просто получить, действуя циклопентадпеном на карбонил металла
(Э. О. Фишер). На примере никеля, где, однако, замещается вся окись
углерода, можно выделить промежуточную стадию — образование ди-
циклопентадиенникеля, который в более жестких условиях теряет водо¬
род, превращаясь в никелецен:Ni(CO)4 + 2.С5HgМожно допустить подобное течение реакции и с другими карбони¬
лами металлов, но при этом вступает в реакцию вытеснения только
один циклопентаднен на один атом металла:С\2Fe(CO)5 + 3C5HB	V (0}-Fe^^Fe—(pi + ССО + С5Н86о со со[Со(СО)4]2 + ЗС5Не	> 2 [0|--Со^ + 4 СО + С5Н8Но с:DNi./=1:сн2-2НNiH2C4Pd^CH2снн^СН2 Cl сн2HCl Pd Pd'&H
\ \ / У
СН2 С1 СН2lit2Сг(СО)б + ,2С6Н6СОСО+ 6СО + 2Н
442ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯОсобенно интересен в высокой степени ароматичный циклопента-
диенилтрикарбо'нилмарганец или цимантрен, который приходится по¬
лучать обратной реакцией — действием окиси углерода на дициклопен-
тадиенилмарганец (ионно построенный, как было сказано):Известны и смешанные циклопентадиенилкарбонилгалогениды и
гидриды переходных металлов. Мы ограничимся приведением их фор¬
мул:Аналогичные соединения дает вольфрам (Уилкинсон). Наряду
с удивительной способностью комплексов переходных металлов сшивать
олефиновые молекулы между собой и с окисью углерода, может быть,
наибольший интерес во всей органической химии переходных металлов
для химика-органика представляют необыкновенно ярко выраженные
ароматические свойства ферроцена, его рутениевого и осмиевого анало¬
гов и циклопентадиенилтрикарбонилмарганца. Эти чисто .органические
реакции удобнее отнести к разделу «Небензоидные ароматические си¬
стемы».+ | ©^СННС—СНMn2f + SCO. -—>НС—снполимерС.ОI—Мо—СОос/ \юН—Мо-СОос/ хсо
НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫВ рассмотренных до сих пор изоциклических ароматических, в том
числе и конденсированных, системах в качестве ароматического всегда
фигурировало бензольное ядро.Бензол содержит шесть обобщенных я-электронов. Он относится
к так называемым альтернантным ароматическим системам, в которых,
если мысленно закрепить электроны л-связей по одному у каждого угле¬
родного атома, их спины будут чередоваться. Альтернантные системы
отличаются тем, что их углеродные атомы, образующие ароматическую
систему, можно «рассчитать на первый, второй»:«Первые» и «вторые» атомы правильно чередуются. В неальтернантных
ароматических системах, с которыми мы вскоре встретимся и примером
которых является изомер нафталина — азуленрассчитать атомы на «первый, второй» так, чтобы одинаковые номера
не стояли у соседних связанных друг с другом атомов, невозможно.Столь ясно выраженное в бензоле альтернирование (чередование)
электрофильности или нуклеофильности углеродных атомов не свой¬
ственно неальтернантным ароматическим системам.Квантово-механический расчет по методу молекулярных орбиталей
(в приближении Хюккеля) приводит к выводу, что системами с резко
пониженной энергией (в основном состоянии молекулы) будут все не¬
предельные циклические соединения с сопряженными я-связями, если
число я-электронов в них равно 4п -}- 2, где п любое целое число (этот
вывод относится только к моноциклическим системам). Таким образом,
«ароматическая шестерка» электронов бензола (4 X 1 + 2 == 6) яв¬
ляется частным, хотя и самым важным случаем. Поскольку метод мо¬
лекулярных орбиталей при рассмотрении молекулы подходит к ней так,
как квантовая механика подходит к рассмотрению атома, то устойчи¬
вую ароматическую шестерку электронов и все группировки 4п-\-2
можно сравнить с устойчивыми замкнутыми электронными октетами
в атомах (и ионах) элементов верха (В—Ne) периодической си¬
стемы. Таким образом, при п — О, 1, 2, 3, 4 устойчивые электронные
444НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫгруппировки будут соответственно содержать 2, 6, 10, 14, 18 р-электро¬
нов. Благодаря низкой энергии системы, содержащие это число элек¬
тронов в л-связях, устойчивее других непредельных систем. В них труд¬
нее нарушаются двойные связи; другими словами, эти системы обла¬
дают пониженной способностью к присоединению (как это было уже
показано на примере бензоидных ароматических систем), и на первый
план поэтому могут выступать реакции замещения.Во всех ароматических системах имеется замкнутый цикл, и это от¬
личает их от открытых сопряженных полиметиновых систем:X—СН=СН—СН=СН	XВ изоциклических ароматических системах, альтернантных или не-
альтернантных, все атомы ароматического цикла находятся в состоянии
$/э2-гибридизации (кн. I, стр. 240), и л-электроны свободно циркулируют
по периферии цикла, как ток по бесконечно проводящему металлу. Та¬
кое поведение электронов сообщает ароматическим системам особые
оптические свойства и свойства диамагнетизма.ДИАМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМПри внесении системы атомов в магнитное поле каждый электрон по¬
лучает небольшой дополнительный момент количества движения и, как
следствие, дополнительный индуцированный магнитный момент, направ¬
ленный противоположно индуцирующему полю и ослабляющий его. Все
это совершенно подобно поведению помещенного в магнитное поле со¬
леноида с текущим по мему током. Соленоид при этом становится пер¬
пендикулярно к направлению поля и создает поле противоположного
направления, пропорциональное площади витка соленоида. Атомы, од¬
нако, закреплены в молекулы. Поэтому получается некоторая усреднен¬
ная картина, из рассмотрения которой следует, что молекулярная диа¬
магнитная восприимчивость предельных систем является аддитивной
величиной с вкладами, вносимыми атомами каждого сорта. Системы
с л-связями имеют повышенную магнитную восприимчивость, так как
я-связи вносят дополнительный вклад (инкремент).Диамагнитная восприимчивость атомов (по Паскалю) Ха‘^6;Н	-2,9С	—6,0N	-5,55О	-4,6Инкременты связей х-Ю6:^С=С^	+5,5—С=С—	+0,8—N=N—	+1,85^C=N-	+1,6—C=N 	+0,8. ^С=0 	+6,32Слагая эти величины соответственно формуле органического соеди¬
нения, находят рассчитанную на основании аддитивности величину мо¬F	—6,3С1	-20,1Вг	—30,6I	-44,6/\+4,1+3,05—0,98+ 0,86
ДИАМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА445лекулярной диамагнитной восприимчивости. Экспериментальную вели¬
чину находят, измеряя ослабление магнитного поля при внесении в него
исследуемого вещества при условии, что вещество это не содержит не¬
спаренных электронов, т. е. не обладает свободнорадикальными свой¬
ствами, и поэтому спиновые магнитные моменты в нем попарно ском¬
пенсированы и не оказывают влияния. Практически измеряют силу
выталкивания образца вещества из неоднородного магнитного поля вы¬
сокой напряженности, откуда находят объемную восприимчивость К и
вычисляют молекулярную восприимчивость Хм из равенства:КМагде М — молекулярный вес, a d — плотность.Для ароматических систем, т. е. плоских циклических систем из sp2-
гибридизованных углеродов, таким способом были обнаружены огром¬
ные инкременты (экзальтации), пропорциональные числу бензольных
ядер.Таким образом, экзальтация диамагнитной восприимчивости служит
ясным признаком ароматичности (табл. 80).Таблица 80. Экзальтация диамагнитной восприимчивости
как характеристика ароматичностиСоединения^эксп'1^Ярассч'^РазностьДРазность А
Число
бензольных
цикловБензол—55,6—36,918,718,7Нафталин—91,9—55,736,218,1Антрацен— 129,1—74,554,918,3Фенантрен— 127,9—74,553,417,8Дифенил— 102,9—68,034,917,5Азулен—91—55,735,3—Трополон—61—45,815,2—Тропон—54—41,212,8—Циклооктатетраен— 105,1-79,325,8—Примечание. В системе CGS эти величины должны быть
помножены на 106.Интересно приблизительно оценить влияние замыкания в кольцо
сопряженной системы углерод-углеродных связей с открытой цепью на
энергию л-электронов молекулы. Следуя Хейльброннеру, это можно
сделать элементарными средствами, применив хорошо известное соот¬
ношение Де-Бройля к движению электрона в одномерной потенциаль¬
ной яме с постоянным потенциалом и полностью отражающей стенкой.
Тогдаmevгде h — постоянная Планка, а те и v — соответственно масса и скорость
электрона.Условия квантования энергии для электрона в линейном потен¬
циальном ящике и в кольце различны. Это попятно, так как при каж¬
дом заданном значении энергии в линейном потенциальном ящике воз¬
можен единственный вид движения («взад — вперед» по ящику), тогда
как в кольце возможны два разных, но энергетически равноценных
направления движения — «по часовой стрелке» и «против часовой
446НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫстрелки». Иными словами, уровни энергии в линейном потенциальном
ящике «невырождены», а в кольце, вообще говоря, дважды «вырож¬
дены» (как будет далее видно, все уровни, кроме самого глубокого).
Именно условия квантования требуют, чтобы в линейном ящике длина L
была кратна длине полуволны Л/2, а в кольце — чтобы периметр L был
кратным целой длине волны (рис. 111).*л/2-*л/2~\~л/2-(п'=з)* го-^ 15п ’=4	•И15?§ юп'=з —^ 5
«4*п’-2 —П=1 —9—i—‘Гр-2Рис.ныхных"““Т"111. Модель свободного электрона для линей-
(«ящик») и циклических («кольцо») я-электрон-
систем.Следовательно, эти условия имеют вид:линейный потенциальный ящик	кольцо *(Х/2)n'=*L (п' = 1.2,...) kn"=L (n" = 0, 1, 2, ...)Теперь для кинетической энергии**mei>2 (mev)2 №£кин = 2 = 2те — 2отеЯ_2Придавая длине волны значения, разрешенные условиями квантова¬
ния, найдем:линейный потенциальный ящнк	кольцо	Н1—п"2п 8meL2	п* 2meZ.2 п(п'= 1,2,...)	(и" =0, 1, 2, ...)Заполнение электронами уровней энергии в линейном ящике и в
кольце (в основном состоянии систем) для случая бл-электронов (на¬
пример, для гексатриена и бензола) представлено на приведенном ра¬
нее рис. 111. Три нижних уровня {п = 1, п — 2 и п = 3) заняты тремя
парами л-электронов с противоположными спинами — случай, соответ¬
ствующий шести углеродным атомам, входящим в открытую сопряжен¬
ную систему, т. е., например, гексатриену-1,3,5. Такова его грубая мо¬
дель. Выше расположенные уровни — уровни возбужденной молекулы.
Если же гексатриен замкнут в циклогексатриен — бензол, то возникнут*	п"=(К), где, собственно, К и есть истинное квантовое число К = 0, ±1,±2	позволяющее записать и вырождение.** Потенциальная энергия в таких моделях принимается постоянной н может
быть положена равной 0,
АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ447новые условия квантования — следствие непрерывности электронной
волны. В периметре L уже не полуволна, а волна должна уложиться
целое число раз, включая 0, т. е. Km = L (т — 0, 1, 2 и т. д.).Подобно предыдущему, получаем значения кинетической энергии
для целочисленных т (квантовые значения):n hbn2 h- • 2in-	,Ет = 21ГеП ~ ~8т7и~ (ш = 0, 1.2 и т. д.)Каждому значению Ет в линейной системе соответствует единствен¬
ный (линейный) вид движения электрона. В кольце же всем значениям
Ет (кроме Е0) может соответствовать движение электрона по часовой
стрелке и против, что имеет следствием возможность нахождения в каж¬
дом таком уровне четырех электронов (вырожденные уровни). Только
уровню Е0 соответствует по-прежнему два электрона. Отсюда и следует
правило Хюккеля — ароматические, т. е. циклические сопряженные си¬
стемы должны иметь Ап + 2 электрона.Замыкание кольца имеет своим следствием дополнительную стаби¬
лизацию я-электронной системы. В примере, представленном на
рис. 111, эта дополнительная стабилизация равна 12 единицам, если за
единицу принять величину Л2/8тДА С точки зрения такой дополни¬
тельной стабилизации процессы, нарушающие сопряжение в кольце
(например, реакции присоединения), термодинамически невыгодны, а
переходные состояния, связанные с нарушениями сопряжения, имеют
тенденцию к его восстановлению.Принимая, что периметр кольца L пропорционален числу электронов
(4п + 2) в кольцевой я-электронной системе, т. е. что L = /(4rc-f-2) *,
можно найти величину энергии размыкания кольца в линейный потен¬
циальный ящик длиной L:_ А* (я+1)(.^размыкания -	‘ {2П + I)Как мы видим, энергия размыкания уменьшается с ростом п и, сле¬
довательно, с увеличением размера кольца.Таким образом, все ароматические системы можно классифициро¬
вать по числу «ароматических» электронов.АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ я-ЭЛ ЕКТРОНАМИЕдинственной изоциклической ароматической системой этого ряда дол¬
жен быть гипотетический циклопропенилий-катион:сн	.сн	СН	сн/\ -4	>- /\+ -<—->- +/\	илинс=сн	не—сн	НС—снНС-^СНИзвестен ряд производных циклопропенилий-катиона. Первый пред¬
ставитель, трифенилциклопропенилий-катион был получен Бреслоу
в 1961 г. Это соединение отличается большой устойчивостью: ни при
действии брома, ни водорода над катализатором не обнаруживает
обычных реакций разрыва трехчленного цикла и присоединения по двой¬
ной связи.*	(4п + 2)зг-электрона соответствуют (2п+1) формальным двойным связям струК'
турной формулы.
448НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫАРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ЧЕТЫРЬМЯ л-ЭЛЕКТРОНАМИПо Хюккелю, циклобутадиен, имеющий две л-связи и, следовательно,
четыре я-электрона, не должен быть ароматичен. И действительно,
циклобутадиен в момент выделения из комплекса по реакции (Петтит,
1966 г.)Feос7!чсоСОI+ се4 ++Fe+ осх I \:о + Се
соII3*обладает свойствами энергичного диена и одновременно диенофила. Бу¬
дучи выделен, он тотчас димеризуетсяО + □а при реакции с ацетиленкарбоновым эфиром ведет себя как диен,
образуя производные «дьюаровского бензола»:„CORО + III о
и_^ снаг:CORООднако в виде комплекса I с трикарбонилом железа циклобутадиен
ведет себя как настоящее ароматическое соединение (это уже не моно-
циклическая система).Петтит и сотр., которым принадлежат и только что упомянутые ра¬
боты, осуществили ацилирование комплекса I по Фриделю — Крафтсу,
дейтерирование его дейтероуксусной кислотой, диметиламинометилиро-
вание по Манниху, хлорметилирование формальдегидом с соляной кис¬
лотой, формилирование метилформанилидом и РОС13, меркурирование.АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ я-ЭЛЕКТРОНАМИКроме бензола и других бензоидных систем, шесть я-электронов содер¬
жат ароматические гетероциклы:О
••офуранNпиридинSтиофенNHпиррол<>NHпиразолNWNNHтриазолОО••о/т—N
N\/N
NH
тетразолNWи др. Они были рассмотрены в разделе «Гетероциклы».
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ449Из изоциклических небензоидиых ароматических систем с шестью
л-электронами наиболее важны и просты по структуре циклопентади¬
енил -анион и тропилий-катион.Ииклопентадиенил-анионЦиклопентадиен (кн. I, стр. 514), содержащийся в продуктах пиролиза
нефтяных фракций и в бензольной фракции каменноугольной смолы,
является типичным непредельным углеводородом с двумя сопряжен¬
ными л-связями. При действии натрия на циклопентадиен (в растворе
в этиловом эфире или тетрагидрофуране) происходит реакция:Натрий передает свой электрон отрывающемуся от молекулы цикло¬
пентадиена протону, превращая его в атомарный водород, частично рас¬
ходуемый на восстановление второй молекулы циклопентадиена в цик-
лопентен. Натрий-катион оказывается электростатически связанным
с анионом циклопентадиенила, в котором четыре электрона л-связей и
электронная пара углерода, оставшаяся после отрыва протона, обра¬
зуют «обезличенный» ароматический секстет. Пятичленный цикл обра¬
зован теперь пятью равноправными СН-группами, и циклопентадиенил-
анион может быть изображен так:Того же результата можно достигнуть, действуя на циклопентадиен
сильными основаниями (такими, как амид натрия) или гриньяровым
реактивом:Такая система беднее энергией, чем этого можно было ожидать от
пиклопентадиенил-аниона с нормальными двойными связями и зарядом,
фиксированным на одном из пяти углеродных атомов. Ион водорода
в циклопентадиене так легко уходит из молекулы в приведенных выше
реакциях именно потому, что остается устойчивый, бедный энергией
анион, и процесс энергетически выгоден. Так же легко водород покидает
молекулу в виде протона и в ряде реакций конденсации (с альдегидами,
кетонами, кн. I, стр. 137). В присутствии оснований циклопентадиен
по той же причине обменивает все свои шесть водородных атомов на
дейтерий при действии D20 (Д. Н. Курсанов, 3. Н. Парнес).Хотя циклопентадиенил-анион, несомненно, ароматичен и представ¬
ляет собой неальтернаитно-ароматическую систему, продемонстрировать
это непосредственно обычным путем на трудности реакции присоедине¬
ния и способности к реакциям электрофильного замещения невоз¬
можно, поскольку речь идет о заряженной молекуле — анионе. Любой
электрофильный реагент атакует молекулу, имеющую избыточный элек¬
трон (отрицательный заряд аниона), и присоединяется к одному (без¬
различно к какому) из пяти углеродов, нарушая ароматичность системыНС— СН/ \
НС^У/СНсн15 Зак. 79
4S0НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫи превращая циклопентадиенил-анион в замещенный циклопентадиен:Если, однако, как установил Посон, на циклопентадиенилмагний-
бромид подействовать хлористым железом (можно взять и хлорное же¬
лезо— оно восстановится до хлористого), то образуется интереснейшая
ароматическая система — дициклопентадиенилжелезо или ферроцен,
построенная, как показал рентгеноструктурный анализ, сэндвичеоб¬
разно (Вудворд, Уилкинсон):Циклопентадиенилы ферроцена, связанные с металлом (стр. 418)',
несут не полный отрицательный заряд аниона, а лишь частичный. По
квантово-механическим расчетам методом молекулярных орбиталей
(М. Е. Дяткина и Е. М. Шусторович) он составляет —0,35 электрон¬
ного заряда на каждом ядре (на железе +0,7). Поэтому циклопента¬
диенилы ферроцена гораздо менее нуклеофильно активны, чем цикло¬
пентадиенил-анион, и' не способны присоединять электрофильные ре-
, агенты, кроме как в жестких условиях с разрушением всей системы
(например, при действии брома, когда происходит отщепление цикло-
пентадиенилов в виде пентабромциклопентана). Ферроцен уже не
обменивает, как циклопентадиен, свои водороды на дейтерий в при¬
сутствии оснований: он вступает в дейтерообмен лишь с сильными
дейтерокислотами типа D2SO4, подобно бензолу, но с гораздо большей
скоростью (Д. Н. Курсанов, В. Н. Сеткина).Первой реакцией электрофильного замещения ферроцена было от¬
крытое Вудвордом и Розенблюмом ацилирование ферроцена по Фри-
делю — Крафтсу, приводящее к образованию моно- и дикетонов фер¬
роцена (здесь и далее ферроценовое кольцо для краткости изображено
в виде обычного пятиугольника):Вг ВгВг2 /©\ +MgBr + FeCl2	>- Fe + MgBr2 + MgCl2О
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ451Однако в этих условиях ацилируются и циклоалканы, и первое
время ароматичность ферроцена стояла под вопросом, тем более что
обычные реагенты электрофильного замещения в бензоле (азотная кис¬
лота, галоиды и даже серная кислота) отнимают от ферроцена один
электрон, превращая его в феррициний-катион, уже неспособный при¬
нимать электрофильные атаки.Дунитц и Оргел подробным рентгеноструктурным анализом ферро¬
цена установили, что длина его С—С-расстояний равна 1,41 А, что со¬
ответствует ароматическому соединению. Расстояние Fe—С, составляю¬
щее 2,03 А, равно сумме ковалентных радиусов железа и углерода
(односвязных). Расстояние между плоскостями циклопентадиенилов со¬
ставляет 3,41 А.Вращение циклопентадиенилов вокруг оси, проходящей через атом
железа и центры циклопентадиенилов, не затруднено. Ряд производных
ферроцена исследовал рентгеноструктурным методом Ю. Т. Стручков.А. Н. Несмеянову и его сотрудникам Э. Г. Переваловой, Р. В. Го¬
ловне, О. А. Несмеяновой, Н. С. Кочетковой, С. С. Чуранову принадле¬
жат первые работы, твердо установившие химически ароматический
характер ферроцена. Им удалось (см. схему) промеркурировать фер¬
роцен (1), проалкнлировать его по Фриделю— Крафтсу (2), просульфи-
ровать в условиях А. Г1. Терентьева серным ангидридом (3) (одновре¬
менно Уэйнмайр осуществил сульфирование серной кислотой в уксус¬
ном ангидриде), показать одновременно с Посоном, что ферроцен
арилируется (4) по реакции Ромберга арилдиазониевыми солями (ради¬
кальная реакция, см. стр. 99 и, подобно «суперароматическим» соеди¬
нениям, металлируется бутиллитием (5) и фенилнатрием (5') (А. Н. Не¬
смеянов, Э. Г. Перевалова, Р. В. Головня и О. А. Несмеянова; Бенке-
зер). Посону удалось, применив реакцию Вильсмейера, действием на
ферроцен форманилида (6) в присутствии H2SO4 получить ферроцен-
альдегид, ведущий себя как ароматический альдегид. С ферроценом
проходит также реакция Манниха (7) —формальдегид с диалкилами-
нами в результате электрофильной атаки диалкиламинометилирует
ферроцен (см. схему на стр. 452).Аминоферроцен (ферроцениламии)^ по А. Н. Несмеянову и Э. Г. Пе¬
реваловой, был получен реакцией К. А. Кочеткова (8). Он оказался
основанием более сильным, чем анилин, и неспособным диазотироваться,
но в остальном ведет себя подобно ароматическим аминам: образует
шиффовы основания с ароматическими альдегидами.Среди приведенных реакции—электрофильные замещения, типич¬
ные для ароматических (точнее, суперароматических) ядер. Металлиро-
вание, радикальные замещения, поведение амина и альдегида создают
полную аналогию если не с самим бензолом, то с суперароматическими
соединениями типа тиофена, фурана н фенола.Из ртутных производных ферроцена действием иода (9) были по¬
лучены первые его галоидпроизводные — иодферроцен и дииодферро-
цен, в которых иод вступает в обмен в нуклеофильными реагентами
только в присутствии медного катализатора (О. А. Несмеянова):Металлоорганические соединения ферроцена использованы в много¬
численных синтезах к(А.. Н. Несмеянов, В. А. Сазонова, В. Н. Дрозд).15*
452НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫО1.	НсЛо^снзА,2.	СГ(1)-> FeСН2=СН2; А1С13(2)■> Fe	+-HgCl	^	N	HgCl+	FeCIHg--о-FeC2H5-С2Н,+ Fe(CHa^CCl; AICI3
-H з)2С=
AIC131з;зь1-л> aii^i3
или (CF[з|2С=С[[2; ' /(20-> Fe>	С(СН3)з (СНз)зС-+-iCH3)3F'e/X(CH3)3C—^	— С|СНз)зFeSO3(3)C6H5N2 СГo--> Fe(CH3)3C—/ч N	С(СНз)з-so3h	с x,—SO3H		/+	FeHO3S--CSH5Fe(4)C4FI9L i0-=,H-Fe(5)CeHsNaCeH5V_y ~Li ^Fe	+ FeLi--N'aNH2OCH2C6H5
	У- Fe(a)f e(5')ОHcWceH5(6)CH-O + NHR2-ch2nr2-> Fe•NH2
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ453В частности, действием СОг на литиевое производное получают ферро-
ценкарбоновую (10) и ферроцендикарбоновую кислоты, а действием
В(ОСгН5)з — ферроценборную (11) и ферроцендиборную кислоты. Из
ферроценборных кислот с галоидной медью (12) получены хлорферро-
цен и бромферроценсо-.-СООН-LiFe(10)В(ОС2Н5)зо-Fe-В(ОН)2(И)СиХ2(12)Fe/~\и соответственно дигалоидные соединения. Галоид в этих производных
ведет себя как типично ароматический галоид и мало склонен к реак¬
циям обмена. Однако он обменивается с медными солями карбоновых
кислот (13) и с фтальимидом меди (14), образуя производные:СО-о—с—сн3
IIFe	О-NFe\СОГидролиз первого из них (15) дает ферроценол, а гидразинолиз вто¬
рого (16) — ферроцениламин [см. также реакцию (18)].Ферроценол — втрое более слабая кислота, чем фенол, и вещество
очень неустойчивое.ООССН,	/"Хонон* V	/> Fe		► Fe,—^	(15)Fe(13)СиСОУ V"\сосо<"V< Y41\	/ \	nh2nh2FeСО(И)U6)-NH,FeАналогичным путем были синтезированы 1,1'-диоксиферроцен и1,Г-ферроценилеидиамин, а также [обменом с Cu2(CN)2] моно- и ди¬
нитрилы ферроценкарбоновых кислот.
454НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫОказалось, что и прямое действие на ферроценборную кислоту
медных (Си11) солей карбоновых кислот (17), а также медных N-npo-
изводных, подобных фтальимиду меди (18), приводит к замене остатка
борной кислоты на анион. Даже с пиридином в присутствии карбоната
меди (19) обраузется а-ферроценилпиридин, который с лучшим выхо¬
дом, однако, получается действием ферроцениллития на пиридин (20).ОИной путь получения ферроценилгетероциклов — действие гринья-
рова реактива, производного соответствующего гетероцикла, на бром-
ферроцен в присутствии медной соли. При действии в этих условиях на
бромферроцен бромистого арилмагния (20а) получается арилферро-
цен — второй независимый путь синтеза арилферроценов:Действие меди на иодферроцен соединяет ферроценовые радикалы
в Оиферроценил, а из 1,Г-дииодферроцена и иодферроцена таким обра¬
зом получается терферроценил.При взаимодействии бромферроцена (или ферроценборной кислоты)
с азидом меди (21) получается ферроценилазид, а из него действием
ферроцениллития (22)—диазоаминоферроцен, который, ацидолизом(23)	превращается в смесь ферроцениламина и ферроценилдиазония,
способного к азосочетанию и образующего, например, с р-нафтолом(24)	ферроценил-1-азонафтол-2.
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ455Необыкновенной реакцией в ряду ферроцена является прямое циани¬
рование соответствующего катиона синильной кислотой, приводящее к
нитрилу ферроценкарбоновой кислоты и к ее 1, Г-динитрилу. Цианиро¬
ванию подвергаются и производные ферроцена, причем электроноакцеп¬
торные заместители (стр. 457) направляют цианогруппу в другое
ядро, а электронодонорные — в то же (А. Н. Несмеянов, Э. Г. Пере-
валова). Гомологи ферроцена получены прямым алкилированием по
Фриделю — Крафтсу (Н. С. Кочеткова) восстановлением литийалюми-
нийгидридом эфиров ферроценкарбоновой кислоты (метильный гомо¬
лог, Э. Г. Перевалова) и восстановлением ацилферроценов (II. А. Воль-
кенау).Изучение реакций электрофильного замещения гомологов и других
производных ферроцена позволило прийти к выводу, что ферроцен
представляет собой единую ароматическую систему (а не два изоли¬
рованных циклопентадиенильных ароматических кольца) и влияние за¬
местителей передается из одного кольца в другое примерно так, как
в бензольном кольце из мета-положения. Однако заместитель
оказывает все же большее влияние на то кольцо, в котором он нахо¬
дится, как это впервые выяснили Н. А. Несмеянов и О. А. Реутов на
45SНЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫцелом ряде синтезированных ими ферроценкарбоновых кислот, имею¬
щих в другом циклопентадиенильном кольце заместители типаS02NH2, SCX.F, CN, R—С—, RO—С—, AikНа примерах алкилирования и ацилирования ферроцена по Фри-
делю — Крафтсу можно видеть, что электроноакцепторная группа (на¬
пример, ацетил) пассивирует тот циклопентадиенил, в который она всту¬
пила, больше, чем другой, и следующий ацетил вступает в яругой цикл.
Этил активирует тот циклопентадиенил, в который он вступил, больше,
чем другой, и второй этил замещает водород в том же цикле, причем
образуется смесь двух изомерных гомоаннулярных диэтилферроце-
нов—1,2-диэтилферроцен и 1,3-диэтилферроцен с значительным преоб¬
ладанием 1,3-изомера. Такое замещение типично. Здесь сказываются
свойства неальтернантной ароматической системы. Ориентация опреде¬
ляется обшей усиленной нуклеофильностью кольца за счет -{-/-эффекта
этильной группы, без альтернирования этой нуклеофильности у четных
и нечетных атомов. Преобладание 1,3-изомера над 1,2-изомером объяс¬
няется большими пространственными затруднениями при образовании
последнего. Неальтернантность, видимо, является также и причиной от¬
сутствия в ферроценовом ядре столь типичных для бензольного ядра
перегруппировок, таких, как клайзеновская перегруппировка аллило-
вого эфира фенола в о-аллилфенол (А. Н. Несмеянов, В. А. Сазонова):Из-за неальтернантности системы циклопентадиенила образо¬
вание реакционного комплекса с хиноидным расположением двой¬
ных связей, как в бензоле, невозможно, и перегруппировка не осу¬
ществляется.Не происходят и другие перегруппировки в ядре, характерные для
бензольного ядра. Так, полученные А. Н. Несмеяновым, Э. Г. Перева-
ловой и Т. В. Никитиной азоферроцены, будучи восстановлены в гидр-
азоферроцены, не перегруппировываются в соответствующие бензи-
дины.Чрезвычайно интересны результаты количественного изучения
С. П. Губиным и Э. Г. Переваловой влияния заместителей X в ферро-
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ457ценовом ядре на окислительно-восстановительный потенциал обратимой
реакцииXC6H4FeC5H5	XC5H4Fe+C6H5+ еи на константы диссоциации замещенных карбоновых кислот ферро¬
цена XC5H4FeC5H4COOH. В первой реакции заместители уменьшают
потенциал окисления, если это электронодонорные заместители, и на¬
правляют электрофилькое замещение в то же циклопентадиенильное
ядро, где находятся сами (X в этом случае — ориентанты первого
рода). Если же это электроноакцепторные заместители, то окислитель-
по-восстановительный потенциал повышается. Логарифмы этих потен¬
циалов (ординаты) ложатся на прямую, если по оси абсцисс отложить
константы сг?шра Тафта для ряда заместителей X (уравнение Гамметта
\gK = o°pi см. стр. 175). Эти константы выведены Тафтом на основании
измерения констант диссоциации ряда кислот типат. е. таких, в которых влияние заместителя X, переданное бензольным
ядром, доходит до карбоксила только индуктивным эффектом через
СН2-группу, прерывающую сопряжение. Для констант диссоциации
кислот ХС5Н/,РеС5Н4СООН справедливы те же значения о°ара для за¬
местителей X. Все это указывает, что влияние заместителя в одном
циклопентадиенильном ядре передается на окисляющийся атом железа
или в другое ядро индуктивным эффектом (/-эффектом), а не Г-эф¬
фектом, как из пара-положения в бензольном ядре.Интересно, однако, отметить, что заместители X делятся по отно¬
шению к ферроцену на электронодонорные и электроноакцепторные
иначе, чем по отношению к бензольному ядру. Так, лишь алкилы элек-
тронодонорны по отношению к ферроцену (аминогруппа не измеря¬
лась); галоиды же,—ОН, ■—ОСН3, —NH—С—СН3 и даже —HgCl, неI!оговоря уже о —С—ОН и —С—R, электроноакцепторны.Эти отношения выявляются и во взаимодействии бензольного ядра и
ферроцена в фенилферроцене. При нитровании фенилферроцена обра¬
зуется n-нитрофенилферроцен, т. е. ферроценильный заместитель дей¬
ствует как электронодонорный ориентант первого рода. Наоборот, в
реакции диметиламинометилирования посредством тетраметилдиами-
нометана (вариант реакции Манниха) был получен 1-фенил-Г-диметил-
аминометилферроцен, т. е. фенил как заместитель второго рода напра¬
вил реакцию электрофильного замещения в другое циклопентадиениль¬
ное кольцо.Е. О. Фишер синтезировал диинденилжелезо (бензферроцен), ис¬
ходя из галоидного инденилмагния. Такое диинденилжелезо он прогид-
рировал в ди-(тетрагидроинденил)-железо.А. Н. Несмеянов, Н. А. Волькенау и В. Д. Вильчевская получили
последнее соединение, идентичное фишеровскому, следующей серией
реакций:
458НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ°\хс—сн2Fe + 2(/ I ^HOOCCHsCH2I-с=о		Zn; hciFe		►Ос-сн2о=с-. IСН,СН2СООН-(СНа)»СООННООС(СН2)з-Fe/ОFeZn; НС1H4P2O7 + P2O5
	иcPАналогичным путем действием фталевого ангидрида получено про¬
изводное, которое легко окисляется в аналог антрахинона — темно-фио¬
летовые кристаллы (А. Н. Несмеянов, Н. С. Кочеткова и В. Д. Виль-
чевская):ОИнтересны свойства атома углерода в a-положении по отношению
к циклопентадиенильному ядру. Резкую стабилизацию а-карбониевого
катиона впервые отметил Ричардс, который объяснил ее непосредствен¬
ной мезомерной подачей электрона атомом железа карбкатионуFe—sаЭ. Г. Перевалова и Ю. А. Устынюк проводили ферроценилметили-
рование четвертичными аммониевыми солями типа
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ rt-ЭЛЕКТРОНАМИ459в реакции, например, с гидроксильным ионом, что позволило сравнить
способность к отрыву карбкатионов — ферроцепилметил-катиона I и бен¬
зил-катиона II:Как оказалось, гидроксил алкилируется всегда ферроценилметиль-
ным ионом, а не бензильным; реакция идет как замещение типа Sjvt.
Значит, ферроценилметил-катион значительно устойчивее, чем бензил-
катион.Совершенно иначе обстоит дело, по работам этих же авторов, со
стабилизацией ферроценилом карбаниона и радикала. Так, перегруп¬
пировка Стивенса, которая идет с аммониевыми солями того же типа
под действием сильного основания, отрывающего протон от одной из
СН2-групп, связанных с аммонийным азотом, шла всегда в направле¬
нии, показывающем, что фенил стабилизирует соседний анионный
центр в большей степени, чем ферроценил:При восстановлении амальгамой натрия в воде отщепляется бен-
зильный радикал в виде толуола и остается связанный с азотом фер-
роценилметильный радикал.В последнее время получен и триферроценилметильный катион,
очень устойчивый.По исследованиям А. Н. Несмеянова и В. А. Сазоновой ферроценил-
метильные катионы неустойчивы по отношению к свету и распадаются
с образованием фульвенов, например:/R
/ч. +/R 9.\/—С	|| RЧ/ h\Оказалось, что все ферроценовые соединения, несущие на а-атоме
полный или частичный положительный заряд, подвержены фотолизу
460НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫс образованием фульвенов или илидов* (циклопентадиенилидов). На¬
пример:,о н‘—' СН3 мFe		онС СН3 	Y-С—СН3 (2)О^-М(СН3)3геаI.Fe Iа СН![>s°3HFeа[0>-n(ch3)3сн,тсн3гун1=/ SO,H-)>- Димер(3)(4)(5)Реакции типа (3) представляют собой новый путь синтеза некоторых
илидов азота (см. ниже).Ферроцен — не единственная ароматическая сэндвичеобразная сис¬
тема. Исключительно прочен изоэлектронный ферроцену кобальтици-
ний-катионО
. окоторый, однако, вследствие своего положительного заряда не способен
к реакциям электрофильного замещения.Циклопентадиенильные производные рутения и осмия — рутеноцен
и осмоцен — подобны ферроцену, но менее суперароматичны, т. е. с не¬
сколько меньшей легкостью, чем ферроцен, подвергаются электрофиль-
ным замещениям.На основании скорости дейтерирования в кислой среде Д. Н. Кур-
санов и В. Н. Сеткина установили следующий ряд ароматичности
сэндвичеобразных металлоорганических соединений:*	Этот термин ввел Виттиг, который их впервые начал изучать.
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ	4619нз (Гг^-сн,FeНи > О > Мп	--Mrl ">/ 1	" ос I Чю ^ ОС j ''СО ^СО	СОСН3> (д) > J*.Re^ ОС" | "СО	" ОС" | "СОСО	СОДругие ароматические системы, в которых циклопентадиенил по¬
лучает отрицательный заряд, это так называемые илиды, примерами
которых могут служить структуры+ /снз "\ +/Сен5
N--CH.3	[0>-P\C6HsХСН3	С6н5В них отрицательный заряд пятичленного кольца внутримолеку-
лярно компенсируется положительным зарядом аммониевой или фосфо-
ниевой части молекулы. Илиды обладают большим дипольным момен¬
том; например, дипольный момент приведенного только что трифенил-
фосфонийциклопентадиенилилида равен 7D.В качестве примеров ароматических реакций илидов можно при¬
вести азосочетание с фенилдиазоний-катионом+ /СбНз	+	fr^Р-С6Н5 + C6H3-N=N	>■ C6H-K^N--(0) + н+СбНз	+р(сен5)3или осуществленное В. А. Сазоновой бромирование:Вг Вг
R	V-/ +/RN“R	Вг——N~R4R	Т RВгЕще одним примером илида может служить диазоциклопентадиен
со структурой	'N==NНаконец, отрицательно заряженный циклопентадиенил присут¬
ствует в бициклической системе азулена (стр. 466).Все илиды легко захватывают протон кислот, превращаясь таким
образом в замещенные циклопентадиены:-NR3 + Н X 	V X у—NR3XНIПри этом они резко меняют свойства, теряют ароматичность и из¬
меняют светопоглощение, являясь индикаторами.
462НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫТропилий-катионВ известном смысле антиподом циклопентадиенил-аниона является
тропилий-катион. Если к циклогептатриену присоединить молекулу
брома (1,6-присоединение) и затем щелочью отнять одну молекулу
НВг, то оставшийся атом брома одновременно сам покидает молекулу,
уходя в виде аниона и оставляя катион тропилия (Деринг):вг2| .С Но 	>■	С Но 	>\—/	V-г	-НВг?\нСтремление образовать устойчивую ароматическую систему катиона
тропилия так велико, что, как независимо друг от друга нашли
Д. Н. Курсанов с М. Е. Вольпиным и Даубен, циклогептатриен (тро-
пилиден) легко теряет гидрид-анион под действием акцептора послед¬
него, каким может служить, например, трифенилметил-катион или
бензил-катион:Qc£j СН8С„Н3 —►-	+ с6насн3*	Д.	IВ то время как в циклопентадиенил-анионе шесть ароматических
электронов были обезличены между пятью углеродными атомами, в
тропилий-катионе ароматическая шестерка «размазана» уже между
семью углеродными атомами.Сопоставим еще раз три главные изоциклические ароматические
системы:■ ® @ (®>Все три системы — плоские. Это необходимое условие ароматич¬
ности.Циклопентадиенил-анион даже в форме сэндвичеобразных метал¬
лических производных с ослабленным отрицательным зарядом крайне
восприимчив к электрофильным атакам. Бензол — нейтральная моле¬
кула. Тропилий-катион совершенно индифферентен к электрофильным
атакам и не подвергается обычным для бензола (и ферроцена) реак-
циям замещения, но крайне восприимчив к нуклеофильным атакам.
При этом, однако, происходит не замещение, а присоединение с нару¬
шением ароматичности и превращением в систему циклогептатриена:Подобная же реакция протекает при действии активных металлоор¬
ганических соединений (реакции с карбанионами). Так, действием
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ rt-ЭЛЕКТРОНАМИ463гриньярова реактива тропилий-катион превращается в алкил- (или
арил) циклогептатриен:В водных растворах тропилиевых солей устанавливается равно¬
весие:Таким образом ион тропилия создает в водном растворе кислую
реакцию; он является лыоисовой кислотой, по силе равной уксусной
кислоте. Поэтому тропилиевые соли существуют только с анионами
сильных кислот. Анионы слабых кислот, т. е. анионы, склонные к об¬
разованию ковалентных связей (поэтому и соответствующие им кис¬
лоты слабые), реагируют подобно циан-аниону.Интересны реакции превращения тропилий-катиона в производные
бензола. Так, при окислении соли тропилия хромовым ангидридом или
перманганатом образуется бензальдегид. В свою очередь от бензола
можно перейти к тропилий-катиону через норкардиен путем следующих
реакцийи далее, как было указано раньше.Среди производных тропилий-катиона особое место занимает тро¬
пой (циклогептатриенон) — кетон, который может быть получен гид'
ролизом бромтрогшлий-катиона:Многие свойства этого кетона, как физические (высокий диполь-
ный момент, 4,17D), так и химические (пассивность к действию брома),
указывают на то, что структура тропона сдвинута в сторону бе¬
таина:Если бы он имел полностью структуру этого бетаина, дипольный
момент был бы значительно больше.Тропон может быть получен также путем расширения бензольного
цикла при действии диазометана на анизол. Первая фаза реакщшН R6© j + RMgCl	] + Mg Clн онбсн2о,сн2Вг=0 + НВгОН
464НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫсостоит в превращении анизола в метоксигептатриен, который дей¬
ствием брома превращают в тропой:/ОСНа	ОСНз + CH2N2/ОСН3.СН2 -fr- Вг2 —*/сн2 + n2.О + НВг + СН3ВгТропой — слабое основание, образующее с хлористым водородом
соль:ОН+ НС1-Самым интересным веществом, имеющим в основе структуру тро-
пона, является трополон. Его можно получить, дегидрогенизуя дейст¬
вием бромсукцинимида циклогептандион, который получают из субе-
рона окислением а-метиленового звена в карбонил посредством дву¬
окиси селена:ОSe03 ——>	Seсуберон=0 + 2Br—NОIIС—сн2с—сн2IIоциклогептандионО^ \<s_/трополон
(кетонная форма;=0 + 2HBr + 2HNОII■С—сн2с—сн2IIоенолизация(енольная форма)Действие брома на 2-оксициклогептанон (дегидрогенизация бро¬
мом) также приводит к устойчивой структуре трополона.Трополон ароматичен. Он беднее энергией, чем требуется по адди¬
тивной схеме (на 29 ккал/моль). Дипольный момент трополона 3,59D.
Трополон — слабая кислота, располагающаяся по силе между уксус¬
ной кислотой и фенолом (рКа = 6,92). При диссоциации его обра¬
зуется симметрично построенный анион:
СИСТЕМЫ С ШЕСТЬЮ Я-ЭЛЕКТРОНАМИ465Во многом трополон похож на фенолы. Как и фенолы, он дает ок¬
рашенное соединение при действии хлорного железа, с ангидридами и
хлорангидридами (но не с кислотами) образует сложные эфиры. Прос¬
тые эфиры трополона, получаемые алкилированием диалкилсульфа-
тами или диазоалканами, гидролизуются гораздо легче, чем простые
эфиры фенолов, и поэтому ближе к сложным эфирам кислот. Вместе
с тем трополон — основание, способное захватывать ион водорода и
образовывать комплексные соединения, например, с ионом меди.В отличие от тропонов трополоны легко вступают в реакции элек-
трофильного замещения. Замещения протекают в положения 3, 5 и 7.Трополоны галоидируются, нитруются, нитрозируются, образуют
с арилдиазоний-катионами арилазотрополоны, вступают в реакцию
Манниха (аминометилирование), действием хлороформа в щелочной
среде можно ввести в трополон по реакции Реймера — Тимана альде¬
гидную группу. Однако трополон не удается алкилировать и ацилиро-
вать по Фриделю — Крафтсу. При действии нуклеофильных реагентов,
например щелочи, трополоны (особенно легко замещенные, имеющие
электроноакцепторные заместители) перегруппировываются в произ¬
водные бензойной кислоты:Эта реакция позволяет сравнительно легко выяснить положение за¬
местителей в цикле и широко применяется для установления строения.Как и многие устойчивые ароматические системы, трополон в виде
производных довольно широко распространен в растительном мире,
что стало известным лишь в 1940—1950 гг. Из природных веществ,
включающих структуру трополона, упомянем находящиеся в древесине
кедра терпеновые трополоны — а-, р- и у-туйяплицины:Строение их было установлено путем восстановления в соответ¬
ствующий изопропилциклогептандиол и окислением последнего в изо-
пропилпимелиновую кислоту с соответствующим положением изопро-
пильной группы:Орнв-Y*кзопропилпиме ли¬
нован ;кнслога
466НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫВ плесенях разных видов были найдены следующие производные
тронолона:он	но онV=0С'	V/ \ \
НО о °Нстипитатовая	пуберуловаякислота	кислота *В некоторых луковичных растениях семейства Lilaceae рода Colchi-
сит (крокус) содержится алколоид колхицин, ставший особенно изве¬
стным благодаря своей способности вызывать полиплоидию растений
при обработке им зародышей семян. В 1945 г. Дьюар высказал пред¬
положение, что в структуре колхицина участвует трополонный цикл, а
в дальнейшем была установлена его структура:АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ЧИСЛОМ я-ЭЛЕКТРОНОВ
БОЛЕЕ ШЕСТИАзуленКонденсированный бицикл из троцилиевого и циклопентадиенильного
колец — бицикло[5, 3, 0]декапентаен•<©% оэ3 4 *а	бза свой интенсивно синий цвет был назван азуленом. Дипольный мо¬
мент азулена равен всего 1,0 D. Это хотя и большая величина для уг¬
леводорода, но гораздо меньшая, чем требует формула а. Поэтому сле¬
дует допустить, что в описании строения азулена большее значение
имеет совсем неполярная структура б. Однако азулен на 45 ккал/моль
(энергия резонанса) беднее энергией, чем соответствующий гипотети¬
ческий углеводород строения б с изолированными локализованными
двойными связями.Одним из первых путей синтеза азуленового бицикла явилась внут¬
римолекулярная кротоновая конденсация дикетона — циклодекандио-
на-1,6, приводящая к бициклическому кетону Д®<10>-бицикло[5,3,0]деце-
нону-4. Его дегидрогенизация с одновременной дегидратацией приво¬
дит к азулену:о
СИСТЕМЫ С ЧИСЛОМ Я-ЭЛЕКТРОНОВ БОЛЕЕ ШЕСТИ467Другой путь состоит в действии на индан диазометана, разлагаю¬
щегося под влиянием ультрафиолетового света. Полученный цикло-
пентаногептадиен дегидрируют над палладием (на угле) в азулен:// N/\■+ CH2N2 —ГГ*--2Но\_А/При выборе надлежащих условий можно получить азулен дегидро¬
генизацией над палладием, нанесенным на уголь, циклодекана (выход
до 50%) или пиклодецена (выход до 70%)..В 1963 г. Димрот, Вольф и Вахе описали новый путь синтеза азуле-
нов — действием избытка трифенилфосфинметилена (реагент .Виттига)
на пирилиевые соли:ОBF*+ ch2=p(csh5)3+ 2HBF4Выход достигает 30%. Изображенный в скобках промежуточный
продукт далее протонируется, раскрываются циклы с образованием
кетонов; карбонильная группа в положении 5' конденсируется в а-по-
ложение 4 разомкнувшегося в кетон верхнего цикла, а метиленовый уг¬
лерод виттиговского реагента, отщепляя трифенилфосфин, связывает¬
ся с углеродом С4, замыкая пятичлен и семичлен азулена. При недо¬
статке реагента Виттига реакция идет иначе: кислород пирилиевой
соли замещается на СН и образуется бензольный цикл.Наконец, наиболее практичный путь — синтез азулена исходя из
пиридина (Циглер). Пиридин превращают в монометиланилииовое
производное енольной формы глутаконового альдегида, которое за
счет своей второй альдегидной группы конденсируется с циклопента¬
диеном в соответствующий фульвен (кн. I, стр. 514). Этот фульвен при
нагревании до 200 °С отщепляет метиланилин и с хорошим выходом
образуется азулен:СбНй—N—СН3	CaHs-N-CHsСНхсн2 + о=сн снч/ \ /сн=сн/-н2о=сн\сн\сн200 °с
	*■сн=снл,C6H6NHCH3
468НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫАзулен обладает слабыми основными свойствами; с кислотами он
образует соль азуления;II Н+ НС1	<\'Т©/ СГПри этом цвет его из синего переходит в желтый.Азулен — изомер нафталина и при нагревании до 350 °С и выше
количественно превращается в этот более устойчивый изомер.Естественно, что азулен способен к электрофильным замещениям
в пятичленном кольце. Ацилиропание его по Фриделю — Крафтсу дает
моно- и дикетоны:СОR-C\
+	ОR-CА1С13Так же, хотя и с плохим выходом, проходит алкилирование азуле¬
на. Вследствие того что азулен реагирует с ионом водорода, его нельзя
нитровать азотной кислотой, но при действии на азулен и алкилазуле-
ны тетранитрометана в пиридиновом растворе осуществляется нитро¬
вание в положения 1 или 3 (в самом азулене эквивалентные); получен
также 1,3-динитроазулен. Сульфирование комплексным соединением
серного ангидрида с диоксаном или раствором серной кислоты в ук¬
сусном ангидриде приводит к образованию 1,3-азулендисульфокислоты.
Выделены также моносульфокислоты алкилазуленов. В положения 1
и 3 осуществляется и галоидирование азулена галогенсукцинимидом.Азулен легко подвергается реакции азосочетания при действии
арилдиазоний-катиона (на схеме показано, что азогруппа вступает в
то же положение 1 азулена, что и нитрогруппа при нитровании);N02Действие такого нуклеофильного реагента, как метиллитий, напра¬
вляется на положительно заряженное семичленное кольцо азулена.
Сначала, по-видимому, происходит присоединение метиллития по двой¬
ной связи так, что метил присоединяется в положение 8, а литий в
положение 7 или 5. После гидролиза образуется 8-метилдпгидроазулен,
который при дегидрогенизации (хлоранилом) превращается в 8-метил-
азулен (или, что то же, 4-метилазулен).
СИСТЕМЫ С ЧИСЛОМ Я-ЭЛЕКТРОНОВ БОЛЕЕ ШЕСТИ460Как выяснено сравнительно недавно, производные азулена доволь¬
но широко распространены в растительном мире. В большинстве слу¬
чаев это так называемые азуленогены, относящиеся к сесквитерпенам
(стр. 591) и имеющие молекулярную формулу С15Н24 (или их кисло¬
родные дериваты). Для превращения в гомологи азулена эти вещества
должны быть дегидрогенизованы в CisHig. Такая дегидрогенизация осу¬
ществляется нагреванием с серой (200°С) или селеном (300°С), но
выход составляет от 5 до 30%, так как при столь высоких температурах
происходит изомеризация в производные нафталина. Дегидрирование
на палладии протекает еще хуже. Лучший реагент дегидрогенизации в
этом случае хлоранил (тетрахлор-п-бензохинон).Сесквитерпены азуленовой структуры были найдены во многих
эфирных маслах и самих растениях, например в полынях, в моркови,
ветивере, семенах аниса и укропа, в тысячелистнике, рыжиках.Чтобы дать понятие о структурах этих азуленовых сесквитерпенов,
укажем, что глазной составной частью эфирного масла древесины
Guaiacum officinale является сесквитерпеновый спирт гвайол, который
при нагревании с кислотой сначала дегидратируется в гвайен, а затем
действием серы — в гвайазулен-.гвайол	гвайен	гвайазуленВетивазулен — изомер гвайазулена — получается дегидрированием
сесквитерпенового кетона |3-ветивона, содержащегося в ветиверном
эфирном масле. Грибы рыжики содержат лактаровиолин и лактар-
азуленСН3
\=(снлсн-СС /СНзсоветивазулен	лактаровиолинСН3
\\сн3 С=сн2
IСНзлактараэулен
470НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫНе поддается дегидрогенизации бицикло [0,3,3] октан, не привели к
успеху и другие многочисленные попытки синтеза пенталена. Этот угле¬
водород содержал бы 8, а не 6 и не 10 электронов, образующих л-связи:Сама трудность его получения указывает на его нестабильность и
тем самым на неароматичность. Не обладает ароматическими свой¬
ствами и циклооктатетраен, в котором имеется также лишь 8 я-элек¬
тронов. Однако циклооктатетраен способен захватить два электрона
(например, от металлического калия) и превратиться в результате
этого в ароматический дианион с 10 л-электронами (Катц, 1960 г.):Он обладает способностью передавать свои два электрона молекулам
разных веществ, переходя в электронейтральный циклооктатетраен
(Д. Н. Курсанов, 3. В. Тодрес).Высший аналог циклооктатетраена циклопентадекаенхотя и содержит 10 электронов л-связей, так же, как и циклооктатет¬
раен, обладает свойствами олефина. Такое несоответствие правилу
Хюккеля объясняют неплоской формой цикла, тогда как для непрерыв¬
ного цо циклу перекрывания орбиталей л-электронов необходима (это
условие обязательно, но недостаточно) плоская или достаточно близ¬
кая к плоской форма цикла.В циклододекагексаене С^Ни число я-связей не соответствует пра¬
вилу Хюккеля. Кроме того, как легко видеть, приняв во внимание меж¬
атомные расстояния и размер атомов водорода, в той конфигурации
этого углеводорода, которая могла бы быть плоской (с чередующи¬
мися цис- и транс-расположениями вокруг олефиновых связей)атомы водорода в центре молекулы налагались бы друг на друга и
не позволяли бы молекуле принять плоскую форму.Таким образом, ароматических свойств можно ожидать от цикло-
полиенов C„Hn с числом л-связей 7 (что соответствует 14 электронам),
9 (18 электронов), 11 (22 электрона) и т. д., могущих иметь плоскую
СИСТЕМЫ С ЧИСЛОМ Я-ЭЛЕКТРОНОВ БОЛЕЕ ШЕСТИ471конфигурацию. Циклооктадеканонаен CigH18 (один из аннуленов) по¬
лучен в 1959 г.АннуленыТак называются высшие циклические полиены со сплошь сопряжен¬
ными я-связями. Примером синтеза их может служить синтез цикло-
октадеканонадиена, или [18]-аннулена (Зондхеймер), полученного сле¬
дующей серией реакций:знс^с—сн2—сн2—с=снСиг+(пиридин)^/J?С/сн2—сн2с/сн2яО itСН»/СН,—С=С—С=С—СНгПервая стадия реакции проходит с выходом —б0/? в сторону цик¬
лического полиина. Вторая стадия — это обычное перемещение я-свя-
зей под влиянием щелочного агента. Третья стадия — гидрирозание
тройных связей над палладием, отравленным свинцом. Этот [18]-анну-
лен, как и другие аннулены, имеет сплошную транс-конфигурацию, по¬
этому его водороды резко делятся на два типа—- экзоаннулярные и
интрааннулярные, что ясно видно из спектра ЯМР (кн. I, стр. 558).
Под влиянием переменного магнитного поля (именно его вектора,
перпендикулярного к плоскости ароматического цикла) я-электроны
образуют круговой ток, вызывающий со своей стороны относительно
малый вектор магнитного поля, противоположный приложенному полю
и направленный из центра ароматической молекулы. Это экранирую¬
щий эффект, ослабляющий действие внешнего поля на протоны, на¬
ходящиеся в центре ароматической молекулы, как в [18]-аннулене.
Значит, необходимо приложить большее внешнее поле, чтобы преодо¬
леть этот экранирующий эффект и вызвать ЯМР. Происходит «хими¬
ческий сдвиг» сигнала внутрикольцевых (интрааннулярных) протонов в
сторону сильных полей — даже более сильных, чем для обычного стан-
дарта — протонов тетраметилсилана (правее на 1,9 м. д.).Напротив, внешнекольцевые (экзоаннулярные) протоны, как во
всех обычных ароматических системах, имеют химический сдвиг в сла¬
бом поле (при 8, 8 м. д.). Это объясняется тем, что снаружи ароматиче¬
472НЕБЕНЗОИДНЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫского кольца направление магнитных силовых линий, как всегда вокруг
соленоида, противоположно сравнительно с их направлением внутри
кольца-соленоида и таким образом вызывает дезэкранирующий эффект.ПорфириныШироко распространены в природе и получены синтетически гетеро¬
циклические ароматические системы с плоской формой молекулы и
18 л-электронами— порфирины с их родоначальным веществом пор-
фином.Система порфирина лежит в основе хлорофилла зеленого листа рас¬
тений и красного вещества крови — гемоглобина. Она отличается вы¬
сокой прочностью. (Химию порфиринов см. в разделе «Гетероциклы»,
стр. 271). Сходное строение имеют фталоцианины, получаемые нагре¬
ванием нитрила фталевой кислоты и его производных с солью меди
(стр. 282).И в порфиринах и во фталоцианинах водородные атомы при двух
атомах азота легко замещаются на разные металлы (магний, железо,
медь), причем атом металла симметрично связывается координацион¬
ными связями с остальными двумя азотами.(пунктиром отмечены двоиные связи,
не участвующие в системе сопряжения).ЛОрфИН
/КАРБАНИОНЫМы уже встречались с карбанионами как с промежуточными продук¬
тами в реакциях нуклеофильного присоединения по я-связи олефинов.
На протяжении курса рассматривались и другие реакции карбанионов.
Примерами могут служить действие галоидных алкилов на ионно
построенные натриналкилы или натрийарилы, алкилирование ацетиле-
нида натрия, алкилирование натриймалонового эфира, реакции конден¬
сации по сс-метиленовому звену кетонов в присутствии оснований и
многие другие важные реакции, приводящие к образованию новых
углерод-углеродных связей. Натриевые, калиевые и т. п. производ¬
ные алканов, алкенов, алкинов, аренов являются ионными парами и
содержат истинный карбапион в качестве активной в синтезе компо¬
ненты. Литиевые, магниевые и другие металлоорганические соедине¬
ния, о реакциях которых см. стр. 351 сл., часто имеют уже ковалентно
связанный с углеродом металл, и, хотя их реакции во многом похожи
на реакции натрий- и калийорганических соединений, говорить в этих
случаях о реакциях истинных карбанионов нельзя. Натриймалоновый
эфир и подобные ему соединения построены ионно, однако анионный
заряд настолько рассредоточен на кислородные атомы карбалкоксиль-
ных групп- /0-
с/	с/■-/ ^OCaHs Z' чос2н5
/ОС2Н5 - /ОС.Н. ■с:	с\	ко	хсгNnс/сн\очос2н5,ос2н5что о карбанионе можно говорить только условно.Некоторое право на это дает лишь то обстоятельство, что любые
электрофильные а гаки (например, при алкилировании галоидными ал¬
килами) проходят все-таки по углероду. Еще более условно (и обычно
это не делается) причисление к карбанионам аниона натрийацетоук-
суснсго эфира и подобных ему соединений, в которых анион несомнен¬
но имеет енолятную структуру с большей частью заряда на кислороде.
Однако и здесь, в силу перенесения реакционного центра, алкилирова¬
ние обычно проходит по углероду. Ароматический аналог енолята —
фенолят натрия уже невозможно отнести к веществам, включающим
карбанион как структурную единицу, хотя по крайней мере некоторые
реакции алкилирования, например аллилирование, и здесь в опреде¬
ленных условиях проходят по углероду. По углероду проходит и кар-
боксилирование двуокисью углерода в реакции Кольбе.
474КАРБАНИОНЫУглеводородный остаток, входящий в молекулу, — метил, метилен
или метин — делается способным образовать карбанион прямым пу¬
тем (отщепляя при действии оснований протон) под влиянием элек¬
троноакцепторных групп, связанных с этим углеводородным остатком.Электроноакцепторные группы располагаются по их способности к
«ацидификации» («протонизации» водорода связанной с ними метиле¬
новой группы) в такой последовательности:00-N02 > —S—OR > —S—R > —CHO > —cf > —CN > — COORII	II	4R0 0 дОднако эти электроноакцепторные группы, принимая на себя
большую или значительную часть анионного заряда, тем самым вно¬
сят известную условность в самое понятие карбаниона.В некоторых структурах карбанионов рассредоточение анионного
заряда достигается и без участия названных электроноакцепторных
групп; таким путем тоже создается устойчивость карбаниона даже в
некоторых протонных растворителях. Таковы анионы циклопентадие-
нила, инденила и флуоренила:н Щп юшВ циклопентадиенил-анионе лишний электрон, создающий анион¬
ный заряд, входит в ароматическую шестерку (стр. 449) и принадле¬
жит всей системе ароматического пятичлена — одинаково каждому из
пяти углеродных атомов.Превращение углеводородного звена молекулы в карбанион совер¬
шается путем отрыва протона под действием основания более силь¬
ного, чем получаемый карбанион. Примеры:С6Н6 + С2Н5 Na+ —► С6Н5 Na+ + C2HS (реакция Шорыгина); СН=СН + NaNH2 —► NaC=CH + NH3DCH2 + 2Na C6H5Na* + C6He,COOR	r . ,H2C^coo^ + Na*"OC2Hs 	>■ Na+ JCH(COOR)2j + C2HsOHCH3—C—CH3 + HN",снг-сщ	^	hn+/-.^CHo 	>- CH9===C—СНч + N >Г	о	у \ /‘СН,—Сн,	к Н N—'^ + ^0 +CH3NOa + Na "OC^Hg	>- CHa^=N^ Na + C2H3OH.£>bВ табл. 81 ( по Краму) сопоставлены значения р/Са ряда соединений
в округленных числах, которые для слабых кислот получены косвен¬
ными методами оценки.
КАРБАНИОНЫ475Таблица St. Шкала pJCa Мак-Ивена — Стрейтвизера — Эпплквиста — Десси
(шкала МСЭД)СоединениеР^аСоединениеР*аЦиклопентадиен15Бензол37Инден18,5Триптицен (а-положение)38Фенилацетилен18,5Циклопропан39Флуорен22,9Метан40Ацетилен 125Этан42Трифенилметан32,5Циклобутан43Толуол (а-положение)35Неопентан44Пропен (а-положение)35,5Пропан (вгор-положение)44Циклогептатриен36Циклопентан44Этилен 236Циклогексан451 По данным Вудинга и Хнггинсона (J. Chem. Soc.t 1952, 774), приведенным в шкале МСЭД.8 С. Миллер и В. Ли |J. Am. Chem. Sac., 81, 6313 (1959)) для верхнего предела значений
рКа 1,2-днгалондэтиленов дают величину 34-36.Только для сравнительно сильных кислот начала таблицы возмож¬
но прямое измерение констант /Са. Для более слабых помогает то, что
между логарифмом константы Ка равновесияRH ч=ь R s + Н+и логарифмом константы скорости диссоциации в одном и том же
.растворителе и при одной и той же температуре существует линейная
зависимость. Зная эту зависимость, можно по данным измерения ско¬
рости ионизации рассчитать константу равновесия. Скорость иониза¬
ции RH можно измерить по скорости брсмирования (бромирование
карбаниона R: является электрофильной реакцией), по скорости изо¬
топного обменаD+RH —► RD + H*или в некоторых случаях по скорости рацемизации R:, если анионный
заряд находится на асимметрическом углероде. На примере действия
алкоголят-аниона на стереоизомерСН3
, Iс8н6—с—С—С2Н3
II Iо	нИнголд и Хьюз показали (1936—1938 гг.), что скорости всех трех
реакций — рацемизации, дейтерообмена и бромирования совпадают,
так как самой медленной стадией, определяющей итоговую скорость
каждого из процессов, является взаимодействие кетона с алкоголят-
анионом (т. е. вырывание протона из a-положения):СН3	СН3	СНзI + СоНьО"	I	IСвН5-С-С~С2Н5 н"пн>-	С6Н5—С—С—С2Н5	ч-v С6Нз-С=С-С2Н5II | -с2н5он	и _	|_ОН	о	оЭтот процесс отличается от диссоциации обычных кислот только
тем, что он протекает очень медленно; ведь в диссоциации кислот
476КАРБАНИОНЫтоже всегда участвует основание в смысле Бренстедта — Льюиса, как,
в частности, напоминает такой тривиальный пример:Н-С1 + Н.0 н3о+ + сгКислоты, дающие при диссоциации карбанионы любого типа, обыч¬
но относятся к числу псевдокислот (следуя Ганчу, так называют ве¬
щества, анион которых структурно отличается от самой исходной псев¬
докислоты). Примеры:♦/°'сн3—no2 + он —> ch2=n + н2оNrСН3—С—СН2—С—ОС2Н5 сн3—с=сн—с—ос2н5 + н2оII II	I IIо	о	о оТо обстоятельство, что по сути дела каждый раз речь идет о мезо-
мерном ионе+ /0~	+ /ОCH2=N -<-> CH2—Nf" СН3—C=CH—С—OR -<-> СН3—С—CH-C—OR\о-	\о-	I II	II IIО' О	0	0а	б	а	бне меняет дела, поскольку форма а входит в описание мезомерного
аниона с таким большим весом, что формой б можно спокойно пре¬
небречь.\ fИменно псевдокислоты типа —С—Н отличаются от обычных (кис¬
лородных) кислот медленностью ионизации. В табл. 82 приведены
скорости диссоциации (k{) и обратной (k2) реакциина + н2о а +н3о+некоторых истинных и псевдокислот, а также их константы диссоциа-
ции (приведенные в форме р/С), равные отношению kjkz:р К = \gk2 — \gkxИнтересно, что нитроэтан является кислотой, на много более силь¬
ной, чем малоновый эфир, не потому, что он быстрее диссоциирует на
ионы (напротив, диссоциирует он медленнее), а потому, что для него
очень затруднена рекомбинация ионов (мала k2, \gk2 = 1,2).Таблица 82. Логарифмы констант диссоциации и скоростей ионизации
и рекомбинации ионов истинных кислот и псевдокислотФормуларКk\кгФормуларх*1fe2Н2015,7—4,611,1СН3СОСН320—9,310,7Н3В039,11,010,1СН2(СООС2НБ)213,3-4,68,7H2S0,1.69,010,6СН3СОСН2СОСН39,0-1,87,2СН3СООН4,85,910,7c2h6no28,6—7,41,2СН3СОСООН2,66.38,9CH2(N02)23,6-0,13,5
КАРБАНИОНЫ477Несмотря на то, что, как сказано, для большого числа кислот—С—Н имеется приблизительная корреляция между К& и скоростьюотрыва протона, число исключений столь велико, что это нельзя счи¬
тать общим правилом. Например, все нитросоединения совершенно не
укладываются в приводимую схему (В. М. Беликов, 1965 г.):r2ch + ОН'IN0,R2C + НоОIno2Та же картина наблюдается и для обратной реакции протонирова¬
ния карбанионов. Отсутствие корреляции (рис. 112) связано с тем, что
на кислотность карбанионов и на скорость отрыва протона при их обра¬
зовании (рис. 112. а)k\RR'CH + OH «=> RR'CT + Н20I	fe2 |no2	no2оказывают влияние как внутренние (строение), так и внешние (сольва¬
тация) факторы.tg*/-8,0Б,И
¥
2,0
О
-2,02,0
О
-2,0
-ifl
-В,Ооб о./О 12*РКа- ~8’°Гв610 12►рКаРис. 112. Константы скорости (в л • моль-1 • сек-1) отрыва протона ионом ОН* (а)
и протонирования карбаниона водой (б) для ряда кислот RR'CHN02 и их рКа:] — сн3.\02; 2 — C2H5NO2; S —Я-Счн7\0_.; 4-изо-C3H7NO2; 5 — H-C1H9NOi; 6 — GeH5CH2N02;
7-G3H70C0GH2N02; S-CH3CH(N02)2; S-GeH5GH(0H)CH2N02.Наиболее важным фактором строения является мезомерный эффект
заместителя, стабилизирующий карбанион. Чаще всего мезомерный
и индуктивный эффекты заместителей действуют в одном направлении,
хотя имеются исключения, например в случае фтора (И. Л. Кнунянц,
1964 г., Камлет, 1966 г.).Внешние факторы (сольватация) играют очень большую и, воз¬
можно, решающую роль. При переходе от воды к апротонным раствори¬
телям, не способным стабилизовать карбанион за счет водородных свя¬
зей, наблюдаются следующие явления: константа диссоциации умень¬
шается на 10 порядков, а скорость диссоциации резко увеличивается,
доходя до величин, характерных для О—Н-кислот. По мнению Риччи
(1964 г.), последнее явление связано с тем, что при реакции в гидро¬
ксильных растворителях перестраивается сольватная оболочка вокруг
реагирующих молекул, на что тратится основная часть энергии реакции.
В апротонных растворителях такой перестройки не требуется. Образо¬
вание карбанионов, в особенности из кислот типа RH, как уже было
478КАРБАНИОНЫсказано, всегда требует участия основания и протекает как медленная
реакцияRH + B: ч=ь Rs + BHРаз это так, то очевидно, что любой (предшествующий или после¬
дующий) процесс, более быстрый, чем само образование карбаниона,
уже не поддается измерению в кинетических опытах и скорость всей со¬
вокупности реакций определяется этой медленно идущей стадией. По¬
скольку берется огромный избыток В :, реакция идет по первому по¬
рядку в отношении RH (псевдомономолекулярная), и любая реакция
карбаниона (бромирование, рацемизация, дейтероприсоединение и т. д.)
также будет реакцией первого порядка и будет обозначаться как SE1
(т. е. замещение электрофильное, I порядка).Реакции SE1 противопоставляется реакция SE2, т. е. электрофильное
замещение, протекающее как реакция II кинетического порядка, ско¬
рость которой пропорциональна и концентрации RH, и концентрации
действующего электрофильного реагента. Реакции SE2 протекают через
переходное состояние, в котором реагирующее молекулы связаны, на¬
пример, так:✓R 1-Hg-R"/'1 1
Hg-Cl/■ ClRx	/RiR'-C-Hg-C-R'.+4R//Hg;ciГ R\
R'—C--C-R'\R„Rs2R'-R'-CHgClClВ этих реакциях асимметрический углеродный атом — центр элек-
трофильной атаки — сохраняет свою конфигурацию (О. А. Реутов).Огромное влияние на скорость (и даже на тип) реакции оказывает
растворитель. О. А. Реутову и И. П. Белецкой удалось в реакции
только что приведенного типа, меняя растворитель (спирт на диметил-
сульфоксид), заставить процесс проходить по типу 5К1 вместо SK2, что
явствует из кинетики и из рацемизации, наступающей вследствие пред¬
варительной ионизации ртутноорганического соединения.Крам нашел, что отщепление протона от карбокислоты RH основа¬
нием В : (например,алкоголят-анионом) в диметилсульфоксиде про¬
исходит в 108 раз быстрее, чем в метаноле. Это не может быть объяс¬
нено различием диэлектрических проницаемостей двух растворителей,
которое сравнительно невелико. Крам объяснил это сольватацией
основания спиртом с образованием водородной связи В---Н—О—СН3,
например:СН3СГ + СН3ОН —► [СНз—0---Н—О-СНзГСольватация резко ослабляет нуклеофильные свойства основания.Особенно сильным основанием является грет-бутилат калия в ди¬
метилсульфоксиде.Выше был приведен пример рацемизации кетона с асимметрическим
а-углеродом при отщеплении основанием а-протона с превращением ке¬
тона в соответствующий анион. Этот случай, однако, не может счи¬
таться типичным, так как данный анион безусловно имеет структуру
енолят-аниона, и асимметрический тетраэдрический хр3-углерод стано¬
вится углеродом с олефиновой связью — плоской тригональной конфи¬
гурации.Такая рацемизация неизбежна всегда, когда заряд аниона не только
рассредоточен, но, скорее, сосредоточен на примыкающей к реакцион-
КАРБАНИОНЫ479ному центру группе с кислородом — акцептором электронного заряда(>=а -<1 -г-*)•По аналогии с отсутствием оптических изомеров у пирамидально
построенных третичных аминов с тремя разными заместителямиR ?Г R,r
^ ч'/N. z£=±: N
R R' R"объясняемым быстрым вывертыванием пирамидальной конфигурации,
казалось бы, вполне вероятна невозможность существования по тем же
причинам оптической изомерии также и у истинных карбанионов:. чЪ»"_CL	СНа деле, однако, в реакциях карбанионов констатированы как слу¬
чаи частичного сохранения конфигурации, так и случаи частичного об¬
ращения конфигурации (т. е. частичной рацемизации).Крам исследовал скорость обмена D на Н (константа kQ) и скорость
рацемизации — потери вращения плоскости поляризации (константа
kp) при реакции стереоизомера 2-дейтеро-2-фенилбутана с основанием
в разных растворителях:СН3	СНз,1 .1С2Н5—-С—D *=± С2Н5—С—НI	IС8Н5	Свн5Если дейтерообмен происходит с полным сохранением конфигура¬
ции, должно соблюдаться отношение k0/kp — оо; при полной рацемиза¬
ции во время обмена k0/kp—l\ при полной инверсии конфигурации
&о/&р == 0,5.Эксперимент дал следующие результаты:РастворительОснованиеко/крСтереохимическиЙрезультат(СНз)зСОН(СН3)аСО‘К+10Сохранение конфигурации(CH3)2SO + (СНз)зСОН(СН3)3СО'К+1РацемизацияО (СН2СН2ОН)2носн2сн2осн2сн2о~к+0,7Обращение конфигу¬рацииЯсно видно резкое влияние характера растворителя на стереохими-
ческое течение процесса. Объяснение заключается в следующем.
В трет-бутиловом спирте как растворителе трет-бутилат калия хотя и
ионизирован, но не диссоциирует, т. е. образует неразошедшуюся ион¬
ную пару, к тому же сольватированную растворителем. Эта сольватиро-
ванная ионная пара атакует стереоизомер 2-дейтеро-2-фенилбутана, от¬
щепляя дейтрон и поставляя на его место протон. Все это происходит
480КАРБАНИОНЫс одной стороны карбаниона, и конфигурация при дейтерообмене со¬
храняется:С\	НО-С(СНз)з	С(СН3)3	СН3CoHs—С—D + !	■<—.>: CZ' к+ —>-с2н5—с-нС6н5	К-ОС(СНз)з	О—С(СНз)з	С6Н5В растворителе диметилсульфоксиде ионная пара трет-бутил'ата ка¬
лия полностью диссоциирована и атака совершается трет-бутилат-анио-
ном, отрывающим дейтрон. Образовавшийся карбанион успевает сде¬
латься плоским и подвергается атаке введенного в растворитель в не¬
большом количестве трег-бутилового спирта с обеих сторон плоскости.
Благодаря этому реакция дейтерообмена проходит с рацемизацией:СН3	,	О СН3 О\	-	(CH38SO	. . II l_ II,С2н5-^С—D + 0-С(СН3)3	>-(CHa)aCOD +(CH3)8S--“C^- —S(CH3)2
C6HS	с2н5 C6H5(СНа)3СОНу"Й СНз А СН3 Н\ / \ /
с + с
/V	/VС2Н5 С6Н3 С2Н5 СоНзВ диэтиленгликоле ионная пара алкоголята хорошо диссоциирована
и атака на дейтерий, как и в предыдущем случае, совершается анионом
алкоголята. Но поскольку диэтиленгликоль лучший донор протона, чем
трег-бутиловый спирт, синхронная атака «в спину» плоского карб¬
аниона, поставляющая протон, производится молекулой диэтнл ей гли¬
коля. Результат — обращение конфигурации (вальденовское обра¬
щение) :СНз D
\ / ОСН2СН2ОСН2СН2ОН
С +		V
У Д, носн2сн2осн2сн2он
С2Нд С6П5
СНз
	>- НОСН2СН2ОСН2СН2ОН—C“-D	ОСН2СН2ОСН2СН2ОН	>■
С2н5 С6Н5
нч/сн3
—>■ Н0СН2СН20СН2СН20 +	+ DOCH2CH2OCH2CH2OH
с6н5 с2н5Подобный же пример действия растворителя описан Крамом для
расщепления (реакции, аналогичной обратной альдольной конденсации)
КАРБАНИОНЫ481СН3 ОНI	Iоснованием спирта С2Н5—С	С—СН3 с образованием того же карб-I	I
С6Н5 СН3
аниона (метилэтнлфенил-аниона):СНз Го СН3 О СН3
к-л I + 11 R0H I
C2IiG-C—С—СН3—->-С2Н5-С'К++ С-СНз'	>-с2н5-с-н + ROKС6Н5 СНз	с6н5 сн3	С6Н5В этой реакции наблюдаются следующие стереохтшческпе отно¬
шения:РастворительОснованиеСтереохимический результат(СНз)зСОН(СН3)3СО~К+Сохранение конфигурации (90—99%)(CH3)3COH(CH3)4NOH'Рацемизация (100%)(CH3)2SO + СН3ОНсн3о_к+Рацемизация (100%)СН3ОНсн3о'к+Обращение конфигурации (40—60%)В трег-бутиловом спирте, который не разделяет (не вызывает дис¬
социации) ионных пар и сольватирует основание, по изложенным выше
причинам опять наблюдается сохранение конфигурации. Однако в той
же среде с гидроокисью тетраметиламмоння — несольватируемым ка¬
тионом— происходит полная рацемизация. Такая же полная рацемиза¬
ция наблюдается в диметилсульфоксиде. Напротив, в метаноле — рас¬
творителе с высокими диссоциирующими свойствами — атака совер¬
шается метилат-анионом, а протон доставляется самим метиловым
спиртом — отличным донором протона. Результат — высокий процент
вальденовского обращения.Все описанные выше реакции образования карбаниона как неустой¬
чивого промежуточного продукта реакции сводились к отрыву протона
(или, реже, катиона металла) от углеродного атома под действием осно¬
вания или сольватирующего растворителя. Возможен и иной путь обра¬
зования карбанионов — нуклеофильная атака по двойной углерод-угле-
родной связи. Однако не всякая углерод-углеродная зх-связь способна
подвергаться нуклеофильным атакам. Для этого она должна быть или
сопряжена с электроноакцепторной группой, или углеродные атомы,
несущие л-электроны, должны быть непосредственно связаны с элек¬
троноакцепторными атомами или группами. Таким образом, нуклео¬
фильным атакам со стороны анионов НО", RO~, RCOO", NHJ (и со¬
ответствующих производных), CN" и ряда карбанионов подвержены си¬
стемы следующих типов:I	CF2=CF2 (CN)2C=C(CN)2 CF3CH=CH2 (CF3)2C=CH2 (CF3)2C=CF2II	CH2=CH—С—R ch2=ch-no2 ch2=ch-c=n ch2=ch—so2rОIII	R—C—CH=CH—C—R' R—C—CH=CH—N02 r—c—ch=ch—c=nR—C—CH=CH—SO,R16 Зак. 79
482КАРБАНИОНЫРеакция начинается с атаки анионом того атома углерода, партнер
которого, связанный с ним я-связью, способен лучше, чем атакуемый
С-атом, нести карбанионный заряд:1 2X—CH=CH-Y + z: —► х-CH—CH-YПолученный в результате атаки аниона карбанион должен быть,
таким образом, более устойчив (энергия его ниже), чем изомерный ему
карбанион. Устойчивость карбаниона достигается большим рассредото¬
чением отрицательного заряда на прилегающие группы. Способность
прилегающих групп рассредоточить (т. е. частично принять на себя)
заряд карбаниона уменьшается, по Арндту и Эйстерту, в следующем
порядке:—с=0 > —С=0 > —С.=0 > C==NI	I	IН	R	ORВ реакциях данного типа образование карбаниона — самая медлен¬
ная фаза реакции, определяющая ее кинетический ход. В общей форме,
изображаемой приведенным выше уравнением, группа X лучше рас¬
средоточивает электроны, чем группа Y (например, если Х=СН3—С—,Оa Y = CN). Если X и Y одинаковые группы, то атака идет с равной
вероятностью по тому или другому олефиновому углероду.Затем наступает быстрая (на кинетике, следовательно, не отражаю¬
щаяся) фаза реакции — стабилизация аниона, осуществляющаяся од¬
ним из двух путей. Анион может стабилизоваться посредством присое¬
динения протона из среды и завершения таким образом процесса, ре¬
зультатом которого является присоединение молекулы АН по двойной
связи (где А- — начинающий реакцию анион). Часто встречающаяся
альтернативная стабилизация осуществляется путем выброса из моле¬
кулы связанной с углеродом группы атомов в виде другого аниона, и
воссоздания этим путем непредельной связи. Здесь итогом реакции яв¬
ляется нуклеофильное замещение.Примеры нуклеофильного присоединения:СС13—СН=СН—N02 -f CH30" —>СН3ОН—> СС1з—СН--СН—NOj 	»- CCI3—CH—ch2-no2 + CH30'I	IOCH3	OCH3H+CCI3— Ctt-CH—no2 + СГ —-> CC13—CH—CH—no2 	► CClj—CH—CH2—no2I	ICl	ClORI - ROH
CF3—C=CH—СООСН3 + R0~ —> CF3—С—CH—С—OCH3 	>•>	I IIСНз	СНз оOR
I—> CFS—C—CHj—COCH3 + RO"I II
CH3 о
КАРБАНИОНЫ483SRIC6H5C—CH=CH—СОН + RS" —С6Н6С—СН—СН—СОНRSHооооSRС6Н5—С—СН2—СН—СОН + RS"II	IIО	ОПримеры нуклеофильного замещения, идущего через стадию нуклео¬
фильной атаки по я-связям:pCN	^CN(nc)2c=c(cn)2 + CH30'—>-(nc)2c—c—cn —>~(nc)2c=c + CN'\		Г‘тOCH,О	CHoR02S	CN	ROsS А /Л+ ch3o~—>■ ^с—с~бо2д—>-NCX NS02R	NC \>ch'so2hR02s_ /CN-> c=c. + «so:NC	^OCH3: ^ (>o2свн5с—ch=ch-no2 + nh2c6h5—усеи5с—CH—CH	—>■ооNHoCrHs	>■ C6H5C—CH=CH—NHCeH5 + h4-no2о^ Cno2C6H5C—CH=CH—NO* + N3—->■ C6H5C—CH—CH	>-I	S N“	V C6H5C-CH=CH“N3 + N01оОсобенно интересны с препаративной точки зрения реакции олефи-
новых связей, способных принимать нуклеофильные атаки, с карбанио-
нами. Сюда относятся конденсации Михаэля, например:R—СН2—С—R' + В : —>■ R-СН—С—R' + В!Н
II	IIО	ОR—CH—С—R' -*-> R—СН=С—R'II	Iо	Он: в+ С1Г,=СН—X-н* R—СН—CHo—СНХIО—CR'r—сн—сн2—сн2х + в:I0—CR'15*
484КАРБАНИОНЫгде X = —С—R; —N02; —CN или другая группа, активирующая угле-Ород-углеродную л-связь к нуклеофильным атакам, т. е. оттягивающая
электроны.Частный случай реакций акрилонитрила с карбанионами, а также
с кислородными и другими анионами называется реакцией цианэтили-
рования. Реакция эта, открытая Брусоном, особенно широко изучена
А. П. Терентьевым и А. Н. Костом. Примеры цианэтилирования:RO—;
затем Н +CHS=CH-CN 	► ROCH2CH2CNRNHjCHS=CH—CN —»■ RNHCH2CH2CNRCHj—CR'IIОв: - 			 ch2=chcn	RCH—CR'	RCH=CR'II	IО	О—► R'C—CH—CHjCHCN	R'C-CHCH2CH2CNII I	I! IOR	OR. ch2=chcn	XH2CHCN b • H—► R'C—C-CH2CH2CN 	R'C—C(		►& If	& l\:H,CH,CNXHjCHjCN
—► R'C-C^Д Ixch2ch2cnО RРеакция присоединения аниона к веществам типа RCO—СН = СН—X,
где X = Cl, CN, N02 и т. д., часто сопровождается выбросом аниона X,
и, как сказано, превращается в нуклеофильное замещение. Это может,
очевидно, происходить в тех случаях, когда именно X является группой,
легко уходящей в виде аниона:с6н5с—сн=сн—X —>■ с6н5с—сн-^-сн—х 	УII	Ч	II IО	А	О	А	>- С6Н5С—СН=СН—А + X"ОВ этой реакции А" может быть анионом бензолсульфиновой кислоты,
которая образует сульфон *?C6H5-C-CH=CH-N02 + С6Н5—Sf 	► C6H5-C-CH=CH-S-C6H5Д	\0- -NO-	||О	О*	Анион сульфииовой кислоты, как и иитрит-анион, часто реагирует с переносом
реакционного центра с О на S (или соответственно на N)-
карбанионы485или анионом азотистоводородной кислоты N7. Реакции такого типа,
изученные подробно А. Н. Несмеяновым, Н. К. Кочетковым, М. И. Ры¬
бинской и Л. В. Рыбиным, называются кетовинилированием.В иных случаях, когда гетеролиз связи С—X происходит более
медленно (X=CN), можно выделить оба продукта (замещения и при¬
соединения) :сн3о~С0Н5—С—CH=CHCN 	► Cells—С—СН—СН—CNII	II IО	о осн3	!	-CN~|	|н+сен5—с—сн=сносн3 сен6—С—сн..—СН—CN
II	II ' I
о	о осн3Интересно, что в случае p-нитровинилкетонов удалось обнаружить
двойственную ориентацию нуклеофильной атаки. Например, реакция
с анилином:свн5—с—сн=сн—no2 + nh2c6h5 —> с6н5—с—сн—сн,—no2 +II	II IО	и NHCijHs+ CeH5—С—CH=CHNHC6HS
IIоНаконец, карбанионы (в большинстве случаев генерированные дей¬
ствием оснований) реагируют с положительным углеродом карбониль¬
ной группы альдегидов и кетонов. Это — хорошо известные реакции
присоединения по карбонильной двойной связи аниона альдегида или
кетона (альдольная конденсация)6+^°
снз-с; +СН2—С;ОО'СН2=Счн\Н/°'сн,—с—сн.\нX,онили аниона уксусного ангидрида (конденсация Перкина):/°сьн5-с(" +\нсн,—с:ч0СНз-Ссн,,=с'сня-с;,0‘о^ОО'о оСвН5—С—СН2—С—О—С-СНз\нjо	оII	IIС6Н5—С=СН—С—О’ + СН3С—он
\
нВ случае конденсации Перкина можно предположить в качестве пер¬
вой стадии реакции образование малого количества аниона уксусного
486карбанионыангидрида в результате обменной реакции с ацетатом натрия:0\СН3—С/20 + СНз—С—О" Na+Осн.СНзоч0Лсн2=сснз-с:о/X/'XО'оNa+ + СН3СООНВо второй стадии происходит атака мезомерного аниона уксусного
ангидрида на карбонильный углерод, конденсация и затем отщепление
воды и гидролиз смешанного ангидрида:.И СН2—с:
С6Н5-С. +0 о5. СНз—С.Оо■° СеНа-СН-т-СН-С7н—о н Ъ%°	ЩС \)о/'		>-С6Н5—СН=СН—С—ОН + сНз-С—ОНIIоНитрометан при действии оснований присоединяется к альдегидам:R—С—Н +
IIО/О"CH2-N'^0CH2=NO'\э~О"Н/ + /
R—С—СН2—N\ Ч)О-Вообще подобные реакции карбанионов играют в синтетической хи¬
мии очень важную роль. К ним относятся такие хорошо известные чи¬
тателю реакции, как присоединение к оксосоединениям синильной кис¬
лоты, аниона ацетилена HC^sC” (А. Е. Фаворский, Реппе).Уже упоминавшийся тетрацианэтилен способен полностью оторвать
электрон, например, от металлического калия или от иона иода, образуя
анион-радикал тетрацианэтилена:(nc)2c=c(cn)2 + к;—ук;++ (nc)2c=c(cn)22(NC)2C =C(C.N)2 + 3KI	>- 2К+ + 2|(NC)2C=C(CN)2J + K+IaКалиевая соль тетрацианэтилен-аниона — кристаллы бронзового
цвета. Сигнал ЭПР * этого аниона расщеплен на девять линий.Тетрацианэтилен способен реагировать и с ароматическими соедине¬
ниями, но с частичным переносом электрона от ароматического ядра
к тетрацианэтилену, так что обе молекулы связываются в окрашенный
парамагнитный комплекс. С дуролом (1,2,4,5-тетраметилбензолом) и
с конденсированными ароматическими углеводородами такие ком¬
плексы удается получить в твердом индивидуальном состоянии, а не*	О спектра* ЭПР см. раздел «Свободные радикалы», стр. 490.
КАРБАНИОНЫ487только в растворах. Подобные же комплексы с частичным переносом
электрона образуют с ароматическими соединениями хиноны (см. хин-
гидрон, стр. 147).Тетрацианэтилен и хиноны относятся к числу веществ, обладающих
большим сродством к электрону и поэтому легко образующих анион-
радикалы или комплексы, получившие название комплексов с перено¬
сом заряда (КПЗ). Однако в определенных условиях анион-радикалы
образуются и из ароматических углеводородов. Так, бензол при более
низкой температуре восстанавливается металлическим калием в рас¬
творе диметоксиэтана с образованием анион-радикала. Диметоксиэтан
при этом играет важную роль, сольватируя ион калия:В анион-радикале бензола лишний электрон принимается на первую
возбужденную орбиталь л*, охватывающую всю систему, так что плот¬
ность его равномерно распределена по всем шести атомам углерода.
В соответствии с этим в спектре ЭПР наблюдается семь линий сверх¬
тонкой структуры с отношением интенсивностей 1:6:15:20:15:6:1.В аналогично образованном анион-радикале толуола плотность лиш¬
него электрона распределена иначе — на орто- и мета-углеродах кольца,
что приводит к пяти основным линиям спектра (В. В. Воеводский,
С. П. Солодовников).Нужно отметить, что к типу анион-радикалов относятся и металлке-
тилы, получаемые восстановлением калием или натрием ароматических
кетонови так называемые фосфиды — продукты восстановления окисей третич¬
ных фосфинов, например(М. И. Кабачник, В. В. Воеводский с сотр.).Анион-радикалы могут быть получены и при восстановлении другими
методами, например электрохимически. В последнее время выяснилось,
что они играют важную роль во многих реакциях, начинающихся с пе¬
реноса электрона, например в реакциях металлирования и и особенно
в биохимических процессах восстановления (JI. А. Блюменфельд).Анион-радикалы и комплексы с переносом заряда обычно глубоко
окрашены, так как неспаренный электрон в них занимает первую воз¬
бужденную орбиталь, с которой возможны переходы на близлежащую
следующую, что соответствует поглощению кванта видимого света.В последнее время найдено, что некоторые непредельные сопряжен¬
ные системы способны присоединить два электрона с образованием дву¬
зарядного аниона — дианиона. Таков, например, изученный Д. Н. Кур-
сановым и др. дианион циклооктатетраена (стр. 470):с6нв + к • + снз—о—сн2—сн2—о—сн3 —>■ [с6не.]' + Y12\ /СН2освн6—с—с6н5 + кIIос—СоНЛ к*[(СбН5)3р—о”] к+
488КАРБАНИОНЫВ таком дианионе образуется ароматический децет электронов
(4п + 2), и поэтому он устойчив.Существуют и дианион-радикалы — частицы, образующиеся из аро¬
матических карбанионов при присоединении к ним еще одного элек¬
трона.Большую группу карбанионов составляют илиды, из которых наи¬
большее значение для синтеза имеют фосфорилиды (реакция Виттига,
кн. I, стр. 247). Эти карбанионы представляют собой биполярные ионы,
в которых положительный заряд сосредоточен на ониевом атоме, а от¬
рицательный, в большей или меньшей мере, — на углероде, например: .+ _/R	yR(C6HS)3P-C( ^ (С6Н5)3Р=С(XR'	XR'Как и в других случаях, стабильность этих биполярных карбанионов
зависит от степени делокализации анионного заряда. Таким образом,+ —в ряду фосфорилидов (С6Н5)зР—CHR стабильность повышается в та¬
кой последовательности:R=H < С6Н5 < C6H4N02 < С' < —С'юя	\rФосфорилиды, несущие карбонильную группу, уже настолько ста¬
бильны, что соответствующие им ацилфосфонии(С6Н6)3Р-СН2-С( Ч=* Н+ +
XR(СаН5)3Р=СН--СГXR♦ - /> ♦ /0_(c6hs)3p-ch-c^ ч-*. (с6н5)3р-сн=с;XR	XRявляются кислотами, приближающимися по силе к карбоновым кисло¬
там. По данным М. И. Кабачника и Т. А. Мастрюковой, соли трифе-+нилфенацилфосфония [(СбН5)зРСН2СОС6Н5]Х являются кислотами
с константой диссоциации рКа — 6,5 в 50%-ном спирте; рКа бензойной
кислоты в 50%-ном спирте равно 5,63.
СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫВ разных местах курса упоминались реакции, протекающие через ста¬
дию образования свободных радикалов. Сюда относятся рассмотренные
уже реакции хлорирования и бромирования на свету (кн. I, стр. 66),
сульфохлсрирования на свету (кн. I, стр. 68), окисления молекулярным
кислородом (см. стр. 127 и кн. I, стр. 254), термического крекинга
углеводородов (кн. I, стр. 65), распада некоторых азо- и диазосоедине¬
ний (стр. 97), радикальной полимеризации (кн. I, стр. 256) и теломе-
ризации (стр. 509).Большая часть этих реакций протекает по цепному механизму
(кн. I, стр. 67),Свободные радикалы, о которых идет речь, могут быть: а) неустой¬
чивыми (термодинамически) частицами — осколками молекул с неспа¬
ренным электроном, подобными СН3* и СбНб* и их гомологам; б) ато¬
мами, имеющими неспаренный электрон, например Н*, Cl*, Na*; в) на¬
конец, существуют термодинамически устойчивые радикалы, подобные
триарилметилам (стр. 195) и семихинонам, в которых устойчивость до¬
стигается рассредоточением неспаренного электрона по я-сопряженным
(в данном случае ароматическим) структурам. Устойчивым свободнора¬
дикальным частицам подобны также окислы азота (NO2, N0), так как
они имеют неспаренный электрон.Нечетный электрон атома водорода — это s-электрон; в случае атома
хлора, а также любого С-радикала это /г-электрон.Устойчивый свободный радикал обычно не вступает в обменные
реакции с молекулой, а только соединяется с радикалом. Поэтому та¬
кие радикалы не могут продолжать цепь, но могут ее обрывать (так
как они уводят свободные радикалы — продолжатели цепи) и служить,
таким образом, ингибиторами цепных реакций. Некоторые соединения
переходных металлов содержат нечетные электроны на d-уровнях.
Это вполне стабильные соединения, не обладающие реакционной
способностью свободных радикалов, но иногда способные, оторвав
электрон, породить свободный радикал и инициировать цепную
реакцию.Все эти частицы и молекулы с неспаренным электроном благодаря
его некомпенсированному спину парамагнитны, что и можно устано¬
вить при помощи магнитных весов (если речь идет об устойчивых ча¬
стицах) или путем измерения электронного парамагнитного резонанса
(так же и для неустойчивых частиц в реакциях, если концентрация сво¬
бодных радикалов не слишком мала).
490СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНСОткрытый Е. К. Завойским в Казани в 1945 г. метод электронного па¬
рамагнитного резонанса стал за короткое время мощным методом иден¬
тификации свободных радикалов и наблюдения за поведением нечет¬
ного электрона в молекулах. В основе метода лежит следующее. В на¬
ложенном постоянном магнитном поле // неспаренный электрон должен
ориентироваться в направлении поля или против него, причем обе
ориентировки разнятся энергией электрона. Эта разность энергии Е
выражается формулой:где g — постоянная величина, равная для свободного электрона 2,0023;
р — магнетон Бора, равный 0,927-10~20 эрг/гс.Такое расщепление уровней энергии электрона в магнитном поле
делает возможным поглощение энергии Е электроном в нижнем энерге¬
тическом состоянии с переводом его в верхнее со¬
стояние. Это совершается при облучении свобод¬
ного радикала, находящегося в постоянном маг-Гнитном поле Я, коротковолновым излучением hx —
= Е = g$H. Именно при длине волны этого излу¬
чения, определяемой данным соотношением, на¬
ступает резонансное поглощение.Рис. 113. Спектр ЭПР Метод весьма чувствителен и позволяет обна-
свободного радикала. руЖИТЬ концентрации свободного радикала до
10~12 моль/л. Кривая поглощения имеет форму
с островыраженным пиком (рис. 113). Однако такой простой вид кри¬
вой получается только при отсутствии в радикале атомных ядер, имею¬
щих спин (и следовательно, магнитный момент) и способных взаимо¬
действовать с неспаренным электроном. Поскольку протон имеет спин,
то наиболее обычный случай — наличие такого взаимодействия, так
называемое спин-спиновое расщепление. При этом единственный пик
превращается в (и+1) пиков, где п — число одинаковых по положе¬
нию водородных атомов, взаимодействующих с неспаренным электро¬
ном. Например, для метильного радикала п = 3, и на кривой поглоще¬
ния появляются четыре пика; для гидроксильного радикала НО*, оче¬
видно, появляется два пика; для иона семихинона* °~~ —°"в котором электрон рассредоточен по обоим кислородным атомам и все
четыре водорода симметричны, т. е. п = 4, в спектре ЭПР имеется пять
пиков. Картина гораздо сложнее, если имеются «неодинаковые» водо-
роды. Однако как раз спин-спиновое расщепление позволяет хорошо
идентифицировать свободные радикалы по индивидуальной картине
ЭПР, характерной для каждого.Другой, более старый классический способ обнаружения неспарен¬
ных электронов и, в частности, свободных радикалов — спектроскопия.
Неспаренный электрон обнаруживает себя в триплетности соответ¬
ствующей линии спектра, так что «триплетное» и «свободнорадикаль¬
ное» состояние частицы стали синонимами. Используется также масс-
спектрометрия. Поскольку свободнорадикальные реакции чаще всего
протекают по типу цепных реакций, используется измерение характер¬
ной кинетики цепных реакций (см. стр. 510) с их S-образным разви¬
тием, включающим начальный период индукции. О наличии свободных
радикалов судят также по признаку ингибирования цепных реакций
добавкой «уловителей радикалов» — ингибиторов.
ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ49!Как мы видели на примере иона семихинона, из ЭПР-измерений со¬
вершенно однозначно следует вывод об объективной реальности явле¬
ния делокализации (рассредоточения) свободного электрона по слож¬
ным сопряженным системам. Аналогично спектр ЭПР трифенилметила
однозначно указывает на то, что неспаренный электрон этого радикала
взаимодействует со всеми 15 атомами водорода трех фенильных ядер.ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВВсе свободнорадикальные реакции начинаются с акта образования сво¬
бодного радикала, поэтому следует вкратце рассмотреть способы гене¬
рации свободных радикалов.Назовем четыре типа реакций образования свободных радикалов,
протекающих преимущественно в газообразной среде или в раствори¬
теле с низкой диэлектрической проницаемостью и низкой сольватирую-
щей способностью. В растворителях же с высокой диэлектрической про¬
ницаемостью и высокой сольватирующей способностью преобладают
гетеролитические и ионные реакции.Тип I. Гомолиз связей, например С—С, О—О, С—N —N, С—М
(М — металл), осуществляемый:а)	пиролизом'—иногда при низких, например комнатных, темпера¬
турах, как для (С6Н5)зС—С(СбН5)3, или при температурах <100°С,
как для перекисей или азодинитрила изомасляной кислоты;б)	облучением (ультрафиолетовыми квантами или жестким излу¬
чением) .Энергии разрыва связей разных типов см. кн. I, стр. 322.Тип II. Реакции, протекающие по принципу «радикал порождает
радикал», например:RC1 + Na* —>- R • + NaClСН3 • + СН3СН2СН3 —V СН4 + СН3—СНСНз
СН4 + С1- —* СН3. + НС1
R • + СН2=СН2 —► RCH2—сн2.и т. д.Тип III. Реакции с участием редокс-систем, в которых нечетность
электрона достигается в результате передачи одного электрона моле¬
кулой с парными электронами окислителю (обычно катиону металла
переменной валентности) или иногда обратной реакцией:ROOH+Co3+ —► ROO. + Co2++H+ROOH + Со2+ —* RO • + ОН” + Со3+ROOH + Fe2+ —> RO • + ОН" + Fe3+Тип IV. Электродные процессы, например типа реакции Кольбе
R—С—О'-е —> R—С—О- —► R* + C02или электро.лиз гриньярова реактива:RMgX + e —* R • + Mg + Х~Реакции типа I. 1. Первой реакцией этого типа, в которой было
доказано образование свободных метильных и этильных радикалов,
был пиролиз паров тетраметил- и тетраэтилсвинца, осуществленный
в 1929 г. Пакетом:(С2Нб)4РЬ —> 4С2Н5.+РЬ
492
\ 	СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫСуществование метальных радикалов в быстром токе разреженного
водорода (2 мм рт. ст.) было доказано превращением металлов Hg, Pb,
Sn в их метильные производные. Можно было, зная скорость тока газа,
несущего радикалы, и расстояние, на котором прекращалось взаимодей¬
ствие с металлом, вычислить время существования радикалов, оказав¬
шееся порядка 0,01 сек. Постепенно они рекомбинировались2СН3 • —> СН3—СН3
и диспропорционировались:2С2Н5. —> С2Н4 + С2Н6Другие металлоорганические алкильные и арильные соединения ве¬
дут себя так же.Подобный гомолиз металлоорганических соединений можно осуще¬
ствить и фотохимически, как показал Г. А. Разуваев, который явился
одним из первых исследователей свободнорадикальных органических
реакций в растворах еще в 30-х годах XX века.2.	Пиролиз алифатических углеводородов в жидкой и газообразной
фазах (крекинг) при температуре ~500—700 °С приводит к разрыву
С—С-связей, которые менее прочны по отношению к гомолизу
(84 ккал/моль), чем С—Н-с.вязи (100 ккал/моль). Стоит оторваться ме¬
тальному или этильному свободным радикалам, как они начинают цеп¬
ную реакцию: вырывают атом водорода из новых молекул алканов —
предпочтительно третичный водород, затем вторичный и лишь в послед¬
нюю очередь первичный. Энергия активации отрыва свободным радика¬
лом первичного водорода на 2 ккал больше, чем вторичного, и на 4 ккал
больше, чем третичного, при одинаковом предэкспоненциальном фак¬
торе, что соответствует отношению скорости реакции при 500 °Спере : втор : трет — 1 : 3,7 : 13,4Образовавшийся новый алкильный радикал быстро распадается по
схеме, подобной следующей (мономолекулярная реакция):СН3 • + СпН2/1+2 —► СН4 + • CnH2„+i
СН3—СН2—СН2—СН2—СН— СН3 —► CHS—СН2—СН=СН2 + * СН2СН3Не распадаются в условиях крекинга только метил и этил. Таким
образом, и тот, более длинный, чем этил, радикал, который остается
после отщепления метила или этила в первичном акте крекинга, тоже
распадается, и реакция продолжается. Кроме того, возможна изомери¬
зация радикала. Если радикал имеет цепь из шести и более углерод¬
ных атомов, он может изомеризоваться, отрывая водородный атом от
одного из собственных углеродов (обычно из пятого положения), благо¬
даря чему радикальный центр перемещается в энергетически наиболее
выгодное положение, после чего радикал распадается гомолитически. Эти
отношения выяснены Райсом, построившим на их основе количествен¬
ный расчет выхода продуктов крекинга.3.	Пиролиз перекисей проходит при невысоких температурах (около
100 °С). В результате пиролиза могут образоваться как жирные, так
и ароматические радикалы R*:—2R—С—О • —> R • + С02IIa) R—С—О-О—C—R —	ОI!	IIО	О	—► R • + R—С—О • + С02IIО
ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ493б)	(СН3)3С—ООН —-*• (СН3)3СО • + • ОН(СНз)зСО . + (СНз)зСООН —■> (СНз)3СОН + (СН3)3С—ОО •2(СН3)3С—ОО. —> 2(СН3)3СО • + 02в)	RO—С—О-О—С—OR —> 2R—О—С—О • —* 2R0 • + С02I!	II	II0	0	оперокскдикарбонат4.	Пиролиз нестойких азосоединений, например азодинитрила изо-
масляной кислоты:Н3С СНз4 /	гнN—С—CN	снз\ .II	—* N2 + 2 С—CNN-C-CN	СН,// \Н3С СНз5.	Распад ароматических диазосоединенпй в неполярных средах:Ar—N=N—Cl —* Ar • + N2 + Cl •6.	Молекула дисульфидов R—S—S—R более или менее легко дис¬
социирует на два радикала RS*. Легкость диссоциации зависит от
способности R рассредоточить неспаренный электрон, так что наиболее
благоприятны ароматические и гетероциклические остатки с системой
л-связей, доходящей до углерода, несущего S*. Таким соединением яв¬
ляется 2,2-бензтиазолилдисульфид, уже при 100 °С диссоциирующий по
приведенному ниже уравнению с константой равновесия 6• 10-5:NV-S-NчС—S.Все реакции типа I могут быть использованы для инициирования
разнообразных цепных реакций, причем практически особенно приме¬
нимы реакции 3 и 4.Реакции типа II. Образование свободных радикалов из других
радикалов нам уже встречалось. Такие реакции сопровождают, как вто¬
ричные реакции дальнейшего превращения, любые, особенно высоко¬
температурные реакции первичного образования свободных радикалов.
Множество дальнейших примеров этого рода мы встретим при рассмот¬
рении реакций распада и присоединения свободных радикалов.Многие молекулы, способные к термическому гомолизу, оказы¬
ваются способными к фотогомолизу (фотодиссоциация), но область по¬
глощения света у разных соединений различна. Так, перекиси погло¬
щают свет с длиной волны лишь ниже 3200 А и поэтому непригодны для
фотолиза в стекле. Азодинитрил изомасляной кислоты поглощает в об¬
ласти 3450—4000 А и удобен для получения свободных радикалов фо¬
толизом. Диметилртуть и тетраэтилсвинец фотодиссоциируют под дей¬
ствием света с длиной волны 2800 А. Легко подвергается гомолизу под
действием света связь С—Hal галоидных алкилов. Для гомолиза йоди¬
стых алкилов требуется свет с длиной волны 3130 А, для бромидов и
хлоридов — более коротковолновый.Особенно хорошо изучена фотодиссоциация ацетона и других кето-
нов (Нойес, Норриш), протекающая по типу-> СН3 • + СНз—С •
//494	СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫРеакции типа III. Что касается генерации радикалов в редокс-
системах, то примеры с участием ионов Мп, Со и Fe разной степени
окисления уже были приведены. В таких системах ион металла, заби¬
рая или отдавая электрон, превращает молекулу с четным числом элек¬
тронов в свободный радикал с неспарениым электроном или в сумму
свободного радикала с неспаренным электроном и иона (или моле¬
кулы) с четным числом электронов. Однако существуют редокс-системы,
выполняющие ту же роль и без участия иона металла, например си¬
стемы перекись — амин:СНзЧ ,—,	+С(НзROOH + ; N	(О) —► RO • + ОН" + • ni¬
gh/ IСНзВсякого рода редокс-системы применяются на практике как инициа¬
торы цепных реакций, особенно для полимеризации в водной среде (по¬
лимеризация в эмульсии). . . _РЕАКЦИИ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ
Элементарные актыI.	Присоединяя электрон, свободный радикал превращается в анион.
Сродство к электрону выражается следующими величинами (в газовой
фазе):РадикалСродство
к электрону,
ккал/мольРадикалСродство
к электрону,
ккал/мольСЬ	88.2но. . . . .F*	83,5с6н5о.. . •27Вг.	81,6(С6Н5)3С. .4874,6сн3.....25ноо. . . .70II.	Отдавая электрон, свободный радикал образует катион. Уотерс
первым сделал вывод о том, что органические свободные радикал'ы и
соответствующие им анионы и катионы составляют пары термодинами¬
чески обратимых окислительно-восстановительных систем:R • ч=^ R+ + е e + R.^rRj-Рочи и Мог привели доказательства того, что 2-циан-2-пропилради-
калы СН3—С—СН3 восстанавливают соли двухвалентной меди в средеICNацетонитрила по механизму одноэлектронного переноса-СН3—С—СН3 + Си2+ —>- СН3—С—СН3 + Си+CN	CNн2оСНз-С-СНз -ICN011СНз—с—СН3 + Н+ + HCNсн2=с—СНз + н+1CN
РЕАКЦИИ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ495Радикал, который при потере электрона дает сравнительно стабиль¬
ный катион, называют электронодонорным. К таким радикалам отно¬
сятся: алкилы, сс-арилалкилы, а-гидроксиалкилы, ацилы и а-аминоал-
килы.Радикал, который при приобретении электрона дает сравнительно
стабильный анион, называют электроноакцепторным. К таким радика¬
лам относятся: полигалоидалкилы, а-цианалкил, а-карбонильный и
а-алкоксирадикалы. Донорно-акцепторные свойства таких радикалов и
соответствующих соединений, способных образовывать указанные ра¬
дикалы, проявляются в переходном состоянии реакции.III.	Реакция соединения двух свободных радикалов — одинаковых
или разных, называемая рекомбинацией, не требует (или требует ма¬
лой) энергии активации и является обычной реакцией обрыва цепи в
цепных реакциях. Примеры:CN+C1* —► С!2 обрывы цепи при хлорировании
R. + C1* —> RC1С2Н5 • + Н • —► С2Н6 обрывы цепи при крекинге
Сн3 • + СН3 • —► С2НаRO • + • OR —► ROOR	обрывы цепи в реакциях окисленияО	О	О ОII	II	II IIR—С • + R—С—О • — * R—С—О—С—RIV.	Распад радикалов, а) Алкильные радикалы старше СгН5* не¬
устойчивы в условиях пиролиза (т. е. при температурах около 500°С)
и распадаются по типу:RC„H2„. —► R • + C,-jH2riСудя по осуществляемым реакциям фотохимически инициируемого
гомолитического замещения водорода в алканах на хлор, —S02C1 и т. д.
(стр. 497 сл.), радикалы •Cn//2n+1 с длинной цепью углеродных атомов
при невысоких температурах фигурируют как промежуточные продукты
реакции, не распадаясь.б)	Алкоксильные свободные радикалы способны распадаться с об¬
разованием оксосоединений и алкильных свободных радикалов:(СНзЬС—О- —► (СН3)2С=0 + СН3.в)	Ацильные радикалы способны распадаться (при более высокой
температуре) на алкильные свободные радикалы и СО:R-—С • —> R • + СОг)	Ацнлатные радикалы очень неустойчивы; они декарбоксили-
руются, образуя алкильные (или арильные) свободные радикалы:ОIIR—С—О • —-> R • + С02д)	Перекисные радикалы типа R—О—О*, по-видимому, способны
распадаться так2R—О—О • —► 2R—О • + 02хотя не исключен и механизм
496СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫЕсли перекисный радикал имеет а-водород, то возможен другой
процесс распада:2R2CH—О—о. —у r2c=o + r2choh + 02V.	Реакции внутримолекулярной перегруппировки свободных ради¬
калов см. в разделе «Перегруппировки» (стр. 553).VI.	Диспропорционирование, т. е. превращение двух алкильных ра¬
дикалов (не ниже этильных) в смесь алкана и алкена. Реакция эта,
как показывает опыт с меченым этилом СНзСОг*, полученным фото¬
лизом CH3CD2COCD2CH3, идет по механизму «голова к хвосту»:сн3—cd2 • + н—сн2—cd2 • —>- сн3—cd2h + ch2=cd2Присутствие неспаренного электрона в радикале ослабляет окру¬
жающие связи. Так, для *СН2СН2—Н энергия связи 40 ккал/моль, в то
время как для СН3СН2—Н она составляет 98 ккал/моль.VII.	Реакция с кислородом является обычным звеном цепной реак¬
ции окисления кислородом углеводородов, альдегидов, простых эфиров
и т. д.: ,R • + 02 —>- R—О—О •Радикал с нечетным электроном на углеродном атоме превращается
в радикал с нечетным электроном на кислороде.VIII.	Реакции с водород- или галоидсодержащими молекулами —
важный частный случай реакций, текущих по принципу порождения
радикала радикалом. В этих реакциях свободный радикал вырывает
из молекул окружающей среды водородный или галоидный атом, обра¬
зуя новый свободный радикал. Такие реакции часто бывают также зве¬
ном в цепной реакции, например в реакции окисления кислородом. Воз¬
можно и изомеризация радикалов (стр. 577).Примеры:R—С—О—О • + R—С—I I —>• R—С—О—О—Н + R—С .I!	II	II	IIООО	оR—C—О—О* + СН3—СН— СНз —> R—с—0—0—Н + СНз—С—СНзII	I	II	Iо	он	о	онс6н5« + с2н5он —> С5Н6 + СНзСН .IОНС6Н5 • + СНз-С—СНз —> Сбн6 + СНз—С-СН2 •4	АСС13 - +СН3—СН— СН3 —► CHCI3 + CH3—С—СНзI	Iон	онС„Н5. + СС14 —► С6Н5С1 + СС1з*С1 • + RH —> HC1 + R-
R. + SOzC12 —> RC1 + .S02C1Водородные атомы вырываются радикалами из алифатических со¬
единений, но не из ядра ароматических. О поведении алифатических
непредельных соединений см. кн. I, стр. 248 сл., ароматических — в этой
книге, стр. 500. Галоид вырывается углеводородными радикалами из
полигалоидных алифатических соединений (в случае хлороформа пред¬
почтительно вырывается атом водорода).
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ497Естественно, что радикалы с нечетным электроном на кислороде вы¬
рывают водород, но не галоид.IX.	Реакции присоединения свободных радикалов к олефинамR • + СН2=СН2 —> R—СН,—СН2 •порождают гомологичные свободные радикалы и фигурируют как пер¬
вая фаза реакций гемолитического присоединения, теломеризации и
радикальной полимеризации.СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИГемолитическое замещениеГ а л о и д и р о в а н и е. 1. Гомолитическое галоидирование (фториро¬
вание, хлорирование п бромнрованпе) может совершаться элементар¬
ным галоидом на свету по цепной реакции. Для примера в табл. 83
приведены теплоты отдельных фаз цепной реакции фотохимического
галоидированпя метана (Х2 — молекула галоида). Здесь —АН, как
всегда, энергия, выделяемая при экзотермической реакции в газовой
фазе.Таблица 83. Теплоты отдельных фаз реакции галоидированпя метана(— ДЯ ккал/моль)FCiBrIfcva) X3-*2X*+37+58+46+366) X. + CH4 -> CH3. + HX—33-1+ 15+31в) R. + X2 -» RX + X.—60-23-21— 17Сумма 6 + в-93—24-6+ 14Как видно, только атомы фтора и хлора вырывают из метана водо¬
род зкзотермично. Для брома, хотя процесс в итоге слабо экзотерми-
чен, но стадия превращения метана в метильный радикал эндотермична,
и реакция не идет. Лучше обстоит дело с фотохимическим бромирова-
нием алканов — гомологов метана — и циклоалканов, однако реакцион¬
ные цепи и здесь очень коротки и квантовые выходы низки. Например,
для бромирования циклогексана квантовый выход при комнатной тем¬
пературе составляет ~2, в то время как при хлорировании ~10\ а при
фторировании еще больше. Фотохимическое бромирование толуола в
цепь из-за большей стабильности бензильного радикала (и более низ¬
кой его энергии — следствие рассредоточения электрона по сопряжен¬
ной я-электронной системе) зкзотермично уже на стадии отрыва водо¬
родного атома, и реакция идет. Как показали Хараш и Броун, свобод¬
норадикальное хлорирование оптически активного 1-хлор-2-метил-
бутанаСН,	СНз.1	CI,	|	С!зСН,-СН,—С—С1ЬС! —СН-СН-С-СН2С1 —►■ IНсн,IСНа—CII —ГЛ J,C1 -f Cl •ICl
498СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫприводит к рацемическому 1,2-дихлор-2-метилбутану. Это общее прави¬
ло— свободные радикалы с радикальным центром на асимметрическом
углероде рацемизуются. Возможно, это происходит вследствие плоской
структуры свободного радикала, или же, будучи пирамидальным, он
рацемизуется в силу того же туннель-эффекта, в силу которого не су¬
ществует оптических антиподов у пирамидально построенных третичных
аминов типаR „ггОтносительная реакционная способность различных водородных ато¬
мов в реакции радикального хлорирования разных углеводородов мо¬
жет быть проиллюстрирована следующим сопоставлением (100°С, га¬
зовая фаза, равное время реакции):СН3 СН2СН3 СН—СН-СНз СН2С(СН3)3 СН2—С(СН,)2II	II	I	IIни	н н	н	н н100 111	108 462	88	85 590За сто здесь принята реакционная способность связи С—Н в ме¬
тане. Цифры выражают выход данного хлорпроизводного, деленный на
число водородных атомов того же сорта, что и замещаемый (поправка
на статистический фактор). В соответствии с большей устойчивостью
третичных и вторичных свободных радикалов сравнительно с первич¬
ными замещение у третичного углерода проходит скорее, чем у вто¬
ричного, и особенно, чем у первичного. Наиболее инертен метан.При фотохимическом хлорировании в растворителях, образующих
л-комплекс с С1 •, разница в скоростях хлорирования в первичное,
вторичное и третичное положения может быть резко увеличена. Так,
в н-пентане, применяемом в качестве растворителя, относительная ре¬
акционная способность первичного и вторичного водорода по отноше¬
нию к хлору при 25°С составляет 1 :3, в бензоле 1 :5, а в сероуглероде1	:29.Электронооттягивающие группы замедляют гомолитическое хлори¬
рование. Например, относительная реакционная способность а-, (5- и
у-звеньев в масляной кислоте и пропионитриле выражается числами:С—С—С—С—ОН	С—С—C=N1	3 0,24(1	1 0,52.	Другой метод гемолитического хлорирования (Хараш) состоит
в действии на углеводороды хлористого с.ульфурила при инициирова¬
нии цепной реакции перекисью. Вся сумма реакций выражается схемой:С6Н5—С—0\ —> 2С6Н0—С.—О • —> 2С6Н5" + 2С02II	IIО )2	оRH + C„HS. —V C,HS-H + R*R. + SOjClj —* RCI + • SO,С1•	sOnCi ?=;*: so2 + ci.RH + • S02C1 —V R . + HC1 + S02
RH + CN —> R. + HCl и т. д.
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ499Гомолитическое бромирование осуществляют бромсукцинимидом.
Гомолитические цепные реакции с его участием идут только в средах
с невысокой диэлектрической проницаемостью или при действии твер¬
дого бромсукцинимида. Бромсукцинимид действует или с добавлением
инициатора—-перекиси, или на свету, или при нагревании. Особенно
большое значение имеет бромирование в аллильное положение, не за¬
трагивающее двойной связи. Реакция развивается так:С.Н,ОСН2—Су/%'N—Вгhvсн2—с:оосн2осн.лосн,—С;уосн.N—Вг + R—СН—СН=СН2->■ |	N ■ + Вг *сн,—сч,N . + R—С,Н2—СН=СН2СН,сн,оNH + R—СН—СН=СН2СН,СН,ооN • + R—СН—СН=СН2 и т. д.Вг3. Гомолитическое бромирование и хлорирование могут быть осу¬
ществлены при действии галоида на серебряную соль карбоновой кис¬
лоты (реакция Бородина — Хунсдиккера). При этом первоначально об¬
разующийся ацилат-радикал декарбокснлируется и на место карб¬
оксила встает атом галоида:R—С—OAg + Br* —* R—С—О. + AgBrR—С—О • —► R . -f С02IIОR • + Вг2 —>- R—Вг + Ег • и т. д.Особенность реакции та, что галоид может быть поставлен этим пу¬
тем у головы моста бициклов, куда его нельзя ввести ни при каком ну¬
клеофильном замещении: замена любой группы X у головы моста на
нуклеофил требует вальденовского обращения (кн. I, стр. 369), которое
в жесткой структуре бицикла невозможно у головы моста.Таким образом, это частный случай сохранения конфигурации сво¬
бодным радикалом.Сульфохлорирование. При действии на алкан сернистого
газа и хлора при освещении происходит цепная реакция, используемая
в практике для получения поверхностно-активных солей алкансульфо-
500СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫкислот (моющие вещества):hvС1а 	► 2С1 •RH + C1. —> R- + HC1
ОIIR . + S02 —* R—S •IIО
О	оI!	IIR—S •	С12 —* R—S—С1+С1*II	IIО	оПри этом нормальный алкан сульфохлорируется и в первичное, и
во вторичное положение (преимущественно во вторичное).Ту же реакцию можно осуществить, действуя на алкан хлористым
сульфурилом в присутствии пиридина, так как последний вызывает
распад S02C12:пиридинSO2CI2	* SO2 "f* Cl2Хлорформилирование. При облучении хлористый оксалил
и фосген действуют на предельные углеводороды по следующей цепной
реакции:hv	/С1(С0С1)2 	► 2 • С —> С1 • + СО + • С^О	Ч0RH + C1. —> R • + НС1/С1R. + (COCl)2 —»• R—С^ +.СОС1
Ч0•	COCL —>• СО + С1-Введение сульфогруппы. Сульфогруппа может быть вве¬
дена действием 02 и S02 на алканы и циклоалканы. Реакция идет под
влиянием ультрафиолетовых лучей:ОIIR • + S02 -f- 02 —> R—S—О—О •IIОО	О	ОII II so2 II
RH + R-S—О—О. —> R. + R—S—О—ОН 	»■ R-S—ОНII	II	IIО	0	0Аналогична реакция с алканами треххлористого фосфора и кисло¬
рода (Л. 3. Соборовский). Приводим лишь итоговое уравнение:RH + РСК + 'ДА — R—Р0С]г + НС1Гомолитическое замещение в ароматическом ядре.
Наиболее изученные реакции этого типа — арилирование бензола и его
производных посредством свободных арильных радикалов, получаемых
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ501разложением перекиси ароила или ароматического диазосоединения
(реакция Гомберга — Бахмана, 1924 г., стр. 99). При этом установ¬
лено (Хей), что результат реакции один и тот же, каков бы ни был
источник арильного радикала. Реакция протекает по схемам:’Ar—С—О-
IIО2Аг - + 2С02/ ДгAr. + (QN—X — Ar—<Q>—Х\ + 7-X +X/-Ar j + [Н •]Ar—N=N—О—С—СН3 —
IIОАг • + N2 + ■ С—С—-СН3
IIОНа деле замещаемый атом водорода, вероятно, не выделяется в сво¬
бодном состоянии, а отщепляется вторым свободным радикалом от
ст-комплекса (стр. 38), образованного первым свободным радикалом и
ароматическим соединением:Аг /=\Аг,+ Д_/~хАгX + АгНИнтимный механизм этой стадии замещения не может быть выяснен
исследованием только кинетики и продуктов реакции, однако ясно, что
она не имеет характера цепной реакции и, следовательно, водородный
атом «не выходит в объем» в качестве свободного радикала.В высшей степени интересно при этом ориентирующее действие за¬
местителя X в атакуемом бензольном ядре (табл. 84).Таблица S4. Ориентирующий эффект заместителя X в бензольном ядре
при гемолитическом замещении арилом (радикальная атака)Замест и-
тель XСодержание изо¬
меров в продукте
реакции, %Замести¬
тель XСодержание изо¬
меров в продукте
реакции, %Замести¬
тель XСодержание изо¬
меров в продукте
реакции, %оннЯаон<3ЯО.онСЗнЧ)Я!ЛО.ОSсоЯсс?Атакующий радикал* С„н6.Атакующий
радикал n-NO^CeH^no2621028СНз671114no2581527F543115С*Нв532819Cl602416Cl503218С3н7314227СС!301000Вг493318<СН3)3С244927I523217с6н548,52328,5CN601030CF3СС1з2912414930ЗЭ* Действие перекиси бензоила при 80 °С.Как показывают приведенные данные, ориентация замещения при
гемолитическом фенилировашш гораздо менее избирательна, чем при
502СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫэлектрофильной атаке: все три изомерных Х-замещенных бифенила обра¬
зуются в сравнимых количествах. При этом разница в ориентирующем
действии групп N02 и СН3 не слишком велика, значит, свободный фе-
нильный радикал не отличается ни выраженной, электрофильной, ни
нуклеофильной активностью. Положение может измениться, если при¬
дать атакующему свободному фенильному радикалу большую электро-
фильность, введя в него, например, нптрогруппу. В случае индуктивно
оттягивающей электроны группы СС13 картина резко меняется и СС13
ведет себя как 100%-ный мета-ориентант. Однако, если заместитель в
атакуемом ароматическом соединении N02 или С1, картина не меняется.
Более того, если фенилдиазоацетат разлагать в эквимольной смеси нит¬
робензола и толуола, то в смеси нитродифенилов получается в четыре
раза больше, чем метилдифенилов, т. е. нитробензол реагирует актив¬
нее, чем толуол. Можно высказать предположение, что это зависит от
большей возможности нитрогруппы рассредоточить нечетный электрон
в переходном состоянии и понизить тем самым энергетический уровень
переходного состояния и о-комплекса при атаке в пара- или орто-поло¬
жение к нитрогруппе. Например, так:С6Н5. +N:.О'Оn;ч->-+/9:¥+ /°-
/ • *N,"О*"О:н с6н3 н х6н5 н' х6н5 н' ^с6н5я т.д.n:о¥С6Н5или, выражая сг-комплекс одной формулой (пунктирные стрелки —пе¬
редвижения одного электрона):С6НЙ. +<0)-^го2-У-С6Н5—х~И Т.д.Индуктивно действующие группы СН3, СС13 и т. д. не могут обеспе¬
чить такого рассредоточения. Способность нитрогруппы в бензольном
ядре к рассредоточению нечетного электрона явствует из большей ге¬
молитической диссоциации гексанитрофенилэтана на свободные три-
арилмстнльные радикалы сравнительно с гексафенилэтаиом (стр. 207).
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ503Реакции аутоокисленияТак называются цепные реакции окисления молекулярным кислородом.
Они развиваются в результате образования свободных радикалов за
счет каких-либо инициаторов. Подобными инициаторами могут быть
искусственно введенные радикалы, ионы металлов переменной валент¬
ности (Fe, Мп, Со и т. д.), а при повышенной температуре и сама мо¬
лекула кислорода, являющаяся бирадикалом, что следует из ее пара¬
магнитных свойств и триплетного спектра. В последнем случае реакция
развивается так:RH + 02 —> R. + HO—О.	(1)^—> НО • -f- • О • (разветвление цепи)R • + 02 —> ROO •	(2)RH + ROO . —» ROOH + R • и т. д.	(3)ROO- + R. —> ROOR (обрыв цепи)	• (4)Стадии 2—4 проходят и в случае образования радикала R* при
действии постороннего инициатора.При более высоких температурах главными продуктами окисления
предельных углеводородов являются олефпны, альдегиды и т. д., обра¬
зование которых объясняется (Н. Н. Семенов) перегруппировкой ра¬
дикалов ROO* и последующим разложением их, например, по схеме:-+ • CHi—СН—СН3 —► СНа=СН—СН3 + НОО.СН3—СН—СН3 перегруппировка| 	о—о.ООН-> СН,—СН —* СНз—СНО + сн3о •IOOCH,Примером аутоокисления является уже известная нам (стр. 127)
реакция окисления альдегидов. Она инициируется катионами переход¬
ных металлов высшей валентности:ОI!С6Н5—С + Fe3t -—> CSH5—С • + Fe2+ + Н+ (зарождение цепи)ХНО	оCgHj—С • + 02 —>■ CgTTs—С—о—ооC6Hs-C—о-о. + с6н5-с'; —> С6Н5-С-ООН + СбН5-СО	О	О (продолжение цепи),0	II	IIХН	)О О	0 0I! II	II IIС6Н6-С—0-0 • + СвНб—с .	— * С6Н5—С—О—О—С—С6Н5 (обрыв цепи)I?С6н5-С—ООН + С6Н5—С —->- 2СвН6—С	(реакция вне цепи)*Ni	чэн*	Последняя реакция происходит быстро и ускоряется бензойной кислотой, так что
в обычных условиях расходуется вся образующаяся пербензойная кислота. Ее можно
фиксировать, ведя реакцию в растворе уксусного ангидрида, ацетилирующего пербен-0	ОII	IIзойную кислоту в более прочную смешанную перекись С6Н5—С—О—О—С—СН3,
которая и накапливается.
504СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫОтносительные реакционные способности ряда замещенных бензаль-
дегидов в этой реакции таковы (жирные альдегиды окисляются немного
быстрее, чем бензальдегид):п-СН30—СвН4СНО . 3,7 С6Н6СНО	I/7-СН3—СбН4СНО . . 2,29 л-С1—С6Н4СНО . . . 0,54
л-СНз—С6Н4СНО . . 1,61 л-№=С—С0Н4СНО . . 0,47Таким образом, электронодонорные группы ускоряют реакцию окис¬
ления. В жирном ряду это соответствует большей устойчивости углево¬
дородных свободных радикалов, более нагруженных электронодонор-
ными алкилами, т. е. последовательности(СНз)зС. > (CH3)jCH. > сн3—сн2.а следовательно, и более легкому отщеплению Н от С—Н-связи с об¬
разованием радикала в левой стороне ряда. Поэтому предельные угле¬
водороды с нормальной цепью при окислении кислородом образуют
смесь вторичных спиртов.СН3(СН2)ЯСН2СНЯ + Со3+ —СН3(СН2)ЛСНСН3 + Со2+ + Н+ (зарождение цепи)
СН3(СН2)„СНСН3 + 02 —► CH*(CH,)„CHCHS 1о—о.СНз(СН2)„СНСН3 + СНз(СН2)„СН2СНз — ; (продолжепие цепи.
q_q#	1-е направление)—» СН3(СН2)„СНСН3 + СН3(СН2)„СНСН3IООНСН3(СН2)„СНСН3 + Со2+ —> CH3(CH2)ftCHCH3 + ОН' + Со3+ООН	о.СН3(СНа)пСНСН3 + СН3(СН2)„СН2СН3 —Iо.—> СНз(СН2)„СНСНз + СНз(СН2)„СНСНзIОНCH3(CH2)nCHCHsIСН3(СН2)пСНСНа + СН3(СН2)лСНСН3 —»■	О	(обрыв цепи)о.	СНз(СН2)„СНСНзЕсли имеется разветвление скелета с третичным водородом, по нему
окисление идет еще быстрее.Особенно легко, как мы видели, образуются радикалы аллильного
(и бензильного) типа. Поэтому олефины аутоокисляются по схеме
(И* — инициатор):RCH2CH=CH2 + И > —>■ RCHCH—СН2 + И—Н (зарождение цепи)
RCHCH=CH2 + 02 —* RCHCH=CH2	|°	(продолжение цепи)RCHCH=CH2 + RCH2CH=CH2 —*	RCHCH=CH2 +I	IО—О»	ООН+ RCHCH=CHa(продолжение цепи;
2-е направление)
СВОБОДНОРАДИКАЛБНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ505RCHCH=CH2 + RCHCH=CH2 —► I	(вбрыв цепи)Iо—о.Толуол заметно не аутоокисляется при /Комнатных температурах, но
уже ксилолы при стоянии всегда образует немного перекисей, что мо¬
жет быть обнаружено по выделению иода из йодистого калия. Как уже
упоминалось, изопропилбензол и тетралин могут быть полностью окис¬
лены в гидроперекиси:СвН5СН(СНз)2 + И. —* СвН5С(СН3)2 + ИН
СвН6С(СН3)2 + 02 —> С6Н5С(СН3)2о-о.С6Н6С(СНз)2 + С6Н3СН(СНз)2 —> С0Н5С(СНз)2 + С6Н5С(СНз)2I	I0—0 •	ООН0—0. - /V	ООНГидроперекись изопропилбензола используется при промышленном
синтезе фенола и ацетона, на которые она распадается при нагреванииСвН6С(СН3)2 —> С0Н8ОН + (СН3)2С=0IООНЛегко аутоокисляются простые эфиры, образуя гидроперекиси и пе¬
рекиси:R	R	RI	I	IR—О—С—ООН	R—О—С—0—0—С—О—RI	I	IR	R	RГидрохиноны в щелочном растворе окисляются кислородом воздуха,
превращая последний в перекись водорода:ОII| —(- О2	►	^.Г
!1ОРеакция представляет собой нецепной гемолитический процесс. Ана¬
логичным процессом из антрагидрохинона получают в промышленном
масштабе перекись водорода. Антрагидрохинон получают каталитиче¬
ским восстановлением антрахинона водородом, так что итог процесса
выражается уравнением:Н2 + 02 —> Н202
506СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫРадикальное присоединение по двойным связямЭто присоединение осуществляется по схемеX • + СН2=СН2 ■—>• X—СН2—СН2.X—CH£CH2. + XY —»- X—СН2СН8—Y + X•и является, следовательно, цепной реакцией.Как видно из т.абл. 85, только для сероводорода, бромистого водо¬
рода, хлорноватистой кислоты, хлора и брома оба звена цепной реакции
экзотермичны. Для хлористого водорода второе звено было бы эндо-
термично. Гомолитическое присоединение воды, иода, фтористого и
иодистого водорода к этилену невозможно.Таблица 85. Теплота реакций радикального присоединения (ккал/моль)X—YХ- + СН2=СН2->
> ХСН2СН2-XCH2CH2- + XY->
XCH2CH2Y + X-X-YX-+CH2-CH2->
->■ XCH2CH2-xch2ch2-+xy •>
-> xch2ch2y+x.Н-Н—40+6HO-Cl-32-17HS-H-16-8Cl-Cl-19-19С1-Н-19+5Br-Br-5-17Вг-Н-5-11I-I+9— 13I-H+9-27H-OH—+37H-F■—+37Наиболее изучено открытое Харашем в 1932 г. радикальное присо¬
единение бромистого водорода, инициируемое следами перекиси и ин¬
гибируемое такими антиоксидантами, как гидрохинон. Первое наблю¬
дение было сделано на бромистом аллиле, который, тщательно очищен¬
ный от перекисей или в присутствии антиоксиданта, присоединял НВг
«нормально» гетеролитически по МарковниковуСН2=СН—СН2Вг + НВг —► СНз—СНВг—СН2Вга при добавке перекиси бензоила или аскаридола (стр. 583) — по цеп¬
ной свободнорадикальной реакцииСН2=СН—СН2Вг + Вг • —ВгСН2—СН—СН2ВгВгСН2—СН—СН2Вг + НВг —> ВгСН,—СН2—СН2Вг + Вг. и т. д.против правила Марковникова (так называемый перекисный эффект).
«Выбор» атомом брома места атаки олефинового углерода опреде¬
ляется, очевидно, меньшим энергосодержанием * возникающего свобод¬
ного радикала с вторичным свободнорадикальным углеродомВгСНоСНСН2Вг сравнительно с изомерным ему -СНгСИВгСНгВг.
Аналогично дело обстоит с пропиленом (и гомологами)СН2=СН-СН3 + Вг. —*• ВгСН2—СН—СН3ВгСН2—СН—СНз + НВг —ВгСНг—СН2—СН3 + Вг •Iтогда как гетеролитическое присоединение дает СН3СНВгСН3.Интересны данные по радикальному присоединению НВг к 1-гало-
генциклогексену-1: оно происходит стереоспецифично с образованием*	О связи свободной энергии переходного состояния со скоростью реакции см.
кн. 1, стр. 87.
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ507г{«с-дигалогенпроизводного, что необычно для свободнорадикальных
процессов. В данном случае это результат большей возможности атаки
по аксиальному, а не экваториальному направлению (кн. I,
стр. 479, 494) зНЗначит, второе звено цепной реакции происходит настолько быстро,
что данная конформация кресла не успевает превратиться в другой
конформер.Хлористый водород, для присоединения которого общий энергетиче¬
ский баланс благоприятен и лишь второе звено эндотермично (см.
табл. 85), в принциие может быть присоединен свободнорадикальным
процессом. Но его присоединение к этилену не инициируется переки¬
сями ацилов, а только ультрафиолетовым светом или разложением пе¬
рекиси грег-бутила при 140“С. Можно присоединить хлористый водород
против правила Марковникова к трег-бутилэтилену, инициируя реак¬
цию перекисью бензоила. Образуется 24% первичного галогенида—
2,2-диметил-4-хлорбутана. Однако реакции присоединения к олефинам
хлористого водорода по свободнорадикальному пути идут короткими
цепями и сопровождаются побочными реакциями, например теломери-
зацией (стр. 509).В газовой фазе или в индифферентном растворителе при освещении
можно провести цепные реакции хлорирования и бромирования олефи-
ноа и ацетиленаci. + ch2=chr —> C1CH2-CHR
C1CH2-CHR + Cl, —> С1СН,—CHC1R + Cl •т. e. придти к тому же конечному результату, что и при обычном элек-
трофпльном присоединении галоида. Иод удается присоединить к оле¬
финам при освещении лишь при температуре около —55°С. Однако все
эти радикальные реакции идут с малым квантовым выходом (особенно
с иодом) и сильно ингибируются кислородом.Бензол, как уже упоминалось (стр. 11), на свету хлорируется в
смесь стереоизомерных гексахлорциклогексанов. Реакция эта, как пока¬
зывает кинетика, протекает по цепному механизму с вероятной первой
стадиейПервую стадию можно зафиксировать, добавив в реакционную смесь
(раствор в ССЦ) малеиновый ангидрид.
508СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫРеакция разыгрывается так:CIнн-+ С12+ С1»+ 2ClgHClQОClKL JC\CI HHCIHCICI1<rCIuВ продуктах реакции присутствуют вещества 1 и II.Меркаптаны под влиянием кислоты присоединяются к олефинам по
правилу Марковникова гетеролитически:RCH=CHS + Н+
RCH-СИз + R'SIJ ■RCH—СН3
RCH-CH3 + Н*
SR'В присутствии инициаторов радикальных цепных реакций (И* —
инициатор) происходит антимарковниковское присоединение (Хараш):R'SH + И. —jR'S. + RCH=CH2 —зRCHCH2SR' + R'SH —з
R'S • + R'S •R'S • + ИН (зарождение цепи)RCHCH2SR'RCH2CH2SR' + R'S.—► R'—S—S—R' (обрыв цепи)(продолжение цепи)Аналогично ведут себя тиоловые кислоты RCОXSHХараш открыл, что в присутствии инициаторов — перекисей аци-
лов — олефины присоединяют ССЦ, СС13Вг. Позднее было найдено, что
многие другие полигалогеналканы (CCI3I, CF3I, СС12Вг2, CF2Br2,
CF2BrCFClBr, CHCI3, СНВгз, СН13, СВг4) и некоторые полигалоидные
производные, такие, как CC13CN, СС13—СОС1, также присоединяются
к непредельным соединениям в результате радикальных цепных ре¬
акций.Представление о них могут дать примеры:
РЕАКЦИИ ТЕЛОМЕРИЗАЦИИ (ОЛИГОМЕРИЗАЦИИ)509При этом инициатор всегда отрывает атом галоида от полигалоид-
метильной группы. Иод отрывается легче, чем бром, бром легче, чем
хлор. От СНС13 легче отрывается водород.Реакции эти, в особенности для этилена, сопровождаются полиме¬
ризацией, которая часто становится преобладающим процессом (см.
ниже, реакции теломеризации).В присутствии перекисей ацилов (или при освещении) по двойным
С = С-связям могут присоединяться альдегиды с образованием кетонов.
Эта реакция также сопровождается теломеризацией, которая может
стать преобладающим процессом:О	ОII	IIR—С—Н + И . —► R—С • + ИН
О	оII	IIR—С • + CH2=CHR' —► R—С—СН2—CHR'О	0	0	ОII	.	II	II	IIR—С—CH2CHR' + R—С—Н —► R—С—CH2CH2R' + R—С . и т. д.Карбоновые кислоты с а-метиленовой группой в присутствии переки¬
сей или других инициаторов присоединяются к олефинам по реакции:О	ОII	• IIR—CH2—С—ОН + И • —> R—СН—С—ОН + ИН
О	оII	IIR— СН—С—ОН + CH2=CHR' —► R—СН—С—ОНIСН2—СН—R'0 0 0 0II	II	II	-IIR—СН—С—ОН + R—СН2—С—ОН —»■ R—СН—С—ОН + R—СН—С—ОНI	1СН2—СН—R"	СН2—CH2-R'Однако в этом взаимодействии преобладает реакция теломеризации.РЕАКЦИИ ТЕЛОМЕРИЗАЦИИ (ОЛИГОМЕРИЗАЦИИ)Кинетика реакций теломеризации будет рассмотрена на стр. 510.Частные реакции теломеризации упоминались в кн. I на стр. 178.
Понятие о них дают следующие схемы:I.	СС14+И> —► СС13. + ИС! (зарождение цепи)СС13. + СН2=СН2 —► cci3—сн2сн2-
СС13СН2СН2 • + снг=сн2 —* cci3ch2ch2ch2ch2 .СС13СН2СН2СНЕСН2 • + снг=сн2 —>•—► СС13СН2СН2СН2СН2СН2СН2*
СС13СН2СН2СН2СН2СН2СН2 • + ccu —■»—► СС13СН2СН2СН2СН2СН2СН2С1 + СС13. (передача цепи)СС13. + СС13СН2СН2. —► СС13СН2СН2СС13 (обрыв цепи)II.	СНС13 + И. —> СС13- + ИН
СС13 • + СН2=СН2 —► СС13СН2СН2*СС13СН2СН2 • + СН2=СН, —»• СС13СН=СН?СНгСН2 •СС13СН2СН2СН2СН2.+ СНС13 —CClsCHsCH2CH2CHs + CCla.(продолжение цепи)
510' СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫIII.	СН3—С—ОН + И. —> СН2-С—ОН + ИНII	IIО	осн2—с—он + сн2=сн2 —► НО-С—СН2СН2СН2II	IIо	оНО-С—СН2СН2СН2 + СН2=СН2 —У НО—С—СН2СН2СН2СН2СН2А	АНа этой стадии, как нашли P. X. Фрейдлина и А. П. Терентьев,
происходит изомеризация радикала
СН2-СН2
/ \НО—с	сн2 —► но-с—сн—СНа—СН2—СНа—сн3к • / ло сн2—сн2	ои далее продолжает расти уже новый радикалНО—С—CHCHjCHjCHjCHa + СН2=СН2 —► НО-С—СН—CH2CHiCH2CH3II	II IО	О СН2—СН2» и т. д.НО-С-СНСН2СН2СН2СН3 + СНз—с—он —►II	I	IIо сн2сн2сн2сн2.	О
—► но-с—снсн2сн2сн2сн3 + сн2-с-онII	I	IIо	сн2сн2сн2сн3	оРазумеется, в каждой из этих реакций получается смесь теломер-
‘гомологов (олигомеров), построенных по общему типу, например:CC13(CH2CHj)/iC1, СС13(СН2СН2)„Н. нос—снсн2сн2сн2сн,II	IО (СН2СН2)„НСоотношение олигомеров с разным п зависит как от условий опыта
(давление, избыток олефина, температура), так и от соотношения ки¬
нетических констант, характерных для звеньев цепной реакции.КИНЕТИКА ЦЕПНЫХ РЕАКЦИИВ любом цепном свободнорадикальном процессе имеются следующие
стадии: инициирование (зарождение цепи), продолжение (развитие)
цепи и обрыв цепи. Так, например, в фотохимическом хлорировании
алифатического углеводорода можно различить следующие элементар¬
ные стадии, сумма которых представляет собой механизм реакции:ftvС12 	► 2С1 • (инициирование цепи)RH + C1. —► HC1 + R
R • + С12 —> RC1+C1| (продолжение цепи)qn 	^ Неактивные ,	„ л2R* —> продукты (обрыв цепи)Инициирование. На этой стадии цепной реакции в системе,
содержавшей только валентно насыщенные соединения, образуются сво¬
бодные радикалы. Появление радикалов может быть следствием воз¬
действия на исходное соединение или на специально добавленные ве¬
КИНЕТИКА ЦЕПНЫХ РЕАКЦИЙ511щества физических факторов (температура, свет, рентгеновские лучи,
■у-лучи). Свободные радикалы могут быть получены при помощи вве¬
дения в систему небольших количеств специальных добавок — инициа¬
торов, способных легко распадаться с образованием активных радика¬
лов. К числу инициаторов относятся, например, перекиси алкилов
(RO—OR), перекиси ацилов (RC—О—О—CR), алифатические азосо-II	IIО	Оединения (например, RCH—N=N—CHR) где X=CN, СООН, COOR'),X	Xнекоторые металлоорганические соединения (R4?b) и др.Продолжение кинетической цепи. На этих стадиях цеп¬
ной реакции происходит образование основных продуктов реакции и
расходование исходных веществ. Все элементарные реакции, состав¬
ляющие стадию продолжения цени, идут с сохранением свободной ва¬
лентности. Атом или свободный радикал, расходуемый в первом акте
продолжения цепи, должен образоваться в последнем акте этой стадии.
Совокупность элементарных реакций продолжения цепи представляет
звено цепи. Многократное повторение этих звеньев и определяет харак¬
тер реакции как цепной. Длиной цепи называют число полных звеньев,
приходящихся в среднем на один свободный радикал, образовавшийся
на стадии инициирования и участвующий в зарождении цепи.Большая реакционная способность радикалов, способных вступать
во взаимодействие с разнообразными органическими веществами как по
типу реакций замещения, так и присоединения, например, по схемеR. + CH2=CHX —► RCHjCHX
а также претерпевать изомеризациюCCI3—CH—СН2Х —> СС12—CHC1—CH. Xили разложениеCeHsCOO. —► с6н5- + со2обусловливают неисчерпаемое разнообразие вариантов продолжения
цепи в различных ценных процессах.Для подавляющего числа цепных радикальных реакций органиче¬
ских соединений механизм продолжения цепи характеризуется тем, что
в любом элементарном акте на один израсходованный свободный ради¬
кал (или атом) образуется только один новый свободный радикал (или
атом).Существует, однако, специальный класс цепных реакций, включаю¬
щих элементарные акты, в которых на одну израсходованную частицу
с нечетным электроном появляются два или более радикалов. Примером
может служить окисление водорода кислородом, включающее стадию:н • + 02 —> НО “ -f- • о •Такие элементарные реакции называют разветвлением цепей. Горе¬
ние, взрыв протекают как разветвленные цепные реакции. Пониманием
их сущности и выяснением особенностей кинетики мы обязаны
Н. Н. Семенову и его школе.В дальнейшем изложении мы будем рассматривать только неразвет-
вленные цепные реакции.Обрыв цени. На стадии обрыва цепи происходит гибель свобод¬
ных радикалов, т. е. их превращение в стабильные молекулы, или
512СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫобразование малоактивных радикалов (подобных семихинонам), неспо¬
собных продолжать цепь. Обрывом цепей объясняется тот факт, что
длина цепей в цепных реакциях не бесконечно велика.В радикальных цепных реакциях, протекающих в жидкой фазе, об¬
рыв цепи наступает обычно в результате взаимодействия двух радика¬
лов между собой (квадратичный обрыв). При этом происходит либо
соединение радикалов (рекомбинация)С2Н6 • + С2Н5 • —► С4Нюлибо их диспропорционирование с образованием одной предельной и од¬
ной непредельной молекулы:С2Н6 • + C2HS • —>- СН2=СН2 + СН3—СН3Малая концентрация радикалов в жидкой фазе делает обрыв реак¬
ции как путем рекомбинации, так и путем диспропорционирования
сравнительно маловероятным. Это и определяет возможность много¬
кратного повторения взаимодействия радикала с окружающими моле¬
кулами до того, как радикал погибнет в результате обрыва цепи.Длина цепи реакции определяется соотношением скоростей процес¬
сов продолжения и обрыва цепи.Обрыв цепи в ряде случаев ведет к появлению побочных продуктов.
Соотношение выходов главных продуктов (получаемых на стадиях про¬
должения цепи) и побочных зависит от длины цепи. Длина цепи зави¬
сит от условий реакции и может даже меняться в течение реакции,
поэтому обычно радикальные цепные реакции нельзя описать одним
стехиометрическим уравнением. Только в случаях, когда цепные реак¬
ции имеют большую длину цепи, их можно формально описать одним
стехиометрическим уравнением.В любом цепном радикальном процессе могут быть эксперимен¬
тально определены концентрации реагирующих соединений и скорость
их расходования; концентрацию промежуточно образующихся свобод¬
ных радикалов измерить трудно. Между тем в кинетические уравнения
для любой элементарной стадии входят концентрации радикалов. Так,
например, для реакции, звено цепи которой состоит всего из двух эле¬
ментарных актовк,АВ -f- С • ► АС + В •	(1)fc2CD + В • —► BD + С •	(2)скорость расходования исходных веществ АВ и CD и образования
продуктов реакции АС и BD выразится следующими уравнениями (3)
и (4), в которые входят концентрации радикалов:d [АВ]	d [АС]dt	dt
d [CD] _ d [BD]dt	dt'■ k\ [C •] [AB]	(3)■ *2 [B •] [CD]	(4)Для того чтобы исключить из уравнений концентрации радикалов,
введено весьма плодотворное предположение о квазистационарном со¬
стоянии системы.В цепной реакции имеется начальная стадия, когда концентрация
радикалов растет от нулевой до «средней» — это нестационарная фаза
реакции. С увеличением концентрации радикалов возрастает скорость
их гибели. Когда скорости образования радикалов и их гибели стано¬
вятся близкими, наступает квазистационарная фаза реакции; в этой
фазе концентрацию радикалов можно считать постоянной.
кинетика цепных реакции513К концу реакции при исчерпании источника образования новых ра-
;'Дикалов их концентрация быстро падает до нуля, и реакция опять при¬
обретает нестационарный характер. Если длительность нестационарных
фаз реакции значительно меньше, чем длительность фазы с постоянной
концентрацией радикалов, то к такой реакции применим метод квази-
стационарного состояния.Применяя метод квазистацпонарного состояния и некоторые другие
упрощения, например вводя предположения, что обрыв цепи происхо¬
дит только путем соединения, или только путем днспропорционированпя
радикалов, или что в реакциях обрыва расходуются радикалы преиму¬
щественно одного типа (например, радикалы С* в схеме 3, радикалы В*
в схеме 4), удалось вывести ряд кинетических уравнений, хорошо совпа¬
дающих с результатами опытов.Наиболее глубоко разработаны методы исследования кинетики ра¬
дикальной цепной полимеризации виниловых мономеров строения:СН2=СНХ н ch2=cxyЭто объясняется важностью подобных процессов, а также тем, что
многие такие реакции имеют большую длину кинетической цепи, текут
практически без образования побочных продуктов, а в случае гомо¬
полимеризации реагирующая система содержит только один мономер.Зависимость скорости полимеризации от концентрации мономера
часто бывает сложной. Так, например, для стирола найдено, что при
инициируемой полимеризации в массе до глубины превращения ~60%
реакция имеет I порядок относительно концентрации мономера, а в раз¬
бавленных растворах та же реакция имеет II порядок. По более позд¬
ним данным Майо, порядок реакции полимеризации стирола в растворе
близок к 2,5. В случае полимеризации винилацетата кажущийся поря¬
док реакции также зависит от интервала изучаемых концентраций мо¬
номера.Механизм полимеризации может быть выражен следующей схемой,
в которой R* обозначает радикал, образовавшийся на стадии иницииро¬
вания кинетической цепи, М — молекулу мономера, Rn — молекулу по¬
лимера, содержащего п мономерных единиц, М* — радикал, образовав¬
шийся при отрыве какого-либо атома от молекулы мономера.Инициирован!! е:Инициатор •—► 2R • (скорость образования R • =/)R • + М ■—»- RM • (константа скорости kp)Продолжение кинетической цепи:RM • + пМ. ■—► R(M)„M • (константа скорости kp){рост радика ia)R(M)nM * + М ■—>■ RMn + i+M* (константа скорости k(передача цепи)Обрыв кинетической цепи:2R(M)„M • —> R2n+: (константа скорости kt)2R(M)nM« —> 2Rn+i (константа скорости Щ)Эта схема составлена с применением следующих упрощающих допу¬
щений. Предположено, что константа скорости роста радикалов (kv) не
зависит от длины цепи радикалов, а константы скорости передачи цепи
(kf) и обрыва цепи (kt и k't) также не зависят от длины цепи радика¬
лов и, кроме того, постоянны при данной температуре. Предположено17 Зак, 79
514СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫтакже, что обрыв цепи квадратичный и длина цепи велика. Тогда с хо¬
рошим приближением можно получить следующее уравнение для ско¬
рости расходования мономера:<7[М]dt' ^ kp [ • Rn] [М]	(5)Для исключения из этого уравнения величины концентрации ради¬
калов [*Rn] предполагается, что система находится в квазистационарно»»
состоянии, тогда уравнение (5) можно преобразовать в уравнение (6)wв которое уже не входит значение концентрации радикалов.Важным следствием уравнения (6) является пропорциональность
между скоростью полимеризации и корнем квадратным из скорости
инициирования. Это уравнение отражает характерные свойства цепных
радикальных реакций, а именно возможность увеличения скорости
цепной реакции путем увеличения скорости инициирования (например,
с помощью добавления небольших количеств инициаторов) и возмож¬
ность уменьшения скорости реакции путем увеличения скорости обрыва
цепей, т. е. увеличения kt + k't (например, с помощью добавления ин¬
гибиторов).Вывод о пропорциональности скорости цепной реакции корню квад¬
ратному из скорости инициирования применим не только к реакциям
полимеризации, а имеет общее значение для цепных реакций с боль¬
шой длиной цепи и квадратичным обрывом, удовлетворяющих принципу
квазистационарного состояния.Пользуясь уравнением (6), можно легко вывести и некоторые другие
соотношения, связывающие между собой константы скорости элемен¬
тарных стадий процесса. Так, например, для реакций полимеризации
средняя длина кинетической цепи х, по определению, может быть запи¬
сана выражением (7):‘—■ф/' • тВведя в выражение (7) значение — А1У) из уравнения [6], полу¬
чаем:(8)Определение констант передачи цепи
в радикальной теломеризацииКак уже было сказано, под радикальной теломеризацией понимают
цепную реакцию винилового мономера с каким-либо веществом — тело-
геном (в приведенных выше примерах ССЦ, СНзСНО, СНзСООН), в ре¬
зультате которой образуются низкомолекулярные продукты — тело-
меры. Их молекулы построены присоединением молекул непредельного
соединения друг к другу, а концевые группы представляют собой фраг¬
менты молекул телогена. В общей форме эта реакция может быть вы¬
ражена схемой:A-B+kCH2=CXY —> A-(CH2-CHXY)„-B
КИНЕТИКА ЦЕПНЫХ РЕАКЦИИ515где АВ—любое вещество, способное присоединяться к непредельному
соединению, а п = 1, 2, 3 и т. д.Обозначив и в данном случае молекулу мономера через М, можно
описать механизм теломеризации схемой:Инициирование:Инициатор —-> 2R •R. + A-B —► R—В + А.А • + М —► А—М •Продолжение цепи:ЧА—Мп • + А—В —> А~Жп—В + А • (передача цепи). кр
А—Mn + М —> А—Мп+1 • (рост радикала)Обрыв цепи:2R • —>■ Неактивные продуктыгде R« —любой радикал, образующийся в системе.Общая кинетика таких реакций, очевидно, чрезвычайно сложна.Ряд упрощающих допущении применим и при выводе кинетических
уравнений теломеризации, а именно метод квазистационарного состоя¬
ния, квадратичный обрыв цепи, большая длина кинетической цепи
и т. д. Однако некоторые упрощающие допущения, принятые при выво¬
де кинетических уравнений полимеризации, здесь неприменимы, напри¬
мер большая длина молекулярной цепи и независимость констант
скоростей элементарных реакций от длины цепи радикала. Кроме того,
необходимо учитывать, что в отличие от полимеризации скорость ре¬
акции передачи цепи влияет на общую скорость теломеризации.Весьма плодотворным в области теломеризации оказалось изучение
кинетики стадии продолжения цепи, состоящей из двух конкурирую¬
щих реакций — передачи цепи и роста радикала. Расходование моно¬
мера и телогена и образование основных продуктов реакции — теломе-
ров — происходят именно на этой стадии. При достаточной длине
кинетической цепи стадии инициирования и обрыва мало влияют на рас¬
пределение выходов теломеров. Поэтому отношение мольной доли те-
ломера, содержащего п мономерных единиц (А—М„—В), к суммарной
мольной доле всех остальных теломеров, содержащих более чем п мо¬
номерных единиц (2 А—М,—В , определяется конкуренцией ука-
\tt+1 /занных двух элементарных реакций. Отсюда получаем уравнение для
расчета отношения константы скорости реакции передачи цепи kf к
константе скорости реакции роста kp (это отношение называют кон-kf \стаптой передачи цепи и обозначают Cn = ~^-J:d [А—М„—В] _ kfri [А—Мга •] [АВ] kf [АВ]	[АВ]d [А—М{—В] = крп [А-М„м f;Uj = То ' ТмГ _ Сп 1МГ	(9)Мольный выход телогена с числом мономерных единиц п, а также
сумма мольных выходов всех телогенов с числом мономерных единиц
больше п могут быть легко определены экспериментально, так же как
и концентрации реагирующих веществ.17*
516СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫПредложен ряд других уравнений для определения констант пере¬
дачи цепи.Для ряда систем, таких, как, например, теломеризация олефинов че¬
тыреххлористым углеродом или хлороформом, найдено, что величина
Сп значительно меняется при переходе от п — 1 к п = 2 и п — 3; для
более высоких значений п величина С обычно становится постоянной.
В дальнейшем константы Си С2, С3, Сп мы будем называть частными
константами передачи цепи.Величины Сп для данной реакции не должны зависеть от концент¬
рации исходных веществ; для разных систем величины Сп опреде¬
ляются природой телогена и мономера.Однажды определив значение частных констант в тщательно кон¬
тролируемой реакции, можно затем использовать эти значения для
вычисления выхода любого теломера при проведении реакции в любых
конкретных условиях. Для расчета используется выражение, в котором
Fn обозначает долю всех растущих цепей, определяющих выход тело-
мера с числом мономерных единиц п:Константы передачи цепи могут служить достаточно простым мето¬
дом оценки зависимости между структурой и реакционной способ¬
ностью мономера, телегена и образующихся теломерных радикалов.Применение метода квазистационарного состояния и других упро¬
щающих предположений позволило вывести ряд формул (6), (8), (9)
для скорости расходования исходного соединения, средней длины ки¬
нетической цепи, частных констант передачи цепи, в которые кон¬
станты скорости элементарных реакций kv, kf, kt всегда входят в виде
отношений. Для определения индивидуальных значений констант ско¬
ростей элементарных реакций необходимы дополнительные данные, на¬
пример измерение стационарных значений концентраций радикалов
или изучение скорости реакции при нестационарных условиях.Особенно широко для определения индивидуальных констант ско¬
ростей элементарных реакций цепного процесса используется метод
вращающегося сектора. Фотохимическую реакцию проводят в усло¬
виях перемежающегося освещения. Для периодического прерывания
освещения применяют вращающийся диск с вырезом в виде сектора.
Измерение скоростей реакции при непрерывном и перемежающемся
освещении с известной длительностью темновых периодов позволяет
определить длительность жизни кинетической цепи.Реакции теломеризации ценны для синтезов тем, что позволяют
одним приемом перейти от простейшего олефина и телогена к олигоме¬
рам (т. е. теломерам) с цепью из нескольких углеродных атомов (от
2—3 до 20—30), включающей одну или несколько функциональных
групп. Недостатком реакций теломеризации является невозможность
получения единственного индивидуального теломера и необходимость
разделять смесь, в которой каждый из теломеров составляет сравни¬
тельно небольшую долю. Этот недостаток не имеет значения, если каж¬
дый из теломеров используется полноценно.Реакции радикальной полимеризации ничем в сущности не отли¬
чаются от теломеризации, кроме того, что при получении высокомолеку¬
лярных полимеров концевые группы, имеющие у теломера такое боль¬
шое значение, в полимере незаметны из-за огромного количественного
КИНЕТИКА ЦЕПНЫХ РЕАКЦИИ517преобладания тысячекратно повторяющегося фрагмента «мономера»,
связанного в единую цепь. Полимеризация, как и теломеризация,
инициируется свободным радикалом. Обычно это продукт разло¬
жения перекиси (R* или R—СО* или R—О—О* и т. д.) или азодинит-IIОрила изомасляной кислоты (СНз)гС(CN)], или диазоаминосоединения
(С6Н5* или СеН5—N = N»). Этот свободный радикал остается связан¬
ным с началом скелета полимера. Что касается конца молекулы поли¬
мера, то это может быть или водород, вырванный из мономера, или
какой-либо другой атом того же происхождения, или даже, как пока¬
зал С. С. Медведев, это может быть свободнорадикальный конец, им¬
мобилизованный благодаря вязкости среды и лишь медленно окисляю¬
щийся кислородом воздуха или претерпевающий ту или иную из ре¬
акций обрыва цепи, например рекомбинацию. Такие «застрявшие» в
полимере свободнорадикальные концы макромолекул (а может быть
и перекиси, образовавшиеся из них и Ог) ответственны за то, что
часто затравка полимера вызывает полимеризацию мономера.
КАРБЕНЫВ широком ряду реакций, из которых некоторые приведены ниже, в
качестве неустойчивых промежуточных продуктов реакции, ясно, од¬
нако, констатируемых, фигурируют частицы СН2 и их всевозможные
производные типа CHR, CR2, CRR', где R— углеводородные радикалы,
их функциональные замещенные, атомы галоида и т. д. Такие частицы
с формально двухвалентным углеродом названы карбенами (Деринг).
Простейший карбен — свободный метилен. Ни один карбен не полу¬
чен в устойчивом состоянии в виде вещества. Тем не менее по химиче¬
скому поведению и физическим свойствам карбены ясно идентифици¬
руются как промежуточные продукты реакции.Природа карбенов. Можно себе представить, что свободный метилен
(и карбены его производные) существует или как бирадикал ftCH2
(s/7-гибридизация, триплетное оптическое состояние, спины обоих элек¬
тронов на негибридизованных орбиталях параллельны), или он нахо¬
дится в состояния, при котором спины обоих свободных электронов
спарены (5/?2-гибридизация, синглетное состояние, fjCH2). Решение
этого вопроса было длительным и трудным, так как концентрации кар-
бена в газе или растворе малы, а теоретический расчет в зависимости
от принятия того пли другого приближения давал противоречивые ре¬
зультаты. В настоящее время на основании оптических исследований
Герцберга и определения Мурреем спектра ЭПР основным состоянием,
по крайней мере для углеводородных карбенов, можно считать бира-
дикалыюе триплетное. Синглетное состояние, обладающее более высо¬
кой энергией, свойственно карбенам, полученным фотолизом.Способы образования карбенов. 1. Наиболее обычный способ генерадии
метилена — фотолиз диазометана или кетена (Норриш):+ - ftvCHa=N=N —► :CH2 + N2ftvсн2=с=0 —>- : CH2 + СОАналогичный путь применим и для получения замещенных кар¬
бенов.Например, из диазоуксусного эфира образуется соответствующий
карбен — карбэтоксиметилен (И. А. Дьяконов):+ yCOOC2Hs	/СООСгНбN=N=C^	—> N2 + ! СХН2.	Йодистый метилен реагирует с цинком, образуя I—СН2—Znl,
который распадается с выделением метилена:I—СН,—Znl —> sCHj + Znlg
КАРБЕНЫ5193.	Распад ртутноорганических соединений типа Cl—СН2—HgCl
(О. А. Реутов), а также вообще соединений X—CRR'—HgX (Зейферт)
под влиянием агентов, связывающих HgX2, приводит к генерированию
карбена CRR' (R и R' могут быть радикалом или галоидом).4.	Галогенметаны при действии сильных оснований образуют кар-
бены:CH2Cl2 + C4H9Li —> :CHCI+QH10 + LiCl
СНС13 + ОН~ —> :CCl2 + H20-f СГ5.	Пиролиз CCUCOONa в инертном растворителе по В. Вагнеру
дает дихлоркарбен:СС13—С—О' Na+ —> : СС12 + NaCl + С02IIО6.	Получение синтина из окиси углерода и водорода над кобальто¬
вым и другими катализаторами (кн. I, стр. 63), вероятно, проходит че¬
рез стадию образования свободного метилена:«СО + 2пН2 —► /г:СН2+гсН20I—> Н—СН2—(СН2)„_2—сн2—нИнтересный фотораспад в метиловом спирте метоксиокисей указан¬
ного строения с образованием и дальнейшим превращением карбена
описала Т. И. Темникова:О	ОСбНгч. / \ /С6Нв /,v СеНйч / \ /С6Н6	CeHs-^	^С^Нв,С—С	—>■	С • •	—>	С=0 + : с/СНзО7	СН3Оу	'СцНц	СН^о'	^С6Н5СН3ОН;
Н20Нч .QHs
С/но/Реакции карбенов. 1. Первой реакцией, явившейся по существу дока-'
зательством существования свободного метилена, было действие его в
газовой струе (в условиях, в которых Панет действовал свободным ме¬
тилом на свинцовое зеркало, см. стр. 491) на зеркало теллура или
селена. При этом образовывался полимер теллурового или селенового
аналога формальдегида (CH2Se).„ и (СПгТе),,. На олово, свинец и
ртуть свободный метилен не действовал.2.	Свободный метилен, генерируемый фотолизом диазометана, при¬
соединяется к окиси углерода, образуя с плохим выходом кетен
(Штаудингер, Купфер):: СН2 + СО —► сн2=С=03.	В последнее время доказано, что генерируемый тем же способом
метилен присоединяется к азоту (азот был мечен изотопом) и с малым
выходом образует диазометан (меченный но азоту):s СН2 + *N2 —> CH2=*N—N*4.	Характерны реакции присоединения карбенов по свободным
р-парам электронов фосфора, азота, кислорода, приводящие, по край¬
ней мере на первой стадии, к образованию илидов (см. стр. 488),
520КАРБЕНЫкоторые в случае алкилидентриарилфосфоранов устойчивы, а в случае
кислорода и азота подвергаются дальнейшей перегруппировке:(С6Н5)3Р + :СН2 —> (СвН5)зР=СН2 ч-> (С6Н5)3Р-СН2
СН3СН2ч	СН3СН2Ч+ _\)! + :СН2 —>	)о—сн2 —► сн3сн2—о—сн2сн£—сн3СН3СН/ **	СНаСНУЗ'—Л 2	Л Л 2R:\ t RR3N ! + ! CHj —► R-N-CH2 —* ^N-CH.R
R/	R75.	Карбены присоединяются по двойной С = С-связи, образуя цик¬
лопропаны:сн2
\ / \ / \ /
рс=с^ + :сн2 —> ^с—
СС1,С1Ч /С1С=С + : СС!2 —»- С12С	СС12Cl/ N:iПрисоединяя карбэтоксиметилен к гомологам карбэтоксициклопро-
пена, полученным действием того же карбена на гомологи ацетилена
(см. ниже), И. А. Дьяконов получил гомологи дикарбэтоксиби-
цикло[1,1,0]бутана, например:Н СООС2Н5	н СООС2Н3\ / \ /С	С/ \	- + /Н	/ \С3Н7—С=С—С3Н7 + N=N=C^	—► C3H7—С	С—С3Н7 + N2\:OOC,Hs	\ /с
/ \
с2н6оос нКарбены могут присоединяться и по я-связи к бензолу (Меервейн).
Образующийся норкарадиен изомеризуется далее в циклогептатриен
(об этой реакции см. также стр. 463), так что в результате в бензол
как бы внедряется метиленовое звено:+ :СН2 	>- (fpCH2 	>- (f^^-СН2норкарадиен	циклогептатриенНаряду с норкарадиеном образуется также немного толуола.Подобным же образом идет превращение пиррола в (З-хлорпиридин
при действии ;СС!2:С1
+ сГГП] + :cci2 —► [Г' r>cci2 —^
NH	NH	' NПрисоединяя к бензолу хлоркарбен, Д. Н. Курсанов и М. Е. Воль-
пин получили тропилиевый катион (см. раздел «Небензэидные арома¬
тические системы», стр. 462):
КАРБЕНЫ521Тройная связь также присоединяет карбены. Деринг путем присое¬
динения метилена (из диазометана) к диметилацетилену синтезировал
диметилциклопропен (сам циклопропен из ацетилена не образуется):СН3—С=С—СН3 + ! СН2СН,СН2
/ \
-С=С—сн3Присоединением фенилбромкарбена к дифенилацетилену получен
трифенилциклонропенилийкатион (Бреслоу):СеН5—С=С—CgH5 + :с/Сен5ВГвг С6Н5ссвн5-с^с-свн5 ■с6н.6°5‘с6н54Вг'C6HS6.	Метилен, полученный фотолизом диазометана, реагирует с пре¬
дельными углеводородами, беспорядочно метилируя их, например:H НН—С—C-I I
Н н~ н ~
1н1СНз1~ н ~
11—с—
1—н + 3:сн2 -1-> н—с-1-с—1—с—11_ н _п1н3с1СНз1„ н _-нБыстрее и избирательнее реагруют карбены, несущие электроноак¬
цепторные заместители. По скорости и избирательности реакции они
располагаются в следующий ряд (Деринг):: СН2 < : СНСООС2Н5 < :С(СООС2Н5)27.	Карбены реагируют с хлоридами некоторых непереходных метал¬
лов. Таково, например, превращение, описанное О. А. РеутовымHgCl2 + : СНС1 —>- Cl2CHHgCl8.	Подобно идет реакция с хлорангидридами кислот:R—C—С1 + : СН2 ■—► R—С—СН2С1Оо9.	Карбены способны внедряться по связи С—О (Меервейн). Та¬
кое внедрение возможно и для связей С—О в цикле, например:ОНгС^ "^Нг
Н2С\ /СН2оо—сн2
нгс' \+ sch2 —> | ;сн2Н2С\ /о-сн210.	Карбены более сложного строения способны к перегруппиров¬
кам как типа, описанного в пунктах 4 и 9, так и приведенных в раз¬
деле «Перегруппировки» (см. стр. 567).
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)В разных местах курса, начиная с раздела о нуклеофильном заме¬
щении галоида в галоидных алкилах, мы встречались с реакциями
катионов, несущих положительный заряд на атоме углерода. Карбка-
тионы — это частицы разной энергии, и их энергия и реакционная спо¬
собность всегда связаны со степенью рассредоточения (делокализа¬
ции) положительного заряда. Делокализация может распространяться
на другие углеродные атомы или ароматические системы, связанные
с карбониевым ионом, или же на неуглеродные атомы. Стабильными
(устойчивыми) карбониевыми ионами будем условно называть ионы
малой энергии. Влияние делокализации заряда можно проиллюстри¬
ровать следующей серией катионов с постепенным возрастанием их
стабильности (понижением энергии):В то время как метильный катион не обнаруживается в растворах,
существование третичных карбкатионов типа грег-бутильного уже
можно доказать в ряде случаев на основании кинетики реакций ну¬
клеофильного замещения (механизм Sjvl), стереохимических данных
(рацемизация при нуклеофильном замещении), а иногда и по спектру
ЯМР.В третичных карбкатионах положительный заряд центрального
атома частично погашен подачей электронов со стороны алкильныхСН3+•r:N(cH3)2
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)523групп за счет индуктивного эффекта (—/). Таким путем осуще¬
ствляется делокализация заряда, его «деление» между центральным
атомом углерода и связанными с ним алкильными группами. Раз¬
умеется, большая доля положительного заряда приходится на централь¬
ный атом углерода.Трифенилметильный катион, обладающий характерными частотами
поглощения в видимой области, может быть идентифицирован по
спектрам поглощения. Так, трифенилхлорметан в растворе в жидком
S02 диссоциирован на сольватированный карбкатион желтого цвета и
анион. Диссоциация трифенилхлорметанз происходит также в рас¬
творе в пятихлористой сурьме (анион SbCl^*), в хлорном олове и в сер¬
ной кислоте.Гораздо большая устойчивость триарилкарбония обусловлена рас¬
средоточением его центрального положительного заряда по трем аро¬
матическим ядрам — по шести орто- и трем пара-углеродным атомам
(в общей сложности по десяти углеродным атомам). Больший заряд
все же несет центральный углерод, так как сопряжению (резонансу)
и рассредоточению мешает не вполне плоское в силу пространственных
препятствий, а пропеллерообразпое строение трифенилметильного ка¬
тиона.Идеальное рассредоточение заряда между семью углеродами плос¬
кого тропилий-катиопа (см. раздел «Небензоидные ароматические
системы») делает этот катион вполне устойчивым даже в водной и
спиртовой среде, хотя он способен реагировать с более сильными, чем
вода и спирт, нуклеофилами, присоединяя их к любому из семи своих
углеродов:Наконец, в катионе красителя кристаллического фиолетового глав¬
ное значение имеет рассредоточение заряда карбониевого центра уже
не столько между девятью орто- и пара-углеродными атомами фени¬
лов, сколько между тремя диметиламипогруппами, каждая из которых
становится почти на 7з аммониевой, и три эти группы принимают на
себя львиную долю катионного заряда.Таким образом, катион трифенилметановых красителей лишь очень
условно может быть назван карбкатионом. Однако реакции рекомби¬
нации этого катиона с анионами очень слабых кислот, например с
ОН', проходят по почти беззарядиому метальному углероду. Поэтому
они идут медленно, с значительной энергией активации и могут рас¬
сматриваться как реакции с перенесением реакционного центра: вместо
атаки по Nh совершается атака но метальному углероду, что вполне
понятно — азот не может присоединить пятый заместитель.Поскольку к карбкатионах карбониевый углерод, находится в со¬
стоянии 5р2-гибридизации (той же, что и в олефинах), карбкатион дол¬
жен иметь плоскую тригональную форму. Здесь кроется дополнитель¬
ный фактор, снижающий энергию карбкатиона и способствующий его
образованию, когда молекула достаточно разветвлена и в ней имеются
пространственные затруднения. Роль этого фактора рассмотрена на
стр. 207. Она сводится к тому, что пространственное взаимодействие
(отталкивание не связанных друг с другом групп) в тетраэдрической
молекуле больше, чем в плоском катионе, поскольку при переходе к
катиону валентные углы увеличиваются от — 109 до ~120°. Наряду
с электростатическими взаимодействиями это еще одна причина бо¬
лее легкого образования катиона из, скажем, хлористого трет-бутила
524КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБК.АТИОНЫ)по сравнению с образованием катиона из хлористого втор-пропила.
Еще более существенную роль пространственный фактор начинает иг¬
рать в сильно разветвленных молекулах.Как излагалось в кн. I, стр. 75, для соединений, способных в
определенных условиях диссоциировать с образованием карбкатиона,
реакции замещения у насыщенного атома углерода могут идти по
механизму 5jVl. Реакций по этому механизму двухстадийны и заклю¬
чаются в медленном обратимом образовании карбоний-катиона и бы¬
строй реакции последнего с нуклеофилом:Кинетику реакции определяет первая, медленная стадия. Поэтому
в предельном случае общая скорость реакции может подчиняться
уравнению:Этот, впрочем, довольно редкий случай выполняется, если только
константа скорости ka существенно превосходит константу скорости
реакции, обратной гетеролизу (k2). Причина состоит в том, что в про¬
цессе реакции накапливается постепенно ион Х~, тогда как концентра¬
ция введенного реагента Y- все время падает, а следовательно, прямая
реакция (1) все более тормозится.Более общее выражение, типичное для реакции 5^1, можно запи¬
сать в следующем виде *:где а — knjk3.При малых значениях а это выражение упрощается и, как уже го¬
ворилось, сводится к предыдущей формуле.Стереохимический результат реакции, идущей по механизму SA-1,
это либо рацемизация, либо рацемизация, сопровождающаяся обраще¬
нием конфигурации (инверсией). Если катион, образующийся в ре¬
зультате медленной стадии реакции, достаточно стабилен, то он ус¬
певает принять плоскую конфигурацию до атаки нуклеофилом. В этом
случае происходит рацемизация, так как для плоского катиона направ¬
ление атаки (сверху или снизу его плоскости) безразлично. Если же
катион атакуется прежде, чем анион удалился на достаточное расстоя¬
ние и, следовательно, прежде, чем карбкатион принял идеальную плос¬
кую форму, то направление атаки уже не безразлично, и она будет осу¬
ществляться преимущественно со стороны, противоположной уходящей
группе. Тогда элементарных актов, сопровождающихся обращением
конфигурации, будет больше, чем актов с ее сохранением. Таким об¬
разом, если полная рацемизация свидетельствует о механизме SW1 и,
следовательно, об образовании карбкатионов в растворе, то полное
обращение конфигурации говорит о механизме SN2. Промежуточные
случаи нельзя интерпретировать так строго.Для реакций, текущих по механизму Sjyl, как, впрочем, и для боль¬
шинства органических реакций, роль растворителя очень велика. Все\—С—X*2 (2) /*3 (3) \—С+ + Х"\ +—С+ + Y
/—С—Yt> = MRX]o = Ai[RX]{l+a-|^-} **	Типичное выражение для скорости реакций Sц2:
v = A, [RX] [Y]
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)525дело в том, что для гетеролиза связи С—X требуется большая энергия
и эту энергию доставляет растворитель. Для того чтобы реакция могла
пойти по механизму 5дг1, растворитель должен обладать электрофиль-
ными свойствами, т. е. должен быть способен связывать отделяющийся
галогенид-ион. Этим требованиям удовлетворяют в первую очередь
протонные растворители, способные образовывать водородные связи
или связывать своим протоном уходящую группу. Таковы кислоты (осо¬
бенно более сильные), в меньшей степени вода, еще меньше — спирты.
Характеристики ряда растворителей приведены в табл. 86.Таблица 86. Диэлектрические проницаемости растворителей (при 20° С)Протонные растворителиАпротонные растворителиРастворительДиэлектрическаяпроницаемостьРастворительДиэлектрическаяпроницаемостьСНзСООН6-6.5Диоксан2-2,5С6НБОН9-10С2Н5ОС2Н54,5(СНз)зСОН10-11СН3ОСН2СН2ОСН36,5-7NH322Т етрагидрофуран7-7,5(при — 33 °С)СН3СОСН320-21С2Н6ОН25c0h5no235-36F3CCH2OH27CH3CN36-37СНзОН32-33ch3no236-37НОСН2СН2ОН38НСОЖСНзЬ37-38НСООН56(CH3)2SO45-49Н2081OP[N(CH3)2]3 (гексаметапол)30Сольватация образующихся катионов также, по-видимсму, имеет
значение, но этот вопрос менее ясен. Во всяком случае без сольвата¬
ции аниона нет реакций Sjv 1 - Так, в очень полярном, но нуклеофильном
и апротонном растворителе диметилсульфоксиде по механизму SjvI не
идут даже реакции трет-бутилгалогенидов.Реакции типа Sjvl легко осуществляются при действии солей сереб¬
ра в подходящих условиях. Ион серебра образует прочную связь с
анионом галоида и отрывает его от молекулы более энергично, чем
растворитель; кроме того, при этом анион уводится из сферы реакции,
вследствие чего замедляется (или предотвращается) реакция, обрат¬
ная гетеролизу алкилгалогенида.Реакции, идущие по механизму SN2, напротив, затормаживаются
в протонных растворителях, так как, образуя водородные связи с ре¬
агентами, эти растворители понижают их нуклеофильную активность.
Так, в протонных растворителях нуклеофильность галоид-анионов по¬
нижается от иод-иона ко фтор-иону:Г > Вг' > СГ > F'Особенно низка активность фтор-иона, способного образовывать
прочные водородные связи. В апротонных растворителях разница
между этими нуклеофилами не так заметна, и даже порядок в их ряду
может существенно меняться.Хотя косвенными путями (кинетические измерения, стереохимиче-
ское поведение в реакциях и пр.) доказано преходящее появление кар-
бониевых катионов во многих реакциях, снять спектры ряда алкиль¬
ных катионов только недавно удалось Олаху. Он наблюдал спектры
ЯМР растворов фтористых алкилов в пятифтористой сурьме. По ре¬
акцииAlkF + SbF5 —> Alk+ SbFg
526КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)образуется соль алкил-катиона, причем SbFs — сильная кислота
Льюиса и акцептор фтор-аниона — находится в избытке. Для трет-бу-
тильного катиона спектр ЯМР показывает одиночный пик (как и для
исходного фторида), но сдвинутый в совершенно необычную для про¬
тонов метила область слабых полей (4,35 м. д. по шкале б), тогда как
сигнал протона в (ClrhbCF проявляется при 1,30 м. д. На рис. 114+приведен спектр катиона (СНз^ССНгСНз, снятый в тех же условиях.
Справа при ~1,75 м. д. находится триплет метила этильной группы
(расщепление на протонах СН2). Триплет при -— 3,9 м. д. — сигнал
протонов двух эквивалентных метальных групп; расщепление обуслов¬
лено взаимодействием протонов этих групп с протонами СНг-группы1А
/ \4	3	2м-<?Рис. 114. ЯМР-Спектр катиона
(СН3)2ССН2СН3 в растворе SbF5.им. 8Рис. 115. ЯМР-Спектр фтористого адаман-
тила в растворе в СС14 (сплошные линии) и
образовавшегося из него при действии SbFg
адамантил-катиона (пунктирные линии).через разделяющий их атом углерода. Наконец, слева имеется мало¬
интенсивный мультиплет —• сигнал метиленовой группы (расщепление
на протонах метильных групп). Обращает на себя внимание то, что
сигнал метила, находящегося рядом с положительно заряженным уг¬
леродом, расположен почти при 4 м. д. — случай, не наблюдаемый для
обычных органических соединений. Кроме того, константа спин-спино-
вого расщепления в сигнале протонов одиночных метилов очень ве¬
лика, несмотря на то что они отделены от метиленовой группы атомом
углерода.Интересно, что в этих условиях не удалось наблюдать катионов
типа R—CHt (наименее стабильных катионов).При действии SbF5 на адамантилфторид получен адамантил-катион:Н2С•'7CHjСН'сн2Н2С'СН2На рис. 115 сопоставлены ЯМР-спектры (кн. I, стр. 557) исходного ада-
мантилфторида в ССЦ и адамантил-катиона. При превращении C10H15F
в С10Н15 картина пиков ЯМР меняется резко: пики под влиянием поло¬
жительного заряда перемещаются в сторону слабых полей и раздви¬
гаются. В соответствии с тремя «сортами» водородных атомов — а-мети-
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)527леновых групп (6 атомов), р-метинных групп (3 атома) и уметиленовых
групп — имеется три пика с отношением площадей 3:6:6. В этом случае
карбкатион, разумеется, не может принять свойственную ему нормально
плоскую конфигурацию. Так же обстоит дело со всеми карбкатионами
бициклов, в которых положительный заряд находится на углеродном
атоме в «голосе моста».Нестойкие карбкатионы. При реакции олефинов (а также третичных
спиртов) с концентрированной серной кислотой возникает равновесие
типаR\RCH=CH2 + H2S04 RCH—СН3 HS07 ч=±: 'ХН—О—S03H
сн3в котором карбкатион подвергается изомеризациям (см. ниже) и может
вступать в такие синтетические реакции, как реакция Коха с окисью
углерода (528, а также кн. I, стр. 156) или реакция алкилирования ал-
канов.Нестойкие алкильные катионы образуются также путем ионизации
тозилатов (n-толуолсульфокислых эфиров) третичных спиртов в среде,
например, ледяной уксусной кислоты:о	оR-0-S—(O)—-СНз —> R+ + 0 -S—(О)—СН3о	А'Алкил-катионы можно получить путем окислительного декарбоксили-
рования карбоновых кислот, например, действуя на кислоты тетраацета¬
том свинца:2RC0CT + Pb(CH3COO)4 —2R+ + 2СО., -f Pb(CH3COO)s + 2СН3СОСГНаконец, при действии азотистой кислоты на амины реакция прохо¬
дит через стадии образования сначала диазония, а затем — после отщеп¬
ления молекулы азота — карбкатиона, чем и объясняются многочислен¬
ные изомеризации, сопровождающие реакцию Демьянова (стр. 564),
а также возникновение двойной связи.Обычное превращение алкил-(или циклоалкил-) катиона в олефин пу¬
тем выброса протонаRCHCH3 —► R—СН=СН2+Н+это то самое превращение, которое обратимо совершается в концентри¬
рованной серной кислоте. Распад ароматического диазония в случае,
если его катиону противостоит аннон сильной кислоты, например BR"»
также совершается с промежуточным образованием арильного катиона:C6H5N2 BF7 —► C6H? + N, + BF:Реакции арил-катионов. Арильный катион может быть фиксирован при¬
соединением к свободной паре электронов любого аниона, а также кис¬
лорода, например в (СбНб^О, или галоида в хлор- или бромбензоле
с образованием соответственно катионов(СвН5)30 (С6Н5)2С1 (С6Н5)2ВгКатион СвН* может быть также обнаружен как электрофиль-ный ре¬
агент по вступлению в бензольное ядро в мета-положение к ориентантам
528КАРБОНИЕВЫЕ НОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)второго рода (А. Н. Несмеянов, Т. П. Толстая, Л. Г. Макарова,
Л. С. Исаева).Реакции алкил-катионов. Уже было сказано, что одной из обычных
реакций алкил-катионов является выброс протона и превращение в оле-
фин. К этой реакции, разумеется, не способны метальный катион и
катионы, несущие положительный заряд на третичном углеродном атоме
бицикла (двойная связь не может образоваться у «головы моста»—
правило Бредта).Алкил-катионы реагируют с сильными анионами (т. е. с анионами
слабых кислот), рекомбинируясь в молекулыR- + A- —> RAи взаимодействуют с протонными растворителями, вытесняя протон, на¬
пример:R+ + H20 —► ROH+H*По сути дела к последнему типу относится и алкилирование алка-
нов — реакция, в которой выброс протона осуществляется труднее и тре¬
бует участия агента, способствующего этому отщеплению. Так, при дей¬
ствии олефина в присутствии жидкого фтористого водорода на алканы
реакция протекает через стадию образования алкил-катиона (присоеди¬
нение протона олефином). Этот катион алкилирует третичный или вто¬
ричный углерод в алкане, от которого HF уводит протон в виде [H2F]+.Алкил-катионы способны присоединять окись углерода (реакция
Коха). Эта реакция осуществляется действием на раствор олефина в сер¬
ной или другой сильной кислоте непосредственно окисью углерода или
(как это делал Кох вначале) муравьиной кислотой, разлагающейся по
уравнению;НСООН + H2SO* —>■ СО + Н20 • H2S04Вся реакция Коха протекает по схеме:R-CH=CH2 + Н+ —► R— СН—СНз+ н2оR-СН-СНз R—СН—СН3] 	»- R-СН—СНзI	I	~н+	I+С=0	С=0+ J	Н0-С=0ацилий-катионВ результате присоединения к карбкатиону окиси углерода полу¬
чается ацилий-катион, способный существовать в концентрированной
серной кислоте или в виде солей с такими анионами, как BF4 и SbCIjT.
Мы встречались с ацилий-катионом при описании производных кислот
(кн. I, стр. 165) и при рассмотрении гидролиза сложных эфиров по ме¬
ханизму 5^1 (см. стр. 165).Гидридные перемещенияКарбкатионы способны захватывать гидрид-анион, т. е. водород с парой
электронов связи. Такие реакции называются гибридными перемещения¬
ми. Они могут быть межмолекулярными и внутримолекулярными.+	+СОR—СН-СН3 	>
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)529В межмолекулярных гидридных перемещениях акцептором гйдрид-
аниона является любой карбкатион, а донором — группировкиRЙ—С—О—И Н—С—О—R Н-С—NxR *♦	- I3в частности Li N—СН—
C6HSРеакция разыгрывается на примере спирта как донора гидрид-анионатак:Н	НАг+		>-АгН + С—О + Н*ieHs	ОцНд-6П37©> + н—с—он	>С6н5
нннI	.+ С—О + н*нCSHS(С6Н3)аС+/+СНз-н—>- (с6н5)3сн + сн3-с=о + н+
СНз	СНзАналогично другие доноры, отдавая Н~, превращаются следующим
образом;СН2-Оч уН	СН2~Оч +СН,-о/СчВ ~,г'’	"I../«н~с—n: —»-нI;c-rСН2—О'СН;r-oSС—RR\ +/RН 4- xC=NfR'SRLi+ N--CH—С6Н5 —> Li+ + Н~ + С6Н5— N—CH—С6Н5IС6Н5Самый сильный из доноров гидридного аниона — последний. Он пе¬
редает Н" даже кетонам на их карбонильный углерод, а не только на¬
стоящим карбкатионам.Д. Н. Курсанов, В. Н. Сеткина и 3. Н. Парнес нашли, что углеводо¬
роды, имеющие третичный углерод, в концентрированной дейтеросерной
530КАРБОНИЕБЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)кислоте обменивают весь свой водород на дейтерий. Первой стадией
реакции является окисление серной кислотой третичного атома углерода
в относительно устойчивый третичный карбкатион:сн3СНз-С—Н + H2so4
СН3СНзс н3-с+ +hs07 + h2
сн3Затем карбкатион обменивает постепенно все свои водороды на
дейтерий, вероятно, за счет выброса протона и присоединения дейтрона
к образовавшемуся олефину:сн,СН3—С+i-н+СН3НоСНзСН3СНз
1 +dch2-c+IСНз-Н+СН3 СНз
I H-D+	|DCH=C 	► D2CH~C+ и т. д.I	Iсн3	сн3В результате гидридного перемещения у того углеродного атома, от
которого мигрировал гидрид-анион, появляется положительный заряд.
Этот углерод берет теперь на себя роль карбкатиона. Данные табл. 87Таблица 87. Энергии превращении R* + в~ —> R+ + 2е~
и теплоты образования карбкатионов (е~ — электрон)R*ПотенциалионизациирадикалаОтноситель¬
ная энергия
превращения
радикала,
ккал/мольТеплоты
образования
иоиа &Hj.
ккал/мольсн+——262СН3СН+—224СН3СН2СН*8,6929,2216СН3СНСН37,90И.1190СН3СН2СН2СН*8.6428.1207СИ3\>СНСН+сн3/8,3521.4211СН3СНаСНСН37,9311.7181СНзч +>ССН3СН3/7,420166показывают, что энергетически наиболее устойчивыми являются третич¬
ные карбкатионы, а наименее устойчивыми — первичные. Поэтому гид-
ридные перемещения совершаются в таком направлении, чтобы в рав¬
новесной смеси алкил-катионов преобладали третичные, затем вторичные
и меньше всего содержалось первичных. Приведенные ниже переходы
экзотермичны;пере- —> втор- —► трет-
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)531Возможны также внутримолекулярные гидридные перемещения. Так,
по О. А. Реутову и Т. Н. Шаткиной, при действии азотистой кислоты
на 1-пропиламин, меченный по углероду 1, образуется смесь пропано-
ла-1-13С и пропанола-3-13С (конечно, наряду с изопропиловым спиртом):hno2	+ + н2оСН3—СН2—13СН2—NH2 —СН3—СН2—)3СН2	Г СН3—СН2—13СН2ОН^ 2	—Н1—3-гидридное
перемещение+	+ н2осн2—сн2—13сн3 	>• НОСН2—СН2—13СН3-н+Такое 1—3-гидридное перемещение является, возможно, результатом
двух 1—2-гидридных перемещений. Другое внутримолекулярное 1—2-
гидридное перемещение наблюдал Олах. Он обнаружил, что, если нор-
борнилфторид растворить при 20 °С в пятифтористой сурьме, спектр
ЯМР из сложного, изображенного на рис. 116 сплошной линией, превра¬
тится в простой пик (пунктир), означающий, что в норборнил-катионе
все водороды одинаковы. Это может быть понято только, если допустить
быстрое 1—2-гидридное перемещение и одновременно быструю вагне¬
ровскую ретропинаколиновую перегруппировку (стр. 556), усредняющие
картину:Последняя схема служит также напоминанием о встречавшихся уже
нам перегруппировках карбкатионов, которые еще раз будут подробнее
рассмотрены в разделе «Пере¬
группировки» (стр. 553).По Олаху, растворенный в
«сверхкислоте» HS03F -f SF5
метан (иод давлением, при
140°С) захватывает протон,
образуя метоний-катион СН*
возникновение которого при
действии протона на метан
В. Л. Тальрозе открыл ранее
посредством масс-спектрогра¬
фа. Метоний-катион в условиях
опыта нестоек и распадается
на карбкатион и молекуляр¬
ный водород:j+ .СНдСН+ + Н2Рис. 116. ЯМР-Спектр норборнилфторида
в растворе СС1., (сплошные линии) и обра¬
зовавшегося из него при действии SbFs нор-
борнил-катиона (пунктирная линия).Другими словами, протон
вырывает из метана гидрид-
анион. Аналогично, по Олаху,
и другие предельные углево¬
дороды способны захватывать протон «сверхкислот» и далее претерпе¬
вать превращения, подобные описанным выше.Оксосоединения в кислой среде принимают протон на карбонильный
кислород, а их углерод становится частично карбониевым с положитель¬
ным зарядом, рассредоточенным между карбонильными углеродом и
532КАРБОНИЕБЫЕ ИОНЫ (КАРБКАТИОНЫ)кислородом оксосоединения:СНзсн.СН"С=0 + н+3\'С=0—н3\ +V—о—нСНзСН3Поэтому альдегиды и кетоны в кислой среде ведут себя в некоторых
реакциях как карбкатионы, например:СНз\ +
С=0—НСн/СН.СН3.С—ОНСН,СН»выброс	рттпротона	v*'n3V	*■ Н+ + .С—ОН (енолизация)СН/Осн/,С=0—нсн/с—он+ сн3—с—СН3сно3\сн.с—сн2—с—сн.СНз-Н2° Сн/оIIС— СН,—С—СНз-н+Н20+СН;о3\сн/С=СН—С—СН3 (кротоновая конденсация)Здесь нужно напомнить об устойчивых ацилий-катионах, образую¬
щихся при действии кислот Льюиса или концентрированной H2SO4 на
галоидангидриды карбоновых кислот (или соответственно их эфиры)
(Зеель):R—CF + BF3 —► [R—С=0 ч->- R—С=0] BF7IIОR—С—Cl + SbCl5 —> [R—С=0 ч->- R—С=0] SbCI"IIОСтроение ацилиевых катионов характеризуется делокализацией по¬
ложительного заряда между кислородом и углеродом.Ацилиевые катионы являются важными промежуточными продук¬
тами кислотного гидролиза сложных эфиров (стр. 165) и других реакций
производных карбоновых кислот.Карбкатионы иного типа образуются при присоединении протона к
ароматическим углеводородам. Хотя ароматические углеводороды яв¬
ляются очень слабыми основаниями, тем не менее в определенных усло¬
виях можно констатировать их кислотно-основное взаимодействие с про¬
тонными кислотами. Так, при растворении бензола, толуола, нафталина
и всех многоядерных ароматических углеводородов с конденсирован¬
ными ядрами в жидком фтористом водороде устанавливается равновесиеArH + HF 5F* ArH+ + F"которое может быть существенно смещено вправо прибавлением, напри¬
мер, трехфтористого бора, связывающего анион фтора в прочный анион
BF4‘.
КАРБОНИЕВЫЕ ИОНЫ (КАРБКА 1’ИОНЫ)533По спектральным данным, при этом образуются о-комплексы, на¬
примерГн нн нв которых карбониевый заряд рассредоточен в орто- и пара-положениях
кольца. В следующих формулах звездочкой отмечены возможные места
присоединения протона, т. е. места наибольшей основности:Электропроводные окрашенные растворы, образующиеся при низкой
температуре в системе ароматический углеводород — хлористый водо¬
род— хлористый алюминий, также содержат карбониевые соли галоид-
алюминиевых кислот. Так, при —80 °С хлористый алюминий при пропу¬
скании НС1 растворяется в толуоле; при этом образуется зеленый рас¬
твор, содержащий карбкатионы:
МЕХАНИЗМЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙМы уже встречались с делением реакций на гомолитические и гетероли-
тические и с классификацией последних на типы нуклеофильных и элек-
трофильных замещений (кн. I, стр. 23). Для каждого из двух типов
возможны кинетические подтипы реакций первого и второго порядка.
Используя в этой классификации Инголда его же символику, мы полу¬
чаем четыре основных типа реакций гетеролитического замещения Sjvl,
Sjv2, Se 1, 5е2. В этих символах S обозначает реакцию замещения (Sub¬
stitution]|, N и Е соответственно нуклеофильный и электрофильный ха¬
рактер, а цифры указывают на кинетический порядок реакции.К этим основным типам следует добавить еще типы S^i и SEi (от i —
Intramolecular — внутримолекулярный), где весь символ обозначает
внутримолекулярное замещение — нуклеофильное или электрофильное.
По смыслу вещей это всегда реакция первого порядка, т. е. внутримо¬
лекулярная гетеролитическая перегруппировка (см. раздел «Перегруп¬
пировки»).Возможны еще обменные реакции, проходящие по типукогда одновременно обе части молекулы АХ атакуют обе половины
молекулы BY, т. е. обмен проходит через четырехцентровое (четырех¬
членное) переходное состояние. Этот тип реакций замещения иногда
обозначается символом Sf (от four — четыре). Очевидно, что это реак¬
ции второго кинетического порядка.Реакции гетеролитического присоединения Ad* по кратной связи мо¬
гут быть классифицированы также по признаку нуклеофильной AdN или
электрофильной АйЕ начальной атаки на кратную связь. Здесь также
возможна одновременная атака по типупроходящая через четырехцентровое переходное состояние и обозначае¬
мая Айр. По смыслу кинетический порядок в этом случае всегда второй.Наконец, еще один тип реакций, о которых почти не было речи,
это — реакции элиминации, или отщепления, обозначаемые буквой Е и
часто обратные типу Ad. Поскольку, однако, отщепление X—Y от А—ВAY+BXА=В + X—YX YА—ВX Y*	Ad — addition — присоединение.
СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО состояния535с образованием А=В может осуществляться без воздействия реагента
и проходить мономолекулярно — это тип Е\. В случае необходимости
атаки на X или Y реагента (он может быть нуклеофилом или электро¬
филом) реакция элиминации идет по второму порядку и обозначается
как Е2.На деле приведенная классификация — только очень упрощенная
схема. В реакциях часто участвует третья, а иногда и четвертая частица,
и реакции формально третьего и четвертого, а также смешанных поряд¬
ков не редкость. Иногда эта третья частица — растворитель, иногда это
тот же реагент. Весьма часто участие третьей частицы проявляется по
принципу «тяни — толкай», например:Иногда это участие в циклическом переходном состоянии, примеры
чему можно найти в следующем разделе.СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯВ разделе «Химическая реакция» (кн. I, стр. 79) уже рассматривалась
физико-химня переходного состояния (активированного комплекса).
Изучающему органическую химию должно быть ясно, насколько важно
знание параметров переходного состояния данной реакции для количе¬
ственного предвидения ее течения. Между тем до настоящего времени
нет способов установления строения активированного комплекса, по¬
добных уверенным химическим и физическим методам установления
структурной формулы обычных молекул. Это обусловлено тем, что кон¬
центрация обязательно неустойчивого переходного состояния, находя¬
щегося в энергетическом максимуме («горбе»), исчезающе мала по срав¬
нению с остальной частью реакционной массы, и активированный ком¬
плекс не может быть ни отделен от нее, ни индивидуализирован. Хотя
можно высказать надежду, что методы ЭПР, ЯМР и оптические методы,
развиваясь, внесут свой вклад в суждение о строении переходного со¬
стояния, в настоящее время приходится выводить формулы переходного
состояния косвенным путем, основываясь на данных стереохимического
течения реакции, ее кинетики в разных растворителях и их смесях, на
использовании изотопного эффекта, на энергетических и геометрических
соображениях. Наконец, полезен постулат Хэммонда.Первый вопрос: сколько молекул того и другого реагента участвуют
в структуре переходного состояния — решается на основании порядка
реакции по каждому из реагентов *. Если реагируют вещества АВ и CD
и скорость реакции пропорциональна концентрации каждого, т. е. произ¬
ведению [АВ] [CD], то это — реакция второго порядка (первого по ка¬
ждому из реагентов), и в переходном состоянии участвует по одной мо¬
лекуле каждого вещества. Если скорость реакции пропорциональна
[АВ] [CD]2 — третий порядок, то в переходном состоянии участвует 1AD
и 2CD и т. д. (см. примечание).Стереохимическое течение реакции, например сохранение конфигура¬
ции вокруг атакуемого (нуклеофильно или электрофильно) тетраэдри¬
ческого углеродного атома, или вальденовское обращение, позволяет
решить, в частности, вопрос, с какой стороны — со стороны замещаемой
группы или с противоположной — приближается атакующая частица.>- Y-C^Rt + X-—HOR"'R"*	Это утверждение строго только в применении к реакции, протекающей в одну
стадию» или к элементарной стадии сложной реакции.
536МЕХАНИЗМЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙПервый порядок реакции по одному из реагентов и нулевой по дру¬
гому свидетельствуют о предварительной диссоциации этого реагента,
которая обычно происходит медленно и потому определяет итоговую ки¬
нетику реакции. В этом случае часто наступает рацемизация, конечно,
если речь идет о замещении у асимметрического тетраэдрического угле¬
рода. В переходном состоянии в этом случае участвует частица диссо¬
циированной молекулы (ион) и молекула второго реагента. Если иони¬
зованное вещество осталось с неразделенной ионной парой (в неполяр¬
ном несольватирующем растворителе), то, например, катион в случае
RX	RXR'—С Na или анион в случае R'—С С1 экранирует ион-партнер, и
R"/	R"/рацемизация (по крайней мере, полная) не наступает — оптическая
активность сохраняется. Часто рацемизация не наступает (или она не
полна) в случае участия молекулы растворителя (которое кинетически
обычно не учитывается, так как при огромном избытке растворителя
его концентрация практически постоянна), экранирующей ионный центр.
Сменив растворитель или сильно разбавив его инертным, можно, меняя
концентрацию, выявить участие этого растворителя в переходном со¬
стоянии.Изотопный эффект используется главным образом в случае водорода
и дейтерия. Если в двух соединениях одинакового строения, различаю¬
щихся лишь тем, что в одном из них один (или несколько) атом водо¬
рода замещен дейтерием и именно этот атом (или атомы) вовлекается
в реакцию и участвует в структуре переходного состояния, наблюдается
резкая разница в скорости реакции водородного и дейтерированного со¬
единения. Это и называется изотопным эффектом. Не вовлекаемые в ре¬
акционный комплекс атомы дейтерия существенно не влияют на скорость
реакции (пример см. кн. I, стр. 123, окисление спиртов).Постулат Хэммонда заключается в следующем. Как уже сказано
(кн. I, стр. 87), переходное состояние, структурно включающее в себя
две (или более) реагирующие частицы (молекулы, ионы, свободные ра¬
дикалы), имеет максимум энергии и соответствует вершине горба на
кривой энергия системы (ордината)—координата реакции (абсцисса).Координата реакции — это мера расстояний между атомами, основ¬
ными участниками реакции.Если реакция идет в несколько стадий, каждой из них соответствует
свое переходное состояние со своим максимумом. Чтобы поднять энер¬
гетический уровень реагирующих частиц до переходного состояния, нуж-	Е_но затратить энергию активации Е (в уравнении Аррениуса k — Ae RT,
где k — константа скорости реакции, Т — температура, А — предэкспо-
ненциальный множитель).В том случае, когда реагируют два свободных радикала или два
иона, энергия активации обычно мала, если не равна нулю (т. е. равна
немногим килокалориям на моль). Если такая же неустойчивая частица
реагирует с молекулой, энергия активации больше, но обычно невелика.
Если же реагируют две молекулы и реакция течет с измеримой при
обычных температурах скоростью, энергия активации существенно выше
и достигает обычно 15—30 ккал/моль. Эти случаи могут быть по Хэм¬
монду изображены схематически тремя кривыми (рис. 117).Кривая А при переходе от исходных веществ до максимума соответ¬
ствует малой энергии подъема и затем глубокому энергетическому спу¬
ску до энергии продуктов реакции. Здесь реагируют, следовательно,
энергетически богатые частицы, в реакции участвует, например, ион или
СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯ537&§51g: ”5111
г3 ^I"3Энергия __
'актиВации
Теплота _
■режциилнВеществаЙПереходное
1-я стадий^—состояние' Стадияионы. Это экзотермическая реакция. Кривая В имеет противоположный
характер: подъем высок — спуск мал, получаются богатые энергией
продукты. Реакция эндотермична. Кривая С соответствует довольно
большому подъему и довольно большому спуску, но она построена бо¬
лее симметрично, чем предыдущие, и типична для реакции двух ста¬
бильных молекул (реакция второго порядка).Нужно сказать, что кривая А, в частности, изображающая реакцию
иона с молекулой, т. е. реакцию SN (или SE), по существу двугорба, но
первый — левый горб здесь
опущен — он соответствует пе- § %Рстяние
реходному состоянию диссо¬
циации.Постулат Хэммонда со¬
стоит в том, что переходное
состояние по своей структуре
(т. е. по межатомным расстоя¬
ниям и углам, словом, по гео¬
метрии) в случае А близко к
исходным частицам, а в слу¬
чае В— к конечным продук¬
там. Этот оправдывающийся
на деле постулат основывается
на том соображении, что раз
энергия начального состояния
мало отличается от максиму¬
ма, то и изменения по сравне¬
нию с начальным состояниемневелики. Подобное соображение для случая В сближает переходное
состояние с продуктами реакции.Наконец, огромное значение имеют чисто геометрические соображе¬
ния. Все межатомные расстояния в активированном комплексе остаются
обычными, за исключением длин вновь образующейся и разрывающейся
связей, которые обе лишь немного превышают обычные ковалентные
расстояния. Валентные углы также меняются только у соединяющихся
и разрывающих связи атомов в соответствии с новым состоянием гибри¬
дизации электронных орбиталей. Например, в случае реакции электро¬
фильного замещения водорода в бензолеNO,NO,Рис. 117. Энергетическое состояние реаги¬
рующих систем:Л —экзотермическая реакция; В — эндотермическая
реакция; С — двухстадгейнал реакция.атакуемый углерод в активированном комплексе из 5р2-гибридизоваН;
ного (второе валентное состояние) переходит в 5р3-гибридизованный
(первое валентное состояние — тетраэдрический углерод) и стремится
изменить валентные углы от 120 до 109°.Подобно этому случаю, мы часто встречались с активированными
комплексами простейших структур и знаем, что, например, нуклеофиль¬
ное замещение у тетраэдрического углерода Sn2 проходит через пере¬
ходное состояние, изображенное ниже, чем и объясняется вальденовское
обращение:R-\RrC-R-ClRI— C —
„R R-Cl~>~ I -C~*R'V'+ СГ
538МЕХАНИЗМЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИПоскольку в реакциях SE2, изученных гораздо меньше, обычно на¬
блюдается сохранение конфигурации, то очевидно, что в переходном
состоянии атакующая электрофильная частица подходит со стороны за¬
мещаемой группы. Например, в изученных О. А. Реутовым реакциях
ртутноорганических соединений предполагается поэтому четырехцентро¬
вое (четырехчленное) циклическое переходное состояние:С1\Н Hg—С1 н	н\ / / /	IС6Н6—С—Hg—С—С6Н3 —> 2С6Н5—С—HgClI	I	Iс с	с/ \ / \ / \С2Н50 О О ОСгН5	О ОС2Н5L	LСбН5—HgCl
r i I —> C6H5HgCl + HgCl2
Hg—ClClгде *Hg — радиоактивный изотоп ртути.Такое же четырехцентровое переходное состояние предполагает тот
же автор и Десси для разложения ртутноорганического соединения спир¬
товым раствором соляной кислоты:R—Hg—С1j I	—> R-H + HgCl2Н—ClДействительно, скорость разложения ртутноорганических соедине¬
ний соляной кислотой много выше, чем кислородсодержащими кисло¬
тами в тех же условиях, что и заставляет допустить участие хлора в пе¬
реходном состоянии.Уже на этих примерах простейших реакций мы столкнулись с не¬
обходимостью принять циклические переходные состояния, в данном
случае четырехцентровые. Циклические активированные комплексы —
очень распространенное явление в химии.Для многочисленных реакций присоединения карбенов по кратной
связи (стр. 520) вероятно трехцентровое (трехчленное) переходное со¬
стояние-.СН2/ \: СН2сн2=сн2сн2[H2C=-CH2JН2С—сн2Электрофильная атака брома на олефиновую двойную связь прохо¬
дит, как было сказано (кн. I, стр. 371), через трехчленный бромониевый
катион. Это доказывается тем, что в циклоолефинах бром присоеди¬
няется в гранс-положение:О+ Вг2 	< Г£ВГ Вг'нТрехчленный бромониевый цикл атакуется бром-анионом и размы¬
кается с вальденовским обращением, почему атомы брома и оказы¬
ваются в транс-положении друг к другу. Чтобы наблюдать подобное
явление в алифатическом ряду, надо выбрать такой олефин, в резуль¬
тате бромирования которого возник бы асимметрический атом. Таков
СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯслучай бромирования двух геометрических изомеров бутена-2:сн.;с=с;г£да-бутен-2.сн3н' 'хн+ Вг2с н3	с н3^с—с'w \ВгнВгнСН3 . ВгН f' С\ °НзВгнСН3	Н+ вг2Н"^ сн3транс-бутеп-ЗСН3,сн3нАВг“НрацемическаяформаCHj	Hrн>-счнВгл*£\?0-формасн3Образованию нестойкого трехчленного бромония, вероятно, пред¬
шествует стадия образования л-комплекса олефина с молекулой брома,
который может превращаться в бромоний одним из двух изображенных
ниже путей:\/СС/\+ Вг2~\/сЦ--*-Вг—Вг ■Л\/- |f>3r—Вг
С'/\\/Cv.-bBrЛВг"1ВгВгV-I+С Вг
/\\/Сч^Вг+ЛВг"Как бы то ни было, при любом из этих путей реакция должна про¬
ходить через трехцентровое переходное состояние, предшествующее ста¬
дии циклического бромониевого катиона, и при размыкании последнего
бром-анионом дать эффект вальденовского обращения.Многочисленные реакции изомеризации углеродного скелета типа
пинаколиновых и ретропинаколиновых перегруппировок (см. стр. 555 сл)
также идут через трехцентровое переходное состояние:RЛ*4R/(f - Г>‘
НО |ОН;!sdж/ 4- ч у1R-C—CC+ У2
.н оRR-C-C-R
II I
О Rпидаколиновая перегруппировкаR ЮН!!н+1
I*1 . IЯ-с^сСR-.+х~=с<R'XRXRретропинаколиновая перегруппировкаОтсутствие карбкатиона в подобных процессах доказано Д. Н. Кур-
сановым тем, что во время перегруппировки соединение не обменивает
540МЕХАНИЗМЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙводород на дейтерий из среды (D2S04, D20), как это свойственно карб-
катионам.Четырехцентровое (четырехчленное) переходное состояние фигури¬
рует в реакциях димеризации аллена и тетрафторэтилена, в которых об¬
разуются циклобутановые производные:н2с=с=сн2 н2с—с=сн22СН2=С=СН2 —►	—ж I Iсн2=с=сн2 сн2=с—си2f2c=cf2 f„c—cf2
2CF2=CF2 —•> : ; —> IIf2c=cf2 f2c—cf2IВесьма возможно, что присоединение литий- и магнийорганических
соединений к карбонильной группе также идет через четырехцентровое
переходное состояние.Многочисленные реакции 1,3-диполярного присоединения к олефи-
нам, ацетиленам, нитрилам и т.д. (стр. 257), как доказывает Хьюсген,
идут через пятицентровое переходное состояние. Для того чтобы было
ясно, о чем идет речь, повторим несколько примеров циклизации этого
типа:[CH2=N=N -<-> СНс—N=N1 + СН=СН —>N +	N	NHH2Qx	Н2С/	НС"' XNzC'	НС'" ">N«Ui„ - hJ-LHC^=CH	HC==CH HC	CHпиразол[c6h5-n=n=n 4- > c6h5-n-n=n] + R-C=N:Л„ C6H5-N N ^ C6H5-N >>-	^	IR-C = N	R—C=Nдизамещенныйтетразшх[C6H5-C=N~0 4—>- C6H5-C=N-o] + CHo=CH-Cf° -J	oc2H5СбН5—С О j	^ CrHc—с ЪH2C = CH—of	H2 С—CH—oc2H5	2	OC2H5З-фенил-5-карбэтокси- /
изоксазолинПо Хьюсгену, многочисленные подобные циклизации протекают би-
молекулярно и стереоспецифично. Так, циклы, получающиеся, например,
из цыс-дифенилэтилена, имеют фенилы в цис-положении; та же стерео¬
специфичность свойственна и реакциям rpawc-олефинов. Мыслимы два
механизма реакции. Рассмотрим это на примере присоединения диазо¬
метана к олефину.
СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯ541Возможны следующие пути:мR-./\С=с'XR,пtб^ Н2С^Путь а предполагает непосредственное присоединение через пяти-
центровое переходное состояние, путь 6 — присоединение в две стадии,
сначала одним из концов диполя (в данном примере крайним азотом
диазометана), затем замыкание цикла. Оба процесса должны идти как
бимолекулярные, поскольку определяющим скорость (медленным) про¬
цессом должны быть бимолекулярные реакции а и б. Против пути б
говорит практически одинаковая скорость присоединения в средах с
резко разнящейся диэлектрической проницаемостью. Высокая диэлек¬
трическая проницаемость среды будет способствовать стадии б, так как
в результате этой стадии образуется диполь с удаленными (+)- и (—)-
зарядами, разделенными предельным углеводородным звеном. Кроме
того, высокая диэлектрическая проницаемость среды должна способство¬
вать ионизации, уменьшая требуемую энергию. Путь а независим от
свойств растворителя. Второе соображение в пользу пути а — сравни¬
тельно низкие энтальпии активации и высокие энтропии активации та¬
кого рода процессов, что характерно для циклического переходного со¬
стояния, как это будет показано далее.Как подчеркнул Я- К- Сыркин, особенно широко распространены
переходные состояния с шестью центрами. Довольно очевидно, что к ним
относятся известные нам реакции Дильса — Альдера, так же как диме-
ризация диенов по Лебедеву:Декарбоксилирование (3-кетонокислот, как показали Вестхеймер и
Джонс, идет через шестицентровое циклическое переходное состояние и
приводит к образованию енолов кетонов:С Н„+ IIНСн н
Б 42МЕХАНИЗМЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙЧерез шестичленное циклическое переходное состояние проходит и
клайзеновская перегруппировка аллилового эфира фенола в о-аллил-
фенол, для которой методом изотопного обмена доказано привязывание
аллильной группы к бензольному ядру у-углеродным атомом:Реакция Кольбе и аномальная реакция хлористого бензилмагния
с формальдегидом явным образом идут через шестицентровое переход¬
ное состояние (включая ионную пару):ОН0"Na+=оOMgCIIЛсн,А>сн2В этих случаях особенно наглядно циклическое перемещение элек¬
тронов, типичное вообще для циклических переходных состояний.Я. К. Сыркин предполагает, что течение многих реакций кислотно¬
щелочного катализа осуществляется также через шестичленный активи¬
рованный комплекс. Сюда относится, например, дегидратация спиртов,
в которой течение реакции а может с успехом конкурировать с течением
реакции б через карбкатион:уСН2—Нч	СН2(СН3)2С/	чОН2 -Д.	/ +3 \0	н/ (снз)ас +онз|	н,0нСНз б	+/СНз(сн3)2с; —* (СНи)2С + Н20 —* (СН3)2С=СН2 + н+
хонн+Образование такого же рода циклов с участием воды, гидроксоний-
катиона или гидрокрильных ионов можно предположить и для многих
других процессов кислотно-основного катализа.Циклическое переходное состояние Я. К. Сыркин предлагает для ще¬
лочного и кислотного гидролиза сложных эфиров.
СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯ543R R'	R R'О—С—О	о=с о-0/	\тг	_ / \/н —► о + нН—О	Н20\нR'°v Л-Н /Н R'Ox/OHМ Л> —►	С и далееR/ О	И'" \Н	R' ЮНHR ОН
\ /С_°	RR'-O, ХН —► >С=0Ч'Н—О''	Н0Х + Н20I	R'—ОННдля реакции Канниццаро (третий порядок; второй по бензальдегиду,
первый по щелочи)RI0=С—Н „	R- / 4 /	I°\ /% — o-c+?h2-rН~° R "О но
для альдольной конденсации в кислой средеОНн3сх О—нх+/н	| +
;с,	,о( —> снз-сн + онзн-	Хн	(к-сн-осн=ов щелочной средеСН2—С—Н/ \ а
н;	,0 —► СН2=СН—ОН + ОН (стадия енолизэции)\ /О —нО—н
/ \ вСНз-СН	^0 —► СНз-СН-ОН\ /	IСН2=СН	сн,—сн=оСН2=СН	ОН	б, СНЗ__СН_0НН	ЧСН2—СН=0 —*	|	+0Н"j/	СН2-СН==0При подходящих скоростях стадий енолизации и собственно конден¬
сации в соответствующих вариантах по Сыркину могут получиться кон¬
станты в случае (а — б) третьего порядка (суммарно) и в случаеили
544МЕХАНИЗМЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ(а — б') даже четвертого порядка. В действительности щелочная альдо-
лизация и дает порядки между третьим и четвертым. Конечно, такие
циклические активированные комплексы не более чем гипотеза.Как видно из приведенных схем, в большинстве реакций, текущих
через циклические переходные состояния, происходит синхронное по
циклу передвижение электронных пар связи. Благодаря этому, есте¬
ственно, снижаются энергетические затраты, так как не требуется пред¬
варительного «взноса» энергии на разрыв связей одного или обоих ре¬
агентов для превращения их в богатые энергией свободные радикалы
или ионы. Уже по одной этой причине энергия активации реакции,
текущей через циклическое переходное состояние, ниже, чем той же
реакции, идущей не через циклический комплекс.Напомним, что константа скорости k реакции, текущей через пере¬
ходное состояние, выражается формулой:as* АН*где Т — температура в СК; х, h и R — константы; AS* и АН*— прира¬
щения энтропии и энтальпии переходного состояния сравнительно с ис¬
ходным состоянием. Приращение энтальпии в этом случае очень близко
к энергии активации. Таким образом, уменьшение ДН* переходного со¬
стояния резко увеличивает скорость реакции. В этом и состоит влияние
циклического переходного состояния. По Сыркину, это влияние может
быть еще больше, если цикл активированного комплекса обладает ква-
зиароматическим характером и вследствие этого еще более низким энер¬
госодержанием. Однако цикл в силу жесткости построения обладает
большей энтропией (и тем самым меньшей вероятностью), чем нецик¬
лическая система. Этот фактор действует в противоположном направле¬
нии и также экспоненциально.Такого рода энергетические соображения дополняются суждениямио	малой вероятности участия в реакции частиц, образование которых
требует большей затраты энергии, например несольватированных карб-
катионов или карбанионов, отщепление Н+ от Н30+, и вообще предвари¬
тельного, ранее стадии образования активированного комплекса, раз¬
рыва (гемолитического или гетеролитического) прочных связей с низким
энергетическим уровнем. В этом случае сразу возрастала бы АН* акти¬
вированного комплекса и скорость реакции уменьшалась бы до таких
величин, что реакция фактически бы не шла.Легко видеть, что в синхронно протекающих циклических процессах,
подобных описанным выше, граница между нуклеофильными и электро-
фильными атомами становится условной, а понятие о реакционном
центре делается менее определенным, поскольку их появляется одно¬
временно несколько.Для иллюстрации этого положения стоит еще раз привести в обоб¬
щенном виде схемы реакций, протекающих через циклическое переход¬
ное состояние:
СТРУКТУРА ПЕРЕХОДНОГО СОСТОЯНИЯ545Очевидно, что в циклическом активированном комплексе каждый из
атомов — его звеньев — является реакционным центром. О направлении
переходов электронных пар (кривые стрелки) мы судим главным обра¬
зом на основании знания относительной электроотрицательности атомов.
В схеме 1а стрелка к D ставится на основании знания, что D более
электроположителен, чем В, а А > С. Таким образом, В совершает
в цикле нуклеофильную атаку на D, а С — на А. Поскольку энергетиче¬
ский эффект реакции не зависит от пути перехода, то он будет таким
же, если допустить, что происходит не перемещение электронных пар,
а гомолитическое перемещение электронов. Например, для схемы Iа
(пунктирные стрелки — перемещение одного электрона):А—БС—DСхемы, подобные I и II, с гетеролитическим передвижением электро¬
нов принимаются по аналогии с нециклическими, сходными по характеру
процессами. Например, реакция Кольбе и, очевидно, аналогичная ей
аномальная реакция хлористого бензилмагния с формальдегидом
(стр. 542) близки к обычным реакциям электрофильного замещения
в ароматическом ядре, а значит, и перемещение электронов (их пар)
аналогично во всех этих реакциях.18 Зак. 79
РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИВ начале разделов об олефинах и ацетиленах мы рассмотрели ряд ре¬
акций, ведущих к образованию углерод-углеродной л-связи. Это реак¬
ции в известном смысле обратные реакциям присоединения по кратной
С—С-связи. Они носят название реакций р-элиминации или р-отщепле¬
ния.. Среди многих реакций элиминации особенно большое значение
имеют: отщепление галоидоводорода от моногалоидпроизводных и гоф-
мановская деструкция — отщепление воды и третичного амина от гидро¬
окисей четвертичных аммониев. Касающееся первой из этих реакций
правило А. М. Зайцева (1875 г.) гласит: отщепление галоидоводорода и
образование двойной связи происходит так, чтобы с непредельными
углеродами было связано максимально возможное число алкильных
групп.При гофмановской элиминации, напротив, предпочтительно отщеп¬
ляется водород метальной группы, так что в большинстве случаев об¬
разуется группировка =СНг.Кинетическими исследованиями Хьюза и Инголда было установлено,
что в зависимости от условий реакция Зайцева может идти двумя пу¬
тями. В сильно ионизирующих растворителях, например в спиртах (кн. I,
стр. 95), третичные и частично также вторичные галогениды способны
к медленной электролитической диссоциации. Карбкатион может затем
или соединиться с анионом или выкинуть протон и дать олефин. Две
реакции конкурируют между собой;(СН,)2СНЧ /СНз	(СН3)2СНЧ +С' 	»•	)с—СН3(сн3)2сн/ ~сг (сн3)2сн/| + с2н6он
(СН3)2СНЧ ,СН3X +I(СНзЬСН/ хос2н5Отщепление галоидоводорода — реакция мономолекулярная. Ее ско¬
рость, так же как и скорость сольволиза в целом, определяется ско¬
ростью медленной стадии ионизации. Такая элиминация обозначается
символомЕсли на то же галоидпроизводное действовать алкоголятом натрия,
реакция элиминации идет биомолекулярно и обозначается Е2. В этом
случае скорость реакции, следовательно, пропорциональна и концен-(СН3)2С=С-СН3 + Н+
IСН(СНз)2
РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИ547трации галоидпроизводного, и концентрации алкоксид-иона. Ориентация
остается прежней, подчиняющейся правилу Зайцева.Причина, лежащая в основе правильности, найденной Зайцевым, та
же, что в основе перемещений двойной связи с края в центр молекулы
при пропускании олефина над катализатором типа окиси алюминия:
термодинамически устойчивее те олефины, непредельные атомы которых
связаны с алкилами, а не с водородами. Здесь играет роль явление ги¬
перконъюгации, или сг.зт-сопряжения (кн. I, стр. 399). Напомним, что
в системеН	НI	Iн—С—сн=сн—С—нс-связи метильной группы сопряжены с я-связью, а это влечет за собой
небольшое понижение энергии.Интересно, что бимолекулярное отщепление Е2 протекает, в отличие
от Е\, синхронно, т. е. атака алкоксид-иона на p-водородный атом (р по
отношению к галоиду) и отрыв его в виде протона совершаются одно¬
временно с выбросом галоид-аниона:СГ/Нхн\/С1)н.н-с--с—н —>н/\нН'СгН5СГС2Н5ОНЭто было доказано тем, что в среде, содержащей обменоспособный
дейтерий, например в C2H5OD, карбанион СН2—СН2С1, если бы он су¬
ществовал сколько-нибудь заметное время, должен был бы вступать в
дейтерообмен и Давать CDH—СН2С1. Из него выбрасывался бы С1~ и
■в результате в качестве примеси получался бы дейтерированный этилен
0\ /Н'С=С . Между тем этилен получается чистый, без примеси деи-
W ^Н
терированного.Гофмановское отщепление — также бимолекулярная реакция и отно¬
сится к типу Еч. По этому типу протекает деструкция не только гидро¬
окисей четвертичных аммониев, но и сульфониев и фосфониев. В случае
гофмановского отщепления основание слабее (ОН- вместо OR-), и
атака его совершается на самый легко протонизируемый водород. На¬
пример, в случае аммониевого основанияN(CH3)3IR—СН2—СН—СН2—Н|3 а р'следует сравнивать кислотность водородов ос, р, р'. Хотя легче всего
протонизируется а-водород, но его удаление никакого отношения к от¬
щеплению группы N(CH3)3 иметь не может, так же как и вообще к де¬
струкции молекулы: захват протона из среды тотчас компенсирует его
потерю и вернет молекуле первоначальное строение. Таким образом,
сравнивать надо водороды р и р'. Если R — алкил, то его ^/-эффект18*
548РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИделает p-водород менее кислым, чем p'-водород. Атака направляется на
последний, и в результате получается олефин RCH2CH = CH2 («анти-
зайцевский»), Если R проявляет —/- или — Г-эффект, например если это
галоид, нитрогруппа или остаток бензола, то кислее будет p-водород, и
олефин будет иметь структуру R—СН = СН—СН3.Однако эта игра полярностей не единственный фактор, определяю¬
щий направление элиминации. Второй важный фактор — пространствен¬
ный. Он важнее при гофмановской элиминации, так как группа NR3
всегда объемистее, чем галоид. При синхронной элиминации молекула,
подвергающаяся элиминации, всегда принимает в переходном состоянии
такую конформацию, что отщепляющийся протон и уходящий атом или
группа [С1 или N(CH3)3] находятся в гране-положении. Иногда это
объясняют по аналогии с вальденовским обращением тем, что входя¬
щий заместитель (в данном случае углеродный атом, привязываемый
п-связью) должен присоединиться со стороны, противоположной отщеп¬
ляемой группе NR3 или С1~7 СС1•> н+ +--С'С + с гОднако такое объяснение несколько натянуто.На примере RCH2C(CH3)2—X рассмотрим переходные состояния и
пространственные затруднения в элиминациях обоих типов (кроме обыч¬
ных формул приведены их ньюменовские проекции):Зайцевское отщепление ГофмановскоеотщеплениеСНяСГ/СНа
R— С— С—СНз/	V4Н	С1ОН'н^CHaR
Н^С^-С-СН3
Н (_N(CH3)3
5СНпСГНОНH3Cy-k.CH2RCn+(СНз)з
б’В зайцевском отщеплении, как видно на проекции а', группа R,
если она объемиста, мешает и СН3, и уходящей группе — галоиду; еще
большими были бы пространственные затруднения, если бы уходящей
группой была объемистая N(CH3)3. На проекции б' видно, что при иной
конформации переходного состояния того же соединения пространствен¬
ных помех нет, и это способствует гофмановской ориентации отщепле¬
ния, причем в случае объемистой группы N(CH3)3 пространственный
фактор становится категорическим.Многочисленные элиминации диаммониевых солей, в частности не¬
предельных, исследованы А. Т. Бабаян. Рассмотрим одну из этих реак-
РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИ549ций, приводящую к пропенилацетилену:СН3I	 (CH3)3N-CH3—С=СН-СНг—N(CH3)3он"СНзIСН2=С—СН=СН
|он-
СН3IСН2=С—С=СНОН"СНзN(CH3)3он"(CH3)3N—СН=С—CH=CHSон-СНзf(CH3)2N—СН=С—СН=СН2СНзI уосн3—сн=с—с:хнТребование предпочтительной гране-конфигурации обеих отщепляе¬
мых групп в случсе' элиминации от олефинов превращается в.требова¬
ние о предпочтительной транс-конфигурации отщепляемых групп, свя¬
занных с непредельными атомами. Примером может служить исследо¬
ванное А. Н. Несмеяновым, А. Е. Борисовым и И. С. Савельевой от¬
щепление HgCl и CI от гранс-хлормеркурвинилхлорида:+ 2СГ + HgI-Н C1н\ /1сзг СII—- IIIсС/ ч1ClHg ннH C1н\ /1сзг СII—- IIIсС/ \1H HgClн+ 2СГ + HgI'транс-Соединение реагирует значительно быстрее, чем ^«с-форма. Ав¬
торы объясняют это лучшими пространственными условиями о,о-сопряже-
ния связей Hg—С и С—С1 в транс-соединении. Действительно, и другие
реакции отщепления от олефиновых углеродов проходят легче при транс¬
конфигурации отщепляемых групп.Следующие два примера показывают, как транс-элиминация диктует
такую конформацию переходного состояния, что отщепление протекает
стереоспецифично и конфигурация получающегося олефина оказывается
определенной — либо цис-, либо транс-.Пример 1.НСГН	АгАг^-С—С~*Нв/ ВгНО"НАг,Л1ArВглазе-стереоизомерАгВГтолько цис-
550РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИНО-н н
Лг-С—С^-Аг
Вг^ ВгННу"~'уАгAr'V-^'Br
ВгD- или Х-стсреонзомерАг' "Вгтолько транс-Пример 2.НСГ"А*Ar''V^>CH3N(CH3)3луео-стереоизомерНСГнAr	НN(CH3)3
spampo-стереоизомерАг	СН3только транс-только цис-'S) примере 2 гофмановскому отщеплению подвергаются трео- и+эрцгро-диастереомеры вещества Аг(СН3)СНСНАгЫ(СНз)зОН“. Опять-
таки отщепление происходит в той конформации, в которой отщепляю¬
щиеся группы Н и N(CH3)3 находятся в транс-положении, и отщепление
идет стереоспецифично: трео-изомер образует только транс-олефин, а
зритро—только ^ис-изомер. Однако в последнем случае реакция идет
в десятки раз медленнее. Такое замедление объясняется пространствен¬
ными помехами в переходном состоянии, создаваемыми двумя объеми¬
стыми арильными группами друг другу, и необходимостью преодолеть
эти помехи затратой большей энергии активации.Интересно отметить, что пары соединений в примерах 1 и 2 отли¬
чаются друг от друга противоположным зарядом одной из отщепляю-
+щихся групп [Вг- и N(CH3)3]. Следовательно, требование транс-распо¬
ложения элиминируемых групп нельзя свести к электростатическим
причинам.Из более редких реакций цис-элиминации назовем пиролиз сложных
эфиров карбоновых кислот и пиролиз эфиров ксантогеновых кислот
(реакция Л. А. Чугаева).
РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИ551Эти реакции проходят по схеме:н	R НI	\ /R—С—Н	<° с|	—> II + R'-C-OHR—С—О—С—О	С ||II	/ \	О
HR'	R НН	R НI	\ /R-C-H	<° С|	—* || +COS + CH3SHR—С—О—C=S	СII	/ \Н SCH3	R НОбе элиминации протекают как реакции первого порядка, и, значит,
отщепление проходит внутримолекулярно. Отрицательная энтропия
активации (кн. I, стр. 87) указывает, что в переходном состоянии обра¬
зовалась более жесткая структура, чем исходная, т. е. произошла цикли¬
зация. Предполагают такие циклические переходные состояния
(стр. 538 сл.) для обеих реакций:R V Н	R Я Нчсх) ("О	V чоК 41 , —> II + I г-R^iV	R Чн Он\"Л	нч'н HV	ifг ^	с	ь>	IIIJ QJn		II + I	—>- с + HSCHs^ c_s_CHa	ч	O-S-CH,	»*	нЭлиминации возможны, конечно, не только от углеродных атомов.
Примеры р-гранс-элиминаций мы уже встречали. Напомним элимина¬
цию Н и ОН от анти- (т. е. транс-) альдоксимов и аналогичную бекма-
новскую перегруппировку II рода:R—С—Н	R—С—Н	R—С|| + Ar-SOsCl —>	|| —> HI + Аг—S02—О" + Н+НО—N	Аг—S020N	NR—С—R'	R—C-R'	R—С|| + Аг—S0.C1 —>	|| —|!| + Аг—S02—OR'НО—N	Ar-SO^O—N	NДо сих пор речь шла о р-элиминации. Существуют, однако, и реак¬
ции отрыва двух групп от одного углеродного атома, или а-элиминации.
Обычно они приводят к образованию карбенов (стр. 518) или продук¬
тов их перегруппировки (стр. 569).Все сказанное о протекании реакций элиминации в открытых си¬
стемах справедливо и для циклических структур, но особенности эква¬
ториального и аксиального положения заместителей налагают здесь но¬
вые требования.
552РЕАКЦИИ ЭЛИМИНАЦИИОчевидно, что обе элиминируемые группы в цикле должны находиться
в 1,2-положении. Если они располагаются в цис-полижении, тогда неиз¬
бежно одна из них аксиальна, а другая экваториальна, т. е. они не
лежат в одной плоскости, и реакция Е2 не происходит. Если же заме¬
стители транс-расположены, то они или оба экваториальны, или оба
аксиальны, причем эти две конформации легко переходят друг в друга.
Аксиально-аксиальная конформация благоприятна для элиминации.Приведем по Инголду и Хьюзу примеры дегидрохлорирования двух
стереоизомерных хлорпроизводных циклогексанового ряда — ментил-
хлорида и неоментилхлорида:Ментилхлорид может претерпеть отщепление НС1 только в един¬
ственной конформации, в которой Н и С1 аксиальны и лежат в одной
плоскости (эта конформация и изображена выше). Однако переходу
в такую конформацию препятствует аксиальное положение изопропиль-
ной группы — такие объемистые группы предпочитают экваториальную
конформацию, поэтому реакция течет медленно. В неоментилхлориде
дело обстоит по-иному: благоприятная для отщепления конформация
стабилизована экваториальным положением изопропила, и реакция те¬
чет быстро, преимущественно в сторону образования циклоолефина II.СН(СН3)2СН(СН3)3Н
ПЕРЕГРУППИРОВКИСамое название «реакции замещения» предполагает, что замещающая
группа вступает на место замещаемой. В огромном большинстве случаев
так именно и происходит. Структура меняется лишь у того атома (или
атомов), на который направлена атака реагента и у которого происхо¬
дит реакция. Это правило наименьших структурных изменений служит
компасом при установлении строения химическим путем. Однако из¬
вестны и исключения из этого правила, и мы уже встречались с такими
реакциями, в которых заместитель вступает в молекулу не на место
уходящей группы, а к другому атому, особенно часто — к соседнему
с тем, от которого оторвалась уходящая группа. Такие реакции — они
называются перегруппировками — вызвали немало затруднений при
установлении строения, и естественно, что их пытались объяснить про¬
теканием реакции через ряд таких стадий, в которых не нарушается
принцип наименьших структурных изменений. Эти попытки, однако, в
общем оказались несостоятельными, и было доказано, что по крайней
мере многие перегруппировки совершаются внутримолекулярно в одну
стадию. Большинство известных перегруппировок относится к гетеро-
литическим реакциям.ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТАМы упоминали (кн. I, сгр. 102 и 523) о пинаколиновой перегруппировке
(Фиттиг, А. М. Бутлеров), происходящей при действии кислот, в частно¬
сти и льюисовых, на гшнаконы. В общей форме ее можно выразить так
(R — углеводородные радикалы):К' I I к '
НО онIR—iнРасчленение на стадии здесь дано искусственно, для ясности. На
деле это синхронный процесс, в котором IV выражает переходное со¬
стояние.
554ПЕРЕГРУППИРОВКИПодробно изучено, какие радикалы в этой перегруппировке легче
мигрируют (Тиффено, А. П. Орехов, Бахманн). В порядке легкости ми¬
грации радикалы располагаются в следующий ряд:п-СН3ОСбН4 > п-СН3СбН4 > C6HS > п-С1СбН4 > Алкилы > НОбщий вывод таков: легче мигрирует радикал, в наибольшей степени
рассредоточивающий положительный заряд, появившийся в системе в
результате отрыва ОН-, или, другими словами, легче мигрирует радикал,
наиболее способный подвергнуться электрофильной атаке.То обстоятельство, что начальным моментом перегруппировки яв¬
ляется отрыв гидроксильного аниона и образование карбониевого ка¬
тиона (в переходном состоянии тотчас рассредоточивающего свой заряд
между С, от которого оторван гидроксил, соседним С скелета и ключе¬
вым С мигрирующей R'-группы *) доказывается следующими анало¬
гиями:(Здесь даны только исходный бромгидрин и конечный пинаколин;
механизм, очевидно, тот же.)Еще одна аналогичная перегруппировка — «окислительное дезамини¬
рование» Мак-Кензи:Движущей силой реакции является отщепление молекулярного азота,
а содействующим фактором—легкий отрыв протона от кислорода, что
в итоге приводит к стабильной молекуле.Общий механизм реакции можно выразить одной схемой синхрон¬
ного превращения:На примере окислительного дезаминирования впервые установлено
и стереохимическое течение перегруппировки пинаколинового типа. Ми¬
грирующий радикал R', конечно если с углеродом, несущим гидроксил,*	Возможно, также внутри группы R', если она, например, непредельна или аро¬
матична.—* AgBr + R-C-C-R" +Н'XIlf
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА555связан асимметрический атом этого радикала, сохраняет свою (правую
или левую) конфигурацию. Группировка же вокруг углеродного атома,
к которому мигрирует R', претерпевает вальденовское обращение (что
можно констатировать, конечно, только если исходный аминоспирт был
выделен в стереохимически индивидуальной форме). Все это безусловно
доказывает, что промежуточный карбкатион не появляется в свободном
состоянии: карбкатионы имеют плоскую конфигурацию, и когда они фи-'
гурируют как промежуточные стадии реакции, т. е. когда реакции разы¬
грываются по механизму обычно происходит полная или далеко
идущая рацемизация.Таким образом, стереохимическое течение пинаколиновых перегруп-
пировок такое же, как в реакциях S2v2. Это как бы 5^2-замещение
групп ОН или Вг (в окислительном дезаминировании — диазониевойгруппы N=N) у несущего эти группы углеродного атома на радикал R'
от соседнего углерода.В первых двух случаях выведению групп ОН и Вг благоприят-ствует действие Н+ или ZnCb (льюисова кислота) и Ag, в третьем слу¬
чае перегруппировке содействует самопроизвольный распад непрочного
алифатического диазония. Пипаколииовой перегруппировке содействует
также -f-Г-эффект гидроксила, благодаря которому реализуется превра¬
щение спиртовой группы пинакона в кетонную группу пинаколина. Сле¬
дует еще пояснить формулы IV и IX. Они изображают переходное со¬
стояние, в котором R' еще не оторвался от материнского углерода, но
уже начал связываться с углеродом, принимающим мигрирующую
группу. Оба эти углерода и R' связаны трехцентровыми электронными
орбиталями. Если R' = Н, то речь идет о гидридном перемещении
(стр. 575). Следует, однако, напомнить, что, по данным Тиффено, Оре¬
хова и Бахманна (стр. 554), водород мигрирует труднее, чем алкилы
или арилы.В отношении радикала R' процесс должен рассматриваться как элек-
трофильное замещение связанной с ним группы:Пинаколиновые перегруппировки многократно использовались для
изменения структуры алициклов, расширения или сужения цикла. На¬
пример;Н. Д. Зелинский и Н. И. Шуйкин осуществили следующий синтез
спиранового кетона:“-ОСНО ОН	Q	'о
556ПЕРЕГРУППИРОВКИНаправление реакций в сторону образования производного цикло-
гексанона или циклопентильного кетона зависит, в частности, от харак¬
тера R, но также и от стереохимии цикла.Поскольку перегруппировка происходит с вальденовским обращением
у принимающего углерода, мигрирующий радикал должен поступать со+стороны, противоположной уходящей группе (НО, Br, N=N в приве¬
денных выше примерах). В случае фиксированного в цикле простран¬
ственного расположения этих групп по отношению к остающемуся гид¬
роксилу, углеродному радикалу и СН2-группе цикла геометрический
фактор сказывается и иногда направляет реакцию по-разному. Пример
(Куртин):НПинаколиновая перегруппировка проходит только для цис-амино-
спирта (диазотированного азотистой кислотой): гранс-амйноспирт со¬
храняет свой скелет.Вторым основным типом перегруппировки с изменением углеродного
скелета является ретропинаколиновая перегруппировка. В 1901 г.
Н. Д. Зелинский при дегидратации кислотой пинаколинового спирта вме¬
сто ожидаемого 2,2-диметилбутена-З получил 2,3-диметилбутен-2:СНзЧ СН3 н+ СНЗЧ ХСН3СН3—С—С( 	>• /С==Сч + Нг°сн3/ / \	сн/ хсн33 НО нПоскольку здесь, в противоположность пинаколиновой перегруппи¬
ровке, скелет из пинаколинового превращается в симметричный, как
у пинакона, перегруппировки этого типа называются ретропинаколино-
выми или иногда перегруппировками Вагнера — Меервейна, так как
первой разъясненной перегруппировкой этого типа была открытая
Е. Е. Вагнером в 1899 г. перегруппировка пинена в хлористый боргшлвпоследствии (1910 г.) подробно изученная Меервейном и сопоставлен¬
ная им с простейшими примерами этого типа перегруппировок. На гете-
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА557ролитический и, более того, ионный характер этих перегруппировок ука¬
зывает то, что они протекают гораздо быстрее в сольватирующих рас¬
творителях с высокой диэлектрической проницаемостью. Как и для раз¬
ных типов пинаколиновых перегруппировок, покидающая молекулу
группа может быть не только гидроксилом, но и галоидом, азотом али¬
фатического диазония и сложноэфирной группой, например тозилатной.
Примеры:снз\	Ag+ снз\ +	CH»N +СНз-С—СН2Вг	> СНз-С—СН2 —>	С—СН2—СНсн/	сн/	^I	II	IIIСНъ1 1 + H2o-н+1/СН3■Со/п1\-1сн/1онIV(Уитмор)СНз\	ZnCI2сн3—с—см-сн3 	
сн / I3 С1VI*	hno2СНзЧ /СН3-> )с=с(
СН/ \сн3VIIСНзЧ /СН*-* ;с—с—нСНз С1 ЧсНзVIIIСНЗЧ;сн—сн—сн3 	► сн—сы—сн3I	RX I +nh2	n+IIINXI'<2Н-СН—СН3 СНз—сн—снСНз\/,1т +1Т ,гт 	^ OTT +IT ^TT/R Н2°VllR	хСНзXI	XIIСНач	/R—>■ ^СН—СН-СНз + СНз—сн-сн'R7 I	I Чсн3
он	онXIII	XIVгде С —изотоп углерода 14С.Нельзя считать доказанным, что во всех ретропинаколиновых пере¬
группировках не фигурирует свободный карбкатион: стереохимическое
течение реакции известно не везде. Напротив, во многих случаях вполне
вероятны равновесия, подобные XI ^ XII. Некоторым аргументом в
пользу участия свободного катиона может служить то, что в большин¬
стве случаев результаты перегруппировки указывают на предпочтитель¬
ное направление реакции в сторону образования более устойчивого
SS8ПЕРЕГРУППИРОВКИкарбкатиона, т. е. с более компенсированным положительным зарядом.
Так, из катионов II и III более устойчив последний, так как его положи¬
тельный заряд подавляется .-{-/-эффектом трех алкильных групп, тогда
как в катионе II -{-/-эффектом всего одной г/;ет-бутильной группы. Во¬
обще по этой причине карбкатионы с зарядом па третичном углероде
устойчивее катионов с зарядом на вторичном, а последние устойчивеекарбкатионов типа — СН2. Однако в случае R = С6Н5 формулы XI и XII
предложено (Крам, 1949 г.) заменить на XV — промежуточное соедине¬
ние — среианиавый катионСН;С8НзVCH—СН—сна •-> СНз—сн-сн—сн3N111NXVс равновероятным раскрытием цикла при действии на него воды и об¬
разованием соединений XIII и XIV.Понятие о фенониевом катионе впервые ввел Крам с целью объяс¬
нить стереоспецифическое поведение в ретропинаколиновой перегруппи¬
ровке двух диастереоизомеров З-фенил-2-бутилтозилата. При ацетолизе
туэео-стереоизомер XVI полностью рацемизуется, а э/шг/ю-стереоизомер
XVII превращается в ацетат, сохраняющий в полной мере оптическую
активность. Крам постулирует образование в качестве промежуточных
форм в течение перегруппировки структур XVIII и XIX, включающих
фенониевый катион, привязанный симметрично к обоим углеродным
атомам — стартовому и финишному;Н-с6нй-СН3OTsн.СН,я■н
сн3XVIлроо->-< ■сн3 сн3XVIIIСНзСООНн--н н-
+-С5Н5 C5H5-сн.СНЭОАс•нСН3антиподы ллйео-
(рацемат)снявСН,■OTs
С6Н5сн3XVII‘оритро-вальл.обр.НЧ / \ /СНз СНзСООН
'г—п		2__	>■-снГ чн В2ЛЬД-обр- 'н-н--ОАс-c6Hs
сн3XIXзритро- (сохранение
конфигурации)Ts — — S—CeH4CH8; Ас= —С—СН3
О	оУглеродный атом ароматического кольца, связанный первоначально
со стартовым атомом С, в трехчленной промежуточной форме стал те-
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА559траэдрическим. Значит, плоскость бензольного кольца стала перпендику¬
лярной к плоскости чертежа. Положительный заряд финишного атома С
теперь рассредоточен в триаде углеродных атомов трехчлена, а следова¬
тельно, и по всем атомам бензольного цикла, что, по Краму, снижает
энергетический уровень этой переходной формы и тем самым ускоряет
реакцию.Разрыв под действием уксусной кислоты гипотетического трехчлен¬
ного катиона в случае хрео-нзомера XVI, имеющего плоскость симмет¬
рии, должен вести к рацемату, так как разрыв равновероятен слева и
справа (или, иначе, две симметричные молекулы при реакции не могут
дать одну оптически активную форму, но лишь рацемат). Напротив,
в случае з/жг/ю-изомера XVII ацетолиз несимметричной трехчленной
структуры, с какой бы стороны ни шла атака уксусной кислоты, приво¬
дит к исходной конфигурации.Следует обратить внимание на то, что и замыкание в трехчленный
цикл с удалением тозилат-аниона, и разрыв трехчленного цикла с воз¬
вращением фенониевого катиона в бензоидпую форму происходит с
вальдсновским обращением. В. Хюккель, оспаривающий трактовку
Крама и самое существование фенониевого катиона и трехчленного
цикла, указывает, что стереоснецифичность рассматриваемой реакции
можно объяснить просто переменой местами феиильной группы с този-
латной (или с заменяющей ее ацетатной) с двумя вальденовскими об¬
ращениями:СН,сн.н——ОАс6н6-	►—нАО—СбНб-—нн——ОА =н—СНзXVI
трео•сн3сн.сндн——ОАСбН*~—н_н—н—-с»н6 ”АО——н=н—СНз
XVII
эритро•сн.сн3-н-СвН.СНзXVIaгрго-антнподСН,,-ОА
• -С6Н5сн3ХУПаэритро-(сохранениеконфигурации)Здесь ОА обозначает как уходящий тозилат-анион, так и вступающий
(в опытах Крама) ацетат-анион.Само собой разумеется, что в условиях реакции ацетат XVIa может
перегруппировываться снова в ацетат XVI, так что рацемизацию обус¬
ловливают оба процесса XVI^iXVIa.Возражения Хюккеля основательны, и широко распространенная
ныне концепция фенониевого иона как промежуточной формы в пере¬
группировках не может считаться бесспорно принятой в науке.Реакции, где мигрирует ароматическая группа, а не алкил или водо¬
род, по мнению сторонников гипотезы фенониевого катиона, протекают
в сотни и тысячи раз быстрее именно благодаря относительно низкому
энергетическому уровню фенониевого катиона с его рассредоточенным
по многим атомам 'положительным карбониевым зарядом. Возражение
Хюккеля в этом случае состоит в том, что структуры типа XVIII
и XIX по существу являются «классическими» и никак не могут
560ПЕРЕГРУППИРОВКИрассматриваться как переходное состояние, а скорость реакции опреде¬
ляется только энергетическим уровнем переходного состояния
(стр. 538). В самом деле, стабильные катионы подобного типа мы
встречали, например, в видепри описании реакции Фриделя — Крафтса (стр. 32). Таким образом,
структуры XVIII и XIX отделены от начальных и конечных продуктов
реакции энергетическими барьерами, которые и определяют константу
скорости превращений исходного XVI в промежуточный продукт и по¬
следнего в продукт XVIa и соответственно XVII в промежуточный про¬
дукт и далее — в XVIIa. Конечно, можно выдвинуть контрвозражение,
что если оба переходных состояния, отделяющие промежуточный про¬
дукт, близки к нему по геометрии и структуре, то они и энергетически
близки. Тогда энергетические барьеры, отделяющие промежуточный про¬
дукт, невысоки, а следовательно, энергетический уровень этого продукта
все же приблизительно определяет скорость реакции (постулат Хэм¬
монда)1.В 1967 г. Олах описал эксперимент, который, казалось бы, непосред¬
ственно доказывает существование фенониевых ионов по крайней мере
в некоторых случаях. Оказалось, что п-(р-хлорэтил)-анизол, растворен¬
ный в избытке SbFs при — 80 °С, дает острый одиночный пик (синглет)
в спектре ЯМР в области метиленовых протонов. Это означает, что обе
метиленовые группы становятся эквивалентными после удаления хлор-
аниона, т. е. после образования карбониевого иона:Если бы метиленовые группы были неэквивалентны, то в спектре
ЯМР в этой области было бы два триплета, относящихся к разным ме¬
тиленовым группам. Однако на деле эти данные не исключают быстрой
обратимой изомеризации «неклассического» карбкатиона, т. е. равнове¬
сия типа:При этом скорость взаимопревращений классических карбкатионов
должна быть настолько велика, чтобы ЯМР не мог уловить каждый
карбкатион как отдельную частицу.В некоторых случаях, например для перегруппировки Вагнера —
Меервейна, доказано, что ретропинаколиновая перегруппировка проте-СН3 СН3\сн3 сн3СН2СН2С1сн2—сн2
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА561кает строго стереоспецифично, с вальденовским обращением у прини¬
мающего углеводорода и, кроме того, с резко повышенной скоростью
реакции. Все это делает несомненным и здесь «синхронный» механизм.Этот факт огромного повышения скорости перегруппировки в случае подходящей
конфигурации (в данном случае экзо-конфигурации) назван анхимерным (Уинстейн)
или, что то же самое, синартеттеским содействием (Инголд).В последние годы шла дискуссия между Уинстейном и Брауном о механизме
перегруппировок с участием катионов типа изоборнильного или норборнильного. Как
установлено, скорость ацетолиза экзо-изомера норборнилтозилата в 1000 раз превосхо¬
дит скорость ацетолиза эябо-изомера и значительно больше скорости той же реакции
для грег-бутилтозилата. По Уинстейну, это объясняется тем, что пространственное
содействие со стороны вновь завязывающейся связи возможно только для экзо-изо¬
мера (тогда завязывающаяся связь и уходящая группа будут располагаться на одной
прямой, как при обычном нуклеофильном замещении). Браун же считает, что обра¬
зуются обычные классические катионы, которые находятся в равновесии друг с другом:OTsэндо-НOTs“ОАСOTs’По Уинстейну, перегруппировка идет через «неклассический» трехчленный катион
с рассредоточенным между тремя углеродами положительным зарядом, без образова¬
ния свободного карбкатиона. «Неклассический» катион (понятие о нем впервые вве¬
дено Уинстейном) он описывает как резонанс структур, в общей форме выражаемый
такой схемойH'J U"RmJX—c4 -я	Rrm,nr■> ;c—с.\r rrrrpr Д tV"/C-±-Cv
j fr	RW|а на конкретном примере изоборнеола и камфена изображаемый так:< >- Г VI -<—>■Однако эта трактовка вряд ли состоятельна (Хюккель), так как рассредоточение
электронов может происходить внутри определенной структуры с фиксированным по¬
ложением атомных ядер. Между тем атомы углерода 1 и 3 в структурах А а В
562ПЕРЕГРУППИРОВКИнаходятся на расстоянии 2,5 А, а в структуре Б на расстоянии 1,5 А (длина ординар¬
ной связи).Относительно малую скорость ацетолиза энЭо-изомера Брауи объясняет простран¬
ственными затруднениями (со стороны атома водорода в положении 3), препятствую¬
щими сольволизу, и уходу энйо-тозилатной группы. •Браун отрицает роль пространственного (синартетнческого) содействия. Он осно¬
вывается на своих экспериментальных данных, показывающих, что введение в норбор-
нилтозилат в положение 1 заместителей (СНз, С6Н5, «-СНз0СвН4), стабилизующих
карбкатион, увеличивает скорость ацетолиза и зкзо- (v3K30) и эндо-изомера (vяндс).
Далее, поскольку пространственное содействие не должно зависеть от наличия заме¬
стителя, отношение скоростей оанд0 : vgK30 при переходе от незамещенного норборнил-
тозилата к замещенному должно было бы заметно меняться (особенно если стабили¬
зующее карбкатион действие заместителя сравнимо с предполагаемым синартетическим
влиянием или больше его). Однако в действительности это отношение остается по¬
стоянным при переходе к производном, содержащим разные заместители, в том
числе и упомянутые выше.Сопоставляя теоретические соображения Хюккеля и эксперименталь¬
ные данные Брауна, можно сказать, что «неклассический» катнон пра¬
вильнее представлять не как самостоятельно существующую частицу и
не как сумму резонирующих «классических» катионов, а как переходное
состояние перегруппировки, которое находится не в минимуме, а в мак¬
симуме потенциальной кривой (на вершине барьера, разделяющего два
переходящих друг в друга «классических» катиона 1 и II, стр. 561).Разберем, например, перегруппировку изоборнеола в камфен и об¬
ратную перегруппировку под действием кислот:В этом случае одновременно с отделением (при атаке Н+ на ОРТ)’
гидроксила электронная пара, привязывающая группу СН2, выделенную
на схеме, начинает отрываться от четвертичного углерода и привязы¬
ваться «со спины» к углероду, теряющему гидроксил, содействуя отде¬
лению гидроксила. Благодаря этому синартетическому (или анхимер-
ному) содействию перегруппировка изоборнеола, а также изоборнилхло-
рида в камфен совершается в тысячи раз быстрее, чем перегруппировка
в тот же камфен стереоизомерного изоборнеолу борнеола (или борнил-
хлорида).На последней стадии перегруппировки метильная группа теряет про¬
тон и привязывавшая его пара электронов образует двойную связь с со¬
седним углеродом, ликвидируя тем самым положительный заряд карб-
катиона. Этот обычный процесс стабилизации карбкатиона путем пре¬
вращения его в олефин мы уже видели на примере превращения пина-
колинового спирта в симметрический тетраметилэтилен.Кинетически был исследован ацетолиз п-толуолсульфонатов (тозила-
тов) изоборнеола и борнеола и, для сравнения, ацетолиз циклогексил-м-
толуолсульфоната. Скорость ацетолиза последнего принята за единицу.
Оказалось, что скорость ацетолиза изоборнилтозилата в 3,5-105 больше,
а скорость ацетолиза борнилтозилата только в 1,4 раза больше. Син-
артетическое содействие наблюдалось, таким образом, только в случае
изоборнилтозилата.Как синартетический процесс разыгрывается и превращение аддукта
НС1 к пинену — «истинного пиненхлоргидрата» — в хлористый борнил
(см. раздел «Изопреноиды», стр. 579). При присоединении хлористого
водорода к камфену образуется очень лабильный камфенгидрохлорид,| ОН"СН3СН3сн2
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА563который уже при растворении в сухом этаноле при 0°С превращается
в изоборнилхлорид со скоростью, в 6000 раз превышающей скорость
алкоголиза в тех же условиях трет-бутилхлорида. Опять налицо синарте-
тическое содействие отщеплению иона С1~ со стороны электронов связи
СНг-групны, мигрирующей к углероду карбкатиона через переходное со¬
стояние — неклассический катион:камфсн	камсренгидро-хлоридсн3	сн3изоборнилхлорид	борнилхлоридФормула карбкатиона с фиксированным зарядом написана лишь для
ясности, в действительности такой карбкатион отдельно не существует,
а превращается в переходное состояние с неклассическим трехчленным
катионом, от которого ион хлора отделяется синхронно с миграцией
CHo-группы. При атаке ионом хлора переходное состояние быстро пре¬
вращается в изоборнилхлорид, который лишь медленно стереоизомери-
зуется в борнилхлорид.С. С. Наметкин открыл еще один тип ретропинаколиновой перегруп¬
пировки в ряду терпенов, названный его именем. При перегруппировке
Наметкина меняются местами углеводородный радикал из четвертич¬
ного положения и галоид (или гидроксил), находящиеся при двух сосед¬
них углеродах цикла. Перегруппировка Наметкина сопровождается пе¬
регруппировкой Вагнера—Меервейна, и в целом процесс на примере
гомолога изоборнилхлорида — метилизоборнилхлорида — выглядит так
(А в данном случае метил);’иерегру'тй'рввкаВагиера-Меервейнасн.н,сзеркалоСН» перегруппировка
рт т	НаметкинаСНз	^'CLА	А(иное написание)	перегруппировка 1Вагиера-Меервейна [СН;сн.Если А не углеводородный радикал, а Н, перегруппировка Намет¬
кина приводит к превращению £>-изоборнилхлорида в L-изоборнилхло-
рид (и обратно), т. е. к рацемизации. Если А — углеводородный ради-
кал, происходит изомеризация.
564ПЕРЕГРУППИРОВКИИзомеризации циклов при действии азотистой кислоты на алицикли-
ческие амины, открытые и систематически изученные Н. Я. Демьяновым
и именуемые перегруппировками Демьянова, также относятся к ретро-
пинаколиновым перегруппировкам. Основная схема этих перегруппиро¬
вок может быть выражена так:СН2—CHNHS hno2 СН2—СН—N=N1- I I —* I I	“V*СН2—(СН2)«	CH2~(CH2)„	~N*сн2—сн	н2с—сн—сн, н2с—с=сн2—> I I —> ч / ' —+ \ /СН,-(СН,)Я	(СН,)« -н+ (СН,)«I--н+	н2осн=сн	н2с—сн—СН2ОНI	I	\/	+Н+СН*-(СН2)„	(СН2)„hno2Н2С—ch-ch2nh2 	»■ Н2С	СН—СН2(СН2)„	(СНг)п N+—n2Н2С—сн—сн2 —► сн2—СН 	> сн=сн\ /	I I -н+ I I(СН,)я	СН2-(СН,)я	СН2-(СН2)„н2о СН2—СН—ОН—> I I + н+СН2—(СН2)яНе все сужения и расширения цикла в этих перегруппировках про¬
текают одинаково легко. Пятичленный цикл легко расширяется в ше¬
стичленный, а семичленный — сужается в шестичленный, который, пре¬
имущественно, остается неизменным. Что касается до взаимопревраще¬
ний трех- и четырехчленного циклов, то оно происходит, но, возможно,
там не такой простой механизм.Наряду с продуктами перегруппировки образуются и спирты — про¬
дукты нормальной реакции замещения группы NH2 на ОН-группу.Как показал Н. И. Путохин, демьяновские перегруппировки прило¬
жимы в гетероциклическом ряду, например:/~\—СН2—NH2	N2 + H20 + (f^l + Н+NHNН.	Д. Зелинским и его школой найдены многочисленные перегруппи¬
ровки алифатических и особенно алициклических углеводородов под
действием хлористого алюминия. Так, например, исходя из циклогексана
или из метилциклопентана можно прийти к равновесной смеси:СН3А1С1з0-00Ряд таких реакций в жирном и алициклическом ряду нашел и Не-
ницеску с сотрудниками, трактовавший их как ретропинаколиновые пе-
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ИЗМЕНЕНИЕМ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА565регруппировки, протекающие ионноцепным путем. Хлористый алюминий
должен содержать небольшое количество влаги, с которой образуется
комплексная кислота:Н20 + А1С13Н+Cl С1 -
А1С1 онЭта комплексная кислота действует на углеводород, отрывая (по
преимуществу из вторичного или третичного положения) гидрид-анион
и выделяя молекулярный водород. Образовавшийся карбкатион претер¬
певает ретропинаколиновую перегруппировку в изомерный карбкатион,
отрывающий от новой молекулы углеводорода гидрид-анион, превращая
ее в карбкатион и т. д., пока ионная цепь не оборвется выбросом про¬
тона с образованием олефина:~С1 С1
СН3СН2СН2СН3 + Н” I А1С1 ОН*•[:СН3СН2СНСН3ГС1 С1 1——► СН3СН2СНСН3А1+ Н2,С1 он.++СН2—СН—СНз —*СНз—С—СНз1СНзСНззаро¬ждениецепиретропинаколиновая перегруппировкаСНз—с—СНз + СН3СН2СН2СН3
IСНзи т. д.СНз-С—СН3 -Iсн3СНз—СН—СН3 + СН3СН2СНСН3 продолже-
|	ние цепиСНзСН3—С=СН2 + Н+ обрыв цепиСН3Родственны ретропинаколиновым перегруппировкам и перегруппи¬
ровки С. Н. Данилова и Э. Д. Венус-Даниловой — превращения альде¬
гидов в кетоны под действием концентрированной серной кислоты:R—СНо—с=о + н+—Wr-!ch2—с—ОН
“ I	L—' Iн	нR+ Iсн2—с—о—н+ ГПя-> сня—с=о + н+Перегруппировка А. Е. Фаворского состоит в том, что а-хлорзаме-
щенные кетоны под действием щелочей превращаются в кислоты:он"R—СН2—С—СН2С1 	> НО—С—СН2—СН2—R + СГ||	до	оФормально можно было бы рассматривать эту перегруппировку как
ретропинаколиновую, протекающую с миграцией группировки RCH2 на
место хлора, но условия реакции совсем иные: нет атаки на С1~, дей¬
ствует щелочь, которая может уводить а-протон. Поэтому считают, что
Б66ПЕРЕГРУППИРОВКИэто другой тип перегруппировки, где движущим началом является об¬
разование карбаниона:R—СН—С—СН,С1	*~[r—СН-С~СН2С1 -Ч—VR-CH=C—CHoCll —г-|-п II	1 •• II 2	I JГн ] О	О	:<э:[OHjГ4	- он"R-CHyjHa-CI 	>- R-CH-CH2 + Cl 	2->-С	СА	Ар—r-ch-ch2 -—>■ r-ch2—сн2—с + он“/ \
с.	он/но оТаким образом, перегруппировка Фаворского идет через образование
неустойчивого в щелочной среде производного циклопропанона. По от¬
ношению к группе СН2С1 она является нуклеофильным замещением.Важная для ароматического ряда (в алифатическом ряду она осу¬
ществляется редко) бенэиловая перегруппировка проходит при действии
щелочи на а-дикетоны;г—Г~1
■'"Л !Аг! !ОН“ ~<4LLJ j	Аг О	АгАг-С—С—Аг	>■ .С—С—Аг—>~ ^С—	С—С^II И	НО lh НОХ | Аг "О I АгО О	Оу	"О	онКислота (СбН5ЬС(ОН)СООН называется бензиловой кислотой, а ди-
кетон С6Н5—С—С—С6Н5 бензилом, откуда и название перегруппировкиО	О(сравните ее механизм с механизмом пинаколиновой перегруппировки).Промышленный метод	получения фенола и ацетона по реакции
(стр. 101)СН3	сн3I	I н+С„н6—С—н + Оа —► С6Н5—С—ООН 	»- С6Н6ОН + (СОзЬСОСН3	СНзимеет в своей основе также перегруппировку углеродного скелета, вы¬
ражаемую схемой:с6Н3	ГнТСбТ]I	н4,	у +/нсн3—с—о-он —> сна—с—о—о'U4H “Н2°СНз	СН3СНз +	н2о сн3	н4, СН3
-	ос6н5	>• ^с~ос6н5 —^с=о +. НОС6Н5
сна	сн3:1	сн3
он
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОБРАЗОВАНИЕМ КАРБЕНОВ567Сходное течение имеет перегруппировка Криге, примером которой
может служить превращение сложного эфира декалин-9-гидроперекиси
в сложный эфир 1-окси-1,6-эпокс11Циклодекана:о—о—С—Кdo*о—с.О—С,IгнооI1нЧ-жоIIнПерегруппировка проходит при нагревании в ионизирующем рас¬
творителе и используется для раскрытия карбоциклов,ПЕРЕГРУППИРОВКИ С КАРБЕНАМИ И КАРБЕНОИДАМИ
В КАЧЕСТВЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОДУКТОВПерегруппировка Вольфа — Арндта. При каталитическом действии
окиси серебра а-диазокетоны перегруппировываются в кетены, и при
дальнейшем действии воды образуются кислоты с тем же числом угле*
родных атомов, что и в исходных кетонахз	, • ,R—С—CH=N=N
IIО+	АггОR—С—СН—Ns=N 	>IIОR-IC-CH + NT2S
'dfО—с=с/*\н2о0;Ч,н-*• ;c-ch2r
искСущественное отличие этой перегруппировки от всех предыдущих ти¬
пов состоит в том, что миграция происходит не к карбкатиону, а к ней¬
тральному углероду с неполной электронной оболочкой (с секстетом
электронов) — карбену.Имеется серия аналогичных перегруппировок, где атомом с незапол¬
ненной электронной оболочкой (тоже секстетом), принимающим мигри¬
рующую группу, является атом азота.Перегруппировки с перемещением мигрирующей группы к азоту. На
предыдущую перегруппировку Вольфа — Арндта наиболее похожа пе¬
регруппировка Курциуса. Она разыгрывается при нагревании азидов
кислот (кн. I, стр. 172)зСН,—С—N=N=N:IIо.. П-сн3—с—n—n=n:о0=C==N-CH3алкилизоцианатН,онсхC-NH-CH,алкилкарбаминоваякислота—>• СН3-С--'N —>■2 3 II " тО	'—COg + CHjjNHgПромежуточное неустойчивое соединение, образующееся сразу вслед
за отщеплением молекулы азота, содержит атом азота с секстетом элек¬
тронов, т, е, с незаполненной (вакантной) орбиталью. Такие атомы, как
568ПЕРЕГРУППИРОВКИмы видели выше, электрофильны неподобие катионов, хотя формально
они нейтральны. Они близки в этом отношении к атому углерода в кар-и М. Е. Вольпин). Далее алкил в этом промежуточном соединении ми¬
грирует к азоту вместе с парой электронов связи, и они заполняют ва¬
кантную орбиталь азота. При этом на атоме азота не возникает отри¬
цательного заряда, поскольку одновременно свободная пара электронов
азота становится я-парой связи с углеродом, и образуется молекула
алкилизоцианата (эфира изоциановой кислоты):Само удаление молекулы азота из азида может тоже происходить
одновременно или почти одновременно с начинающейся перегруппиров¬
кой, так что «карбеноидная молекула» ни на момент не существует
в свободном состоянии.Аналогично обстоит дело в перегруппировках Шмидта, Лоссена и
Гофмана, которые рассмотрены ниже более кратко. Продукт всех этих
перегруппировок — алкилизоцианат, который в водной среде момен¬
тально гидролизуется, причем образующаяся алкилкарбаминовая кис¬
лота не существует в свободном состоянии (подобно угольной кислоте)
и распадается на С02 и амин. Однако если разложение азидов прово¬
дить не в воде, а в каком-либо спирте, то образуются продукты присо¬
единения спирта к алкилизоцианату, т. е. уретаны, которые вполне
стабильны:Перегруппировка Шмидта заключается в непосредственном превра¬
щении кислот в амины с цепью, содержащей на один углеродный атом
меньше. На раствор карбоновой кислоты в концентрированной серной
кислоте действуют азидом натрия. В таких условиях большинство кар¬
боновых кислот обратимо дает ацилониевые катионы, которые с азид-
анионом образуют азиды кислот:Далее реакция разыгрывается, как было только что описано при пе¬
регруппировке Курциуса. Синтетически эта реакция имеет то преиму¬
щество перед перегруппировками Курциуса или Гофмана, что минуются
стадии приготовления из кислоты ее азида или амида (разумеется, это
выгодно, лишь когда общие выходы существенно не различаются).Знакомая нам уже перегруппировка Гофмана, исходящая из амидов
карбоновых кислот, проходит в водной среде и дает те же продукты,
что и реакция Шмидта или реакция Курциуса в водной среде. Действие
щелочного раствора брома приводит здесь прежде всего к неустойчи¬
вому в этих условиях N-бромзамещенному амиду. Далее гидроксил ще¬
лочи отрывает протон, а образующийся анион диссоциирует с отщепле¬
нием бром-аниона. При этом получается то же промежуточное соедине-названы карбеноидными (Д. Н. КурсановСН3—*	>-!СН3—|С^О	> СН3—N=C=0	JN*	|	>-N*'—L~r' •;СНз—N=C=0 + С4Н9ОН —► СНз—NH—СR-С—ОН + Н+H2so4+R—СR—С— N з == R—С—N =N=NII	IIIIООО
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОБРАЗОВАНИЕМ КАРБЕНОВ569ние, что и в предыдущих перегруппировках. Возможно, что диссоциация
с отщеплением бром-аниона происходит одновременно с перегруппи¬
ровкой:NaOBr	-Вг ОН-W D	Г*—XT	.^ ^ и *..• “ВгR—С—NH2	>~R-C—■ч.—>-R-C—NCII	II ”nh	H ••ОООн2о->• 0=C=N—R	У C02 + RNH2По Уоллису, в перегруппировках Курциуса, Гофмана, Лоссена и
Вольфа мигрирующая группа сохраняет свою конфигурацию.Перегруппировка Бекмана происходит при действии на оксимы кето¬
нов кислот Льюиса, РС13, РСЦ, а также хлорангидридов сульфокислот
и концентрированных минеральных кислот типа серной. Эта перегруппи¬
ровка приводит к амидам кислот следующим образом:R4/R' KLRr	но\^г rс н+ ус	С н20	С	т->11 —> II	II —>- с=оN4	L^N4r> н	N	;nчнчон	чоС.	^	R/	nhrЕсли перегруппировка происходит под действием хлорангидридов
сульфокислот, вначале отщепляется хлористый водород и остаток кис¬
лоты становится на место водорода гидроксила; такие соединения в ряде
случаев можно легко выделить. Далее, в полярном растворителе, осо¬
бенно при нагревании, они диссоциируют (гетеролиз N—О-связи), так
что у атома азота остается незаполненная электронная оболочка. В эту
лакуну и затягивается электронная пара связи С—R, радикал мигри¬
рует, а образующийся катион связывается с подходящим анионом:R R'	R R'	R R'\ /	\ /	\ /С	R"So2ci С	СII		► II ч=*	IIN	N	N +*,N\	**ОН	0S02R"R"02S0 R'	R'R'	\ /	+/н20	С	С+ “OSOjR*R"S03H + C=0N -oso2R"	ftSlHR	/**	/**R	RБ	AПродукт перегруппировки типа А можно выделить. Он легко гид¬
ролизуется до амида кислоты Б. Если реакция ведется в водной среде,
то к катиону присоединяется вода и сразу же получается амид. Пере¬
группировка, как это строго доказано многими исследованиями (кн. I,
стр. 461), полностью стереоспецифична: мигрирует радикал, находя¬
щийся в анг«-положении к уходящему гидроксилу. Бекмановская пере¬
570ПЕРЕГРУППИРОВКИгруппировка использована, в частности, для размыкания карбоцикла и
получения капролактама (в производстве капрона):Все рассмотренные перегруппировки носят название нуклеофильных
или секстетных перегруппировок. Первое название подчеркивает, что ми¬
грация радикала осуществляется к обедненному электронами центру.
Для большинства этих перегруппировок было доказано, что мигрирует
в первую очередь и с большей скоростью более электронодонорный ра¬
дикал и арилы быстрее алкилов.Перегруппировка Стивенса. Четвертичные аммониевые соли, имею¬
щие достаточно подвижный а-водородный атом (в группировках типа
—СН2СбН5, —СН2С—R), при действии сильных оснований (NaOH,ОLiCeHs) теряют этот водород в виде протона, причем образуется илид,
который и подвергается электрофильной перегруппировкет. е. в этом случае мигрирующий радикал, оставляя пару электронов
связи на атоме азота, мигрирует к отрицательно заряженному углероду.Перегруппировка Соммле происходит в том случае, если в предыду*
щей схеме R — алкилы. Ее течение таково:ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ я-СВЯЗЕЙАллильные перегруппировки. При нуклеофильных атаках на галоидный
аллил и его производные наряду с нормальным продуктом замещения
получаются продукты изомеризации: нуклеофильный реагент вступает
не на место замещаемого галоида, а к углероду 3, двойная же связь
перемещается. Для галоидного аллила, меченного по углероду (14С), это
выразится так:+ H2NOHR—N—СН2СвН,r/L!CeH6-N—СНСвН5ch2-n(ch3)3+Na+он	► НО-СН2-СН=СН;'СНа=СН—СН2-С1—*• СН2=СН-СН2ОН+ СГПоскольку галоидный аллил в средах с высокой диэлектрической
проницаемостью реагирует с нуклеофилами по механизму Sjyl, реакция
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ Я-СВЯЗЕИ571должна идти с предварительной диссоциацией на ионы. Еще до широ¬
кого применения в органической химии понятия мезомерии (примерно
30-е годы нашего столетия) Прево и Кирманн для объяснения такого
двойственного реагирования выдвинули теорию синионии, т. е. в данном
случае единой структуры аллильного иона, что на современном языке
выразится так:СН2=^СН^СН2 или СН2==СН~СН2 -<—>• СН2—СН^СН3RCH=^CH^-CH2 или RCH=CH— СН2-Ч—У- RCH—СН=СН2В этом случае отщепившийся в виде аниона хлор может рекомбини¬
роваться с карбкатионом по любому из двух углеродов, несущих частич¬
ный положительный заряд, с образованиемRCH=CH—СНгС1 или RCHC1—СН=СНЯЭто — случай аллильной анионотропии, и явление по праву рассмат¬
ривается как анионотропная таутомерия:RCH=CH—CH2C1 ч=* RCH-CH=CH2IClВ написанной выше реакции с изотопом углерода структура карб-
катиона совершенно симметрична и заряд распределен равномерно ме¬
жду крайними углеродами. Поэтому протекание реакции без перегруп¬
пировки и с аллильной перегруппировкой равновероятно. Во втором
случае это, разумеется, не так; карбкатион с катионным центром у вто¬
ричного углерода устойчивее, чем у первичного, и преобладать должно
замещение у вторичного углеродного атома.Повышенная способность галоидного аллила (сравнительно с пре¬
дельными галогенидами) к электролитической диссоциации и объяс¬
няется устойчивостью его катиона — благодаря рассредоточению заряда
между двумя углеродами энергия такого карбкатиона снижается.Однако аллильные перегруппировки происходят и при замещениях
по механизмам 5^2 и 2, т. е. без электролитической диссоциации. Это
типичный случай реакции с перенесением реакционного центра по си¬
стеме сопряженных связей, в данном случае а,я-сопряженных (кн. I,
стр. 291). Изображаем течение таких реакций, пользуясь символикой
английской школы.Анионотропная аллильная перегруппировка (в среде с малой ди¬
электрической проницаемостью, механизм SN2):RO~ + CHg^CH^сн2-0л	>-RO~CH2— CH=CJbI2 + cr-Катионотропная аллильная перегруппировка:н /O-MgCl>~ ^с-^сн2—сн==сн2
нОдним из важных простейших случаев анионотропной аллильной пе¬
регруппировки может служить обратимая перегруппировка диметилви-V0/н *сн2==сн
572ПЕРЕГРУППИРОВКИнилкарбинола в изобутенилкарбинол (А. Е. Фаворский, А. И. Лебедева):СНзЧ |	н+ СНзЧ;с-сн=сн2	;с=сн-сн2он
сн/	сн/По сути дела перегруппировкой этого же типа является открытое
И. Н. Назаровым превращение винилэтинилкарбинолов в дивинилкетоны
(под действием иона двухвалентной ртути):„ Iohi I	онKXLL_J *	IR'/Cl^fC“CH=CH2 —> Rf>=C=C-CH=CH2	>-?•—г X—сн— с— сн—сн2
яТакой синтез дивинилкетонов из винилэтинилкарбинолов (в свою оче-R\редь получаемых действием на кетоны С—О винилацетилена вR''присутствии КОН) позволил И. Н. Назарову широко применять диви¬
нилкетоны в синтезе циклических систем.Простейшими примерами катионотропных аллильных перегруппиро¬
вок являются прототропные аллильные перегруппировки, например пере¬
группировка y.Y>Y‘tPhxjioPkPotohobo® кислоты под действием цинка и
уксусной кислоты. Сначала, очевидно, в результате замещения хлора на
водород образуется дихлоркротоновая кислота, которая, как доказали
А. Н. Несмеянов, P. X. Фрейдлина и Л. И. Захаркин, претерпевает пе¬
регруппировку в дихлорвинилуксусную кислоту:-1з\ /НхС=с( + Zn + н+
н7 \соонС12НСЧ /Н.с=с/н/ \соон.
СС12=СН—сн2—с—онIIоДальнейшее восстановление дихлорвинилуксусной кислоты совер¬
шается только под влиянием амальгамы натрия в спирте. При этом про¬
исходит обратная аллильная перегруппировка и получается сама кро¬
тоновая кислота:Na-Hg;. С2Н50Н г °!Г
СС1о= СН—СН2— С—0”Na 	>- [СН2=СН—СН2— С— 0"Na+J	>•О	О—> СН,=СН-рСН—С—О-—снг—СН=СН-С—0“	У-V-, н	пГн | о	Н—он	о1 1ЮНГ!-> СН3—СН=СН—С—О-II"ОН	о
ПЕРЕГРУППИРОВКИ С ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ Я-СВЯЗЕИ573Таким образом, на пути превращения трихлоркротоновой кислоты
в ^кротоновую восстановлением в две стадии лежат две прототропные
аллильные перегруппировки (одна в кислой, другая в щелочной среде).
Реакция протекает без изменения конфигурации только благодаря тому,
что и для исходной, и для конечной кислоты более устойчивы транс-изо¬
меры. В противном случае конфигурация не сохранялась бы, так как на
стадии дихлорвинилуксусной кислоты стереоизомерия исчезает. Между
тем Ауверс и вслед за ним другие многочисленные ученые ошибочно
считали, что обнаруженное этим автором соответствие является дока¬
зательством транс-конфигурации кротоновой кислоты:Само по себе это верно, но никак не доказывается приведенными пре¬
вращениями вследствие аллильной перегруппировки.Приводим несколько примеров более сложных аллильных перегруп¬
пировок, протекающих с перенесением реакционного центра по меха¬
низму SN2 (P. X. Фрейдлина, Л. И. Захаркин и сотр.):II. При действии ряда нуклеофильных реагентов на изомерыСН2=СН—СС1з и СС1г=СН—CH2CI получаются в обоих случаях про¬дукты замещения одного атома хлора на нуклеофил. Первый изомерреагирует с аллильной перегруппировкой, второй — без нее:НООСч /Н'Г'	П':с=с;гидролизС1зС^	Н3С4	уНХС=С	—> NC=Cн/ \соон п./ ч'чсоонн/ 44 соон(неверная аргументация Ауверса)С1>CIJh2°Аг—СН=СН—СCC12=CH—CH2—N(C2H6)a| + (C2h6)2nhCH2=CH-CC13	СС12=СН-СН2С1| + CH3ONaСС12=СН—СН2—OCH3
574ПЕРЕГРУППИРОВКИВ первом случае атака нуклеофила идет, очевидно, на крайнюю
СН2-группу, например:ГаCHjCT*CHf^CH^C-CI 	>■ CHa—О —сн2—СН=СС12 + СГCIПри гетерогенном катализе над основными катализаторами (напри¬
мер, А1203) или при действии оснований наблюдаются перемещения
двойных связей и протонов, протекающие по механизму прототропной
аллильной перегруппировки. Примеры.I.	Двойные связи, если их две или более, стремятся переместиться
в сопряженное положение, энергетически более устойчивое:ЯСН=СН-'СН—CHssCtfa	> RCH=CH-CH^CH=CH2,С\ ry НоОСН^СН=СН*	>-PHЦОН~]		>-RCH=CH—СН==СН—СНз + ОН"Если двойная связь находится в боковой цепи ароматического соеди¬
нения, она также перемещается в положение, сопряженное с арома¬
тическим ядром.II.	Двойные связи от края молекулы стремятся переместиться ближе
к центру:.<Г\ НгО
R—CH—СН=СН2	>-R-CHJ-CH=CH2	>- RCH=CH—СНа + ОНгн-1\n II -I;ОН IНе менее важным, чем перемещение кратных связей в перегруппи¬
ровках этого типа, является результативное перемещение протона, пре¬
вращающее метиленовую группу в метильную. Таким образом, смысл
реакции можно выразить схемойн	Ни о	/-С—С—с—Н	>-	— С=С — С—Н1 1 1	I I \н	ннезависимо от того, переходит ли протон на новое место внутри моле¬
кулы, или сначала он отрывается основанием, а на новое место достав¬
ляется растворителем или сопряженной кислотой. Из последней схемы
мы видим, что речь идет о прототропной аллильной перегруппировке.Перемещение тройных связей. В кн. I на стр. 266 уже была описана
происходящая под действием сильных оснований ацетилен-аллен-диено-
вая перегруппировка А. Е. Фаворского, выражаемая схемойRCH2-CH2-C=CH —> RCH2-CH=C=CH2 —> RCH=CH—СН=СН2и, очевидно, протекающая как прототропная (т. е. катионотропная) пе¬
регруппировка — совершенно подобно описанным выше перемещениям
двойной связи.
ГИДРИДНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ575Т. А. Фаворская нашла ацетилен-аллен-диеновые перегруппировки
галоидзамещенных гомологов ацетилена, протекающие под действием
аммиаката хлористой меди в хлористом аммонии и, по-видимому, пред¬
ставляющие собой последовательность одной анионотропной (ацети¬
лен —»аллен) и одной прототропной (аллеи—*• диен) перегруппировок;Гс1; ]	но—н ciLLJ t	ЧСН3—С-г-С==СН	у СНо"гС =С—СН	V СНа==С—СН==СНС1I ^	|_5> I	IСН3	Н СНз	СН3NH3	+ NH* ОН“'Ацилоиновые перегруппировки. А. Е. Фаворским открыто взаимо¬
превращение несимметрично построенных а-кетолов. Так, метилбен-
зоилкарбинол под действием кислоты перегруппировывается в фенил-
ацетилкарбинол. 'Г. И. Темникова, широко исследовавшая этого рода
перегруппировки, предложила вероятное объяснение их течения с уча¬
стием соседней группы (ср. кн. I, стр. 157):С6Н5-С—СН-СНз—>• с6н5—с—сн—сн3 ■о онн—о о—нI—г—II |Н|У ’I
СбНз“С~С~“СНзНО Q/С6Н5—СН—С—СН3I	ино оОна показала, что в простых эфирах а-лактолов — модельных соеди¬
нениях предполагаемых промежуточных продуктов перегруппировки —
действительно происходит перегруппировка окисного кольца в кето-
группу:ПТн]	нt LlJ н+	IС6н5-С—^С-СНз—>- С6Н5-С-С~СН3снао о	сн3о оГИДРИДНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ сущности разобранные выше перемещения кратных связей в молекуле
можно рассматривать и как протонные перемещения: протон из аллиль-
ного положения перемещается к СНг-группе, превращая ее в СН3. Одно¬
временно происходит превращение электронной пары связи С—Н в
я-пару и обратное превращение я-пары в пару, Привязывающую протон
(из растворителя).Довольно часто наблюдаются перемещения водородного атома вме¬
сте с парой электронов связи (интрамолекулярные гибридные перемеще¬
ния). Они вполне подобны ретропинаколицовой перегруппировке, в ко¬
576ПЕРЕГРУППИРОВКИторой радикал перемещается также с парой электронов связи. Не сле¬
дует, однако, забывать, что по легкости миграции радикалов (и атомов)
в этой перегруппировке (стр. 554) водород занимает последнее место.
И все же иногда гидридное смещение преобладает. В качестве примера
приведем действие азотистой кислоты на н-пропиламин, меченный 14С
по углероду, несущему аминогруппу. О. А. Реутов установил, что реак¬
ция идет так:hno2	. +СН3-СН2—СН2—NH2 	> СН3—СН2—СН2—N=NJ-n2СН2—СН2—СН3 «— СНз—СН2—СН2 —> СНз—СН—СНз
|н2о	|н2о	|н2оНОСН2-СН2-СНз	СНз—СН2—СН2ОН СН3—СН—СН3АнТаким образом, гидроксил в полученном пропиловом спирте (пер¬
вичном и вторичном) оказывается у любого из трех углеродов.Естественно, что гидридные перемещения осложняют и другие ре¬
акции, промежуточной стадией которых является образование карбка¬
тиона, например перегруппировки Демьянова.Пометив тритием (Т) молекулы алициклических аминов, О. А. Реутов
и Ю. Г. Бундель наблюдали следующие гидридные перемещения, со¬
провождающие перегруппировки Демьянова:В результате последующих гидридных сдвигов карбониевый центр
перемещается также в положения 3 и 4 циклогексанового кольца.Гораздо шире изучены интермолекулярные гидридные перемещения,
в которых карбкатион вырывает гидрид-анион из другой (такой же или
иной) молекулы, превращая ее в карбкатион. Такие процессы могут про¬
текать как цепные ионные реакции. В частности, подобного рода гид¬
ридные перемещения широко изучены Д. Н. Курсановым, В. Н. Сетки-
ной, 3. Н. Парнес и сотр.ГОМОЛИТИЧЕСКИЕ ПЕРЕГРУППИРОВКИПерегруппировки свободных радикалов (текущие, конечно, гомолитиче-
ски) стали известны между 1940—1950 гг. и изучены гораздо меньше,
чем гетеролитические.
ГОМОЛИТИЧЕСКИЕ ПЕРЕГРУППИРОВКИ577Радикалы с неспаренным электроном у третичного углерода наибо¬
лее устойчивы, с неспаренным электроном у первичного углерода — са¬
мые неустойчивые. Поэтому при температуре ^250 °С первичные ра¬
дикалы изомеризуются во вторичные (или третичные), и эта реакция
требует малой энергии активации (~9 ккал). По-видимому, такая ста¬
билизация нечетного электрона у третичного (и вторичного) углерода
происходит аналогично стабилизации карбкатиона, что может быть вы¬
ражено на языке резонанса так:Н\ +	Н+ /СНз	нч /СНз н\ /СНзН—С—С—СНз - н-с=с(	н+ чс=с	н—С=Сн/ I	н/ СН3	н/ ЧСНз н+	СН3СНстабилизация карбкатиона гиперконъюгациейИ Т. Д.Нч^	н.	• нН—С—С—СНз ” н—С=С—СНз «—► СНз—С=С—Н И Т.д.и/ I	и/ I	I \НН СНз	СНз	СН3стабилизация саободнорадикального центраЕще позднее стали известны гомолитические перегруппировки, про¬
текающие в жидкой фазе. Первой такой перегруппировкой, по-види¬
мому, была открытая Харашем в 1944 г. перегруппировка так называе¬
мого неофильного (2-фенил-2,2-диметилэтилового) радикала в третич¬
ный радикал:С6Н5—С-СН2-СН3
IСНзP. X. Фрейдлиной с сотрудниками (1950—1965 гг.) были найдены и
систематически исследованы гомолитические перегруппировки чисто али¬
фатических непредельных галоидзамещенных соединений — это пере¬
группировки аллильного типа. Перегруппировка всегда происходит в
сторону образования более устойчивого радикала, в данном случае та¬
кого, у которого радикальный углерод более загружен атомами галоида.Бромистый водород в присутствии перекиси бензоила присоединяется
к 1,1,1-трихлорпропену с гемолитической аллильной изомеризацией:« )с6н6—с-о/2 —* с6н5. + со2СаН5. + НВг —> СбНб + Вг.СС13—СН=СН2 + Вг • —> СС13—СН—СН2Вг
• •СС13—СН—СН2Вг —> СС12—СНС1—СН2Вг (гомолитическая аллильная перегруп¬
пировка радикала)СС12—СНС1—СН2Вг + НВг —>• CHCI2—СНС1—СН2Вг + Вг* (возобновление цепи)Другим таким примером служит изомеризация СС13—СВг = СН2 в
CCl2=CCl—СН2Вг при освещении или при действии перекиси, т. е. при
инициировании гомолитической цепной реакции затравкой свободными
радикалами.СКзС«Н5—С—СН2С1
IСН.+ .СоС1	>—СоС12СНзI .6Л5—С—СН2Iсн.СлН19 зак, 79
578ПЕРЕГРУППИРОВКИПредполагается такая схема этой гемолитической изомеризации:ftv	»СС13—СВг=СН2 —* СС13—С=СН2 + Вг.СС13—СВг=СН2 + Вг> —► СС13—СВг—СН2Вг
С1IСС13—СВг—СН2Вг —> СС12—СВг—СН2Вг (гемолитическая аллильная перегруппи¬
ровка радикала)С1IСС12-С-СНгВг + СС13—СВг=СН, —* СС12=СС1—СН2Вг + СС13—СВг—СН2ВгIВг(конечный продукт)СС13—С.Вг-- СН2Вг —> (продолжение цепи)Доказательством гомолитического цепного механизма реакции слу¬
жит инициирование его веществами, являющимися генераторами ради¬
калов, и прекращение ингибиторами цепных радикальных реакций, та¬
кими, как гидрохинон.Интересно отметить, что гомолитическая аллильная перегруппировка
CCI3—CBr = CH2 (I) приводит к совершенно иному продукту, чем ани¬
онотропная перегруппировка (II) того же вещества:ftvI.	СС13—СВг—СН2 	► СС12=СС1—СН2Вг (цепная гомолитическая перегруппи¬ровка)SbCI5II.	СС13—СВг=СН2 		*• СС12=*СВг—СН2С1 (анионотропная перегруппировка:A.	Н. Несмеянов, P. X. Фрейдлина,B.	Н. Кост)
(ИЗОПРЕНОИДЫ
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫВ растительном мире широко распространены веществ а открытой и изо-
циклической структуры, которые формально могут быть рассматриваемы
как димеры (терпены), тримеры (сесквитериены) или полимеры (поли¬
терпены) изопрена и их кислородные производные (терпеноиды). Изу¬
чая изопрен, мы уже встретились с терпеном — рацемическим лимоненом
(дипентеном) и политерпенами—каучуком и гуттаперчей. Монотерпены
CioHie обладают удвоенной молекулярной формулой изопрена и, сле¬
довательно, в случае если они относятся к алифатическому ряду, долж¬
ны иметь три двойные связи, если они включают один алицикл— две
двойные связи, и, наконец, бициклические терпены должны иметь одну
двойную связь. Таким образом, по химической классификации уже мо¬
нотерпены относятся к разным классам углеводородов и выделены в
одну группу вопреки химической классификации, по фитохимическому
признаку. Впрочем, это находит свое оправдание в том, что существует
много реакций, связывающих взаимопревращениями алифатические,
циклические и бициклические терпены. Хотя некоторые терпены можно,
как мы видели на примере лимонена и каучука, получить из изопрена,
в растениях изопрен отсутствует, и путь биосинтеза терпенов и терпенои-
дов иной.Из надрезов на коре хвойных растений вытекает смола (или жи¬
вица). Живицу собирают в подсобных хозяйствах, главным образом из
разных пород сосны. При отгонке с паром отходит скипидар, или терпен¬
тинное масло, а остается каниероль (см. ниже). Скипидар — смесь раз¬
ных монотерпепов СюН16, зависящая от пород сосны и местности. Он
находит применение в синтезе камфоры, непосредственно в медицине и
в синтезе таких медикаментов, как терпингидрат, некоторых душистых
веществ, например терпинеола. Скипидар применяется также как рас¬
творитель и разбавитель для масляных красок.При отгонке с паром лепестков цветов * или листьев некоторых ра¬
стений собирают верхний слой отгона — «эфирное масло» данного
цветка. Оно в основном состоит из терпенондов, т. е. кислородных про¬
изводных терпенов.Эфирные масла находят применение в парфюмерии как целое или
из них изолируют отдельные компоненты, такие, как гераниол, цитро-
неллаль и т. д.*	Используется также метод «анфлеража»: в замкнутую камеру между пласти¬
нами со слоем жира или вазелина помещают лепестки, затем извлекают растворителем
насытившие жир эфирные масла.19*
580ИЗОПРЕНОИДЫМонотерпены и терпеноидыАциклические терпены и терпеноиды. Известны два главных алифати¬
ческих терпена, содержащихся в эфирных маслах (например, хмеля) —
мирцен I и оцимен II:СН3	СН2	СНз	СН3I	II	IIСНз—с=снсн2сн2—С—СН=СН2 сн2—с—сн2сн2сн==с—-сн=сн2I	IIПри сильном нагревании бициклического терпена а-пинена (см.
стр. 586) Б. А. Арбузов изомерцзовал его в аллооцимен IIIСН3	СН3I	IСНз—С=СН—СН=СН—С=СН—сн3IIIСтроение каждого из этих углеводородов легко установить озоно-
лизом.В эфирном масле герани (и ряде других эфирных масел) содержится
спирт гераниолСН3	СН3I	IСН3—С—СНСН2СН2—с=сн—СН2ОНнаходящий применение в парфюмерии. Осторожным окислением (на¬
пример, по Оппенауэру) из него получают соответствующий альдегид
(с лимонным запахом) — цитраль. Строение этого альдегида явствует из
разложения его при кипячении с К2СО3 на 6-метилгептен-5-он-2 и ацет-
альдегид (обращение кротоновой конденсации):СН3	СН3 нI	||	К2С03; Н20сн3—с=снсн2сн2—с=сн—с=о 	»>СН3	СН3I	I	/н—-► СН3—С=СНСН2СН2—С=0 + СНз—сДействуя на метилгептенон ацетиленом и КОН и подвергая тройную
связь частичному гидрированию, Ружичка получил рацемический лина-
лоол — изомер гераниола, находимый в лавандовом масле:СН3	СН3I	IСН3—С=СНСН2СН2—С=0 + НС=СН + КОН —>СНз	СНз	СН3	СН3I	|	2Н	|	|—> СН3—С=СНСН2СН2—С—С==СН —► СН3-С=СНСН2СН2—С—СН=СН2ОН	ОНСам линалоол и особенно его ацетаты и оксилиналоол широко при¬
меняются в парфюмерии, так как пахнут ландышем. В цитронелловом
масле содержится цитронеллалъ, а в розовом масле и масле герани со¬
ответствующий спирт цитронеллолСН3	СНзСН2=С—СН2СН2СН2—(!н—сн2—СН2ОН
также применяющийся в парфюмерии.
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ581Алифатические терпеноиды легко циклизуются. Так, гераниол при
действии разбавленной серной кислоты, предварительно превращаясь
в свой цыс-изомер — нерол, гидратируется по двойным связям и замы¬
кается в моноциклический терпеновый гликоль — терпин, в виде гидрата
применяемый как медикамент. В промышленности терпин получают гид¬
ратацией серной же кислотой содержащегося в скипидаре терпена —
лимонена:СН,СН,о;снхн,онЛ1h2so4 Н3С^
(Н20).ОНH2SO4(Н20)сн,онНзС-/ NlHjгераниолСННзс/ ^СНзнеролС—ОН
НзС/ ^СНзтерпинНзСКротоновая конденсация цитраля с ацетоном дает «псевдоионон».
Этот алифатический кетон при действии кислоты замыкается в изомер¬
ные ему а- и р-иононы:\ /'■СНСг^ СН—СН=СН—С—СНзН+ Н2С\ /С СН3сн2опсевдоиононН3С СНзX* /СН=СН—С—СНз(X 4•СНзНзС СНз_,СН=СН—С—СН3Y а-/^СНз
Р-нононИононы — вещества, пахнущие в концентрированном виде кедровым
деревом, а в разбавленном — пармской фиалкой и широко применяю¬
щиеся в парфюмерии. Настоящее душистое начало фиалки, а также
корня ириса — а-, р- и у-ироны — гомологи иононов:Н3С СНзЧСН.,а-иронН3С СНз
%H3Cv. >с /СН=СН—С—СН3СНзР-нронН3С СНзХН=СН—С—СНз1Л 1%СН2V-ироноМоноциклнческие терпены. Уже ранее упоминалось (см. кн. I, стр, 273),
что при нагревании изопрена в запаянной ампуле он превращается,
582ИЗОПРЕНОИДЫдимеризуясь, в дипентен (С. В. Лебедев):СН»СНзнзС	НзС^СНг6И обратно, при крекинге дипентена образуется изопрен. Дипентен
имеет один асимметрический атом углерода и по общему закону син¬
тетически получается рацемическим, В основных скипидарах и в эфир¬
ных маслах находятся оптически деятельные (+)- и (—)-дипентены, ко¬
торые носят название лимоненов (пахнут сходно с лимонной цедрой).
Каталитическое гидрирование дипентена приводит к родоначальному
углеводороду группы моноциклических терпенов — 1-метил-4-изопропил-
циклогексану, названному ментаном:Терпены ряда ментана должны, очевидно, иметь две двойные связи,
быть изомерны дипентену, называться, как и последний, ментадиенами.
В разных эфирных маслах находятся следующие ментадиены;Терпинепы и терпинолен не имеют асимметрического углерода. При¬
родные фелландрены оптически деятельны. Их скелет установлен ката¬
литическим гидрированием: как и их изомер лимонен, они образуют при
этом ментан. По типичным реакциям сопряженных я-связей оба фел-
ландрена и а-терпинен можно отличить от других изомеров. Для су¬
ждения о расположении двойных связей, кроме методов озонирования
и окисления, много дало исследование молекулярной рефракции: нали¬
чие семициклической двойной связи, как в (3-терпинене или терпинолене,
сказывается на экзальтации молекулярной рефракции примерно на ве¬
личину 0,5; наличие сопряженных л-связей, как в (5-фелландрене, дает
еще большую экзальтацию — до 1; сопряжение внутри цикла, как в
а-терпинене, не дает экзальтации. Терпинены получаются изомеризацией
лимонена при действии кислоты.Терпены довольно легко окисляются кислородом воздуха по двум
типам, образуя перекиси или гидроперекиси.7СН/J\
Н2С6 ген»н3с/ \:нз9 10р-	V-(I-терпиноленJ*-	Р-фелландрены
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ583Во-первых, окисление может итти в аллильное положение—ОНво-вторых, по сопряженным двойным связям. Так, а-терпинен дает пе¬
рекись— аскаридол. Окисление протекает как 1,4-присоединеиие Ог по
сопряженной системе зх-связей:Аскаридол — едва ли не единственная перекись, встречающаяся в
природе как вещество (з эфирном масле одного из видов полыни). Ис¬
пользуется как противоглистное средство и как инициатор цепных ре¬
акций.Именно по причине образования перекисей скипидары ускоряют вы¬
сыхание масляной краски.Среди кислородных производных ментана важное значение имеет
ментол — главная составная часть перечной мяты — кристаллы (т. пл.
43 °С), пахнущие мятой и применяемые в производстве зубных порош¬
ков, паст, в кулинарии и медицине. Строение ментола устанавливается
получением его из З-метил-б-изопропилфенола гидрогенизацией:Ментол имеет два асимметрических углеродных атома. Природный
ментол левовращающий. Конфигурация природного вещества такова,
что метил находится в цис-, а изопропил — в транс-положении к гидро¬
ксилу. Окисление ментола дает кетон — ментон. Его можно синтезиро¬
вать внутренней сложноэфириой конденсацией эфира 1-изопропил-4-ме-
тилпимелиновой кислоты:^ОС^Нз NaOC2H5/ОС2Н3
Н2С\ /-(У
сн Ч0снН3с/ \сн31.	гидролиз2.	декарбоксилирование
(J-кетонокислотыОснI
сн
н3с/ ЧСН3
584ИЗОПРЕНОИДЫСледующая схема синтеза непредельного изолога ментона — пуле¬
гола дает новый пример замыкания алифатического терпеноида в ци¬
клический и размыкания цикла:.	(СН3С0|201/Н 	»НзС/^СНз	НзС/^СН;•ро
t3^ ^П2	л 3V-> ^Г12	Пз^-.' ЪЛ2цитронеллаль	изопулегол600° С (над стекловолокном)Далее из изопулегола получают пулегол:
СНз	СНаЧ'/'ч-ОНон-
		>•Н3С/;чСН2	НзС^СНз	НзС/^СНзпулегол	пулегонРанее упоминался гликоль — терпин, получаемый гидратацией в кис¬
лой среде гераниола или лимонена. Приведем синтез терпина по Пер¬
кину: на динатрийциануксусный эфир, который мы напишем упрощенно
(он построен, очевидно, ионно, с распределением заряда аниона в основ¬
ном между кислородом и азотом), действуют эфиром р-иодпропионовой
кислоты, гидролизуют полученный нитрилоэфир, декарбоксилируют и
замыкают (уксусный ангидрид) два карбоксила полученной пентантри-
карбоновой кислоты в циклогексанон-4-карбоновую кислоту:0 0 0 011 I! '	И IIR0—С С—OR	НО—С С—ОННгсУ \:н2 Н20; Н+ Н2с/ ^СНзо110IIRO—СС—OR/\н2ссн21+ 1н2ссн2\/Н2С\ /СН2	Н2С^ ^СНа1 N,a 1 R0\ /Ч	ноч А /ОНnr, г Д г_м te=N	Сr0-C-l-C=N	ЧоО Na0 0	оII II	IIно—с с—он	сн2с/ Чн2 (сн,со)5о н2с/\:н2-со2Н2С\ /СН2 -с°а;-н20 Нгг Сн9Н	снСсно/ Ч0	но/
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ585Сложный эфир полученной циклогексанонкарбоновой кислоты для
получения терпина подвергают действию избытка метилмагнийиодида:IMgO-+ 3CH3MgIХНзно.'СН,н^оRO—С=0эфир циклогексанон-
4*карбоновой кислотыСНз—С—OMglIСНзСН3—С—ОНIСНзтерминПри дегидратации терпина образуется два изомерных спирта — тер-
пинеола, находящих применение в парфюмерии (запах сирени):НОч.-сн3сн,IНО.'СН.,-н2ок.+СН3—С—ОНIСНзтернииСН3 с он НзС/ЧС11
СНза-терпнЕ1еол	(З-терлинеолБициклические терпены и терпеноиды. Как мы уже отмечали, бициклы
с молекулярной формулой Ci0Hi6 должны включать одну двойную связь.
При гидрировании такие природные бициклические терпены образуют
родоначальные, изомерные друг другу бициклические углеводороды
CioHis- Их три:СН,сн3каранпинанкамфанОни представляют собой как бы ментан, замкнувший изопропильную
группу в мостик бицикла в орто-, мета- или пара-положение.Группа карана. В шведском, немецком (Симонсен) и русском
(Б. А. Арбузов) скипидарах найдены изомерные карены:СН,СН,сн.Д3-каренснаН»С-С-Д -каренГруппа пинана. Наиболее обычная составная часть скипидара
сосны — а-пинен. В меньших количествах в нем содержится р-пинен,
'586ИЗОПРЕНОИДЫили «истинен», который практически получают из скипидара ели,СН,	СН2Й-пиненр-пинеиСтроение а-пинена было установлено Е. Е. Вагнером на основании
деструкции окислением, последовательные стадии которой можно сокра¬
щенно изобразить следующим образом;СНп% /СН
Он,сL>- Н,с-СОИШНвНпиноноваякислоталнноваякислотаПри гидрировании а-пинена получается как пинан, так и открытый
С. С. Наметкиным его стереоизомер пинокамфан:н,спинанпинокамфанр-Пинен в качестве первого продукта окисления дает кетонОПинен способен к многим изомеризациям. Так, при 350 °С он изоме-
ризуется, как уже указано, в аллооцимен (см. стр. 580). При пропу¬
скании его примерно около 300 °С над катализаторами, содержащими
окиси алюминия и титана, он превращается в камфсн (В. Е. Тищенко,
Г. А. Рудаков), что является одним из известных путей получения кам¬
форы из скипидара. Наконец, интереснейшая перегруппировка, открытая
Е. Е. Вагнером, происходит при пропускании хлористого водорода в пи¬
нен. Сначала НС1 присоединяется по двойной связи в соответствии с
правилом Марковникова, далее хлор отщепляется как анион. Образо¬
вавшийся катион подвергается ретропинаколиновой перегруппировке
(стр. 556) с изменением скелета пинана в скелет камфана, затем хлор-
ион присоединяется к новому карбониевому центру:CI	I. СГ
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ587Таким образом, пинен через неустойчивый третичный хлорид II пре¬
вращается в борнилхлорид V — твердое вещество, пахнущее камфорой
и являющееся промежуточным продуктом в синтезе камфена и камфоры
по старому способу.Группа камфана. Камфан, как и его изомеры, в природе не
найден. Самым главным его производным является камфора — важное
средство, стимулирующее деятельность сердца. Очень большие количе¬
ства камфоры тратились на пластификацию нитрата и ацетата цел¬
люлозы.Камфора СщН^О добывается из листьев камфарного лавра отгонкой
с паром (Япония). В СССР она получается синтетически из пинена по
способу В. Е. Тищенко и Г. А. Рудакова.Строение камфоры установлено Бредтом. Доводы в пользу этой
структуры дало изучение продуктов окисления:Окамфора'СООН,СООНкамфорнаякислотаСООН&—НООСокхоонкамфороноЬаякислотаСООНIН3С-С-СН3НООС—С—соон
IСН,-со.соонIн,с-с—сн,3 I
не—соонIсн.Исходя из камфорной кислоты, Бредт осуществил частичный синтез
камфоры. Восстанавливая ангидрид камфорной кислоты I, он получил
лактон — камфолнд II (восстановление направляется на менее про¬
странственно затрудненный соседством метила карбонил). Под дей¬
ствием цианистого калия лактон размыкался в нитрил III, который был
прогидролизован в двухосновную гомокамфорную кислоту IV, замкну¬
тую в камфору VI путем сухой перегонки кальциевой соли V кислоты:'С№ KCNf^T^CHgCN н+;н3о
к>оок >IIIг^Т"СН2—соонк^СООНIV'СН2,с=о4- СаСО„Позднее Комппа синтезировал и саму камфорную кислоту, используя
сложноэфирную конденсацию щавелевого эфира с эфиром диметилглу-
таровой кислоты. Следует помнить, что получающийся при этом слож¬
ный эфир р-кетонокислоты способен замещать на натрий водород звена,
588ИЗОПРЕНОИДЫзаключенного между карбонилом и карбоксилом. Натриевое производ¬
ное метилируют и получают дикетокамфорную кислоту, а затем и саму
камфорную кислоту:Оо\ ггн2-с:С—OR I	\OR+ С(СН3)2ОС—ORсн,—с:OR°Ч /?Н~С\С |	NaOC2H5| С(СН3)з 	1С 1 ,OR*оО^ \СН—С/Чооо. уСН—С'	о;VC I 4OR СНз1
I С(СН8),оCH-C'	/СН-СООНX°R zniHC! Н2С 1"о/ \Na+■с—с;/%OR-Nalоо^ \с— о/I ч
сн3ORн2сС(СНз)2о^С—СООН
IСНзКамфора имеет два асимметрических атома углерода и должна была
бы, по общему правилу, иметь четыре стереоизомера, но так как два
из них должны были бы иметь мостик, замкнутый в г/гамс-положении,
что невозможно геометрически, то существуют лишь два стереоизомера,
а именно антиподы D- и L-камфора:ЗеркалоН1н1s'Л СНз-Л]^CH3h.c'WJ1 ,
сн3Гсн3{-)-.£,-камфора(-)-Л-камфора(форма ванны циклогексанового кольца)Нх.снз
CHjоСН3форма креслаг^сн3
^сн3СН3
форма ванны(замыкание в ш/эсгас-положение неосуществимо)Природная камфора из камфарного лавра — правовращающая; Фрей-
денберг установил ее стереохимическое соответствие с D-глюкозой.При восстановлении камфоры до вторичного спирта появляется но¬
вый асимметрический атом углерода и каждая О- и L-камфора дает по
два спирта: D- и L-борнеолы и О- и L-изоборнеолы. Оба антипода бор-
неола встречаются в природе. Изоборнеолы значительно более лабиль¬
ны, чем борнеолы, в смысле ретропинаколиновой перегруппировки, к ко¬
торой, однако, способны все четыре спирта.Борнеолу принадлежит структура с зндо-положением гидроксила,
изоборнеолу — с э/сзо-положением:илигHjC-C-CH;IIPHИСН-иэоборнеол
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ589При действии на эти спирты агентов, уводящих гидроксил, например
кислот (реакция особенно легко совершается с изоборнеолом), остаю¬
щийся нзоборнил-катион количественно перегруппировывается в кам-
фен, выбрасывая протон (стр. 562) и образуя двойную связь:Формулу камфена можно написать и такСН2
1 2для чего отмеченные стрелками звенья цикла камфена нужно поднять
над плоскостью бумаги и отогнуть, как показано на приведенной выше
формуле 2.Камфен (CjoHie) является терпеном с новым для нас бициклическим
скелетом. Тот терпен, которому по праву должно было бы принадлежать
название камфена, называется борниленом.Он может быть получен из борнеола по методу Чугаева, получив¬
шего его таким способом:'ONaо—сSNaпиролизО-С-'SCH,метилксантогенатборнеола+ COS + CH,SHборниленКамфен I, полученный Е. Е. Вагнером и затем Меервейном, при дей¬
ствии кислот (гидратация и отщепление ОН) претерпевает ретропинако¬
линовую перегруппировку в изоборнеол V (камфеновая перегруппировкаI	рода, или перегруппировка Вагнера — Меервейна), рассматривав¬
шуюся уже в разделе «Перегруппировки» (стр. 562). Эта перегруппи¬
ровка изображена на первых двух строках схемы. Ответвлением III -*VI
изображена перегруппировка Наметкина, или камфеновая перегруппи¬
ровка II рода. Обе перегруппировки приводят в конечном счете к двум
антиподам изоборнеола V и VIII. Перегруппировки проходят через
общий для них карбониевый ион III (см. стр. 590).
590ИЗОПРЕНОИДЫНаСн+;нзо н3с'НО'сн,нт"jA/ иH3CSНоСНл С'нлСН,IIIн3с.Н3С'yAН3СЧН3С'сн,--;VIН,С'Н3С.'н3С.що'сн.'+ IVонСН,Н3С
г Няс-СН2-
VIIонН3СН3с,‘н3с.Н3с'сн,он
ОНСН2 =
VIIIно'ОНВ перегруппировке Вагнера — Меервейна заряд этого карбониевого
катиона компенсируется переброской связи с разрывом цикла и после¬
дующим присоединением ОН" к вновь возникающему карбониевому
центру. В перегруппировке Наметкина карбониевый катион III компен¬
сирует заряд переброской метила от изопропильного моста, в результате
чего на центральном углероде этого моста возникает карбониевый ка¬
тион, компенсируемый новой Вагнер — Меервейновскои переброской
связи (VI—* VII) с появлением карбониевого центра (VII), связываю¬
щего затем ОН- из среды.Обе перегруппировки идут параллельно, но с разной скоростью, в за¬
висимости от условий. Поэтому изоборнеол получается оптически актив¬
ный, частично рацемизованный. То, что эта частичная рацемизация в
условиях перегруппировки Вагнера — Меервейна объясняется перегруп¬
пировкой II рода, доказано Наметкиным на 4-метилизоборнеоле. Для
зтого соединения, как легко понять, перегруппировки Наметкина и Ваг¬
нера — Меервейна ведут к получению структурных изомеров (ср.
стр. 563, раздел «Перегруппировки»).Сесквитерпены и сесквитерпеноидыТак называются углеводороды Q5H24 — тримеры изопрена и их кисло¬
родные дериваты. Так же как и терпены, эти вещества находятся в эфир¬
ных маслах и бальзамах растений. Многие из них используются в пар¬
фюмерии. Мы ограничимся лишь несколькими примерами из огромного
количества изученных веществ такого рода.Запах цветущей липы обусловлен сесквитерпеноидом —■ фарнезолом.
Дегидратацией этого спирта получается алифатический сесквитерпен —
фарнезен:
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ591Пахучее начало имбиря — цингиберен — является моноциклическим
сесквитерпеномСНз	СНзI	I	СН2СНз-С=СНСН2СНа—СН—HCj-'' NjjHНСЧ /С—СН3
СНПримером бициклических сесквитерпенов может служить а-селинен.
Следующая схема демонстрирует структурное родство алифатических
сесквитерпеноидов с бициклическими и с азуленами (стр. 466), находи¬
мыми также в эфирных маслах растений:СН3	си*Н3СИз'(с
носн2 сн3фарнезол	а-селнненJhoch^н3с сн3 сн3	н3с сн3иначе написанный	гвайазуленфарнезолДитерпены, тетраизопреноиды и каротиноидыСреди тетраизопреноидов с открытой цепью атомов следует назвать фи-
тол — спирт в виде сложного эфира, входящий в состав хлорофиллов
(кн. I, стр. 293). Родство скелета фитола с фарнезолом доказывается
синтезом его из гексагидрофарнезнлбромида (Ф. Г. Фишер):( СН3 \	ONa ОI	I IIHVCH2CHCHsCH2/3Br + сн3—С=СН-С-ОС2Н5 —>*0СН<
ХОС2Н5гидролиз;/СНз кетоннае расщепление
HVCH2CHCH2CH2y3-CH-C, 	>сн.сн HCssCH;конHVCHgCHCH2CH3/3-CH2-C^ 	ч0СН3	\	СНзI	I	НН\СН2СНСН2СН2/3—СН2—С—С=СН —3Iон
592ИЗОПРЕНОИДЫ\	9Нз	(СН3С0)20;,1	I	I	аллильная перегруппировкаН\,СН2СНСН2СН2/3—сн2—с—сн=сн2 	-—>IонСНз N	СНзI	I	Н20; Н+—> Н\СН2СНСН2СН2/з—СН2—С=СН—СН20—С—СНз 	►IIоСНз	/ СНз	N	СН3—* СН 3СНСН2СН2\СН2СНСН2СН2/2—СН2—С=СН—CHsOHфитолТетраизопреноидный скелет имеют витамины группы А. Отсутствие
в пище витамина Ai (аксерофтол, или ретинол) или соответствующего
провитамина — а-каротина (см. ниже) ведет к ксерофтальмии — высы¬
ханию роговицы глаз и слепоте, похудению и общему плохому состоя¬
нию, а недостаток — к куриной слепоте — ослаблению сумеречного зре¬
ния. Последнее обстоятельство зависит от того, что витамин Ai служит
источником зрительного пурпура — родопсина, содержащегося в колбоч¬
ках и палочках сетчатки и обусловливающего зрение, в частности вечер¬
нее, серое.Родопсин представляет собою белок опсин, связанный с ретинином
(иначе — ретиналем) — альдегидом, соответствующим витамину А] как
спирту. Цепь ретинина имеет сплошную транс-конфигурацию. Поглощая
квант света, ретинин, связанный в родопсин, изомеризуется в П-г^мс-ре-тининН СН3 Н СН3 Н транс-Н,С НчС I I I I Iс с с с с
Ч/Ч/Ч/Ч/Ч av
с с с с о —*■Н СНз Н цис-Н-С^СА А А н
' ' V V VН3С Н Н Н НН3С Н Н с нНз<сн/ Ч0отделяющийся от опсина с освобождением его SH-группы, что и служит
начальным толчком нервного импульса зрения. Родопсин — хромопро¬
теид, он окрашен интенсивнее, чем ретинин. Только в родопсине проис¬
ходит описанная изомеризация ретинина. Белок играет здесь каталити¬
ческую, ферментативную, роль.Витамин Ai находится в молоке и сливочном масле, желтке яйца,
рыбьем жире; а-каротин (провитамин Ai, свободно превращающийся
в организме в витамин Ai) — в моркови и зеленых листьях многих ра¬
стений. Витамин А2, имеющий меньшее значение, содержит на одну
двойную связь больше, чем витамин Аь Окисляясь в организме, а-, р-
и ^-каротины образуют витамин Aj. Строение каротинов и их связь с
витамином А] выяснены в основном исследованиями Вильштеттера, Кар¬
рера и Р. Куна.
ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ593Н3С^ СНз	СН,	СН,	СНз	Нзс СНз✓СН=СНС=СНСН=СН—С=СНСН=СН—СН=С-СН=СНСН=С—СН=СН\ ^><СНэ	Н3С'а-каротин	(цикл а-ионона)Н,Сн3сч/СНзАс\чНССНсСН2Н,С СН2(цикл 3-ионона)	Y-каротин
3-каротинСН3	СН3Н3С СНз | 3	| 3✓сн=снс=снсн=сн—с=сн—СН2ОНвитамин AjР-Каротин в организме расщепляется на две молекулы витамина Аь
Строение а-каротина установлено Цехмейстером, Каррером и Р. Ку¬
ном в 1928 г. на основании окисления его в героновую I и изогероно-
вую II кислоты:0	пн
1/ ОНзСч	'Ч сна/снно—с'н.с/^хн, » HjC^JVh;3I	IIСама окраска а-каротина (темно-красные кристаллы) указывает на
сплошную цепь сопряжения. Взаимоотношения с витамином Ai также
много говорят о строении каротинов.Синтез витамина Аь выполненный многими путями и ныне осуществ¬
ляемый в промышленности, полностью подтверждает принятое строение.
В синтезе его, так же как и в синтезе а-каротина, исходят из р-ионона.
Приводим синтез витамина Ai по Ислеру:СН3	о^,СН=СН—С=0 аснА)!?:CH3ONa
594ИЗОПРЕНОИДЫЭта серия формул разъясняет идущую в одну стадию реакцию Дар-
зана, посредством которой в данном случае наращивается р-ионон в го¬
мологичный альдегид. Дальнейший синтез ясен из схемы:схСН3I•СНа—СН=С—СНОСН3I+ BrMgCssC—С==СН—CHaOMgBrзатемн2оСН,СН3•СН2—СН=С-СН—С==С—С=СН—CH2OH H2/Pd(Pb2+)ОНсн.сн,СН2—СН=С—СН—СН=СН—С=СН—СН2ОН (СН3С0)30;|	пиридинОН	*■сн„сн.'X' /СН2—СН=С—СН—СН=СН—С=СН—СН2-0—С—СН3 РОС1з*f	I	}|	пириди]Уч 0НСНзпиридин•н2о№,	I	I<Г/СН=СН—С=СН—СН=СН—С=СН—СН2—О—С—СН,схН20; Н*СНз	СНзI	I■СН=СН—С=СН— СН=СН—С=СН—сн2онвитамин А]Изомерен каротинам алифатический углеводород ликопин — крася¬
щее начало спелого помидора и многих других растительных объектов.
Его структура также включает длинную систему — именно 11 — сопря¬
женных я-связей. Приведенная формула ликопина подчеркивает родство
его с каротинамиН3С CHjНзСч 9Нз СН,	СНз	СНз	СНз ХСУс	I	I	I	I	Ч/-СМ=СНС=СНСН=СНО=СНСН=СНСН=ССН=СНСН=ССН=СНСН СН"f irH	I i
H:; / ^L,	h/\4CH2 'СнзликопннИнтересен алифатический тритерпен — сквален, родственный тетра-
циклическим стероидам. Этот изопреноид, найденный в печени акулы,
имеет приведенное ниже строение, доказанное осуществленным Карре¬
рой синтезом исходя из фарнезола, превращенного заменой ОН на Вг
СТЕРОИДЫ595в фарнезилбромид и сдвоенного действием магния по реакции ВгорцазСМОЛЯНЫЕ КИСЛОТЫУже говорилось, что при перегонке смолы хвойных растений отгоняется
летучая часть — скипидар и остается канифоль — вещество, имеющее
характер карбоновой кислоты и употребляющееся как добавка к жир¬
ным кислотам при мыловарении, так как ее натриевая соль тоже обла¬
дает поверхностно-активными свойствами мыла. Канифоль находит и
другие многообразные применения. Ее соли с марганцем и другими ме¬
таллами, называемые резинатами, употребляются как сиккативы — до¬
бавки, инициирующие окисление, а следовательно, и полимеризацию
льняного масла при варке олифы (они растворимы в маслах). Канифоль
применяют при проклейке бумаги, она входит в состав замазок и клеев
(например, менделеевская замазка, защитные клеи от гусениц). Состав
канифоли С19Н29СООН, она представляет собой смесь кислот — абиети¬
новой и лево- и декстропимаровой. Приводим структуру двух первых
кислот, которые (особенно абиетиновая) являются главными состав¬
ными частями канифоли:Как можно видеть, эти кислоты представляют собою производные
гидрированного фенантрена и в этом отношении родственны стероидам
(см. ниже). Действительно, при ароматизации смоляных кислот дей¬
ствием серы при высокой температуре (при этом происходит дегидро¬
генизация в ароматическую систему замещенного фенантрена с одно¬
временным декарбоксилированием и потерей ангулярного метила в виде
метилмеркаптана) получается так называемый ретен (2-изопропил-8-ме-
тилфенантрен). Этот углеводород образуется из смол в течение геологи¬
ческих периодов и найден как ископаемое. Вместе с тем абиетиновая
кислота, как и другие смоляные кислоты (и стероиды), является изо-
преноидом. Это видно из следующего рассечения ее формулы:СТЕРОИДЫВ прямой связи с изопренидами находятся стероиды. Все стероиды
имеют структурно общий циклический скелет. Они делятся на следую¬
щие большие группы: стерины (или стеролы), желчные кислоты, сте¬
роидные гормоны, генины (в виде гликозидов встречающиеся в расте¬
ниях и находящие применение в качестве лечебных стимуляторовСН;СН;СН;2СНЭ—С=СНСН2СН2—С=СНСН2СН2—С=СН—СН2Вг
СН,	СН,	СН,—MgfBrgСН,—С=СНСН2СН2—С=СНСН2СН2— С=СН—СН2/аСН;СНзноос СН3НООС СНзабиетиновая кислоталевопимаровпя кислотаНООС СНз
596ИЗОПРЕНОИДЫдеятельности сердечной мышцы), яды жаб, сапогеиины и стероидные
алкалоиды, которые в отличие от предыдущих групп содержат азот.
Мы рассмотрим только три первые группы стероидов и дадим понятие
о четвертой.Общим для всех стероидов является тетрациклический скелет цик-
лопентанофенантрена. углеродные атомы которого нумеруются нижеука¬
занным образоми который в большинстве случаев при углеродах 10 и 13 имеет «ангу-
лярные» метильные группы, при углероде 17 —цепь из нескольких угле¬
родных атомов. В желчных кислотах эта цепь оканчивается карбокси¬
лом, в генинах она принимает форму кислородного гетероцикла, а в
гормонах она обычно отсутствует и заменена на гидроксил или карбо¬
нильный кислород. Кроме того, весьма часто в положении 3 находится
гидроксил (или карбонильный кислород).Стероиды широко распространены в живой природе. Спирты — сте-
рины (стеролы), у которых X — ОН, R — углеводородный остаток, нахо¬
дятся в животных и растительных тканях и играют важную, но не
вполне ясную роль. Вещество мозга содержит до 7% холестерина в рас¬
чете на сухую массу. Он входит в состав животных жиров. Отложение
холестерина в кровеносных сосудах считают причиной заболевания
атеросклерозом. Вырабатываемый дрожжами эргостерин является про¬
витамином D2 и превращается в последний при облучении солнечным
светом, а находимый в животных организмах 7-дегидрохолестерин яв¬
ляется провитамином D3. Желчные кислоты, вырабатываемые печенью,
необходимы для усвоения жиров. Гормоны пола, вырабатываемые же¬
лезами внутренней секреции самцов и самок (мужские — андрогенные и
женские — эстрогенные и лутоидные), регулируют нормальное развитие
самцов и самок и их специфические для каждого пола нормальные
отправления.Наиболее давно известны холестерин, выделенный впервые из желч¬
ных камней, и желчные кислоты. Однако их строение было окончательно
установлено лишь в 30-х годах нашего столетия в результате длительных
исследований Виланда, Виндауса и ряда других ученых. В 1929 г. Бу-
тенантом и др. был выделен первый женский гормон, а в 1933 г.—
мужской гормон. Вслед за этим началось быстрое и широкое развитие
всей области стероидов, которая теперь составляет обширную и свое¬
образную главу органической химии.Родство стероидов с изопреноидами устанавливается доказанной воз¬
можностью синтеза их в организме из типичного изопреноида—сква-
лена (стр. 594). Сопоставление структур сквалена и одного из стери-
нов — ланостерина наглядно обнаруживает их родство (точки — метиль¬
ные группы):СН3скааде»ланостерин
СТЕРОИДЫ597Кроме замыкания четырех циклов за счет исчезновения четырех двой¬
ных связей, для превращения скелета сквалена в скелет этого стерина
необходимо перемещение метильной группы, что, как мы знаем из химии
терпенов, часто наблюдается.На деле эти сложные изопреноиды, так же как и все изопреноиды,
образуются в растениях и животных не из изопрена, который и не най¬
ден в живых объектах, а из уксусной кислоты, что надежно установлено
введением в растительные и животные организмы уксусной кислоты,
меченной по метильной группе радиоактивным изотопом 14С. Этот изо¬
топ оказывается включенным в скелет изопреноида. Самый синтез изо-
преноида (например, сквалена) из уксусной кислоты идет по схеме,
напоминающей сложноэфирную конденсацию, под влиянием катализа¬
тора—кофермента А (стр. 705), который мы будем обозначать через
RSH. С уксусной кислотой он превращается в RS—СО—СН3, который
реагирует в биохимических процессах как ацетилирующий агент.При этом через стадию ацетоуксусной кислоты I путем ее кон¬
денсации как кетона с новой молекулой уксусной кислоты образуется
кислота II, восстанавливающаяся ферментативно в мевалоновую кис¬
лоту III, а последняя с потерей С02 и Н20 фосфорилируется в изопен-
тенилпирофосфат IV, который и служит простейшим кирпичом в син¬
тезе изопреноидов.CHaCosRIСН3н—>. но—с—сн2—с—сн2—с—оноонIIоснН4Р207но—с—сн2—с—сн2—СН2ОНII	Iо	он—С02: —н20IIIон онIVИзопентенилпирофосфат IV в присутствии Mg2+ и суммы ферментов
из дрожжей (дрожжевой сок) превращается в геранилпирофосфат V и
фарнезилпирофосфат VI:	_
598ИЗОПРЕНОИДЫВещества V и VI ферментативно превращаются в сквален VII:Участие мевалоновой кислоты подтверждено введением в организм
меченой мевалоновой кислоты и получением в результате меченых
изопреноидов.Стерины (стероидные спирты)Ниже приведены структуры и конфигурации нескольких важнейших сте-
ринов животного (холестерин, копростерин) и растительного (эргосте-
рин, стигмастерин) происхождения:Пунктирные линии обозначают, что данный заместитель или Н рас¬
положен под плоскостью рисунка (такие заместители обозначают
как а) при условии, что метил при углероде 10 расположен над пло¬
скостью чертежа. Сплошные линии валентностей обозначают, что заме¬
ститель или Н расположен так же, как СНз при углероде 10 — над пло¬
скостью чертежа (именуются р). Отсюда ясно, что кольца А и В в ко-
простерине связаны в ^ыс-положении, а кольца В и С, С и D во всех
четырех остальных приведенных стеринах в гране-положении (как
в транс-декалине, кн. I, стр. 531). Вопрос о цис- или транс-связи ко¬
лец А и В в остальных четырех стеринах снимается из-за наличия
двойной связи, связывающей углеродные атомы 5 и 6.В организме холестерин синтезируется, как и другие изопреноиды,
из уксусной кислоты, что доказано введением в организм меченной поСНЗЧ
2VI—>• хсн/VIIхолестерин	7-дегидрохолестеринНОэргостеринстигмастерин
СТЕРОИДЫ599метильной группе уксусной кислоты. Этот опыт позволяет также сде¬
лать выбор между схемами образования скелета холестерина через
сквален по Робинсону и по Вудворду — Блоху в пользу последней.по Вудворду-
Блохухолестерин	* скваленПри окислении в жестких условиях (по Куну— Роту) холестерина,
образовавшегося в организме из меченой уксусной кислоты *СНзСООН,
остаются только фрагменты из двух углеродных атомов (один из них —
метильная группа) в виде молекул уксусной кислоты. По схеме Робин¬
сона при переходе от сквалена к холестерину новые связи образуются
так, что при окислении не может сохраниться ни одной связи между
двумя мечеными углеродами и должна образоваться только
*СНз—СООН. По Вудворду — Блоху есть возможность сохранения свя¬
зей *С—*С (у ангулярных групп), а следовательно, может образоваться
и кислота *СН3*СООН, что и наблюдается на деле. В результате под¬
робного исследования полученного так холестерина, меченного !4С,
было установлено приведенное на формуле распределение меченых
(бывших метильных) углеродов. Очевидно, что при этом метильные
группы сквалена, нумерованные 1, 2, 4, теряются, а группа 3 мигрирует
во второе ангулярное положение.Холестерин явился ключевым соединением в исследовании многих
стероидов, строение которых было установлено, опираясь на знание их
родственных отношений к холестерину. Мы ограничимся поэтому бо¬
лее подробной аргументацией структуры холестерина.Холестерин — непредельный спирт, содержащий один гидроксил и
одну двойную связь, что легко устанавливается обычными методами.
При гидрировании над платиной холестерин поглощает 1 моль водо¬
рода и образует дигидрохолестерин (или холестанол С27Н48О), стерео-
изомерный копростерину (или копростанолу). Копростерин получается
гидрированием холестерина в кишках животных и содержится в кале.
Заменой в дигидрохолестерине гидроксила на хлор (PCI5) и элимина¬
цией хлора (Ыа+С5НцОН; сначала отщепление НС1 и образование
непредельного холестена, затем гидрирование последнего) можно пре¬
вратить его в соответствующий углеводород — холестан С27Н48, стерео-
изомерный копростану, образующемуся при этом вместе с холестаном.
Подобным же образом его можно получить из копростерина. Поскольку
и холестан и коиростан не имеют непредельных связей, а их молекуляр¬
ная формула C27H5G отличается от молекулярных формул изологичных
600ИЗОПРЕНОИДЫим парафинов на восемь водородных атомов, ясно, что холестан и коп-
ростан — алициклы, состоящие каждый из четырех циклов.Указание на то, какие это циклы, дает дегидрирование (ароматиза¬
ция) холестерина над селеном при 360 °С. При этом крекируется боко¬
вая цепь холестерина и отходят в виде метана ангулярные метильные
группы. В результате получается углеводород Дильса — 3'-метил-1,2-
циклопентанофенантрен:Понятие о том, что из себя представляет боковая цепь, дает окисле¬
ние ацетата холестерина. Из продуктов окисления удалось выделить
2-метилгептанон-б СНзССНгСНгСНгСЩСН^. Местоположение карб¬онила указывает на то, к какому углеродному атому была присоединена
боковая цепь. Если бы холестерин, будучи тетрациклическим одноне¬
предельным спиртом, имел только октановую боковую цепь, его молеку¬
лярная формула была бы С25Н42О, а на деле она С27Н460, т. е. богаче
на 2СНг. Таким образом, кроме боковой цепи (2-метилгептанона-6) хо¬
лестерин содержит еще две метильные боковые группы (или одну этиль-
ную). Положение длинной боковой цепи при углероде 17 в холестерине
и других стеринах следует из описываемого ниже деструктивного окис¬
ления некоторых из этих соединений в половые гормоны. При этом
деструкции подвергается длинная цепь и дело заканчивается образова¬
нием карбонильного кислорода на месте прикрепления цепи. Это как
раз место 17. Что же касается двух СН3-групп, то, поскольку при аро¬
матизации они не остаются связанными с ароматическими ядрами, а от¬
щепляются в виде метана, они должны быть четвертичными — ангуляр-
ными — метилами. Только в этом случае ароматизация не может быть
осуществлена путем одной дегидрогенизации, а требуется и отщепление
боковых групп. Точное положение боковых групп устанавливается лишь
путем окислительной деструкции. Деструкцией также решается вопросо	положении гидроксила и двойной связи в холестерине. При этом на¬
ходят и новое более строгое подтверждение характера всех четырех
циклов холестерина и их стереохимического цис- или транс-характера
связи друг с другом.Окисление холестерина приводит, в частности, к бициклической три-
карбоновой кетонокислоте:Поскольку окисление направляется в первую очередь по двойной
связи и по вторичной спиртовой группе (образуется кетон, который дает
дикарбоновую кислоту), ясно, что образование трикарбоновой кислоты
доказывает нахождение гидроксила и двойной связи холестерина в раз¬
ных циклах.сн3НО
СТЕРОИДЫ601Обстоятельство, что двойная связь находится в положении р — у
по отношению к гидроксилу, доказывается следующим образом. Осто¬
рожным окислением двойной связи по Вагнеру перманганатом превра¬
щают холестерин в триол II, последний окисляют далее в дион-ол III,
причем одна спиртовая группа исходного триола (очевидно, третичная)
не окисляется. Дегидратируя ее и гидрируя полученный, непредельный
дикетон IV в предельный дикетон V, убеждаются по типичным реак¬
циям, что это 1,4-дикетон. Поскольку удаленный дегидратацией гидро¬
ксил был третичным и, значит, занимал ангулярное положение, взаимо-
положение гидроксила холестерина и его двойной связи определено.Однако нужно определить не только относительное положение гидро¬
ксила и двойной связи (расстояние по цепи углеродных атомов), но
и привязать гидроксил к определенному углеродному атому и тем опре¬
делить положение двойной связи. В частности, этот вопрос решается
на основании окислительной деструкции дигидрохолестерина VI (холе-
станола) и холестерина — процессы, еще раз подтверждающие строение
цикла А как циклогексанового кольца.
602ИЗОПРЕНОИДЫПолученный окислением дигидрохолестерина VI кетон VII далее
окисляется в дикарбоновую кислоту VIII. Разными путями можно до¬
казать наличие в этой кислоте четырех ос-водородных атомов, т. е. на¬
личие двух метиленовых групп, к которым присоединены карбоксилы.
Это делает возможным наличие гидроксила в холестерине в положе¬
ниях 2 или 3. То обстоятельство, что кислота VIII при действии уксус¬
ного ангидрида образует кетон (с потерей СОг и НгО), а не ангидрид
двухосновной кислоты, доказывает, что несущий гидроксил цикл А
шестичленный, иначе, будь эта кислота производным глутаровой кис¬
лоты, а не адипиновой, данная реакция привела бы к производному
глутарового ангидрида, а не к кетону. Это общий метод, позволяющий
отличать шестичленные циклы от пятичленных (и низших). Что соеди¬
нение IX действительно пятичлепный кетон, доказывается его окисле¬
нием в производное глутаровой кислоты, замыкающееся уже не в кетон,
а в ангидрид XI.Холестерин I можно окислить посредством КВгО с разрывом цикла
А, не затрагивая двойной связи, причем образуется дикарбоновая кис¬
лота XII, имеющая одно подвижное метиленовое звено (а-СНо)- При
дальнейшем окислении БеОг кислота XII превращается в кетонокис-
лоту XIII, которая окисляется с исчезновением двойной связи (следова¬
тельно, с разрывом цикла В) в бис-а-кетонокислоту XIV, имеющую три
карбоксила. То, что обе кетонокислотные группировки являются ос-,
а не р-кетонокислотными группировками, легко определяется харак¬
терными реакциями и решает вопрос о положении гидроксила при
углеродном атоме 3 цикла А. Легко проследить, что, если бы гидроксил
находился при углероде 2, одна из кетонокислотных групп имела бы
а-, а другая р-кетонокислотный характер. При дальнейшем окислении
вещества XIV происходит отгорание двух карбоксилов (в СОг) и обра¬
зуется трикарбоиовая кислота XV, которая циклизуется с одновремен¬
ным декарбоксилированием в кетонокислоту XVI.При окислении кетонокислоты XVI образуется трикарбоиовая кис¬
лота XVII, которая под влиянием уксусного ангидрида циклизуется
также в кетонокислоту XVIII.НОIXIISeOjНО О ОНшоХ1Ц
СТЕРОИДЫ603(сн3со)гоно оXVI(сн3со)2о^н<XVIIXVIIIКетонокислота XVIII содержит уже карбонильную группу в пяти¬
членном цикле, что можно установить окислением ее с разрывом этого
цикла в трикарбоновую кислоту, способную циклизоваться лишь в ан¬
гидрид, а не в кетон. Отсюда следует, что кетонокислота XVI содержала
карбонил в шестичленном цикле, и, значит, в трикарбоновой кислоте
XV карбоксилы, участвующие в циклизации, отстояли друг от друга
на расстояние в семь углеродных атомов (один из семи углеродов ухо¬
дит при циклизации в виде С02). Следовательно, формула XIV должна
принадлежать а,а-дикетонокислоте и формула XIII — предыдущей ста¬
дии окисления, сохранившей еще двойную связь холестерина. Таким
образом устанавливается шестичленное строение и кольца В холе¬
стерина.Пятичленность цикла D подтверждается следующими реакциями.
Продукт гидрирования холестерина — копростерин XIX превращается
в соответствующий углеводород копростан путем замены в копростерине
группы ОН на С1 (действие PCI5) и замены С1 на Н (Na в спирте).
Копростан XX при окислении образует 17-тестанон XXI, последний при
дальнейшем окислении дает дикарбоновую этиобилиановую кислоту
XXII, из которой при циклизации получается ангидрид XXIII, а не
кетон. Следовательно, цикл D действительно являлся пятичленным.НО'ННXIXXXоСООН
604ИЗОПРЕНОИДЫИзложенного достаточно, чтобы понять принципы установления
структуры стероидов путем окислительной деструкции. При этом вы¬
ясняется и положение метальных групп. Здесь, в частности, большие
услуги оказывает метод Барбье — Виланда (сокращение на одно звено
СНг цепи карбоновой кислоты).Понятие о методе дает следующая схема:ORs сн2-сно-с:+ 2С6Н5М£ВГс6н5
сн2-сн2-сС
I	С6н5
6н ^сн2-сн=с.с6н5( ^Т^СН2-С-0Нсен5 О > Jv— Н RQH>j£f’l!TR sc,H,M№:~C:CBHFсн=с-11*06П5.он{и "сл — ССГ°Образующаяся кислота содержит карбоксил при четвертичном угле¬
роде, что следует из невозможности дальнейшего сокращения числа
углеродных атомов по Барбье — Виланду.Так выясняется местоположение четвертичного углерода (и тем са¬
мым ангулярного метила).Конфигурация стероидовТетрациклический скелет стероидов, не содержащих двойных связей,
может быть построен на основании цис- или транс-сочетания (как
в цис- и транс-декалинах) каждой пары циклов А и В, В и С, С и D.
Примером могут служить стереоизомерные углеводороды, соответствую¬
щие холестерину — холестан и копростан (см. стр. 605).В приведенных формулах стереоизомеров выделены водородные
атомы и метальные группы, относительно которых рассматриваются
цис- и транс-положения.
СТЕРОИДЫ605В холестане в цикле А жирной чертой обозначена связь С—С, от¬
носительно которой циклы А и В находятся в транс-положении, а в коп-
ростане — связь, относительно которой циклы А и В находятся в цис-
положении.холестан {транс-, транс-, транс-)копростан [цис-, транс-, транс-)Вопрос о цис- или граяс-связи циклов А, В, С и D друг с другом
решается несколькими путями.1.	Посредством окислительной деструкции. Так, обстоятельство, что
при окислении холестанола VI (стр. 601) образуется кислота VIII, в ко¬
торой обе группы НО—СО—СН2— находятся в транс-положении друг
к другу, доказывает транс-декалиновое расположение циклов А и В
в холестаноле. Очевидно, что подобная реакция с копростерином дол¬
жна привести к цыс-стереомеру кислоты VIII. Таким образом, вопрос
сводится к установлению цис- и гране-конфигурации замещенных цик-
логексанов.2.	Выяснение расположения атомов путем рентгеноструктурного ана¬
лиза. Этот в то время весьма кропотливый путь был применен при
исследовании холестерина (Кроуфут и Карлайсл).3.	Установление стереохимического родства исследуемого стероида
с опорным веществом с известной стереохимией, например с холесте¬
рином. Такое родство устанавливается по тождеству продуктов деструк¬
ции в тех или иных превращениях.4.	Некоторое суждение можно получить на основании грубой адди¬
тивности молекулярного вращения плоскости поляризации.Кроме стереохимии скелета стероиды характеризуются и стереохи¬
мией расположения заместителей. Так, гидроксил холестерина и копро-
с.терина может быть в цис- или транс-положении по отношению к бли¬
жайшему ангулярному метилу (при углероде 10). Заместитель, нахо¬
дящийся в гране-положении по отношению к ближайшему ангулярному
метилу, обозначается буквой а, а заместитель в ^«с-положении — бук¬
вой р. В формулах принято ангулярный метил предполагать над пло¬
скостью формулы, т. е. соединять его сплошной чертой и так же посту¬
пать с р-заместителями (цис-), а а-заместнтели {транс-) соединять
с циклом пунктиром. Соединения, стереоизомерные данному, по этому
признаку (по положению заместителя) принято обозначать пристав¬
кой эпи (эпихолестерин, эпихолестанол и др.).
606ИЗОПРЕНОИДЫПриведем ряд примеров:Наиболее простой путь определения стереохимии оксигруппы (цис-
или [3-, транс- или а- по отношению к близлежащему ангулярному ме¬
тилу) связан с конформацией молекулы стероида и с экваториальным
или аксиальным положением гидроксила. На приведенных ниже фор¬
мулах замещающие группы в скелетах холестана — углеводорода, со¬
ответствующего дигидрохолестерину, и копростана — углеводорода, со¬
ответствующего копростерину, классифицированы на экваториальные е
и аксиальные а:Заместители с разной легкостью вступают в экваториальное и акси¬
альное положения и покидают их. Это объясняется тем, что лежащие
близко к (средней) плоскости цикла экваториальные заместители бо¬
лее удалены от соседних атомов и пространственные препятствия мень¬
СТЕРОИДЫ607ше влияют на их вступление. Между тем, в отличие от жирного ряда,
конформация тетрациклического скелета закреплена и положение а- и
^-заместителей постоянно.На примере циклогексановых производных известен ряд реакций,
отличающих вступление аксиальных и экваториальных .заместителей и
их элиминацию. Так, восстановление цнклогексанонов натрием в спирте
ведет к образованию экваториальной группы, а каталитическое гидри¬
рование водородом — довольно часто к аксиальной. Дегидратация кис¬
лотами легче происходит при аксиальном положении гидроксила и т. д.Поэтому кетон, образующийся ири окислении дигидрохолестерина,—
холестанои-З (I) ири восстановлении его карбонильной группы натрием
в спирте дает днгидрохолестерни И с экваториальным расположением
группы ОН, которое, как видно на схеме, является цис-положением по
отношению к ближайшему ангулярному метилу. Таким образом устана¬
вливается, что холестерин имеет конфигурацию холестанола-3-р. По¬
добным образом и продукт окисления копростерпна—копростанон-3
(III) восстанавливается в спирт IV, причем опять-таки гидроксил
занимает экваториальное положение. Как видно из схемы, этот эквато¬
риальный заместитель в данном случае находится уже в транс-поло-
женин по отношению к ближайшему ангулярному метилу, т. е. конфи¬
гурация полученного таким образом спирта IV выражается термином
копростанол-3-а:Наряду с описанными стеринами следует назвать стерин соевых бо¬
бов— стигмастерин, конфигуративно тождественный холестерину, но
отличающийся структурой боковой цени, эргостерин— содержащийся,
в частности, в дрожжах, грибах, ростках пшеницы и особенно интерес¬
ный тем, что он является провитамином D2, а также 7-дегидрохолесте¬
рин— провитамин D3.
608ИЗОПРЕНОИДЫГ нТ н7-дегидрохолестерин (провитамин D3)7-Дегидрохолестерин является животным стерином, содержится
в коже и нервной ткани животных и в особенно большом количестве —
в моллюсках раковин. Его можно получить синтетически из эфира хо¬
лестерина, бромируя его бромсукцинимидом (гомолитическое броми-
рование — бром вступает в аллильное положение) и отщепляя основа¬
нием НВг:При облучении ультрафиолетовым светом эргостерин и 7-дегидро¬
холестерин (как таковые или в организме) превращаются в свои изо¬
меры— кальциферол (витамин D2) и холекальциферол (витамин D3),
обладающие близкой активностью. Это самые активные из витаминов
группы D. Витамины D — необходимая составная часть пищи человека
(и животных), регулирующая усвоение кальция и рост костей и зубов.
Недополучение молодым организмом витаминов D ведет к заболеванию
рахитом с характерными для него мягкостью и искривлением костей.Другие витамины группы D отличаются только строением боковой
цепи, соответствующей у них разнообразным другим стеринам, и обла¬
дают значительно меньшей активностью. При облучении провитаминов
разрывается цикл В и взамен появляется третья двойная связь в со¬
пряженном положении к двум другим, также сопряженным. На при¬
мере эргостерина (провитамин D2), опуская промежуточные стадии,
процесс можно изобразить следующим образом:RO+ RgNH Вг~RO
СТЕРОИДЫ609Суточная доза витаминов D (D2 или D3) на севере для взрослого че¬
ловека 7—12 мкг, для ребенка 17—25 мкг, а при рахите значительно
больше.Наибольшее количество витаминов D находится в жире печени рыб,
особенно скумбрии. Они содержатся также в масле, молоке, яйцах
(желток), грибах. В настоящее время витамины D выделяют из неомы-
ляемой части жира рыб или китов или получают облучением из про¬
витаминов.Желчные кислотыВ желчи животных и человека находятся желчные кислоты. Например,
в желчи человека — холевая I, дезоксихолевая II, литохолевая III и
другие кислоты. Это монокарбоновые оксикислоты с одинаковым ске¬
летом, разнящиеся по числу гидроксилов:Все они путем замены гидроксилов на водород (например, дегидра¬
тацией с последующим гидрированием образовавшихся двойных свя¬
зей) превращаются в холановую кислоту V, в свою очередь получен¬
ную Виландом путем окисления копростана IV:Таким способом было установлено тождество циклического скелета
желчных кислот между собой и со скелетом копростана, т. е. цис-рас-
положение циклов А и В и транс-расположение циклов В и С и С и D,
а равно и положение цепи при углероде 17 и строение ее.В этих кислотах только гидроксил при углероде 3 экваториа¬
лен, остальные гидроксилы аксиальны. Экваториальный гидроксил20 Зак. 79
610ИЗОПРЕНОИДЫацилируется гораздо легче, чем аксиальные, поэтому он может быть за¬
щищен ацилированием. И наоборот, окисляется он наиболее трудно.
Наиболее легко окисляется аксиальный гидроксил в положении 7, по¬
этому при осторожном окислении его можно окислить в карбонил, а за¬
тем по Кижнеру — Вольфу восстановить в СНг-группу. Получается дез-
оксихолевая кислота.При повторении такой операции то же произойдет с гидроксилом
в положении 12 и получится литохолевая кислота:Желчные кислоты, важнейшая из которых холевая кислота, выраба¬
тываются печенью. Они содержатся в желчи в виде ацилированных хо¬
левой кислотой гликокола (кн. I, стр. 485) — гликохолевая кислота и
таурина H2NCH2CH2SO3H — таурохолевая кислота и имеют важное зна¬
чение для переваривания жиров, которые они 'Эмульгируют. При этом
играют роль способность желчных кислот образовывать с жирными
кислотами молекулярные соединения. Генетически желчные кислоты
связаны с холестерином. Вводя в организм меченый холестерин, кон¬
статируют образование меченых желчных кислот.Стероидные гормоныПоловые гормоны. Понятие о железах внутренней секреции как об ор¬
ганах, вырабатывающих физиологически активные вещества — гормоны,
выделяемые в кровь и служащие для регулирования разнообразных
физиологических отправлений, связанных с обменом веществ, введено
в науку в середине прошлого столетия Клодом Бернаром. Давно не¬
сомненный факт, что мужские и женские половые органы (гонады)
играют и роль желез внутренней секреции (у самцов — тестикулы, у са¬
мок— яичники), лишь в 1930 г. удалось доказать непосредственно —
выделением соответствующих гормонов, выяснением их специфического
действия и последующим установлением их структуры.Все — и мужские и женские — половые гормоны оказались спир¬
тами, фенолами или кетонами (или оксикетонами) с циклоаентанофен-
СТЕРОИДЫ611антреновым скелетом. Их поиски и нахождение связаны с разработкой
биологических тестов и с количественной оценкой содержания этих ве¬
ществ по их физиологическому эффекту. Мужские гормоны извле¬
каются из тестикул или из мочи самцов, где они содержатся в ничтож¬
ном количестве. Они обладают способностью возвращать кастрирован¬
ным в молодом возрасте самцам утраченные вторичные половые при¬
знаки. Так, кастрированные петухи имеют неразвитый гребень и общий
вид курицы. Вспрыскивание в их кровь андрогенно-активных (т. е. об¬
ладающих свойствами мужских гормонов) растворов приводит к бы¬
строму росту гребня (хвоста, шпор) и к развитию нормального пету¬
шиного облика. Установлены количественные соотношения между бы¬
стротой роста гребня и содержанием (и активностью) гормона. Подвер¬
гая обогащению вытяжки гормонов путем экстрагирования источника
гормона, убеждаются в повышении концентрации экстракта путем по¬
добных биологических проб. Таким образом в 1931 г. Бутенант впер¬
вые выделил из 25 т мужской мочи 15 мг индивидуального кристалличе¬
ского вещества, названного андростероном. Позднее выяснилось, что
концентрация андростерона в моче достигает 1 мг/л (и ничтожный вы¬
ход зависел от трудности и несовершенства выделения). К 1935 г. было
выяснено (Лякер, Давид), что непосредственно из текстикул (быка,
жеребца) можно экстрагировать другой, в 10 раз более сильно дей¬
ствующий мужской гормон — тестостерон, по отношению к которому
андростерон является продуктом восстановления.Еще раньше, в 1929 г. Бутенант и Донзи выделили первый жен¬
ский эстрогенный гормон-—эстрон. Он содержится в большом коли¬
честве в моче беременных женщин и самок, но также и в моче самцов,
например жеребцов, откуда и получается. Этому не следует удивляться,
так как организм освобождается таким путем от ненужного ему гор¬
мона. Эстрон лишь один из серии выделенных в настоящее время род¬
ственных по действию и структуре «эстрогенных» гормонов, вызываю¬
щих состояние течки у животных и обеспечивающих первую фазу ме¬
сячного цикла у женщин. Еще более сильно действующим эстрогеном
является эстрадиол, выделенный из яичников животных. Индикатором
действия этого рода гормонов служит кастрированная самка мыши,
у которой введение некоторого минимального количества гормона
(«1 мышиная единица») вызывает признаки течки. Однако для орга¬
низма женщин и самок характерна еще и вторая группа гормонов, так
называемого лутоидного действия. Эти гормоны начинают вырабаты¬
ваться «желтым телом», развивающимся в яичнике после совершивше¬
гося в первой фазе месячного цикла (женщина) — выделения яйца (ову¬
ляции). Примером таких гормонов служит лутеостерон. Назначение
этого рода гормонов — подготовка организма к беременности, в частно¬
сти подготовка матки к восприятию и развитию оплодотворенного яйца.
Интересно, что эстрогенные гормоны (или эстрогенио действующие
вещества) широко распространены в природе. Они найдены в цветах
и плодах многих растений. Эстрогены оказывают стимулирующее дей¬
ствие на рост и цветение растений. Возможно, что навоз обязан частью
своего полезного действия на полях всегда присутствующим в нем
эстрогенам. В настоящее время эти гормоны и некоторые их синте¬
тические физиологически активные аналоги служат важными меди¬
цинскими средствами. Так, эстрон и тестостерон применяются как тони¬
зирующие и как лечебные препараты при недостаточной продуктивно¬
сти гонад, болезненной или возрастной. В некоторых случаях они эф¬
фективны против рака (предстательной и грудных желез и др.). Лу¬
теостерон предупреждает выкидыши и обеспечивает нормальное тече¬20”
612ИЗОПРЕНОИДЫние беременности. В организме все эти гормоны вырабатываются под
воздействием «гонадотропных гормонов», выделяемых гипофизом
(нижний придаток мозга) и имеющих другую природу. Удаление ги¬
пофиза, так же как и удаление гонад, ведет к угасанию половой
функции.Приводим формулы наиболее важных мужских и женских половых
гормонов:Андрогенные гормоныЭстрогенные (фолликулярные) гормоныЛутоидные гормоныСН3Iс=оУглеродный скелет всех этих веществ структурно один и тот же,
эстрогены отличаются отсутствием одной из ангулярных метильных
групп, а у прогестерона в положении 17 имеется ацетильная боковая
цепь. Циклы В и С, С и D имеют, как всегда, транс-расположение.Вопрос о цис- или гране-положении циклов А и В возникает только
в случае андростерона. Это — транс-связь, как показывает его получе¬
ние (Ружичка, выход всего 0,5%) путем окисления хромовой смесью
ацетата эпидигидрохолестерина, в котором циклы А и В имеют транс-
декалиновую конфигурацию.
СТЕРОИДЫ613Синтез андростерона:Эта же реакция доказывает тождество конфигурации гидроксилов
обоих веществ (а-гидроксил) и отличие ее от конфигурации у холесте¬
рина (p-конфигурация, цис- по отношению к близлежащему метилу).
Гидроксилу в эпидигидрохолестерине принадлежит та же конфигура¬
ция, что в стереоизомере андростерона — эпиандростероне.Связь структур андростерона и тестостерона устанавливается сле¬
дующим путем. Тестостерон IV и дегидроэпиандростерон II окисляются
ацетоном в присутствии грег-бутилата алюминия по Оппенауеру в один
и тот же дикетон III с сопряженной системой связи С —С—С = 0.
В свою очередь дегидроэпиандростерон II получают постепенным окис¬
лением холестерина I, двойная связь которого защищена присоедине¬
нием брома, отщепляемого затем цинком. Этот многостадийный переход
символизирован на схеме волнистой стрелкой:Наблюдающееся при окислении II в III перемещение двойной связи
в сопряженное к карбонилу положение совершается во многих анало¬
гичных реакциях.Дегидроэпиандростерон служит также источником для синтеза те¬
стостерона, схема которого приведена на стр. 614.
614ИЗОПРЕНОИДЫПолучение тестостерона из дегидроэпиандростерона:Синтез основан на том, что при любом восстановлении 17-кетогруппа
восстанавливается в 17-|3-оксисоединение с конфигурацией, соответ¬
ствующей тестостерону. Эфиры 17-оксигруппы труднее гидролизуются,
чем эфиры 3-оксигруппы. Как всегда, двойная связь из цикла В легко
перемещается в цикл А в сопряженное с С=0 положение.Все эстрогенные гормоны имеют фенольную группировку, а экви-
ленин, в частности, |3-нафтольную, что легко устанавливается обычными
реакциями ароматического ядра.Восстановление кетонной группы эстрона дает два стереоизомерных
диола — эстраднол, обладающий более активным гидроксилом с мень¬
шими пространственными препятствиями (значит, fj-гидроксилом), и его
эпимер. Эстрадиол сначала был получен таким способом из эстрона и
лишь затем из яичников животных. Структура эстрона установлена
окислительной деструкцией пентанового цикла и сличением продуктов
деструкции (и дегидрогенизации) с синтетически полученными произ¬
водными фенантрена.Строение прогестерона было установлено деструкцией и подтвер¬
ждено синтезом из дегидроэпиандростерона. В производстве этого важ¬
ного для медицины гормона используется способ Бутенанта и Шмидг-
Томэ, который приведен на следующей схеме (стр. 615).
СТЕРОИДЫ615HCN.CNCNCH3MgBr
затем H20^HO'HOокисление no
ОппенауэруЕще проще синтез прогестерона из стигмастерина по Слотта и Бу-
тенанту:
616ИЗОПРЕНОИДЫокисление по
ОппенауэруБыли осуществлены (Вудворд, Джонсон) и полные синтезы всех
главных стероидных гормонов, которые мы не приводим ввиду их мно-
гостадийности. Приведем лишь сравнительно короткий полный синтез
зстрона по Джонсону:сн3о+с=снСНзО^А/Н2/РсГОз; Н20сн3он,сСООНСООН . (сн3со)2о!СН2-СН2 -СОа;-НаОсн3о'Гормоны коры надпочечников — кортикостероиды. В то время как
«мозговое» вещество надпочечников выделяет в коовь гормон адрена¬
лин (стр. 151), кора надпочечников синтезирует и выделяет в кровяное
СТЕРОИДЫ617русло серию стероидных гормонов. Без этих гормонов жизнь невоз¬
можна. Оперативное удаление коры надпочечников ведет к смерти, не¬
достаточная ее работа (гипофункция коры надпочечников) вызывает
Аддисонову болезнь. Всего из коры надпочечников извлечено до 40 ин¬
дивидуальных стероидов (Рейхштейн). Мы назовем только кортикосте-
рон I, как ключевую структуру, кортизон II и дезоксикортикостерон III:Кортизон выполняет важную функцию в углеводном обмене, именно
в синтезе гликогена и превращении белков в углеводы, участвует в вы¬
ведении воды из организма; по-видимому, главная функция дезокси-
кортикостерона — поддержание нормального солевого баланса орга¬
низма (соотношение K+:Na+). Практически для медицины особенно ин¬
тересен кортизон — важное средство для лечения ревматизма и арт¬
ритов.Некоторые чисто синтетические стероиды обладают тем же дей¬
ствием и также применяются в медицине. Таков преднизон:СН2ОНI	2
с=о			 Js^OHНаиболее простую структуру из этой группы гормонов имеет дез¬
оксикортикостерон III, который является 21-оксипрогесгероном, что до¬
казано заменой гидроксила боковой цепи на иод и восстановлением по¬
следнего цинком:Осн2о-|-с6н4сн3
с=о о(р12ОНс=оn-CH3C6H4SOoClIс=о
618ИЗОПРЕНОИДЫВсе гормоны этой группы имеют группировку —С—СН2ОН, вслед¬ствие чего отличаются рядом особенностей — образуют озазоны, дают
специфические реакции окисления. При окислении йодной кислотой
группа СН2ОН отгорает в виде формальдегида и карбоксил оказывается
на месте —С—СН2ОН.Дезоксикортикостерон отличается от кортикостерона отсутствием
одной гидроксильной группы. Кортикостерон и кортизон (после изо¬
меризации) дают при окислении одну и ту же непредельную дикетоно-
кислоту IV, откуда следует, что в обоих соединениях кислородный
атом (гидроксила в кортикостероне, карбонила в кортизоне) занимает
одно и то же место:Установить положение необычного гидроксила в цикле С кортико¬
стерона и карбонила в кортизоне было достаточно трудно, тем более,
что та карбонильная группа кортизона, о которой идет речь, инертна
и не дает обычных кетонных производных. Поскольку один карбонил
занимает положение 3, ацетил и гидроксил — положение 17, а двойная
связь начинается от четвертого углерода, для третьего карбонила
остаются положения 1; 2; 6; 8; 11; 12; 15 и 16. Однако кортизон не об¬
ладает достаточно характерными свойствами 1,2- и 1,3-дикетонов. Зна¬
чит, положения 1; 2; 15 и 16 исключаются. Свойства карбонила в поло¬
жениях 6; 7 и 12 известны по продуктам окисления желчных кислот, они
отличны от свойств кортизонного карбонила — карбонилы 6, 7 и 12
дают кетонные реакции. Таким образом, для третьего карбонила кор¬
тизона, методом исключения, остается положение 11.Синтез кортикостероидов представлял большие затруднения, так как
нужно было ввести гидроксил или карбонильный кислород в положение11,	где во всех доступных исходных стероидах нет функциональной
группы. С открытием того факта, что микроорганизмы способны произ¬
водить такого рода окисления и что, применяя окисление дрожжами,
актиномицетами и разнообразными бактериями, можно вводить гидро¬
ксил по желанию в положения 6; 7; 8; 9; 11; 14; 15; 16; 17 и 21, притомIIОСНоОН
I i
20С=О-он1ёнонСа(ОН)2О'кортизонСН9ОНкортикостеронIV
СТЕРОИДЫ619в а- или p-конфигурации, стало возможным относительно просто полу'
чать кортизон из прогестерона:Генины и сапониныВ различных видах наперстянки (дигиталис) и в строфанте содержатся
гликозиды стероидных спиртов, которые давно уже употребляются в ме¬
дицине в качестве средств, возбуждающих работу сердца. Это очень
ядовитые вещества. Гидролиз приводит к отделению углеводной части
молекул от агликона (генина). Мы ограничимся приведением формул
главнейших получаемых так агликонов — дигитоксигенина I, гитокси-
генина II, строфантидина III:I	н	шЭти и другие генины получены Штоллем, Чеше и Рейхштейном. Осо¬
бенностью их конфигурации, отличающей эти вещества от всех ранее
приведенных типов стероидов, является ^ыс-соединение циклов С и D.
Циклы А и В также имеют ^ыс-декалиновую конфигурацию и лишь
циклы В и С транс-сшзапы.В растениях довольно широко распространены сапонины (например,
в мыльнянке). Это ядовитые гликозиды с сильно выраженной поверх¬
ностной активностью, вспенивающие водные растворы, как мыло. Их
агликоны называются сапогенинами и относятся к стероидам. Приме¬
ром может служить тигогенин:
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДААлкалоиды — группа веществ, так же как и терпены, выделяемая не
только на основании химического признака. Так называются азотистые
основания, извлекаемые из растений (сюда же иногда относят и некото¬
рые физиологически активные основания организма животных) и ока¬
зывающие сильное физиологическое действие на организм животных,
обычно на нервную систему. Основной характер и солеобразование поз¬
волили уже в начале прошлого столетия индивидуализировать многие
алкалоиды (морфин — Сертюрнер, 1806 г.; хинин, колхицин — Пеллетье
и Каванту, 1820 г.; никотин — Боссельт и Рейман, 1828 г.; атропин —
Мейн, 1831 г.; теобромин — А. А. Воскресенский, 1842 г.).Благодаря сильному физиологическому действию эта группа веществ
приобрела важное значение в качестве лекарств, и многие алкалоиды
задолго до их индивидуализации применялись с этой целью в виде на¬
стоек и экстрактов растений. Еще раньше соки алкалоидоносных расте¬
ний нашли употребление в качестве ядов, например содержащие ку¬
раре и стрихнин — для нанесения на наконечники стрел.Алкалоиды, наряду с физиологически активными гликозидами,
давно уже составляют существенную часть арсенала медицины и эта
часть пополняется до последнего времени новыми открытиями. Многие
важные алкалоиды сложного строения выделены в индивидуальном со¬
стоянии уже относительно давно, но строение их установлено только в
текущем столетии, иногда совсем недавно, а синтез наиболее сложных
из них (хинин, стрихнин, резерпин) осуществлен лишь в последние годы.Алкалоидоносными растениями являются в основном растения не¬
скольких семейств: мотыльковых, бобовых, маковых, пасленовых, люти¬
ковых, мареновых, сложноцветных. Обычно алкалоиды сосредоточены
не во всех, а в каких-либо определенных тканях растения (никотин —
в листе табака, хинин — в коре хинного дерева и т. д.). Часто один вид
растения содержит несколько алкалоидов. Алкалоиды связаны в расте¬
ниях в соли, образованные или широко распространенными кислотами
растительного мира — яблочной, винной, лимонной и т. д., или, в неко¬
торых случаях, какими-либо кислотами, специфичными для данного ал¬
калоида. Выделяют алкалоиды, обрабатывая алкалоидоносную ткань
щелочью или аммиаком, затем извлекают свободный алкалоид из вод¬
ного раствора эфиром, хлороформом или другим органическим раство¬
рителем, после чего снова переводят алкалоид в кислый водный раствор.
Часто пользуются также тем, что многие алкалоиды образуют малорас¬
творимые соли с пикриновой и фосфорновольфрамовой кислотами и
осаждаются таннином и анионом HgU. Для разделения смеси алкалои¬
дов применяют экстракцию растворителями при разных pH или хрома¬
тографию.
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА621В настоящее время известно немногим менее 1000 алкалоидов, при¬
чем для значительной их части строение еще не установлено. Большин¬
ство из них открыто в XX столетии. В исследовании алкалоидов выдаю¬
щаяся роль принадлежала Барджеру, Р. Робинсону, Виланду, Виль-
штеттеру, Шпету, Манске, Бартону, Карреру, Прелогу, Вудворду,
А. П. Орехову и его школе (Г. П. Меньшиков, Р. А. Коновалова,Н.	Ф. Проскурина, С. Ю. Юнусов, А. С. Садыков), А. Е. Чичибабину и
его ученикам (Н. А. Преображенский, М. Н. Щукина).Алкалоиды классифицируют по их азотно-углеродному скелету. Не¬
многие алкалоиды жирного ряда и ароматические, содержащие азот
в боковой цепи (эфедрин, колхицин) были уже рассмотрены (стр. 152,
466) и здесь не излагаются. Гетероциклические алкалоиды можно раз¬
делить на рассматриваемые далее группы.Алкалоиды с пятичленным гетероциклом
с одним атомом азотаОдним из простейших по строению алкалоидов является гигрин, выде¬
ленный из листьев южноамериканского растения кока (Вёлер и Лоссен,
1862 г.), а позднее — из одного из видов вьюнка (Л. В. Лазурьевский,
1939 г.). Это кетон, образующий при окислении N-метилпролин (стр. 658),
что доказывает его структурное родство с N-метилпирролидином:НгС	с:н2	НгС	СНг	Н2С	СНзН2С\ /СНСН2ССН3	Н2С\ /СН—С—ОН	Н2СХ /сн2N II	N II	NI	О	I О	IСНз	СН3	СНзгигрин	N-метилпролин	N-метилпирролидин(гигринойли :;ямота)Синтез его осуществлен по схеме:Н2С	СН—СНзг\ СНзМеВ; г\ 	,-СН4NH	N	NH	OMgBrMgBrH2/Pt /	\	сн2оСН2СНСН3н2оH2/Pt / \/ >—сн2снсн3 	»- ( >-сн2снсн3\ /	I	^ /	INH	ОН	NH	ОНВ последней стадии действием формальдегида одновременно мети¬
лируется азот и окисляется вторичная спиртовая группа в карбонил
(реакция К. Гесса).Родственным гигрину по строению является также содержащийся
в листьях кока (разновидность «куско») кускгигрин, синтез которого,
доказывающий строение, осуществлен Г. В. Лазурьевским:Н2С	СН2H2CV /СНСН2С—О"
N	III	оСНзН2С	СН2	Н2С	СН2Ва2+ —роли!> НгС\ /СН—СН2ССН2—НС\ /Сн2
М	||	Nн^	аНС^ /СIАНз	СН,
622АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДААлкалоиды с системой двух конденсированных
пятичленных циклов с одним общим атомом азотаБольшая группа алкалоидов, встречающаяся в некоторых сложноцвет¬
ных (крестовник) и других растениях, имеет в основе бициклическую
структуру пирролизидина, а именно 1-метилпирролизидина, названного
гелиотриданом.Самым важным с точки зрения лечебной практики является плати-
филлин— сложный эфир, при гидролизе распадающийся на двугидро¬
ксильный гетероциклический спирт платинецин и сенециониновую кис¬
лоту. Платифиллин применяется как сосудорасширяющее и спазмолити¬
ческое средство (А. П. Орехов).Исследование строения многочисленных алкалоидов этой группы вы¬
полнено школой А. П. Орехова — Г. П. Меньшиковым, С. Ю. Юнусовым
и др. Так, С. Ю. Юнусов установил структуру ряда алкалоидов с пирро-
лнзидиновым ядром, из которых приведем следующие три:Г. П. Меньшиков же установил строение основного гетероцикличе¬
ского ядра этих алкалоидов — гелиотридана (1-метилпирролизидина)сн2 сн2сн2 сн3пирролизидингелиотриданОН0=С—С—СН2—СН—С—С=0н*; н2оIIСНСНз СН3 СН3платинецинсенеционииовая кислотаСН;иорлолинЛОЛИН*	Не исключено, что сенеционииовая кислота этерифицирует платинецин в ином
порядке и что в приведенной формуле платифиллина ее остаток следует повернуть
на 180°.
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА623путем гофмановской деструкции:-СН3 сн31 .	1	Г—СН3 AgOH 	j	j С Mg-H20I	ICH3 I	CH3 онCHлпз	I~CK	сьы AgOH 	j~CH—CH=CH2N—CH3 9H	*	4/N-CH,CH2	XCH3 OH'CH3
IN—CH2CH2CH2CH=C—CH=CH2СНзЧCH;/Алкалоиды с пятичленным гетероциклом
с двумя атомами азотаПилокарпин был изолирован (Арди, 1895 г.) из листьев Pilocarpus Jabo-
randi, произрастающего в Африке, и нашел широкое применение в борь¬
бе с глаукомой — глазной болезнью, связанной с повышением внутри¬
глазного давления, причиной большей части случаев слепоты. Пило¬
карпин, в противоположность атропину, суживает зрачок.Строение пилокарпина как производного имидазола следует из пре¬
вращения его при нагревании с известью в 1,5-диметилимидазол и 1-ме-
тил-5-н-амилимидазол. С другой стороны, при окислении пилокарпина
перманганатом наряду с азотсодержащими продуктами распада имид-
азольного цикла получены пилоновая кислота и ее гомолог — гомопило-
повая кислота:С2Н5-НС	CjH—СНа—Cjj	N~СН3 Ca(om2 СН 3_(jj	у-СН» + я-С6Нп-С	N-CH30=(L /СН2 HCv s^CH	НС\ J^CH	НС\ ^снON	N	Nпилокарпин	1,5-диметилимидазол 1-метил-5-м-амилимпдазолjP	^°о	С2Н5—НС—сн-сч С2нв—НС—сн—сн2—сч
—>	I I чш + I |	хон +0=С\ /СН2	0=С\ /СН2о	опилоповая кислота	гомопилоповая кислота+ CH3NH—С—N Н2 + NH3 + С02IIОГомопилоповая кислота при действии щелочи в жестких условиях
образует пентан-1,2,3-трикарбоновую кислотуC2HS-CH	СН	СН2I I I
СООН соон соони, следовательно, является лактонокислотой.
624АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАСтроение пилоповой кислоты подтверждено синтезом (А. Е. Чичиба-
бин и Н. А. Преображенский):/ОС2Н3	/OCjHsС2Н5-СН-СН2-С^	нсоос2н5- С2Н.-СН-СН-СГI	C2H5ONa’	| | Чо	Н0=С		>■ 0=С НС=0	—►I	Iс2н5о	с2н5о/ОС2Н5с2н5—С.Н—СН—с	/°с2н5|	|	Ч-Q нагревание	C2Hs НС	СН Сч—■* 0=С	СН2 	►-	Т [ чоI	I	0=CV /СН3С2Н50 он	оэтиловый эфир ПИЛОПОВОЙ кислотыПилоповая кислота по Арндту — Вольфу (стр. 567) может быть пре¬
вращена в гомопилоповую, чем устанавливаются их взаимоотношения:/С1С2Н5 НС	СН—С. ch,=n=n|	|	-^о 	0=С\ /СН2оXHN2 н20 /ОН
С2Н5-НС	("н~С\о Арндта^—Гольфа) ^ С2Н5~НС	CH-CH.-C^*	0=СХ /СН2	~n2	0=С\ /СН2о	оСинтез пилокарпина осуществлен Н. А. Преображенским и сотр.,
исходя из хлорангидрида гомопилоповой кислоты:,С1Ч0 	;	>-С5Н5-НС	СН-СН2-С^ ch2=n=no=d\ /СН2о/с2н5-нс	сн—сн2-<I I ч.CH=N=N0=С\ /СН2оНС1о		*•-n2со/yCH2Cl KN\С2Н,--НС	СН—СН2—С	соI	Г	Чп 	;	*II	^	(введение NH2 по Габриэлю)0=С\ /СН2о
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА625Н3С 1н3сHNЮн нNс2н5-нс—сн—сн2—с—СН2~NH—С с2н6-нс—ch-ch2-c=ch-n=cI	I	II	II	II	I0=С\ /СН2 О	S	0=С\ /СН2	SHо	оС2Н5—НС	СН—СН2—С	N—СНз— II II I0=С\ /СН2 НС\ ^С—SHО	NJhN03С2Н5—НС	СН—СН2—С	N—СН3II II I0=cv /СН2 НС\ ^СНО	NВ скобках приведены неизолируемые промежуточные стадии. Метил-
изотиоцианат присоединяется к аминогруппе, как в известной уже реак¬
ции присоединения изоцианатов (см., например, синтез Траубе произ¬
водных мочевой кислоты и других замещенных пуринов). Таутомерная
форма полученного производного тиомочевины циклизуется с отщепле¬
нием воды.Алкалоиды с шестичленным гетероциклом
с одним атомом азотаВ основе целой группы алкалоидов лежит пиперидиновый цикл. Сам
пиперидин также обнаружен в одном из растений семейства мареновых.
Кониин (главный алкалоид болиголова, сильный яд) представляет со¬
бой а-пропилпиперидин, что явствует из его дегидрогенизации в а-про-
пилпиридин Xконирин) и окисления последнего в а-пиридинкарбоновую
кислоту:СННгС/ ХСН2	[j^4|	H2Cr207 [^Ч,оH2CV /СНСН2СН2СН, ЗНз ^\СН2СН,СН3NH	N	N Чшконирин	а-пиридникарбоноваякислотаЛаденбург синтезировал кониин следующим путем^ + °)с-сн3 ->^■СНз н/NNa: С2Н5ОН
	N ^СН^Н-СНз	^^^СНгСНгСНзи расщепил полученный рацемический продукт на антиподы, кристалли¬
зуя его соль с D-винной кислотой. Правовращающий изомер идентичен
с природным.
626АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАВместе с кониином встречается ряд алкалоидов — его кислородных
производных: вторичные спирты конгидрин (гидроксил находится в бо¬
ковой цепи) и псевдоконгидрин (гидроксил находится в положении 5
пиперидинового ядра).В коре гранатового дерева среди других алкалоидов содержится
пельтьерин — альдегид, который восстановлением по Кижнеру можно
превратить в кониин, чем и доказывается его строение.ONHjj-NHaN\/^T Т r’TJ пи	Г\	^ S'NC2H5ONaNH'v'CH2CH2CH=0	'4'n'^'vCH2CH2CH=N-NH2 NsпельтьериноNH>СН2СНгСН3Пельтьерин применяется как антигельминтное средство.Пиперин — алкалоид черного перца — гидролизуется в пиперидин и
пипериновую кислоту и может быть получен ацилированием пиперидина
этой кислотой:ОHiC^ Ч>=\	/\ )—сн==снсн:етснс—осн» + HNоэфир пидерииовой кислотыоNопиперинДля пипериновой кислоты установлено приведенное выше строение
(при окислении она дает альдегид пиперонал, или гелиотропин).Среди многих алкалоидов лобелии важнейшим является лобелин,
применяемый в медицине для возбуждения дыхательных центров мозга.
Это третичный амин и одновременно кетон и вторичный спирт; при
окислении он превращается в дикетон лобеланин, который при нагрева¬
нии с цинковой пылью образует столько ацетофенона, что ясно наличие
двух групп С6Н5ССН2—. Гофмановская деструкция лобеланина приво-Одит к 1,7-дибензоилгептадиену:CHgl; затем NaOHСеН/	|	CeHsСН3
лобеланин
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА627о°Ч	/к ^	^ ~Н2°—> ^С-.Н*С/^Гх‘СНа-С'с,и,/ HiC/ \CHi V.H,ОН“CH3I; затем NaOH^с—сн==снсн2сн2сн2снсн2—	->с-н/	>i(CHJ, Чл°Ч,с—сн=снсн2сн2сн2снсн2—с, 	-гн/	Г Vh -Нг°6 5	0Н“ +N(CH3)3 6 5°чХС-СН=СНСН2СН3СН2СН=СЙ-С^ + N(CH3)3
С6н/	NC6H5За вычетом двух групп С6Н5ССН2— остается пять углеродных ато-омов, которые и были замкнуты с одним атомом азота в пиперидиновый
цикл. Синтез лобеланина был осуществлен следующим путем:2С„Н5СН=0	Вгэ
	*-НзС N снз	слсн-сн^^сн-снад,■4,	C8H5ONa	*• .СвНвСНСН^ЧГ ^CHCHCgH*II	N I IBr Br	Br BrH20; Hg3+СбНзСннС^ 'VC=CCSH!NCH3CeH4S020CH34	4 J	J3	У^C- СН^ЧГ^СНз—c;/	xc6H3H2/Pt^C-CH2^N^CH2-C^
С6н/	I	\C6H5CH3
~OaSCeH4CH3n"4	I ,	xO^с-сн^ \х\сн3-с;
С6н/	I	XCeH5CH3лобеланик
628АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАВосстановление одной из кетогрупп лобеланина приводит к упомяну¬
тому ранее (стр. 626) алкалоиду лобелину°\^С- CHS/'V' ^сн2—сн—свн612 NcsH5Ан, онлобелииВ плодах арековой пальмы найдена группа родственных между со¬
бой алкалоидов, из которых мы рассмотрим ареколин и арекаидин (аре-
каидин — кислота, ареколин — ее метиловый эфир). Ареколин приме¬
няется в ветеринарии и в медицине. Оба они циклические третичные
амины, содержащие в цикле одну двойную связь. Гидрирование аре-
каидина приводит к N-метилпиперидин-р-карбоновой кислоте. Синтез
арекаидина устанавливает положение двойной связи:C2H5OH: НС1сн2=сн—сн=о(С2Н50)2СН СН(ОС2Н5)2сн2 сн2
I I
сн2 сн2
\ /C1 С1ch3nh20=СН СН=0'I IСН2 СН2сн2 сн2
\ /NСН2С1—CH2—CH(OC2H5)2(С2н60)2сн СН(ОС2Н5)2СН2 СН2	нс!I I	—*сн2 сн2чу/IСНзСНзкротонизация
		>-Nонсн3он✓сн=оNIСНзохОСНзNIСНзарекаидинNIСНзареколинВ высохшем соке, выделенном из надрезов на головках мака (опий),
имеется алкалоид папаверин, строение которого установил Гольдшмидт,
а синтез осуществил Пикте (1910 г.). Папаверин находит широкое при¬
менение в медицине как сосудорасширяющее средство (например, при
гипертонии).Как показывает анализ, в молекуле папаверина содержится один
атом азота и четыре метоксильные группы. При деструкции папаверина
(сплавление со щелочью и окисление) получаются диметоксильные про¬
изводные изохинолина и толуола или бензойной кислоты, откуда яв-
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА629ствует его строение:ОСН,+Синтез папаверина, осуществленный Пикте:Осн3о.
сн3оAICI3оIIcch2noГ\СН30
630АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАВ соке недозрелых головок мака находятся близко родственные по
строению алкалоиды опт —морфин и кодеин. Оба они содержат тре¬
тичный азот, несущий метильную группу и по три кислородных атома —
вторичноспиртовый (окисление в кетон), простоэфирный и в морфине —
фенольный, а в кодеине метилированный фенольный. Морфин метили¬
рованием в щелочной среде превращается в кодеин. Таким образом,
кодеин это простой метиловый эфир морфина как фенола. При пере¬
гонке с цинковой пылью алкалоиды морфин и кодеин образуют фенан-
трен.После длительной работы многих химиков окончательную формулу
этих алкалоидов установил Р. Робинсон.При гофмановской деструкции кодеин превращается в так называе¬
мый а-метилморфиметин, который легко расщепляется соляной кислотой.
При действии щелочи на а-метилморфиметин отщепляется та же цепь,
несущая азот, в результате чего образуется метиловый эфир морфе-
нола — метилморфол:Необычная легкость разрыва С—С-связи с отщеплением диметилами-
ноэтанола объясняется тем, что реакция сопровождается ароматизацией
фенантренового ядра и, следовательно, большим энергетическим вы¬
игрышем.Метилморфол и метилморфенол легко получаются синтезом Пшорра
(стр. 237) и таким образом устанавливается положение кислородного
моста и метоксила в кодеине (а значит, и кислородного моста и феноль¬
ного гидроксила в морфине). Подобное же отщепление метиламиноэта-
нольной группировки и ароматизация фенантренового ядра происходит
и при длительном нагревании с уксусным ангидридом кетона кодеи-
ко«а продукта окисления кодеина как вторичного спирта. В качестве
фенантренового производного при этом получается 3-метоксц-4,6-диацет-
Схема синтеза морфина
632АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАоксифенантрен, чем устанавливается нахождение третьего кислородного
атома кодеина (и морфина) в положении 6:Легкость отрыва в этом случае группы HOCH2CH2NHCH3 и ранее —
группы НОСНгСНгЩСНзЬ с ароматизацией в фенантрен указывает на
то, что эта группировка была привязана к четвертичному циклическому
углероду и вероятность вхождения ее в шестичленный изохинолиновый
цикл приводит к формуле Р. Робинсона для морфина. Эта структура
была установлена (1927 г.) почти через 120 лет после открытия морфина
(1806 г.)—первого изолированного алкалоида — и была подтверждена
синтезом его (Гатес, 1952 г.) по схеме, приведенной на стр. 631.Морфин имеет огромное значение как обезболивающий анальгетик,
хотя отрицательной стороной его применения является настолько силь¬
ное привыкание, что организму становится трудно обходиться без мор¬
фина (наркомания). Диацетат морфина называется героином.Алкалоиды с системой двух конденсированных
шестичленных циклов с общим атомом азотаАлкалоид семян некоторых видов лупина — лупинин — открыт Зивертом
в 1865 г. А. П. Орехов и Г. П. Меньшиков нашли его также в средне¬
азиатском ежовнике безлистом. Это сильное третичное основание, со¬
держащее один атом азота, несущее первичноспиртовую функцию. Пер¬
вичноспиртовая группа может быть окислена в альдегидную и далее
в карбоксильную. Декарбоксилирование этой лупининовой кислоты при¬
водит к норлупинину, который идентичен хинолизидину.Гофмановское расщепление лупинина устанавливает узловое поло¬
жение азота в бицикле и положение первичноспиртовой группы, чем
доказывается строение лупинина. Каждый раз после метилирования
иодистым метилом, замены иона иода на ион ОН" и пиролиза с расщеп¬
лением С—N-связи образующуюся С = С-связь гидрируют и повторяют
гофмановское расщепление. Приходится повторить эту операцию три¬
жды, чтобы разорвать последнюю связь С—N и отщепить азот в виде
триметиламина. Это доказывает, что азот был циклически троесвязан,
т. е. лежал в узле бицикла:Оо.+оII+ CH3COCH2CH2NHCH3норлупининСН2бНСН31затем AriOHсн2онсн2оннг/р*лупннин
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА	£33сн2он	сн2он	сн2онзетемА^ОН { ''^ГЧч1	2-й пиролиз	Hj/Pi .M'j 	* VWoh- '	Ч J 	^сн3	Н3С СНз	н3с/чсн3сн2он	сн2он	сн2онснлзатем AgOH3-й пиролиз	H2/PiN	^ N он г/ \ /|\НчС СН,	Н3С I сн333	сн3Н2С—оСН2ОН	СН,	Ь ^- сЬ ^ сЬ ^ О ^ rt—нонанон-4Алкалоиды с конденсированными пяти-
и шестичленными гетероциклами и одним атомом азотаГруппа тропана. К этой группе алкалоидов, важных в терапевтическом
отношении, относятся атропин (и гиосциамин) и кокаин. В их основе
лежит гетероцикл тропан/СН—СН2н2с | \
I	nch3 ;сна
н2с | //VCH—снпредставляющий собою комбинацию метилпирролидина и метилпипери-
дина, имеющих общие группы а-СН и группу NCH3.Атропин (алкалоид белладонны) и гиосциамин (алкалоид белены)*	 ОJ^NCHyi— ОС— СН c6 Hj
Н-7 сн2онявляются стереоизомерами и гидролизуются с образованием одного и
того же гетероциклического спирта тропина и троповой кислоты (в слу¬
чае гиосциамина — оптически деятельной, в случае атропина — рацеми¬
ческой). Троповая кислота имеет строение а-метилолфенилуксусной, что
явствует из ее превращения при дегидратации в атроповую кислоту,
окисляющуюся в бензоилмуравьиную:свн6—сн-с; ——*■ CGH5-C-C^ —► С6н5—с-с^
I	чон -На° Д0 чон	« он
сн2он	сн2	отроповая	атроповая	бензоилмуравьинаякислота	кислота	кислотаСпирт тропин окисляется в кетон — тропинон, откуда следует, что он
вторичный спирт. Тропинон, наподобие ацетона, реагирует с двумя мо¬
лекулами бензальдегида, образуя дибснзальтропинон, откуда ясно, что
634АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАон содержит группировку —СН2—С—СН2—. Эта группировка симмет-Орична относительно остальной азотсодержащей части молекулы, так как
при окислении тропинона получается только одна (правило Попова!)
двухосновная кислота — тропиновая кислота.Гофмановская деструкция тропина доказывает наличие мостиковой
группы NCH3 в бигетероцикле, содержащем изоциклический скелет из
семи углеродных атомов. Действительно, для удаления азота требуется
двукратное метилирование и двукратный пиролиз гидроокиси четвертич¬
ного аммониевого основания, причем отщепляется триметиламин и
остается тропилиден — циклогептатриен (кн. I, стр. 535). Все эти факты
приводят к следующей формуле тропина и схеме его превращений:(g^OHтропикСН31 затем
AgOHтропиновая кислота©-«.	(SbOH ^=£=5- ГЛ.-N(CH3)3онтропилидеаР. Робинсон синтезировал тропин следующим изящным путем: янтар¬
ный диальдегид в присутствии метиламина вступает с ацетоном в кон¬
денсацию кротонового типа и по образовавшимся двойным связям при¬
соединяется метиламин. Образуется тропинон, восстанавливаемый в
тропин;Щс'н2сч,СН=0	СН3		+ h2nch3 + с=о —у- [ксну=о
сн=о	сн»NCH3 >—онВместо ацетона можно взять ацетондикарбоновую кислоту. Тогда
получается тропинондикарбоновая кислота, которая, будучи р-кетоно-
кислотой, далее легко декарбоксилируется:СООН
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА635Этерификация тропина рацемической троповой кислотой приводит
к атропину:Атропин — важнейшее средство, снимающее спазмы. Обладает ми-
дриатическим действием (расширение зрачка) и широко применяется
в глазной практике.Эфир тропина с вератровой кислотойоткрытый в 1932 г. А. П. Ореховым и Р. А. Коноваловой, — алкалоид
конволамин, содержащийся в некоторых видах вьюнков. Конволамин,
в котором мостиком служит не >NCH3, a >NH, называется конволь-
вином (алкалоид, открыт теми же авторами).Кокаин, открытый в 1860 г. Ниманом в листьях южноамериканского
растения Erythroxylon Сосапредставляет собой сложный эфир оксикислоты ряда тропана, носящей
название экгонина, и может быть превращен гидролизом в экгонин, бен¬
зойную кислоту и метиловый спирт. Последовательной этерификацией
экгонина хлористым бензоилом (по гидроксилу) и метанолом получают
кокаин, что устанавливает их отношения. В свою очередь экгонин окис¬
ляется в кетокислоту, которая легко декарбоксилируется в водном рас¬
творе подобно (З-кетокислотам и превращается при этом в тропинон.
И обратно, натриевый енолят тропинона карбоксилируется действием
СОг в кетокислоту:ООIIоо■ОJ'C2H5ONa
636АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАТаким образом выясняется строение экгонина и кокаина. Следова¬
тельно, синтез тропинона по Робинсону завершается и синтезом кокаина
(Вилынтеттер).Кокаин был первым открытым обезболивающим средством и потому
приобрел огромное значение. Его недостатком является способность вы¬
зывать наркоманию (кокаиноманию) вследствие привыкания нервной
системы к его приему. Этим объясняются многочисленные поиски ли¬
шенных этого недостатка анестетиков, отталкивавшиеся первоначально
от структуры кокаина. Такими синтетическими и полусинтетическими
анестетиками являются, например, новокаин, перкаин, лупикаин и др.Оч	/NH—CH2CH2NH(C2H5)2
С	С ГHaN——С—OCH2CH2N(C2H6)2оновокаинЖчлупикаин’{М. М. Кацнельсон, М. И. Кабачник, 1935)Алкалоиды с двумя конденсированными шестичленными
гетероциклами с одним атомом азотаПсевдопелътьерин (метилгранатанин)—алкалоид, открытый в 1878 г.
в коре гранатового дерева. Исследован Чамичаном, синтезирован Р. Ро¬
бинсоном. Его строение аналогично тропинону, но в основе его лежит
не тропан, а гетероцикл из двух пиперидиновых циклов с общей систе¬
мой —СН—N—СН—..НзПсевдопельтьерин окисляется в гранатовую кислоту с тем же числом
углеродных атомов (аналог тропиноновой кислоты):СН2—СН—СН8	СН2—СН—С/ I \ о / I ''ЮН
Н2С^ NCH3pc=0 —* Н2С^ NCH3	QСН8—СН—СН2	СН2— с!н—СН2— of\онпсевдопельтьерин	гранатовая кислота^Гофмановская деструкция гранатовой кислоты приводит к октадиено-
вой кислоте, которая при гидрировании образует пробковую кислоту
(гександикарбоновую):°^C-CH=CHCH2CH2CH=CH-Cf°	°V-(CH2)6-cf°НО/	\ОН	ИСК	Х)НГофмановская деструкция спирта — продукта восстановления псевдо-
пельтьерина, проходящая также в две стади, но сопровождаемая де-
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА637гидратациеи, приводит к циклооктатриену:„он.^сн^==0псевдопель-
тьеринН -н8осн31;сна1;^ затем AgOHЗатем AgOH /+ \ 2-й пиролизN(CH3V) 	■	>- ( Н(СНз)з)	;	;	г>' ' '	\К 1 -N(CH3)3;-н2оОН"	циклооктатриеяЭтим путем и воспользовался Вильштеттер для первого синтеза циклооктатетраена
(кн. I, стр. 535). К полученному циклооктатриену был присоединен бром, к бромиду —
триметиламин, бром заменен на гидроксил и от гидроокиси четвертичного аммоние¬
вого основания отщеплены по Гофману триметиламин и вода:W-3,2N(CH3)3;
AgOH „(CH3)3Nj -2N(CH3)3;-2H20OH'+N(CH3)3циклоокта-
' тетраенСинтез псевдопельтьерина аналогичен синтезу тропинона (стр. 634),
но исходным является не янтарный, а глутаровый диальдегид:н2сч .^СН2-СНО	сн2—СООН+ h2nch3 + с=о
СН2-СНО	/сн2—соонсоон(кснз )=0~2C0gсоон	>- ^^Нз^==0псевдопельть ерикАлкалоиды с двумя изолированными гетероциклами
с двумя атомами азотаСреди 12 алкалоидов табака главным является никотин. Это жидкость
(т. кип. 246 °С при 730 мм рт. ст.) с запахом махорки, при комнатной
температуре смешивающаяся с водой. Никотин сильный яд, поражаю¬
щий мозг и нервную систему, повышающий кровяное давление. Он при¬
меняется в сельскохозяйственной практике как инсектицид и для этого
извлекается из махорки.Никотин включает два третичных атома азота и является сильным
основанием. При окислении (HN03, КМПО4) он дает никотиновую
(p-пиридинкарбоновую) кислоту. При обработке никотина бромом с по¬
следующим окислением продукта бромирования образуются: та же
p-пиридинкарбоновая кислота, малоновая кислота и метиламин, что
доказывает наличие в никотине следующих структурных группС
638АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАПоскольку никотин двутретичное основание, группа >N—СН3 долж¬
на замыкать цикл. Группа из трех атомов углерода (малоновой кис¬
лоты) должна была быть привязана к углеродному атому карбоксила
никотиновой кислоты, что дает группировку„с—С—С—сNТогда становится вероятной структура никотина как (N-метил-ос-пир-
ролидил)-p-пиридина, так как из четырех углеродных атомов цепи мож¬
но замкнуть посредством >N—СН3 либо пятичленный пирролидино-
вый цикл, либо низшие циклы, которые мало вероятны вследствие их
неустойчивости.При окислении уксуснокислым серебром пирролидиновый цикл нико¬
тина переходит в пиррольный и образуется никотирин, также находя¬
щийся в табакеN 	у J N + Н+ + AgN СНз	N СН3никотин	никотиринА. Пикте следующим образом осуществил синтез никотина. Пироли¬
зом соли слизевой кислоты и p-аминопиридина был получен N-пиррил-
p-пиридин (синтез аналогичен синтезу пиррола пиролизом слизевокис¬
лого аммония):NV+СНОН—СНОН-СОО- H3N	\ J <"4,/ *I	_►[( 1 v^ + [| I	+4Н20+2С02СНОН—СНОН—COO- H3N	ч ^ \ ^/	N NNV_/Нагреванием N-пиррольное производное изомеризовалось в С-пир-
рольное а-производное (стр. 269). Остальной путь синтеза ясен из
схемы:NЛ нагревание	/ СН3ОК	СНзГ"	NH 	*“ I I N 	*•ОN	NКN	NN СН3	N СНзникотирин	никотинИзомером никотина является анабазин, открытый в 1929 г. А. П. Оре¬
ховым в среднеазиатском растении ежовнике безлистом. Анабазин сме¬
шивается с водой. Он представлят собой сильное двухатомное основа¬
ние; один азот находится в виде вторичной аминогруппы. Окислением
анабазин превращается в никотиновую кислоту, дегидрирование его
дает а,р-дипиридил. Все эти факты дали основание А. П. Орехову уста¬
новить для анабазина строение а-пиперидил-р-пиридина.
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА639Синтез анабазина осуществлен Г. П. Меньшиковым по схеме
Л-N ^.С-ЧСН^-ОСНз ЫН2(
_(СН2)<-ОСН3 —> (I J о	, 	N	NС.—(СН2)4—ОСН3 н	/СН-(СН2)1-ОСН3 НВгNOH	^ ^ NH2N	Nсн2	сн2НаС-^ Ч'СН2	HgC-'' '''СН2НС СН2	НС\ /СН3Ч/ \ I	NHH2N Вг
N	NАнабазин подобно никотину используется как инсектицид.D-Тубокурарин — один из алкалоидов южноамериканских растений
видов стрихнос, применявшийся индейцами в качестве стрельного яда.
Ему родственны по действию и структуре алкалоиды L-курин, протоку-
ридин и др. Тубокурарин — самый сильный по действию из алкалоидов
кураре. Он обладает свойством задерживать проведение нервного
импульса, направленного к мышцам —в результате мышечное расслаб¬
ление и при больших дозах — прекращение дыхания. Применяется, в хи¬
рургии для расслабления мышц. D-Тубокурарин (его строение установ¬
лено Кингом, Винтерштейнером и Дутгером) — двучетвертичноаммоние¬
вая соль (хлорид), имеет молекулярную формулу C38H44O6N2CI2. Оба
атома хлора — ионные, из кислородных атомов два — фенольные, два —
метоксильные, связанные с ароматическими ядрами, и два — простые
эфирные. Гофмановский распад может быть применен к тубокурарину
непосредственно после замены ионов хлора на гидроксильные ионы. По
продуктам деструкции можно построить формулу тубокурарина. Дву¬
кратная гофмановская деструкция и последующее окисление «дезосно¬
вания» протекают, как показано на схеме, приведенной на стр. 640.Алкалоиды с двумя конденсированными шестичленными гетероциклами
с общим атомом азота и одним изолированным гетероцикломИз коры хинного дерева в 1820 г. Пельтье и Кавенту выделили два
алкалоида — хинин и цинхонин. Хинин приобрел огромное значение
в борьбе с плазмодиями малярии и как отправная структура в синтезе
антималярийных средств.Хинин является метоксильным производным цинхонина. Действием
на хииин едкого кали в жестких условиях А. М. Бутлеров и А. Н. Выш¬
неградский впервые получили хинолин (откуда и произошло его на¬
звание).Хинин—двухатомное основание. С иодистым метилом ои дает дииод-
метилат (по обоим азотам), с HI отщепляет CH3I (наличие метоксила),
с хлористым бензоилом образует монобензойный эфир (наличие гидро¬
ксила). Хинин можно окислить в кетон (вторичность оксигруппы). В мо¬
лекуле хинина содержится одна активная двойная связь и окисление
640АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДЛДеструкция Р-тубокураринаCHs°'Y:!\/4i сг
ho^J^wch,),i1	AgOH;затем пиролизН2С ОН уО(СНз)2Ы^\|^Ч|///\^Ч^^ОСНз£>-тубокураринСН30^ ^ ^СН=СН2ноXXCH-N(CH3)2I Iо сн22Сн31;
затем AgOH
	(CH3)2N-HC^. ,Н2С=НС/^^ ^ОСНзсн=снгСН—N(CH3)
о <LhОН'ОН“ н2с Ан ^о
+ 1(CH3)3N-HC^^/X)Н2С=Н<Хч/х-ОСН3хосн3СН30.соонсоонООНперманганатом направляется на нее; при этом образуется карбоновая
кислота, содержащая на один углеродный атом меньше, чем хинин. Сле¬
довательно, эта двойная связь принадлежит СН2=СН-группе боковой
цепи. При более энергичном окислении и эта кислота и сам хинин об¬
разуют идентичные продукты (кроме продуктов, происходящих из ме-
рохинена, см. далее). Это, во-первых, выделенная А. А. Воскресенским
хининовая кислота, оказавшаяся 6-метоксихинолин-4-карбоновой кисло¬
той (цинхонин дает при аналогичном окислении хинолин-4-карбоно-
вую — цинхониновую кислоту). Кроме того, вторая структурная поло¬
вина молекулы хинина и цинхонина дает при окислении одинаковые
осколки разной степени деструкции: мерохинен, цинхолойпоновую кис¬
лоту и лойпоновую кислоту, идентифицированные как производные пи-
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА	641перидина. Таким образом, продукты окисления хинина имеют следующее
строение:СН3оОI!С—ОНNОI)сн2—с—он
сн=сн2оNHхининовая кислотаОIIсн,—с—он1 „X—онIIоNHцинчолойионоваямег охешонос-он.с—онIIоNHлокпоиоваякислотаВо всех пиперидиновых продуктах окисления хинина и цинхонина
азот вторичен, тогда как в хинине нет вторичного азота.Уже Пастер открыл, что хинин при нагревании с кислотами изоме-
ризуется в кетон — хинотоксин (это еще один алкалоид хинной коры).
Хинотоксин уже содержит вторичноаминный азот (ацилирование, ни-
трозирование по >NH); его можно обратно превратить в хинин (Рабе)
путем бромирования (NaOBr) по вторичноаминной группе в бромамин
BrN<C и последующего замыкания цикла при отщеплении НВг щелочью.
Водород в этом случае может оторваться только из a-положения к ке-
тонной группе. При этом получается кетон хининон — продукт окисления
хинина, который восстанавливают во вторичный спирт — хинин.Все эти факты увязываются со следующими формулами хинина и
хинотоксина:СНН2ССН20=С—Н,С I ХН2СН80НО—СН—НСЧСН—СН=СН2ХИНОТОКСИН'н+СН,0сн2Iсн2J/Nчсн—сн=сн:2^' I сн—сн=снгСН2 Iс^н2 Iсн2СН,00=С—нс\^| ^СНа
*	NNN21 Зак, 79
/642АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДААналогичные превращения известны и для цинхонина.Таким образом, оба эти алкалоида представляют собой сочетание
двух гетероциклических ядер ■—хинолина и хинуклидина, связанных
между собой углеродом с вторичноспиртовой группой.Хинуклидин — новая для нас гетероциклическая система, состоящая
из двух конденсированных по азоту и ууглероду пиперидиновых ядер.
Он был синтезирован (Рубцов) следующим путем:СН2—СН2—COAgI	ИоОNIс=оIс6н5ВггСН,—СН2ВгNIс=оIСвН5Н2СNaOH-NaBr; —Н20Н,с.снсн2Iсн2сн2+ С6Н5—CONa
IIСН,	оNхипуклпдинРабе синтезировал дигидрохинин. Синтез самого хинина (с виниль-
ной группой) осуществлен в 1944 г. Вудвордом и Дерингом. Он состоял
из следующих стадий: 1) синтез рацемического гомомерохинена, содер¬
жащего в боковой цепи лишнюю группу СНг сравнительно с мерохине-
ном; 2) сложноэфирная конденсация хининовой кислоты с эфиром го¬
момерохинена по а-метиленовому звену последнего; 3) омыление и де-
карбоксилирование (кетонное расщепление) образовавшегося эфира
(3-кетокислоты и получение этим путем рацемического хинотоксина, рас¬
щепляемого на I- и /)-хинотоксины; 4) превращение D-изомера описан¬
ным выше способом Рабе в хинин. Приведем синтез гомомерохинена:гидрирование в 2 стадии
с промежуточнымацилнроваиием по ^NH"'-'ОНСНз/Н,ССН2 СН2\ / \СН СН2СН, СН2/ \V \Н2С СН СН2окислениеС—N/ \ \ / \ /
н3с О СН, СНI		гн ПН (с ““делением
— Url чис-нзомера)CsHuONO;C2HbONaН,СС—N СН С=0/ \ \ / \ /Н3С О СН2 СНIСН3с—сн2—сн2
„ / 1
с2н5о о сн
	^ H2c-^ ^н—^н—nh2H2i\ /Сн2 СН3
NIсн3СН2 СН2
' \ / \СН СН,—СIСННзСС—N
' \ \ / \О СН2 C.==NOH
in.хОС2Н5СН3Г;
затем NaCM
	>-С—СН2—сн2, / \ Iс,н,о о снс-U0HicS N:h—сн—n(ch3)3к Л, U01ГNHНЧСН3
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА643С—сн2—сн2/ \ 1
С2Н50 О СН	+НоС^ хсн—СН—N(CH3)3н2Ах /СН2 СНз он
NH-N(CH3)3;-н2оН2С'Н2ССН
' \СН2IСН,чсн—сн=сн2сн2/с2н5оС NHэфир гомомерохинеиаНаиболее длинный ряд превращений понадобился для синтеза гомо-
мерохинена (он приведен здесь сокращенно). Сложноэфирная конден¬
сация эфира хининовой кислоты с эфиром гомомерохинеиа (стадия 2)
и декарбоксилирование (стадия 3) проводились по схеме:сн3о0=С—ORсн3оН2С0=С—Н2ССНН2с/ I ^"СН—СН=СН2
СН,+NН2ССН,I/С NH/ \RO ОСН2СНН2Ссн—сн=сн.0=С—НСсн2Iсн2I/NH!/окчСН,Н20; Н+—С02;
—ROHсн2Iсн2юСН—сн=сн.СН,далее, как указано на стр. 641NHХИИОТОКСИНАлкалоиды с тремя конденсированными гетероциклами
с двумя атомами азотаМы разберем строение только двух алкалоидов этой группы — иохим-
бина и резерпина.Иохимбин — алкалоид коры африканского растения корианте иохим*
бе — находится в этой коре вместе с рядом его изомероЕ.21*
644АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАСтроение скелета иохимбина вытекает из продуктов, образующихся
в результате следующих превращений:Дегидрированием иохимбина селеном получают несколько веществ,
одно из которых — тетрабирин при окислении образует пиридин-2,4,5-
трикарбоновую, а другое — кетоиобирин — 2,3-диметилбензойную кис¬
лоту. Первая кислота может образоваться только за счет сохранивше¬
гося кольца D (кольцо С имеет всего две связи с углеродами и может
дать максимум пи“ридинкарбоновую кислоту). 2,3-Диметилбензойная кис¬
лота, очевидно, не может образоваться за счет циклов А, В, С, D и
представляет собой остаток цикла Е. Расположение карбоксилов в пи¬
ридин-2,4,5-трикарбоновой кислоте, а также метила и карбоксила в2,3-диметилбензойной кислоте указывает места связи циклов D и Е и
положение карбоксила в кольце Е. На положение гидроксила в кольце Е
указывает разложение иохимбина перегонкой с цинковой пылью, в ре¬
зультате которой образуются в небольших количествах гарман и
п-крезол.Резерпин C33H40N2O9 — алкалоид индийского растения раувольфиа
серпентина. Начиная с 1950-х годов он применяется как одно из главных
гипотензивных (понижающих кровяное давление) средств. При щелоч¬
ном гидролизе он отщепляет метиловый спирт и 3,4,5-триметоксибензой-
ную кислоту, образуя резерпиновую кислоту C22H27O5N2. Последняя, бу¬
дучи прометилирована по карбоксилу диазометаном, этерифицируется3,4,5-триметоксибензоилхлоридом в резерпин, чем и доказывается сохра¬
нение структуры скелета резерпина в этих превращениях и роль мета¬
нола и триметоксибензойной кислоты.Функциональным анализом в резерпине обнаруживается пять меток-
сильных групп и одна карбметоксильная. Таким образом, частичное
строение резерпина может быть выражено формулой I, а резерииновой
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА645кислоты — формулой II.NaOH“*■ C19H20N220СНз/ОНсх^оонУльтрафиолетовый спектр поглощения резерпина, резерпиновой кис¬
лоты, резерпинового спирта и смеси двух последних имеет форму, харак¬
терную для производных индола, и близок к спектру 2,3-Диметил-6-мег-
оксииндола (рис. 118). Инфракрасные спектры хлороформных растворов
резерпина (рис. 119) и эквимольной смеси молекул, включающих от¬
дельные фрагменты его структуры, близки к полному совпадению. Та¬
кая эквимолекулярная смесь составлена из 2,3-диметил-6-метоксииндола
(фрагмент, соответствующий кольцам А и В), N-этилпиперидина (коль¬
ца С и D), метилового эфира циклогексанкарбоновой кислоты (коль¬
цо Е) и метилового эфира 3,4,5-триметоксибензойной кислоты. Сплош¬
ная линия — спектр резерпина, линия с участками пунктира — спектр
указанной смеси (рис. 120). При сопоставлении со спектром синтези¬
рованной модельной пятициклической системы ABCDE близкой струк¬
туры подтвердилась аналогия такой структуры с резерпиновой кислотой
(и иохимбином).Одновременно при этом сравнении выяснилось и ^«с-сочленение ко¬
лец D и Е в резерпиновой кислоте и в резерпине:сн3орезерпиновая кислотаСплавление резерпиновой кислоты со щелочью приводит (после ме¬
тилирования содержащей кислоту фракции сплава) к метиловому эфиру3-метоксиизофталевой кислоты, что доказывает положение гидроксила
в резерпине (а-метоксил кольца Е при этом отщепился в виде СН3ОН
и образовал одну из двойных связей).Синтез резерпина, осуществленный Вудвордом и сотр. в 1957 г.,
представляет собой очень сложную задачу, принимая во внимание
646АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАРис. 118. УФ-Спектры (в метаноле):
i — резерпина; 2—эквимольной смеси резер-
пинового спирта и метилового эфира 3,4,5-
триметоксибензойной кислоты; 5—метилового
эфира 3, 4, 5-триметоксибензоЙной кислоты;
4—резерпинового спирта; 5—2, З-диметил-6-
метоксииндола.£ / 8- 3 10 11 12
Л, мкРис. 119. ИК-Спектры (в хлоро¬
форме):/«—2.3-диметил-5,6-диметоксииидола; II —
2,3-диметил-6*метоксииндола; ///—тетра-
гидроальстонилииа; /И—резерпина.Рис. 120. ИК-Спектры резерпина (сплошная линия) и эквимольного раствора
2.3-диметил-6-метоксииндола. метилового эфира 3,4,5-триметоксибензойной
кислоты, метилового эфира циклогексанкарбоновой кислоты и N-этилпипери-
дина в хлороформе (сплошная линия с включениями точечного пунктира).
На верхней кривой видны калибровочные пики С02 (4,224 мк) и Н20 (5,464 и
6,41 мк).
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА647стереохимию молекулы, отраженную в следующей формуле:резерпинСинтез начинается с построения структуры и конфигурации циклов D
и Е, для чего по реакции Дильса — Альдера соединяют (г^ыс-присоеди-
нение) бензохинон с винилакриловой кислотой. Образующийся бицикл I
восстанавливается боргидридом натрия по менее пространственно за¬
трудненной кетонной группе в соединение II, окисляемое далее надбен-
зойной кислотой в эпоксид III (кислородный мост присоединяется с
внешней более открытой стороны пространственного угла, образуемого
циклами). При действии на III водоотнимающих веществ образуется
лактон IV за счет карбоксила и гидроксила, введенного при переходе
от I к II. Лактон IV можно переписать в виде перспективной формулы
IVa, тождественной IV:0=0=0.4-	—>-ОI0 №ВН4Восстановление лактона изопропиловым спиртом в присутствии изо-
пропилата алюминия приводит к превращению сохранившегося карбо¬
нила во вторичноспиртовую группу, и одновременно происходит размы¬
кание лактонного цикла и замыкание карбоксила на новый гидроксил.
Кроме того, разрывается эпоксидный цикл с образованием гликоля;
один из его гидроксилов замыкается с освобожденным гидроксилом в
простой эфирный мост, а другой отщепляется в виде воды с образова¬
нием в цикле двойной связи. Все эти реакции, совершающиеся в одну
фазу, в формулах 1 Va—VII для ясности расчленены,
648АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАН /~\ (3IVdBr-^ нот!
нZn; Н+XIХ1аК VII по двойной С = С-связи, сопряженной с карбоксилом, присо¬
единяют метанол (VIII), а затем по второй двойной связи — бромнова-
тистую кислоту (IX). Вторичноспиртовую группу бромгидрина окисляют
в кетонную и полученное вещество X обрабатывают цинком в кислой
среде. При этом разрываются по С—О-связям оба гетероцикла — лак-
тонный и простоэфирный (последний с одновременным отщеплением
брома и образованием на месте отщепившихся Вг и О двойной связи).
Получается вещество XI, формулу которого теперь проще писать в пло¬
скости Х1а. Дальнейшие превращения ясны из формул XIa—XV:CH2N2;затем(СНзСО)гОсняо-OSO4Н Jc' -ОосГОСНч Сн.'!ню4н Ъсн3 снзXIII
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА649сн„о оCHoNo v
	 =■ ■>н ЪснзснзXIVXVВещество XV послужит в дальнейшем для синтеза колец Е и D ре¬
зерпина.Теперь необходима заготовка остальной части скелета резерпина —
колец А и В (см. схему на стр. 650).Для выполнения этого исходят из магниевого производного 6-меток-
сииндола (XVI), на которое действуют нитрилом монохлоруксусной кис¬
лоты. Как обычно в индоле, заместитель вступает в |3-положение и полу¬
чается нитрил 6-метокси-|3-индолилуксусной кислоты (XVII). Его вос¬
станавливают в амии — 6-метокситриптамин XVIII, который взаимодей¬
ствием с альдегидом XV превращается в шиффово основание XIX. Шиф-
фово основание восстанавливают в амин XX, замыкающийся с потерей
СНзОН в циклический амид XXI (образование кольца D). Последнее
кольцо С замыкается при действии хлорокиси фосфора на XXI: веще¬
ство XXII имеет уже все циклы: А, В, С, D, Е.Действуя на XXII боргидридом натрия, восстанавливают аммоний¬
ный азот в аминный, а затем гидролизуют в XXIII обе сложноэфирные
группировки. Освободившиеся карбоксил и гидроксил соединения
XXIV под действием дициклогексилкарбодиимида замыкаются в лак¬
тон XXV. Последний нагреванием с разбавленной кислотой стереоизо-
меризуется в отношении расположения вокруг углеродного атома, об¬
щего для циклов С и D (стереоизомер XXVI). Затем лактонный цикл
размыкается подкисленным метанолом, и освобожденный гидроксил со¬
единения XXVII подвергается этерификации хлорангидридом триметил-
галловой кислоты.Резерпин XXVIII, тождественный природному, синтезирован. Весь
синтез показан на схеме (стр. 650).Стрихнин C21H22O2N2 и бруцин C23H26O4N2 — выделены в 1818 г.
Пельтье и Кавенту из «рвотных орешков» — семян Strychnos пих vomica,
произрастающего в Индонезии. Оба алкалоида, особенно стрихнин, силь¬
ные яды (смертельная доза для человека 0,03 г), вызывающие судороги.
Это кристаллические вещества, растворимые в спирте, бензоле, хлоро¬
форме, слабо — в воде и эфире, оптически активные. Стрихнин приме¬
няется в медицине как возбуждающее и тонизирующее средство.Бруцин — диметоксильное производное стрихнина — широко исполь¬
зуется наряду со стрихнином в стереохимическом эксперименте для раз¬
деления рацематов кислот. Окончательная формула стрихнина после
длительных исследований была установлена в 1945 г. Робинсоном, это
выяснило и формулу бруцина (стр. 652). Здесь могут быть лишь в общих
чертах приведены факты и соображения, на которых основываются эти
формулы.При окислении стрихнина азотной кислотой образуется 5,7-динитро-
индол-2,3-дикарбоновая кислота, откуда явствует, что стрихнин (а зна¬
чит, и бруцин) содержит индольиый цикл. Оба они содержат одну двой¬
ную олефиновую связь (так как каталитически гидрируются в дигидро¬
алкалоиды) и два атома азота. Атомы азота оба третичные, но лишь
АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДА651-од и н из них основной и способен присоединять иодистый метил; другой
азот лишен основных свойств, так как ацилирован (связан с СО-груп-
пой), что следует из результатов гидролиза щелочью. При этом, оче¬
видно вследствие размыкания циклического лактамного кольца, полу¬
чается стрихниновая (или бруциновая— в случае бруцина) кислота
в виде соли. Кислота на Н20 богаче исходного основания и содер¬
жит вторичную, уже основную, аминогруппу (ацилирование, действие
HNOs).Поскольку эти кислоты имеют два основных азота, ясно, что индоль-
ный цикл находится в них в гидрированном по гетероциклу состоянии
(2,3-дигидроиндол).Обе кислоты легко замкнуть опять в алкалоиды. Рядом с лактамной
СО-группой, ацилирующей дигидроиндольный азот, находится СНг-груп-
па, поскольку и стрихнин и бруцин нитрозируются по углероду, образуя
изонитрозопроизводные, и конденсируются с бензальдегидом в бензил-
иденовые производные. Второй кислородный атом — простой эфирный —
входит в цикл и на расстоянии двух атомов от него в цикле находится
упомянутая выше двойная олефиновая связь, которая первая разры¬
вается при окислении перманганатом, образуя с одной стороны разо¬
рванного цикла карбоксил, а с другой — карбонил. После восстановле¬
ния активной СО-группы и нагревания отщепляется гликолевая кислота.Окисление стрихнина, дальнейшую деструкцию молекулы и упомяну¬
тые выше превращения можно изобразить схемой;он■ОконСН,I ‘№СН,о;NH'С—Н2С о-
кострихниновая кислота (соль)кон(в жестких
условиях]NHNH2стрихнинолоноваякислотанагревание-носн2—с;ОНН,С-сн,I■М уОГгТ>О"СТрШСНИНОЛОН
652АЛКАЛОИДЫ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКОГО РЯДАХод процессов деструкции дает некоторое понятие о строении и
взаимосвязи циклов I, И, III и VII. Превращение под действием щелочи
в р-(р-аминоэтил) -индол (триптамин) дает понятие о способе связи вто¬
рого азота с индольным циклом. Серия окислений хромовой кислотой
(двойная связь защищена), схема которых приведена ниже, дает
основание для суждения о циклах IV, V и VI.н,ссн.сн,стрихнинI CHjC
QHн,с--сн2
"КСН2СНз°Г1	-снбруцинВозможность дальнейшего упрощения молекулы с отщеплением гли¬
колевой кислоты и размыканием обоих пиперидиновых циклов очевидна.Совсем недавно строение стрихнина было подтверждено его доста¬
точно головоломным синтезом (Вудворд). Особенно трудно « синтезе
таких сложных структур соблюдение стереохимических требований:
стрихнин содержит шесть асимметрических атомов, которые в вышепри¬
веденной формуле помечены звездочками.Жирными точками отмечены (по Линстеду) те углеродные атомы,
которые несут водороды, располагающиеся над плоскостью.
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)Каждая клетка животного, растительного и одноклеточного организма
содержит в качестве существеннейшей составной части белки, или про¬
теины, строящие ферменты, органеллы и в целом протоплазму клетки.
Частицы простейших организмоподобных образований — вирусов —
также состоят из белковой оболочки и нуклеиновых кислот.Белки являются субстратом всех известных нам форм жизни. Все
белки (кроме искусственно синтезированных в последние годы) созданы
жизнедеятельностью организмов, но не все они продолжают участво¬
вать в жизнедеятельности. Шерсть, рога, кожа, шелк, паутина — все это
частные примеры белков, называемых склеропротеинами. К белкам
относятся растворимые в воде или соляных растворах альбумины
(яйца, крови) и глобулины (крови), к белкам относятся миозин мышц,
многочисленные белки растений, в частности их семян — глиадин пше¬
ницы, зеин кукурузы и т. д.Белками являются многочисленные ферменты (энзимы) животных
и растительных организмов, такие, как ферменты пищеварения — пеп¬
син, химотрипсин, трипсин, различные пептидазы и другие протеолити-
ческие ферменты, эстеразы, в частности холинэстераза (стр. 700) и дру¬
гие.Некоторые важные гормоны (инсулин, адренокортикотропный гор¬
мон, глюкагон и т. д.) также относятся к белкам. При этом, как теперь
установлено, строго индивидуальные белки, выполняющие идентичную
функцию, могут отличаться друг от друга в организмах разных видов.
Так, инсулин человека, свиньи и коровы в деталях различается по строе¬
нию, хотя и сходен по функции и взаимосвязям.Как видно из этого перечисления, белки представляют собой совер¬
шенно разнородные по физическим свойствам вещества. В соответствии
с этими свойствами и с растворимостью была осуществлена их первич¬
ная классификация: нерастворимые белки — склеропротеины (кератин
волос, шерсти, пера, коллаген кожи, сухожилий, фиброин шелка); рас¬
творимые в воде белки альбумины (крови, яичного белка, молока); рас¬
творимые в разбавленных водных растворах солей, в кислотах и ще¬
лочах глобулины (v-глобулин крови, белковые ферменты, гормоны
и т.д.); близкие к ним глутелины (белки семян злаков), растворимые
в кислотах и щелочах, но не в солевых растворах; находящиеся вместе
с глутелинами в семенах злаков глиадины (относящиеся к пролами-
нам), отличающиеся растворимостью в 70%-ном спирте; сильно основ¬
ные гистоны и протамины, растворимые в воде с щелочной реакцией
(находятся в животных объектах).Протеидами называются белки, связанные с небелковой (простети-
ческой) группой, которая часто может быть отделена от белка гид¬
ролизом. Это фосфопротеиды, содержащие связанную в виде эфира
654БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)фосфорную кислоту (пример: казеин молока); гликопротеиды, в кото¬
рых простетическая группа углеводная; липопротеиды с фосфатидной
(кн. I, стр. 310) простетической группой; хромопротеиды — с гетероцик¬
лической металлсодержащей (порфиновой) простетической группой
(пример: гемоглобин); нуклеопротеиды— их простетической группой
являются высокомолекулярные нуклеиновые кислоты (стр. 673).Как и полипептиды, белки амфотерны — в кислом растворе переме¬
щаются к катоду, в щелочном — к аноду. Изоэлектрической точкой на¬
зывается такая величина pH, характерная для каждого индивидуаль¬
ного белка, при которой белок не перемещается ни к катоду, ни к анодуи,	следовательно, молекула его в целом электронейтральна.Что же общего между собой имеют столь мало сходные по внешнему
виду и по физиологической функции вещества?Уже в начале прошлого столетия было установлено, что все белки
близки не только по качественному, но и по количественному составу,
а именно содержат 50—52% С, 15—18% N, 6,8—7,7% Н, около 24% О,0,5—2,0% S. В их состав часто входит малое количество фосфора в виде
Н3РО4 (протеиды), галоидов, металлов. Белки обладают свободными
карбоксильными и (или) аминогруппами, в результате чего они амфо¬
терны (обычно с преобладанием кислотного или основного характера,
в зависимости от преобладания групп СООН или NH2 в молекуле).
Поэтому белки растворимы также в кислотах и щелочах. Постепенно
был открыт ряд цветных реакций па белки, исторически сыгравших
большую роль. Некоторые из этих реакций были общими для всех
белков (или пептидов), например биуретовая реакция (фиолетовое
окрашивание с щелочным раствором двухвалентной меди), нингидрин-
ная реакция (свойственная аминокислотам и заключающаяся в возник¬
новении фиолетовой окраски при обработке, смеси, содержащей а-ами-
нокислоты, нингидрином — гидратом трикетогидриндена). Другие цвет¬
ные реакции характерны для отдельных аминокислот, входящих в
состав белка (например, ксантопротеиновая реакция — появление жел¬
той окраски при нитровании азотной кислотой тирозина и т. д.).Уже к 1820 г. было установлено, что белки гидролизуются, и Бра-
конно выделил из гидролизата простейшую а-аминокислоту — а-ами-
ноуксусную (за свой сладкий вкус и происхождение из желатина, т. е.
из белкового клея костей, она была названа гликоколом, а позднее —
глицином). Далее из гидролизатов белков были выделены и другие
аминокислоты, и вплоть до середины XX века продолжалось открытие
более экзотических аминокислот. В 90-х годах прошлого века Э. Фи¬
шер разработал свой метод исследования аминокислотного состава гид¬
ролизатов белков. Метод Фишера состоит в том, что смесь аминокислот,
полученную в результате гидролиза с помощью концентрированной со¬
ляной кислоты, превращают этерификацией посредством этанола и
НС1 в сложные эфиры аминокислот, освобождают их от солеобразно
связанной НС1 путем добавления щелочи и разделяют эфиры фракцион¬
ной перегонкой в вакууме. Такой препаративный метод, несмотря на то
что он далек от совершенства (потеря от ’/з до ’/г всей массы амино¬
кислот), был большим шагом вперед. Вскоре было выяснено, что в со¬
став подавляющего большинства исследованных белков входят L-а-ами-
нокислоты из числа помещенных в табл. 88, и лишь редкие белки
содержат какие-либо аминокислоты сверх этих. В таблице выделены
жирным шрифтом незаменимые в пище человека и животных амино¬
кислоты, потребление которых должно составлять в сумме 21—31 г
в сутки. Остальные аминокислоты организм способен синтезировать
сам, если ему доставляется с пищей источник азота (например, в виде
глутаминовой кислоты). Эти аминокислоты требуются в количестве
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)65549—51 г в сутки, т. е. общее количество аминокислот составляет 70—
80 г в сутки (по А. А. Покровскому).Белки нацело гидролизуются в аминокислоты концентрированной
НС1 или 2%-ной ITC1 при нагревании в автоклаве; протеиды при гид¬
ролизе отделяют, кроме того, простетическую группу, которая во мно¬
гих случаях также способна гидролизоваться. Э. Фишер и одновре¬
менно с ним Гофмейстер пришли к выводу об амидной (пептидной)
Связи аминокислот в белках (кн. I, стр. 471). Э. Фишер разработал
синтетические методы (1903 г.) построения полипептидов и синтезиро¬
вал свой знаменитый октадекапептид, состоящий из 18 остатков амино¬
кислот, связанных последовательно амидными (пептидными) связями.
Полипептиды, синтезированные из L-a-аминокислот, оказались подоб¬
ными простейшим белкам и пептонам — осколкам белковых молекул,
образующимся в результате пищеварения в желудке. В частности, они
обладали способностью гидролитически расщепляться под влиянием со¬
ответствующих ферментов пищеварительного тракта.Таким образом, теория строения белков как полипептидов, обосно¬
ванная Э. Фишером, стала прочным фундаментом исследования белков.
Неясным оставалось, как при столь однообразном строении различных
белков объяснить их весьма разнообразные физические и биохимиче¬
ские свойства. В 20-х годах XX века на примерах каучука, целлюлозы,
крахмала были развиты представления о высокомолекулярных соеди¬
нениях. В то же время были разработаны методы определения моле¬
кулярного веса высокомолекулярных соединений и, в частности, бел¬
ков. Ранее о минимальном молекулярном весе протеидов судили по
содержанию в них простетических групп (или каких-либо специфиче¬
ских атомов этих групп, например атома железа в гемоглобине), исходя
из предположения, что одна простетическая группа содержится в од¬
ной молекуле протеида. Молекулярные веса и таким путем получились
огромные, например для гемоглобина 68 000. Применение осмометри-
ческого метода определения молекулярного веса (Серенсен, 1917 г.) и
особенно разработка ультрацентрифугэльиого метода (Сведберг,
1926 г.) позволили систематически исследовать молекулярные веса рас¬
творимых белков. Оказалось, что их молекулярные веса располагаются
в широком интервале величин от 10 000 и ниже для ряда ферментов и
гормонов (6500 для инсулина) до 6 600 000 (гемоцианин улитки) и даже
до 320 000 000 (белок вируса гриппа). Если принять средний молеку¬
лярный вес аминокислотного остатка, входящего в полипептидную цепь
белка, равным 115, то окажется, что число аминокислотных остатков
в молекулах белков колеблется от нескольких десятков до немногих
миллионов. Таким образом, уже по молекулярным весам белки пред¬
ставляют величайшее разнообразие. Простейшие из них вряд ли могут
быть отнесены к высокомолекулярным соединениям, между тем как
некоторые представляются одними из высокомолекулярных соединений
с наиболее громоздкими молекулами. Существеннейшим отличием бел¬
ков как высокомолекулярных соединении от таких синтетических поли¬
меров, как капрон, полистирол, и таких природных высокомолекуляр¬
ных соединений, как каучук, целлюлоза, крахмал, является разнооб¬
разие элементарных звеньев («мономеров»), из которых построены
белки. Взамен одного «мономера» (например, остатка т-аминокапроно-
вой кислоты или глюкозы, стирола, изопрена) в белки входит более
20 разных аминокислотных остатков. Это было и вдохновляющим и
обескураживающим обстоятельством. Если молекула состоит всего
из 20 разных аминокислотных остатков, для нее возможно2	432 902 008178640 000 изомеров! А если задаться молекулой, состоя¬
щей из 1000 аминокислотных остатков, то 20 аминокислот можно
Таблица 88. Важнейшие аминокислоты белка (жирным шрифтом выделены незаменимые аминокислоты)* и ? Я ' *?1 Sif0'S g I s § ‘
о о S =• « £СПи® « а кУоо 2 § °* °
в«"ft. 5.. К<W * <мОСО00£ 5 *£а>оО)О)«я®
•Г О. Н
— нЮСОююР* га е* «;2 о-м 5и5г?з*вСОсоСОIСМсч‘ч*fсоо!N00ОСОСО+счСО+++1Лсм+сосо+со+N.О)1ЛсоN.(ГОСОесчСОсосчINXос01счXи12
£Xооои-оXиX-2XОо01Xи-XисоXоX-2XОо01Xи-С4XиXиXиX-ZXоо01Xи —
X
о
/ \
X ?иXоо01Xи-XоаооXX-ZXоо01	hS1
х ка—zX010=0IZXXоо01Xа-NXиТоооXX-Zь°
о : I!С * l.0)1§2= « - яз£5 = 5О vo = °
U ° “>» «в
а <-STS<5.аяЯчИчESоSf*ЯИ*вокИ334>££ЯКЯ"ЧмЯч•SОс;Чев0)«U<СОС?SевноЧОк«<«09ОкИSSС-с-га«вО.СЭ-03СЗЯкОо<<еве-о4
о
Я
«
«
Л
Я
ои5
SЯН>»чU
1ЛIсоСОICNСОIсчсчо3	ао	но	2X	л1Лосмоа	соо	ьО,	оо	ЛX	лоо©>CDt--о00<£>LOСО<©с\)о1ЛСОо1£>ОСО<£>+O'a<т>шосоX Iс*+СА++соI+всос\)§+1Л{СI0000соCN00(Nсмсо1ЛCSосо(N«Ососчд0
ои1аси-Us25«чКК-2Xо0
и1хи-счко2<NКtc-2КОоиК Щи—2Яи.2£коои± 5О—2СМXик2I КU =2КО0и1кЧгкоокж-2£СООиI -
X к
и—2IК я
и—оСОКисоКЖIEОоооии11XXкиV-—2XXии1100к-2XОО01	-U—2счXиЩисоеоаиXО0
и1	-
к кU—2XииэXСОа-Cys1C/5СО100!w _ Ыж 3 5
2—0 -5OrnLysArgSerTreCysCys-MetPhe>»Чи•»£КОнОsжs:£5XXaяaоu©.оsCu<L>a.PS<UHSяXокXяXaкaкОбразуется в гндролизатах за счет гидролиза аргинина.
Продолжение табл. 88Суточная
потребность
взрослого
человека
в амино¬
кислотах,
г1 — ю J с*соРаство¬
римость
в воде
при
25 °С,
г/100 г1.1416.236.14.31Изоэлек-трическаяточка.pH|5,6615,8916.305.837,6t“lz>в ледя¬
ной
уксусной-
кислоте,
градусы— 10
—34-80-77+7,5Темпера¬тураплавле¬ния»°С1344382299270277Формулаi11IКОк 8о 1 КЯ ж к н- о1 о °
ж к 1 к о Ч
и—S Я « и 1 -
й 5 окк х х
X u ~ у и—О v—Zи 	, к ж \ж ^* * /* 5
и / 2 и—и 	^§ /л Д =* X X X *=/Сокращенноеобозначениеаминокислотногоостатка1ТугTryProOprHis
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)659расположить в этой молекуле 20'000 способами. Одна эта изомерия по¬
зволяет не только каждому виду и индивидууму живого мира, но каж¬
дой клетке иметь свои белки. Такое разнообразие возможностей должно
было бы обескураживать химиков. Вспомним, однако, что возможности
изомерии, например в химии предельных углеводородов, хотя и не¬
сравненно более ограниченные, все же далеко превышают осуществи¬
мость синтеза всех изомеров даже для первого десятка гомологов ме¬
тана. Поскольку это не смущает химика-исследователя, то и в случае
белков дело не покажется таким безнадежным. Ведь проблема синтеза
всех возможных изомеров и не стоит в науке. Актуальна проблема
установления Строения белков, важнейших с той или иной (обычно
физиологической) точки зрения, и синтеза их, а это, как показывает
состояние сегодняшней науки, хотя и трудная, но посильная задача.Методы индивидуализации белковНерастворимые белки приходится просто отмывать серией раствори¬
телей от всех растворимых примесей, что, конечно, никак не дает га¬
рантии их индивидуальности. Растворимые (в воде, солевых растворах
и т. д.) белки, выделяемые из клеток после их механического разруше¬
ния, подвергают диализу, заключая в полупроницаемые (например, цел¬
лофановые) мешочки и погружая в воду. Все электролиты и низкомо¬
лекулярные вещества диффундируют через полупроницаемую пленку.
Далее производится фракционное разделение смеси растворимых бел¬
ков путем осаждения постепенным добавлением этилового спирта или
солей [например, (NII^SO^ и хроматография. Более современный ме¬
тод разделения предусматривает применение ионообменников (из суль¬
фированного полистирола) и молекулярных сит типа «сефадекс» (из
декстранов, см. кн. I, стр 453).В индивидуальности осаждаемых фракций убеждаются при помощи
хроматографии на бумаге или электрофореза. Многие белки после очи¬
стки удается получить в кристаллическом состоянии, если медленно
испарять растворитель (например, упарить разбавленный водный рас¬
твор соли). Этими методами современному исследователю удается по¬
лучить белки столь же чистые и индивидуальные, как и все другие
органические соединения, с которыми имеет дело исследователь.Методы ультрацентрифугального фракционирования растворов бел¬
ков показывают, что хотя существуют и полидисперсные белки, пред¬
ставляющие собой смеси полимергомологов различного молекулярного
веса (например, желатин — от 12 000 до 70 000), но в основном белки
монодисперсны и в отличие от целлюлозы, крахмала и синтетических
полимеров являются химическими индивидуумами, а не смесью поли¬
мергомологов (Сведберг).Методы установления строения белковПолипептидная цепь белков в общем виде имеет следующее строение:
H2N—СН— СО—NH—СН—СО—NH—СН—С	NH—СН—С—ОНI	I	I И	I IIR	R'	R" О	R" ОПервый вопрос, который возникает: каков суммарный аминокислот¬
ный состав данного белка? Техника определения этого состава со вре¬
мени Э. Фишера ушла далеко вперед по точности (достигающей 99%)
и по скорости операции. После кислотного или щелочного гидролиза
(кислотный гидролиз разрушает триптофан и приходится комбиниро¬
660БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)вать оба способа расщепления) раствор смеси аминокислот при pH 2
пропускают через ионообменник (сульфированный полистирол в виде
натриевой соли), который связывает все аминокислоты за счет их ам¬
монийной функции, и затем постепенно элюируют кислыми буферными
растворами с pH, увеличивающимися от 3,5 до 5,5 и затем до И, т. е.
все менее кислыми. Аминокислоты вымываются в порядке уменьшаю¬
щейся кислотности; под конец, при буфере pH 11, идет вымывание ди¬
аминокислот. В настоящее время все операции разделения произво¬
дятся на автоматических анализаторах, в которых смена буферных рас¬
творов совершается автоматически, а количество выделенных амино¬
кислот определяется фотометрически по интенсивности сине-фиолетовой
окраски, возникающей при реакции с нингидрином, который образует
со всеми аминокислотами один и тот же краситель в результате сле¬
дующих реакций:Показания фотоэлемента градуируются по пятнам, образованным
заведомо известными количествами аминокислот. Исключение состав¬
ляют пролин и оксипролин, которые дают в этих условиях желтое окра¬
шивание.Анализ смеси аминокислот автоматическим аминокислотным анали¬
затором Штейна и Мура отнимает всего несколько часов. Но такой
анализ ничего не говорит о последовательности связи аминокислотных
остатков.Для установления последовательности связи аминокислот разрабо¬
тано несколько методов:1.	Во многих белках отдельные части молекулы оказались связан¬
ными дисульфидными мостами за счет цистинаОкислением серы до группы —SO3H удается разбить молекулу на
части по связи —S—S—. Того же можно достигнуть восстановлением
моста —S—S— до двух меркаптогрупп —SH и HS—, например, дей¬
ствием HSCH2COOH, окисляющейся в (—S—СН2—СООН) 2, или при
помощи меркаптоэтанола HSCH2CH2OH.2.	Действием на белок 2,4-динитрофторбензола — активного электро-
фильного реагента («подвижный фтор»)—удается динитрофенилиро-О!|ОООоО	NHt О"0=с—ОНо=с—он	NH—СН—С—NH—СН—СН2—S—S—CH2—СН—NH—С—СН—NH	R ОО R'
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)вать свободные аминогруппы белка. Это могут быть аминогруппы двух
типов: вторые аминогруппы диаминокислот, подобных лизину, или кон¬
цевые аминогруппы. Например:H2NCHC—NHCHC—NHCHCOOH + 2F-
I II I II I
R О R' О (CH,)4NH2
0,N	—HNCHC—NHCHC—NHCHCOOH< I II Ml I\ R O R' О (CH2)4NHno2При осторожном гидролизе отщепляется написанная на схеме слева2,4-динитрофенилированная аминокислота02N —(' У—NH—СН—С—ОНОтделяя эту динитрофениламинокислоту и идентифицируя ее, на¬
пример, методом бумажной хроматографии, определяют одну из кон¬
цевых аминокислот молекулы белка, так называемую N-концевую (ме¬
тод Сенджера, 1949 г.). Метод имеет тот недостаток, что в условиях
кислотного гидролиза динитрофенильные производные глицина, ци-
стина, пролина и триптофана разрушаются.Другой метод (Эдман, 1949 г.) состоит в обработке белка фенилизо-
тиоцианатом, который со свободными аминогруппами образует произ¬
водные тиомочевины. При обработке такого производного разбавленной
соляной кислотой в нитрометане легко отщепляется тот остаток амино¬
кислоты, у которого фенилтиомочевинная группировка находится в а-по-
ложении, ибо, отщепляясь, он образует устойчивый пятичленный гете¬
роцикл — фенилтиогидантоин:(CH„)<NH2IHjNCHC—NHCHC—NHCHC—NHCHCOOH -f 2C6H5-N=C=S —>III	I II 1 IR O R' О	О R"S	(CH2)4NIICNHC6H5II	I	HC1C6HSNHCNHCHC—NHCHC—NHCHC—NHCHCOOH —►I	II I II	II IR О R' О	O R"SII(CH..),NHCNHCeH5I—»• C6H6—N	C—S4 H..NCHC—NHCHC-NHCHCOOH
-662БЕЛКИ ЧПРОТЕИНЫ)Применяя этот метод, можно шаг за шагом отстригать по одному
аминокислотному остатку с N-конца. Так, например, Френкель-Конрату
удалось определить последовательность первых восьми аминокислот
в адренокортикотропном гормоне.3.	Для отщепления аминокислотных остатков с С-конца (т. е. амино¬
кислотных остатков со свободным карбоксилом) Акабори предложил
использовать действие гидразина (при 100°С в течение нескольких ча¬
сов). Реакция может быть изображена так:H2NCHC—NHCHC—NHCHCOOH + 2NH2NH2 —*■I	II I II IR О R' О R"h2nchc—nhnh2 + h2nchc—nhnh2 + H2NCH—с—OHI 1	I II	I IIR О	R' О	R" ОИз схемы видно, что вся цепь распадается на гидразиды аминокис¬
лот, кроме первой (с С-конца) аминокислоты, которая выделяется
в свободном виде. После обработки полученной смеси подходящим аль¬
дегидом, связывающим гидразиды в малорастворимые гидразоны, сво¬
бодную аминокислоту выделяют хроматографически.4.	Проще всего для отщепления С-концевых аминокислот пользо¬
ваться ферментативным гидролизом. Так, фермент карбоксипептидаза
(из поджелудочной железы) последовательно отрывает аминокислоты,
содержащие карбоксильную группу. Недостаток этого метода состоит
в том, что пролин и оксипролин карбоксипептидазой не отщепляются.Конечно, цепь последовательных расщеплений гораздо проще при¬
менить к полипептидам с небольшим числом аминокислотных остатков,
чем к белкам сложного строения. В случае сложных белков пользуются
тем, что гидролиз в разных условиях расщепляет их по разным связями,	следовательно, дает разный набор более низкомолекулярных поли¬
пептидов. При гидролизе разбавленными кислотами разрываются
прежде всего связи двухосновных аминокислот, под действием концен¬
трированных кислот рвутся в первую очередь связи оксиаминокислот,
при щелочном гидролизе разрываются связи треонина. Фермент пище¬
варения— трипсин расщепляет пептидные связи лизина и аргинина
с аминогруппами других аминокислот, химотрипсин рвет связи арома¬
тических аминокислот, карбоксипептидаза, как уже было сказано, от¬
щепляет С-концевые аминокислоты со свободным карбоксилом, а ами-
нопептидаза — N-концевые аминокислоты со свободной a-NH2-rpynnofl.
Следующая схема иллюстрирует сказанное:,—	Трипсин-	—,I	I+ +Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Leu-Tyr-Tre-Pro-Lys-Ser-Ala
^	ДА	АI	illI	illАминопептидаза	Химотрипсин КарбоксипептидазаВ результате гидролиза в разных условиях получается набор поли-
пептидных осколков, которые разделяют хроматографическими мето¬
дами, разработанными Мартином и Синджем. Это методы бумажной
хроматографии, распределительной хроматографии, а также электро¬
фореза. Последовательность связей аминокислот в каждом из полипеп-
1 идных осколков • может быть установлена приведенными выше мето¬
дами, например методом Эдмана. Сопоставляя эту последовательность
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)663в каждом осколке и принимая во внимание, что в некоторых осколках
происходит наложение (они содержат последовательность аминокислот
конца первого и начала второго из пары осколков), можно установить
полную последовательность аминокислот в блоке. Для примера обозна¬
чим отдельные аминокислотные остатки буквами алфавита. Если в ре¬
зультате гидролиза идентифицирована следующая серия полипептид-
ных осколковАВДБ
ДБГ
БГ АЗ
ГАЗИто ясно, что последовательность аминокислот в исходном полипептиде
была АВДБГАЗИ.5.	В последнее время М. М. Шемякин, М. Н. Колосов иН.	С. Вульфсон, а также Ледерер разработали многообещающий масс-
спектрометрнческий метод определения последовательности аминокис¬
лотных остатков в полипептидах, который был уже описан при• ч12 ’	•'	?2 !XCO-t-NH—СН—СО—J-NH—СН—CO-f	—NK—СН—CO-j-NH—СН—CO-f-OY*/ПОг‘--Leu --Val--Pro-frAla-*-Pro*■Val-8i733SSOS26745!62/720SSS *2JJsssJ	L+J	300 ' 400 500 600 700 800 900 1000
C37H35CO -flla -Lea -Gly-Leu- Val -Pro -Л1а -Pro-Val- OCH3moРис. 121. Масс-спектрограмма N-ацилированного метилового эфира ноиапептида
(М. М. Шемякин, М. Н. Колосов, Н. С. Вульфсон).рассмотрении метода масс-спектрометрии в кн. I на стр. 553. Напоми¬
наем, что полипептид, ацилированный по свободной аминогруппе (N-ko-
нец, условно — левый конец) и этерифицированный по свободному
карбоксилу (правый конец), в масс-спектрометре сначала теряет алко-
ксил (OY) и образует катион с положительным зарядом на оставшемся—С = 0-конце молекулы. Затем идет последовательное отщепление
справа налево аминокислотных остатков, в результате чего получаются
все более и более легкие фрагменты (каждый раз на один аминокис¬
лотный остаток меньше, в порядке их последовательности справа на¬
лево)— катионы с положительным зарядом на —С = 0-конце. Сопо¬
ставляя молекулярные веса серии остатков, можно сообразить, какие
аминокислотные остатки каждый раз отщеплялись, и установить их
последовательность. На рис. 121, который это иллюстрирует, X—СО —
обозначает стеароил, Y — метил.Пример простого природного полипептида — антибиотика грамици¬
дина С был приведен в кн. I, стр. 476. Ниже даются примеры доста¬
точно сложных белков, строение которых установлено ранее описан¬
ными методами за период с 1945 по 1965 г.
664БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)Г ормоны:S	SI	NHjNHjI	NH2I	III	ICys-Tyr-Phe-Glu-Asp-Cys-Pro-Lys-Gly
вазопрессин свиньиH2N-Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu-COOHгипертензии лошадиNH2IHis-Ser-Glu-Gly-Tre-Phe-Tre-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu—j
•—Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Glu-Asp-Phe-Val-Glu-Try-Leu-Met-Asp-TreI	I	Inh2	nh2	nh2глюкагонIle-GIy ,	NH2Val NH2 S	S	NH2	NH, aUIII	I	I	I " IGlu-Glu-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Glu-Leu-Glu-Asp-Tyr-Cysi	s
J	iNH2	II	1Glu-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys
Asp—NH2	GlyVal	Gluj	IPhe	Ala-Lys-Pro-T re-Tyr-Phe-Phe-Gly-Argинсулин быка (гормон поджелудочной железы)Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Tyr-Gly-Lys-Pro-Val-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val—j
•—Lys-Val-Tyr-Pro-Asp-Gly-Ala-Glu-Asp-Glu-Leu-Ala-Glu-Ala-Phe-Pro-LeU-Glu-PheINH2адренокортикотропный гормонНа стр. 665 приведена формула белка вируса табачной мозаики.
Синтез пептидов и белковПринципы синтеза пептидов были изложены в кн. I в разделе «Ами¬
нокислоты». Синтез белков, строение которых в отношении последо¬
вательности аминокислот известно, ничем кроме громоздкости не
отличается от синтеза пептидов.Для защиты аминогруппы кроме уже описанных методов приме¬
няется еще тозилирование, т. е. защита действием я-толуолсульфохло-
рида. Тозильная группа удаляется восстановлением металлическим нат¬
рием в жидком аммиаке. Тем же путем удаляется и карбобензокси-
группа, которая, что особенно важно, может быть удалена также
каталитическим гидрированием.Меркаптогруппа может быть защищена беизилированием, а удале¬
ние бензильной группы достигается действием натрия в жидком ам¬
миаке.
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)665NHCOCH,nh2Ser-Tyr-Ser-Ile-Tre-Tre-Pro-Ser-Glu-Phe-Val-Phe-Leu-Ser-Ser-AIa-Try-AIa-Asp-Pro-Ile-j—Glu-Leu-Ile-Leu-Asp-Cys-Tre-Asp-Ala-Leu-Qly-Asp-Glu-Phe-Glu-Tre-Glu-Glu-Ala——Arg-Tre-Val-GIu-Val-Arg-Glu-Phe-Ser-Glu-Vai-Try-Lys-Pro-Ser-Pro-Glu-Val-Tre-Val—111	Inh2 nh2 nh2	nh2—Arg-Phe-Pro-Asp-Ser-Asp-Phe-Lys-Val-Tyr-Arg-Tyr-Asp-Ala-Val-Leu-Asp-Pro-Leu—NH2—Val-Tre-Ala-Leu-Leu-Gly-Ala-Phe-Asp-Tre-Arg-Asp-Arg-Ile-Ile-Glu-Val-Glu-Asp —I	IIInh2	nh2 nh2 nh2—Glu-AIa-Asp-Pro-Tre-Tre-Ala-Glu-Tre-Leu-Asp-Ala-Tre-Arg-Arg-Val-Asp-Asp-Ala—
NH2 nh2—Tre-Val-Ala-Ile-Arg-Ser-Ala-Asp-Ile-Asp-Leu-Ile-Val-Glu-Leu-Ile-Arg-Gly-Tre-GIy—NH2—Ser-Tyr-Asp-Arg-Ser-Ser-Phe-Glu-Ser-Ser-Ser-GIy-Leu-Val-Try-Tre-Ser-GIy-Pro—
NH2—Ala-Tre-COOHАцилирование пептида с защищенными прочими аминогруппами
осуществляется кроме методов, упомянутых в кн. I, также действием
смешанных ангидридов, подобных смешанному ангидриду данной ами¬
нокислоты и изовалериановой. Не менее употребителен метод, состоя¬
щий в действии одной аминокислоты (или полипептида с защищенными
аминогруппами) на другую в присутствии эфира пирофосфористой кис¬
лоты или уже упоминавшегося дициклогексилкарбодиимида. Некоторые
случаи использования таких приемов читатель найдет ниже.Приведем в качестве примера взятый из курса Каррера синтез гор¬
мона окситоцина, осуществленный Дю Виньо. Этот гормон задней доли
гипофиза имеет сравнительно простую структуруNH2nh2nh*nh2 nh2 nh2nh2белок вируса табачной мозаикиS-SH-Cys-Tyr-Ile-Ghi-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NHI I
h2.n nh2В дальнейшем остаток изовалериановой кислоты в смешанных ан¬
гидридах аминокислот и этой кислоты мы будем изображать для крат-
666БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)кости буквой V, а карбобензилоксигруппу СбН5СН2—ОСО— буквой Z;
тозильная группа, как обычно, обозначается Ts, так что формула сме¬
шанного ангидрида изовалериановой кислоты и карбобензоксилейцина,
имеющая видСНз-СН—С„Н,С6Н6СН2ОС—NHCHC—О—ССН2СН(СН8)2А А АLeuизобразится так: Z — Leu — О — V.Первая фаза синтеза состоит в ацилировании этилового эфира гли¬
цина смешанным ангидридом изовалериановой кислоты и лейцина, за¬
щищенного карбобензоксилированием. Таким образом, синтез начи¬
нается с того конца молекулы окситоцина, который в приведенной выше
формуле написан справа:H2/PdZ-Leu-0-V+H-Gly-0C2H6 —> Z-Leu-Gly-OC2H5 	►Z-Pro-O-V H2/Pd
—»■ H-Leu-Gly-OC2H6 	► Z-Pro-Leu-Gly-OC2Hs 	*■H-Pro-Leu-GIy-OC2H6TZ\	/Z)Cys-SS-Cys'cv	\ciZ-Cys-Pro-Leu-Gly-OCjtV NaOH(омыление)S	затем Na + NHssZ-Cys-Pro-Leu-Gly-OC£H5CeH6CH2Cl NHs
H-Cys-Pro-Leu-Gly-OH 	► H-Cys-Pro-Leu-Gly-OCH2CBH5 		*IhS-CH2C6H6—► H-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2S-CH2C6H6Iон	CH*	NH2	CHs/0H pci5	/ \	h-aL-oh / \Ts-Gli/ —> 0=C CH2 . “- Sp-_t 0=C CH2 NH2 nh3\oh	II	III 		*Ts—N	СН—COC1	Ts—N	CHC—Asp—OHANH2 NH2 Na; NHj NH2NH2 Ts-Ile-CI	NH2 NH2Ts-du-Asp-OH	H-Glu-Asp-OH	Ts-IIe-dlu-Asp-OHII
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)667(С2Н50)2РчNH2 NH2	\э + (С2н5о)2ронI	I	(С2НБ0)2р/Ts-Ile-Glu-Asp-OH + H-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2	затем Na + ынзI	>S-CH2C6H5
U	Inh2 nh2I	I—>• H-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Qly-NH2
S-CH2C6H5<c2H60)2PNH2NH2	\>I	I	(С2Н50)2р/H-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 + Z-Cys-Tyr-OH 	>-I	IS-CH2C6H5	S-CH2C6HsNH2 NH2	Na + NH3.| I	затем H2O+O2—>■ Z-C^s-Tyr-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 	S-CH2C6H5	S-CH2C6H5NHS NH2■—► H-Cys-Tyr-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2s	sОКСИТОЦИЦБолее поздний синтез окситоцина Дю Виньо и Боданского более
прост и заключается в следующем:нвг;сн3соонZ-Leu-0CaH4N02 + H-Gly-OC,2H5 —► Z-Leu-Gly-OC2H5 	*■ Leu-Gly-OC2H5NH3;затем НВГ + СН3СООНZ-Pr0-0CeH4N02 + Leu-Gly-0CaHs —► Z-Pro-Leu-Gly-OC2H5 	*—>■ Pro-Leu-Gly-NH2
Z-Cp-0CeH4N02 + Pro-Leu-Gly-NH2 —► Z-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2
S-CH2C6H5	S-CH2CaH5(затем HBr + CH3COOH)NH2	NH,I	IZ-Asp-0C6H4N02 + Cys-Pro-Leu-GIy-NH2 —► Z-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2
S-CH2CBH5	S-CH2C6H5(затем HBr + CH3COOH)nh2	nh2	nh2 nh2Z-G1u-0C6H4N02 + Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 —>- Z-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2
S-CH2C6HB	S-CH2C6H5(затем HBr + CH3COOH)
668БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)nh2 nh2I !Z-Ile-0C6H4N02 + Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 —►IS-CH2C0H6nh2nh2I	I■—>■ Z-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 (затем HBr + CH3COOH)IS-CH2C6H5nh2 nh2I	IZ-Tyr-0C6H4N02 + Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 —►I	I0-CH2C6H5	S-CH2C6H5nh2 nh2I	I—> Z-Tyr-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 (затем HBr + CH3COOH)
0-CH2C6H6 S-'CH2C6H5NH2 nh2Z-Cys-0CeH4N02 + Tyr-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 —►I	I	IS-CH2C6H5 o-ch2c6h5 S-CH2C6H5nh2nh2	nh2I	I	I—> Z-Cys-Tyr-IIe-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly (затем HBr + CH3COOH)S 0-CH2C6H6 SI	ICH.AHe	CH2CeH5nh2 nh2	nh2II	I Na; NH3
H-Cys-Tyr-Ile-GIu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly 	»-II	IS	0-CHiCflH5	sI	I
CHjCeH6	CH2C6H6NH2 NH2 NHjII	I o2
—>• H-Cys-Tyr-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly 	*•SH	SHnh2 nh2I	I—>• H-Cys-Tyr-Ile-Glu-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2
s	sБелковые гормоны гипертензии, вазопрессин и адренокортикотроп-
ный гормон, синтезированные подобным окситоцину образом, оказались
по всем свойствам, включая физиологическое действие, тождественными
с природными веществами.В 1952 г. появилась первая публикация американского химика Мер-
филда о новом способе синтеза полипептидов, который впоследствии
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)669оказался чрезвычайно перспективным. В этом способе используется
ионообменник, на котором карбоксильным концом закрепляется одна
аминокислота — первое звено будущего полипептида. Затем амино¬
группа первой аминокислоты ацилируется второй аминокислотой и т. д.
В конце концов полученный полипептид действием кислоты отделяют
от ионообменника:Таким путем удается достигнуть очень хорошего выхода целевого
продукта и сильно ускорить процесс.Для идентификации белков важную роль играют иммунологические
реакции. Введенный в кровяное русло животного чужеродный белок
автоматически вызывает образование белкового же антитела, связы¬
вающего введенный белок. Антитело образуется из у-глобулиновой
фракции белков крови. Иммунитет к новому заражению, вырабатывае¬
мый в результате заболевания некоторыми болезнями или в результате
прививки, имеет в своей основе выработку антител к данным видам
бактериальных или вирусных белков. Антитело дает и видимую глазом
реакцию с вызвавшим его появление белком (антигеном) — образова¬
ние осадка при смешении растворов. Пользуясь иммунологическими
реакциями, можно различать белки даже близкого строения. Так,
можно отличить, например, гемоглобин человека от гемоглобина быка.Следует иметь в виду, что антигенной активностью обладает не мо¬
лекула вводимого белка в целом, а определенные группировки, разные
в разных случаях. Такими группировками могут быть и искусственно
введенные в белок антигены. Например, диазотированная /г-аминофе-
ниларсоновая кислота вступает в реакцию азосочетания с тирозинным
звеном белка, и модифицированный таким образом белок (сыворотка
крови лошади), будучи введен кролику, вызывает образование специ¬
фического антитела. Но это же антитело действенно и по отношению
к обработанной подобным образом сыворотке других животных. Таким
образом, нельзя переоценивать возможности иммунологической иденти¬
фикации белков. Мы не приводим гипотез механизма возникновения
антител, поскольку здесь ничего окончательного не имеется.Вторичная и третичная структура белковСама по себе последовательность валентных связей пептида еще не
объясняет глубоких различий в физических свойствах разных белков.
Рентгеноструктурное исследование кристаллических пептидов и ните¬
образных растянутых белков (шерсть, шелк) привело к следующим вы¬
водам.1.	В аминокислотных остатках пептидная связь —СО—NH— распо¬
лагается в одной плоскости, что может быть объяснено частичной двое-
связностыо атома азота и, следовательно, его частичной аммонийно-
стью (наличие частичного положительного заряда). Значит карбониль¬
ная группа должна быть «раскрыта» более обычного с сосредоточе¬
нием частичного отрицательного заряда на кислороде. Это подтвер¬
670БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)ждается уменьшенным расстоянием С—N (1,35 А вместо 1,47 А) и уве¬
личенной длиной связи С = О (1,28А вместо 1,24А). Такая плоская
структура относительно жестка и закреплена так, что углеводородные
остатки аминокислот находятся в транс-расположении друг к другу:R Н	R Н1 I	I JСН N	СН N/ \ / \ / / \ / \ /С СН	С СНI! I	IIOR	O RВокруг осей С—С сохраняется обычно свободное вращение.2.	Существеннейшей чертой строения пептидов, определяющей типы
конформаций молекул, является образование водородных связей
N—Н • • • 0 = С, либо между двумя разными плоскорасположенными
цепями пептида (0-структура, рис. 122,а), либо между звеньями одной
и той же пептидной цепи, закрученной за счет свободного вращения во¬
круг С—С-связей в спираль, навитую на цилиндр (а-спираль,
рис. 122,6)./ / / Nchr с hr	era?	chr\ V \ / /Ш ОС	CO--HN	/ t“< Ч \ /CHR ^НЯ	/Я* О*ф ,ОС	СО	НК	( 2n / \	\ SNH • Ш	NH—-ОС	oVT	о?/ /	/ NCHR CHR	CHR	С HR I 9 С“—С.I н9°.. °Р	CO—HN	нN. ' \_ N	/ с——с-о—-n^" '	Н-М.	.	V/ / /	N	а йСО ОС СО	HN	jTVJjNN N	/	О*X \ /	X	N АNH HN	NH	ОСN N	N	/CHR CHR	CHR	CHRРис. 122. Структура полипептидной цепи белка:а—p-конформацня с межмолекулярными водородными связями; б—спиральная а-коиформа-
ция белка с внутримолекулярными водородными связями.Более устойчивой и более распространенной в белках является а-спи¬
раль. При растягивании, например, кератина волос или игл дикообраза
а-спираль переходит в ^-структуру. Независимо от величины и харак¬
тера остатков аминокислот (ароматических, жирных или гетероцикличе¬
ских) длина одного аминокислотного остатка —NH—СН—С— в а-спи-А Iрали по поверхности цилиндра одна и та же (1,5 А), а шаг спирали
(длина витка по длине цилиндра) 5,4 А, так что на один виток прихо¬
дится 3,6 аминокислотного остатка, Водородные связи в «-спирали об¬
БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)671разуются между каждой первой и четвертой группами —СО—NH — и
идут по образующей цилиндра.По существу а- и p-структуры— это конформационные разновид¬
ности пептидных цепей, называемые часто вторичной структурой пеп¬
тидов и белка. Открытие а- и p-структур— заслуга Полинга. На синте¬
тических полипептидах, построенных из остатков одной аминокислоты
(например, на полилизине), можно показать обратимость взаимных
переходов а- и p-конформащщ твердого вещества при механическом
воздействии пли изменении влажности. При растворении в воде синте¬
тического полипептида (например, полиглутаминовой кислоты) или
белка а-спираль сохраняется. Лишь при повышении температуры, в до¬
вольно узком температурном интервале, происходит «плавление» — на¬
рушение водородных связей а-спирали, образование новых водородных
связей с водой и переход в глобулярную структуру, сопровождающийся
резким падением вязкости раствора. Такое же нарушение а-спиралей
происходит при растворении их в водном растворе мочевины (напри¬
мер, в 8 Ж растворе) или в дихлоруксусной и трифторуксусной кислотах
(вследствие образования межмолекулярных водородных связей), тогда
как диметилформамид не нарушает а-спирали. За процессом разруше¬
ния а-спиралей и обратным процессом «сакрализации» можно следить:
1) по изменению вязкости; 2) по ускорению и замедлению дейтерооб-
мена; 3) по изменению вращения плоскости поляризации; 4) по диспер¬
сии оптического вращения. Каждый из этих показателей допускает и
количественную трактовку. Остановимся на второй и третьей характе¬
ристиках.Линдерштрем-Ланг предложил использовать для оценки количества
внутримолекулярных водородных связей в белке скорость дейтерооб-
мена группы —С—N— при разных значениях pH. Простейшие пеп-II	IО Нтиды обменивают свой водород с неизмеримо большой скоростью.
В а-спирали, где имеются межмолекулярные водородные связи, в груп¬
пах —Н • • • О —С^ дейтерообмен идет часами. Таким образомможно оценить степень спирализации (в %).Метод 3 основан на следующих соображениях. В принципе спираль
L-аминокнслотного полипептида может быть правой но ходу винта или
левой (зеркальное изображение). Из теории следует, что правая спи¬
раль, независимо от наличия асимметрических атомов углерода в ее
звеньях, будет вращать плоскость поляризации вправо, и эта величина
будет суммироваться с вкладами, вносимыми асимметрическими ато¬
мами углерода каждой L-амннокислоты; поэтому при растворении в
«щадящем» растворителе наблюдается суммарная величина вращения,
а в растворителе, разрушающем а-спнраль, остается только вклад асим¬
метрических атомов.В синтетических «полимерах» аминокислот до сих пор наблюдалась
только правая а-спнраль; она же типична и для белков, но здесь встре¬
чается, по-видимому, и левая спираль. Таким образом, меняя среду,
можно фибриллярные пептиды и белки (имеющие длинные макромоле¬
кулы и образующие очень вязкие растворы) превращать в глобуляр¬
ные— с шарообразной формой молекул и с малой вязкостью раствора.Некоторые белки при нагревании необратимо денатурируются —
«свертываются». Это процесс «плавления» а-спиралей с последующим
хаотическим установлением межмолекулярных водородных связей и сши¬
ванием макромолекул по новым направлениям. Денатурации менее
подвержены белки со многими «вулканизирующими» —S—S-мостами,
672БЕЛКИ (ПРОТЕИНЫ)где разрушение структуры а-спиралей иногда имеет обратимый
характер, так как дисульфидные мосты придают известную жесткость
структуре.Как показывают кропотливые и подробные рентгенографические ис¬
следования сравнительно сложных белков, дело не ограничивается пер¬
вичной и вторичной структурами, но существует еще и третичная струк¬
тура, зависящая от складывания или закручивания цилиндрических
спиралей. Понятие о третичной структуре может дать выясненная рент¬
генографически модель Кендрю молекулы миоглобина. Третичная струк¬
тура иногда (например, в кератине или
коллагене) представляет собою несколько
а-спиралей, цилиндры которых свиты друг
с другом в виде кабеля. Иногда они имеют
вид цилиндра а-спиралн, многократно со¬
гнутого или сложенного, как в миоглобине
(рйс. 123) или рибонуклеазе. Третичная
структура, как показано на стр. 702 при
разборе строения рибонуклеазы, также в
основном обязана водородным связям, но
при этом не получается идеальной а-спи-
рали. Кроме того, третичная структура
сильно зависит и от наличия дисульфидных
цистиновых мостов, сшивающих разные
места а-спирали, сближенные в силу из-
Рис. 123. Третичная структура гиба цилиндра.миоглобина.	Характер связей простетических группс белком в протеидах .далеко не всегда
точно установлен. Во многих случаях это легко гидролизуемые связи.
В фосфопротеидах, таких, как казеин молока (1% Р), вителлин яйца,
фосфорная кислота этерифицирует гидроксил остатка серина. Глико¬
протеиды содержат наряду с сахарами и полисахаридами связанные
с белком молекулы N-ацетилгексозамина. Это растворимые вещества,
не денатурирующиеся при нагревании. К ним относятся альбумин яйца
и альбумины кровяной сыворотки, в частности, определяющие группы
крови.В гемоглобине, относящемся к хромопротеидам, в молекуле гема
центральный атом двухвалентного железа связан с четырьмя располо¬
женными с ним в одной плоскости атомами азота порфириновой части
молекулы; над этой плоскостью пятую вершину октаэдра образует мо¬
лекула воды, а под плоскостью шестую вершину — азот гистидинного
остатка белка — глобина. В оксигемоглобине молекула воды заменяется
молекулой кислорода (железо остается двухвалентным, кислород свя¬
зан координационно и обратимо диссоциирует). При отравлении окисыо
углерода место воды или кислорода занимает прочно привязанная мо¬
лекула окиси углерода,
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫСинтез белка в организмеВ ядре любой клетки и в цитоплазме содержатся полинуклеотиды—•
высокомолекулярные нуклеиновые кислоты (от nucleus — ядро), связан¬
ные с белками, по-видимому, солеобразной связью, а также водород¬
ными связями в нуклеопротеиды. Во всяком случае связь нуклеиновых
кислот с белком легко разрывается, и тогда обе составные части могут
быть отделены друг от друга.Вирусы, которые не имеют клеточной структуры, являются с химиче¬
ской точки зрения также иуклеопротеидами. Важная биологическая роль
нуклеиновых кислот в вирусах выясняется из того факта, что при зара¬
жении вирусом (например, бактериофагом — вирусом бактерий) зара¬
жаемая клетка получает от вируса только нуклеиновую кислоту, а бел¬
ковая часть (оболочка) вируса остается снаружи, в клетку не прони¬
кает и отбрасывается. После заражения внутри клетки-хозяина за счет
нуклеотидных, аминокислотных и ферментных ресурсов этой клетки вы¬
растает множество частиц вируса (бактериофага). Эти новые частицы
состоят не только из многократно повторенных нуклеиновых кислот, но
имеют и белковые оболочки, тождественные с белком исходной зара¬
жающей частицы вируса, хотя белок не проникал в зараженную клетку.
Отсюда ясно, что нуклеиновые кислоты принимают решающее участие
в биосинтезе белка, чему позднее мы приведем и другие доказатель¬
ства. Это поставило полинуклеотиды в центр интересов современного
естествознания, тогда как отдельные нуклеотиды были известны еще со
времен Либиха.Определение молекулярного веса нуклеиновых кислот (полинуклео¬
тидов) седиментацнонным методом на ультрацептрпфуге дает величины
от 200 000 и менее до нескольких миллионов. При полном гидролизе ну¬
клеиновых кислот ядра клетки установлено наличие трех групп состав¬
ных частей этих так называемых дезоксирибонуклеиновых кислот (они
обычно обозначаются как ДНК). Это — фосфорная кислота, D-2-дез-
оксирибоза (т. е. й-рибоза, у которой второй углеродный атом несет
второй водородный атом вместо гидроксила, кн. I, стр. 432) и смесь че¬
тырех гетероциклов: двух пуриновых — аденина и гуанина и двух пири¬
мидиновых— тимина и цитозина (см. стр. 319, 329). Полный гидролиз
нуклеиновых кислот клеточной плазмы, так называемых рибонуклеино¬
вых кислот (РНК), также дает фосфорную кислоту, D-рибозу (вместо
й-дезоксирибозы) и смесь тех же аденина, гуанина, цитозина и, кроме
того, урацила. Тимин (метальный гомолог урацила) в них отсутствует./)-Рибоза и /)-2-дезоксирибоза были выделены Левиным в 1909 г. из
соответствующих нуклеиновых кнслот после их гидролиза (в случае дез¬
оксирибонуклеиновых кислот действием 0,01 н. НС! в течение 10 мин).
Строение и конфигурация '.О-рнбозы установлены по тождеству ее оза-
зона с озазоном Л-арабииозы, из чего следует энимерия этих двух'2° Зак. 79
674НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫсахаров (кн. I, стр. 420). Строение и конфигурация £)-2-дезоксирибозы
доказаны окислением метилированного сахара в 1,2-диметоксиглутаро-
вую кислоту известной конфигурации:н .of.осн3оонв^х-ОНН/^Огсн3о нПри осторожном щелочном гидролизе рибонуклеиновых кислот или
гидролизе с помощью ферментов (например, рибонуклеазой для рибо¬
нуклеиновых кислот, фосфодиэстеразой змеиного яда для дезоксирибо¬
нуклеиновых кислот) можно расщепить высокомолекулярные полину¬
клеотиды на простые нуклеотиды. В молекуле простого нуклеотида тот
или иной из перечисленных выше гетероциклов связан с рибозой
(в ДНК — с дезоксирибозой) и фосфорной кислотой, этерифицирующей
сахарную часть нуклеотида. Это явствует из того, что среди продуктов
гидролиза, проведенного в соответствующих условиях, можно найти сво¬
бодный гетероцикл и изомерные фосфаты D-рибозы (соответственно
D 2-дечоксирибозы). С другой стороны, гидролиз нуклеиновых кислот
или изолированных нуклеотидов можно (ферментативно или действием
аммиака) довести и до" соответствующих пуклеозидов, т. е. отщепить
фосфорную кислоту, оставив связанными гетероцикл и сахар. Таким об¬
разом, нуклеотиды — «мономеры», поликонденстцией которых (с отщеп¬
лением воды) образуются полинуклеотиды («полимеры»),— представ¬
ляют собой фосфорные эфиры нуклеозидоа. Поскольку продукты гидро¬
лиза нуклеозидов — пиримидиновые и пуриновые гетероциклы (а также
рибоза или дезоксирибоза), идентифицируются сличением с известными
образцами, остается установить место связи гетероцикла с сахаром, ха¬
рактер их циклизации, конфигурацию гликозидного центра и, наконец,
место фосфорилирования углеводной части молекулы нуклеиновых кис¬
лот обоих типов.Трудная гидролизуемость связи гетероцикл — сахар свидетельствует
о том, что это не связь С—С (негидролизуемая) и не связь С—О (легко
гидролизуемая). Таким образом, это может быть только связь С—N.
Со стороны сахара в этой связи участвует, как и следовало ожидать,
«альдегидный» атом углерода (С-1). Это доказывается, в частности се¬
рией реакций, осуществленных Тоддом на примере аденозина I, кото¬
рый при окислении йодной кислотой образует диальдегид II, тожде¬
ственный диальдегиду, полученному при периодатном окислении *
омыленного N-глюкозида V, синтезированного взаимодействием тетра-
ацетилбромглюкозы III с серебряной солью аденина IV (см. верхнюю
схему на стр. 675).Синтез V из тетраацетилбромглюкозы доказывает гликозидный ха¬
рактер связи глюкозы в соединении V, а тождество продуктов окисле¬
ния I и V устанавливает гликозидный характер связи в аденозине. Одно¬
временно, поскольку в производном V конфигурация первого атома
глюкозы р-гликозидная, устанавливается также и р-гликозндная кон¬
фигурация аденозина.*	Об окислении НЮ4 см. кн. 1, стр. 428.
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ675Доказательство строения аденозинаp-Конфигурация гликозидного центра подтверждается еще более
веско фактом легкого образования циклонуклеозидов. Внутримолекуляр¬
ная циклизация б'-тозил-З'-ацетилдезоксиаденозина, б'-тозил^'.З'-изо-
пропилиденцитидина и других аналогичных производных может проис¬
ходить только в том случае, если исходный гликозид является р-глико-
зидом (в этом случае СНгОН-группа и гетероцикл находятся по одну
сторону кольца сахара). В приведенном примере циклизация идет
за счет атомов 2,5':NH*сг л]TsO— Н2С[\Н И/н\—/нv°н3с/ чсн3где TsO = HsC-/~\ -S02-22*
676НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫциклизация идет заВ случае Б'-тозил-З'-ацетилдезоксиаденозина
счет атомов 3,5'.Рибоза нуклеотидов, как это доказано окислением их метальных
О-эфиров, приводящим только к диметоксиянтарной кислоте, имеет фу-
ранозидную структуру (пятичленный цикл). Это подтверждается фактом
образования тритильных (трифенилметильных) эфиров рибонуклеоти-
дов и дезоксирибонуклеотидов (трифенилхлорметан, как известно, алки-
лирует только первичный, но не вторичный гидроксил спиртов).\/НОСН2 ГК NН
НОон\/Г\н н/1
ну-/нсн3о О сн3о.НО''>-	cfСН30 ОСН3оон\/н
НО ОнКакой же атом азота пиримидиновых и пуриновых гетероциклов свя¬
зан с гликозидным углеродом? Что касается пиримидиновых нуклеоти¬
дов, это не может быть азот аминогруппы цитидина, так как при дей¬
ствии азотистой кислоты на цитидии VI его аминогруппа замещается на
гидроксил и он превращается в уридин VII без потери связи с сахаром.
Эта реакция доказывает также, что в уридине и цитидине связь с рибо-
зой осуществляется через один и тот же азот. Если уридин VII проме-
тилировать иодистым метилом, то при последующем гидролизе с отщеп¬
лением рибозы получится 3-метилурацил VIII (нумерация атомов
в метилурациле, принятая UPAC в 1968 г.):НО ОН	НО ОН	НО ОН	VIIIдитидин	уридинVI	VIIЯсно, что связь с гликозидным углеродом осуществлялась через пер¬
вый атом азота.Что касается пуриновых гетероциклов, то и их связь с сахаром также
не осуществляется через аминогруппу гуанина или аденина, так .как
замена аминогруппы на гидроксил действием азотистой кислоты про¬
исходит без нарушения связи с сахаром.Пуриновые нуклеозиды типа инозина X, полученного из гуанозина IX
действием азотистой кислоты, при действии иодистого метила подвер¬
гаются метилированию по обоим азотам шестичленного цикла, что
исключает связь с ними гликозидного углерода.
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ677H2N N
НОСН2 пNНЛ Нунно онгуанозинIXНОHNO,НОСН, ОНО онинозинXН,с'•N' 'Nдн3п„.гг НОСН, о2CH3IКн н/НГ-тнно онXIгидролизОн,соN'Ж-•N6н3.N>NHтеофиллинПодробно о теофиллине см. стр. 330 ■Выбор между двумя азотами пятичленного цикла был сделан, в
частности, на основании сравнения спектров поглощения аденозина,
9-метиладепина и 7-метиладенина, причем спектры двух первых оказа¬
лись более близкими. Этот вопрос решен также на основании синтеза.Синтез нуклеотидовВ качестве примера синтеза пиримидиновых нуклеозидов приведем син¬
тез риботимидина по Фоксу (hg — у Hgj:C6HsOCOCH2 п.нл н*С6Н5ОСО осос6н5трибензоилрибофура-нозилбромид°у^онНаЖ-s•сн,ртутная
соль тиминаО. N ,ОН
т'" 'г:ЧC6H5OCOCHvo.СП,ну—f нСбН5ОСО ОСОС6Н5иск
с„н-,он,НОСН^онЧ-$НО онснПрименяя вместо трибензоилрибофуранозилбромида дибензоилдез-
оксирибофуранозилбромид, получают соответствующие дезоксирибо-
нуклеозиды.Аналогичный путь применим и для синтеза пуриновых нуклеозидов,
так как атом ртути замещает водород именно при девятом атоме азота.
Если пурин имеет свободную аминогруппу, как в гуаниие или аденине,
ее защищают бензоилированием.
678НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫДля превращения нуклеозидов в нуклеотиды нужно проэтерифици-
ровать фосфорной кислотой, например, первичную спиртовую группу
сахара. Остальные гидроксильные группы должны быть защищены, что
может быть осуществлено разными способами, например ацетонирова-
нием в кислом растворе двух гидроксилов рибозы, предварительно три-
тилированной по первичноспиртовой группе:(СбН5)3С-0	^ (СбН5)зС-0 ^У	(СН,),С<Э	^кн НуHNLw/HНО ОН	НО ОН	су)g	h\LJ/h	HV-/H>-о(с6н5сн2о)2роЩС 'СНз''	'	НО’ н(С6Н5)3СН + НОСН^О N (С(.н.г:н2о)2РОС1	затем H'l/Pcl.(C6H5CHgO)fcPOCl	\^У \|JXLJpH°v0	Х°Н,С/ '"СНз	нзс снзо(НО)2РОСНоЛХ N^ нНО он+ с6н5сн3 + (сн3)2соЕсли фосфорилировать тритильное производное без защиты вто¬
ричных спиртовых групп ацетонированием, остаток фосфорной кислоты
этерифицирует гидроксил при втором или третьем углероде, и после
снятия тритильной группы гидрогенолизом можно получить нуклеотид,
изомерный изображенному выше по положению остатка фосфорной кис¬
лоты. Положения 5' и 3' — это как раз те положения, которые остаток
фосфорной кислоты занимает в природных нуклеотидах, полученных
ферментативным гидролизом полинуклеотидов.ПОЛИНУКЛЕОТИДЫПолинуклеотиды, т. е. рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибо¬
нуклеиновые кислоты (ДНК), представляют собой макромолекулярные
цени, в которых, в соответствии с анализом, па 1 моль гетероцикла
приходится 1 моль сахара и 1 остаток фосфорной кислоты. По кривой
титрования ясно, что при каждом атоме фосфора имеется 1 гидроксил,
т. е. что полинуклеотиды представляют собой двузамещенные эфиры
фосфорной кислоты, сохранившей одну кислотную функцию. Все это по¬
зволяет полностью установить тип первичной структуры РНК и ДНК.
Однако конкретная первичная структура каждой индивидуальной РНК
и ДНК определяется еще чередованием четырех гетероциклов — двух
пуриновых (аденин и гуанин) и двух пиримидиновых (урацил и цито¬
зин— для РНК; тимии и цитозин — для ДНК). Метод установления
этого чередования, предложенный Корана, состоит в подборе спецнфи-
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ679ческих ферментов, один из которых (из селезенки) расщепляет цепь
по связи фосфорной кислоты с первичным гидроксилом (Cry), а другой
(из змеиного яда)—по связи фосфорной кислоты с вторичной гидрок¬
сильной группой (Сз'):HO-f \ь(Г-остаток гетероцикла)Таким образом, возникает возможность судить о характере конце¬
вых групп и связанных с ними гетероциклов Г' и Г'".В 1965 г. группе американских ученых во главе с Р. Холли удалось
установить полную последовательность нуклеотидов в одной из самых
низкомолекулярных растворимых РНК — транспортной РНК аланина.
Транспортные РНК служат для связывания аминокислот и доставки их
в рибосомы, где производится синтез белка сшиванием аминокислот
в последовательности, определяемой кодом ДНК ядра клетки, переда¬
ваемым в рибосому матричной (информационной) РНК. Каждой ами¬
нокислоте соответствует своя транспортная РНК. Мы считаем полез¬
ным вкратце изложить работу по расшифровке транспортной РНК
аланина в такой мере, чтобы дать понятие о методе полного установле¬
ния последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте. При этом
мы будем пользоваться сокращенными обозначениями, примененными
авторами этой замечательной работы:ААденозин-З'-фосфатр или —Остаток фосфорной кислотыGГ уанозин-З'-фосфатР!2',3'-циклический фосфатIИпозин-З'-фосфат(например, 1р! — инозин-2', 3'-СЦитидин-З'-фосфатциклический фосфат)иУридин-З'-фосфатMeМетид-и*Смесь U и DiH-UDiMe-Диметил-■фПсевдоуридин-З'-фосфатDiH-Дигидро-тРиботимидин-З'-фосфат-ОНСвободный гидроксилDEAE-Диэтиламиноэтил-Как видно из этого списка обозначений, даже самый низкомолеку¬
лярный тип РНК содержит кроме четырех «классических» гетероциклов
также и ранее нами не упомянутые, более редкие, метилированные или
гидрированные их производные.Последовательность нуклеотидов в транспортной РНК. аланппа, вы¬
деленной из дрожжей и очищенной, устанавливалась путем ее гидро¬
лиза двумя разными ферментами-—рибонуклеазой поджелудочной же¬
лезы и рибонуклеазой TI такадиастазы. Гидролиз обоими ферментами
проводился до предела. Сумма полученных в каждом случае коротких
полинуклеотидов и мононуклеотидов разделялась хроматографически;
эти полинуклеотиды (по большей части ди- и три-, но не более окта-)
идентифицировались или дальнейшим гидролизом, или сличением с за¬
ведомыми образцами по Rf (см. раздел о хроматографии, кн. I, стр. 38).
Получены следующие результаш.:н2-о-фермент змеиного ядафермент из селезенки
G80НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫГидролиз т-РНК аланина рибонуклеазой поджелудочной железы;СОН (терминальный	G—G—G—А—G—А—G—и*—1
фрагмент)13С—	Me-G—G—С—■ф—	A—G—С—6	U—	A—G—DiH-U—A-С—	G—А—U—Me-I—1|)—	I—G—С—DiMe-G—С—	G—G—Т—2G—С—	G—G—DiH-U—3G—U—	G—G—А—С—pG—G—G—С—Гидролиз т-РНК аланина рибонуклеазой TI такадиастаза:9G	DiH-U—A—G—pG— (начальный фрагмент)	С—М.е-1—'ф—G—С—DiMe-Gp!	Т—ф—С—G—U—Me-Gp!	А—С—U—С—G—4С—G—	U—С—С—А—С—СОН (терминальный фрагмент)2А—G—U—G—	и*—С—и—С—С—G—U—A—G—	A—U— U—С—С—G—DiH-U—С—G—	С—U—С—С—С—U—U—I—Сравнение данных двух предшествующих таблиц позволяет вывести
заключение, что транспортная РНК аланина состоит из следующих
16 фрагментов:pG—G—G—С—	С—DiMe-C—G—U—G—	С—U—С— С—С—U— U— I—G—С-U—Me-G—G—С—	Ме-1—■ф—G—С—	G—G—G—A—G—A—G—U*—С—U—С—С—G—G—U—A—G—	G—Т—\|5—С—G—DiH-U—С—G—	A—U—U—С—С—G—G-DiH-U—A—G—	G—А—С—U—С—G—С—G—	U-С—С-А-С-С-А-ОНФрагмент, содержащий свободный остаток фосфорной кислоты (обо¬
значен буквой р), — это левый конец молекулы, фрагмент со свободным
гидроксилом — правый ее конец. Последовательность остальных 14 фраг¬
ментов этими данными не определяется. Однако совпадение молекуляр¬
ного веса, экспериментального и вычисленного по структуре, включаю¬
щей все 16 звеньев, подтверждает, что нет упущенных фрагментов.Далее следует гидролиз транспортной РНК аланина снова рибо¬
нуклеазой TI, но в мягких условиях, что приводит к гораздо более длин¬
ным фрагментам (а — k на схеме, см. стр. 682, 683). Каждый из этих фраг¬
ментов гидролизуется, как описано выше для исходной РНК, двумя фер¬
ментами, и по полученным малым фрагментам устанавливается состав
и последовательность нуклеотидов в больших фрагментах (от а до k).
Поскольку принцип понятен, подробности здесь опускаются.Установив состав и последовательность нуклеотидов в больших
фрагментах, их можно расположить в определенной последовательности,
пользуясь тем, что они частично перекрываются последовательностью
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ681нуклеотидов на своих концах. Так, например, последовательность нук¬
леотидов в середине фрагмента i (Т — г|з — С — G — А — U — U — С —)
доказывает, что фрагмент f с правым концом Т — г|)— С — G — и фраг¬
мент g с левым концом А—U—U — С — расположены непосредствен¬
но (и без потерь) один за другим. Таким образом удастся воссоздать
всю последовательность 77 нуклеотидов в транспортной РНК аланина,
что читатель без труда поймет из схемы, приведенной на стр. 682, 683.В настоящее время идет интенсивное исследование транспортных
РНК других аминокислот и уже установлены структуры т-РНК серина,
валина, тирозина и фенилаланина. Конечно, трудности установления
строения РНК с высоким молекулярным весом будут несравнимо боль¬
шими, хотя принцип может остаться тем же.Важное значение имел открытый Очоа и Гринберг-Манаго фермен¬
тативный метод синтеза полирибонуклеотидов из нуклеотида и анало¬
гичный синтез полидезоксирибонуклеотидов из дезоксинуклеозид-5'-три-
фосфатов, осуществленный Корнбергом.Синтез Очао и Гринберг-Манаго (Г — остаток гуанина)ОНонТГ- СН2—
но—-f \X )оноСинтез КорнбергаОII-ор..онсн2— о—
оон он он
I	I IСНо—ОР—ОР—ОР—он■' II IIО	Осн2—л-2В методе Очао нуклеотид превращали в пирофосфат и затем дей¬
ствовали на него полинуклеотнд-фоефорилазой — ферментом, выделен¬
ным из одного из видов азобактера.
Ь82нуклеотиды и полинуклеотидыТак были синтезированы не встречающиеся в природе РНК моно¬
тонного строения с одинаковыми гетероциклами — полиадениловая, поли-
уридиловая, полиннозиновая кислоты и т. д., послужившие простейшими
объектами для исследования вторичной структуры и свойств РНК.В способе Корнберга был использован фермент дезоксинуклеотид-
полимераза, выделенный им из бактерии Escherichia Coli.Существенные отличия синтеза Корнберга от синтеза Очоа и Грин-
берг-Манаго заключаются (кроме субстрата и фермента) в следующем.1.	Синтез Очоа и Гринберг-Манаго может быть осуществлен с инди¬
видуальным пирофосфатом нуклеозида или со смесью таких пирофос¬
фатов. В первом случае возникает монотонно построенный полирибо-
нуклсотид, во втором — полинуклеотид со столь же правильным
рибозофосфатным скелетом, к которому присоединены гетероциклы
в случайном порядке.pG-G-G-C-G-U-G'U-G-G'C-G-C-G-U-A-G-U-C-G-G-U-A-G-C-G-C-G-C-U-C-C-C-U-U-I.-G~I 2 3 4 5 6 7 8 9 19 Ц 12 13 И 15 16 17 18 18 SO II 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37СтроениеMeDiH DillDiMeDlMepG-G-G-C-G-U-G-U-G-GC-G-C-U-C-C-C-U-U-Ip I133456783 10a27 2 8 29 30 3t 32 33 34 35 35’ЪDiH DiH	DiMe
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ6832.	Для синтеза Корнберга требуется затравка готовой цепыо ДНК
или ее обрывком и обязательно смесь трифосфатов всех четырех ну-
клеозидов (аденозина, гуанознпа, тимидина и цитозина). В этом син¬
тезе поразительным образом воссоздастся именно та ДНК, которая слу¬
жила затравкой, с тем порядком чередования гетероциклов, который
был в затравке. Фермент катализирует синтез любой ДНК по образцу
затравки. Еще быстрее действует затравка ДНК, если се нагреть в воде
до Ю0°С, т. е. выше температуры «плавления», при которой рвутся во¬
дородные связи, играющие к ДНК и РНК столь же важную роль, как
и в белках.Переходим к вопросу о вторичной структуре ДНК и РНК.Как для белков Полингом, так и для ДНК Криком и Уотсоном была
создана модель полимерной цени, исходя из знания межатомных рас¬
стояний и валентных углов и из подтвержденного опытом предположе-Траиспортиой РНК аланина
'.MeC-I-4l-G~G-G-A-G-A-G4J-C-lJ-C-C-G-G-T-'{‘-C-G-A-tJ~U-C-C-G-G~A-C-U-C-G-lj-C-C-A-C~C-A0B33 39 40 41 42 43 44 45 46 +7 4§ 4$ 50 5Д 52 53 54 55 56 57 58 59 60 6Х 62 63 64 05 66 67 63 69 70 71 72 73 74 75 76 77MqС -Г - ф -G -G-G-A- G-A-G38 33 40 41 42 43 14 45 46 1?A-C-U-C-G-U-C-C-A-C-C-AOH60 67 63 6Э 70 71 72 73 74 75 76 27аI	*C-I-'t-G-G-G-A-G-A-G-U-C-U-C-G-G-G-T-'f-C-G38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 52 54 55 56 57 58
{A-U~U-C-C-G-G-A-C-U-C-G-U-C-C-A-C-C-AOH53 00 61 62 03 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77Me-C-I-4'-G-G-G-A-G-A-G-lbC-U-C-C-G-G-T-4"C-G-A-U-U-C-C-G38 3f9 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 50 57 5S ЗЭ 6Q 61 62 63 64MeI	4-C-i-^-G-G-.G-A-G-A-G-lJ-C-U-C-C-G-G-T-^-C-G-A-U-U-C-C-G-G-A-C-U-C-G-U-C-C-A-C-C-AOH38 35' 40 4A•••&*..43 44 45 46 47 4S 49 50 51 52 53 54 55 ;>G 57 53 50 60 61 62 63 64 65 66 67 68^69 70 71 72 73 74 75 76 11£
684НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫния об определяющем участии водородных связей в конформации мо¬
лекулы. На этот раз вторичная структура ДНК имеет вид спиральной
лестницы (рис. 124) из двух витков дезоксирибозофосфатной цепи с ге¬
тероциклами, торчащими от этих двух цепей попарно навстречу друг
другу и связанных водородными связями (ступени лестницы). При этом
масштаб позволяет уложиться и связаться водородными связями в пару
только пурину с пиримидином, но не пиримидину с пиримидином (не
достанут) и не пурину с пурином (не поместятся). Возможность же
образования водородных связей существует (в этих рамках) у гуанина
с цитозином и у аденина с тимином. Таким образом, ступеньки спи¬
ральной лестницы ДНК будут всегда только двух следующих типов:аденин... I ft		ТИМИК
	ft		:роНО' I н ннN—Н •••(>. СНзIN—\ /N* • *Н—9^sV»h'
1N-	^r-N H H } OH° X—k^12гуанинцитозинHО^•N 0*»H—Nop':N=<	>-N H H | OHN H * * * ОHH	HКрику и Уотсону (1953 г.) удалось рентгенограммой вытянутой нити
ДНК подтвердить основные выводы своей гипотезы. С тех пор она на¬
шла многочисленные подтверждения. Отсюда ясно, что в цепи ДНК
число молекул гуанина должно быть равно числу молекул цитозина, и
то же самое справедливо для другой комплементарной пары — аденина
и тимина. Таково простое объяснение правила Чаргаффа, эмпирически
установленного на основании анализа различных ДНК. Это правило
констатирует, что молекулярное отношение азотистых гетероциклов в
ДНК таково: 1 аденин к 1 тимину; 1 гуанин к 1 цитозину, а в РНК:1	аденин к 1 урацилу и 1 гуанин к 1 цитозину.Синтез Корнберга иа затравке или, как предпочитают говорить, на
матрице находит простое объяснение с точки зрения этой модели. Обо¬
значим буквами участки макромолекулы с аденином через А, с гуани¬
ном через G, с тимином через Тис цитозином через С, а водородные
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ685связи — пунктиром из трех точек. Тогда написанные только что фор¬
мулы примут вид:А ■ Т
G - СНе включенные в макромолекулы моионуклеозиды, связанные с фос¬
форной кислотой, будем обозначать теми же буквами. Тогда спираль¬
ная лестница затравки (матрицы) ДНК изобразится какой-либо опре-Рис. 124. Модель участка моле¬
кулы ДНК (а) и схема струк¬
туры ДНК в виде спиральной
лестницы (б), где ступени изо¬
бражают пиримидиновые и пури¬
новые основания,связанные водо¬
родными связями (по Уотсону и
Крику).деленной последовательностью букв, связанных пунктирами водород¬
ных связей с соответствующими буквами, изображающими участки
дополнительных нуклеотидов.Представим себе теперь, что водородные связи разорвались (сразу
или постепенно, во всей «лестнице» или в части ее), например, при на¬
гревании затравки в воде, что, как сказано, ускоряет процесс синтеза.
Тогда каждая из двух нитей будет забирать из среды и подбирать те
нуклеозиды, которые могут образовать с соответствующими звеньями
водородные связи, а фермент будет их сшивать фосфорнокислотными
связями, если нуклеозиды подойдут по размерам. В противном случае
рано или поздно они снова оборвутся и заменятся новым нуклеозидом
и так до тех пор, пока последний не сможет быть «пришит». Таким об¬
разом, неизбежно, если хватит растворенных в среде нуклеотидов
686НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ(в виде их трифосфатов), произойдет редупликация — удвоение, причем
обе полученные «лестницы» будут точной копией матрицы:А...Т	А...ТII 1 .Т»"А	Т"*АI I IC»*«G	C”*GI	I —> I +C—G	СI	I IT—A	TI	I ICj*«*C	G—C(цепи разошлись,
и каждая наби¬
рает из среды
комплементарные
нуклеотиды)Т...АА—ТT—A1 )|А—Т1jТ...А1 |1 1
А—Т1 )1G1G—C11 1
C—G-> 1 1
O-G
) }I 1
G«*»C+1 1
G—C{ |1АТ—АI |1—Т| I|C—G1 11 1
0*GВ опытах Корнберга достигалось увеличение количества дезоксири¬
бонуклеиновой кислоты — затравки в 20 раз.Тот же процесс, по современным представлениям, лежит в основе
деления клеток давно известным процессом, называемым в биология
митозом или кариокинезом. Этот процесс состоит в том, что в ядре
клетки обособляются видимые под микроскопом шпилькообразные хро¬
мосомы, состоящие из ДНК. Каждая расщепляется вдоль на две поло¬
вины, они расходятся в два противоположных конца клетки и каждая
половина дополняется до полной хромосомы. Затем клетка делится
стенкой на две, и попавшие в каждую новую клетку хромосомы снова
образуют ядро. Нетрудно видеть, что процесс редупликации хромосом
имеет в своей основе только что описанный процесс редупликации нитей
ДНК. Принимая во внимание, что каждый организм начинает свою
жизнь с одной клетки, очевидно, что каждая клетка многоклеточного
организма в результате митотического деления получила полный набор
хромосом и, значит, полный набор ДНК исходной клетки. Если послед¬
няя произошла от слияния отцовской и материнской клеток (каждая
из них имеет лишь половинный набор хромосом), то в результате каж¬
дая клетка организма получида половину хромосом (и ДНК) по отцов¬
скому типу, а половину — по материнскому.Данная выше картина редупликации ДНК в ходе митоза была под¬
тверждена применением меченых атомов. Мы приведем только опыт
с меткой но азоту. Культура бактерий была выращена на среде, содер¬
жащей только 15N, а затем была перенесена в среду с 14N, где и продол¬
жала рост. Время от времени отбирались пробы биомассы, извлекалась
оттуда ДНК и производилось центрифугирование ее макромолекул в
растворе хлористого цезия такой плотности, чтобы она была средней
между плотностью нитей ДНК с 14N и 15N. Разделенные таким методом
фракции ДНК, как оказалось, не имеют макромолекул с хаотически
перемешанными атомами 14N и 15N, а четко делятся на три группы:
ДИК, полностью построенные на 15N; ДНК, содержащие только UN,
и ДНК с 50% 14N и 50% 15N. Таким образом, одна цепь двойной спи¬
рали ДНК действительно целостно передается потомству, а вторая по¬
ловина спирали набирается из «подручного материала» нуклеозидфос-
фатов.Другой опыт, иллюстрирующий роль ДНК, заключается в следую¬
щем. Фаги, как уже упомянуто, это вирусы бактерий. Под электронным
микроскопом можно наблюдать, как эти маленькие организмоподобные
частицы, прилипнув к стенке большой клетки — бактерии, прокалывают
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ687острым выступом (точнее, растворяют с помощью выделяемого ими фер¬
мента) участок стенки бактерии и выпускают внутрь клетки содержи¬
мое своего белкового мешка — дезоксирибонуклеиновую кислоту. Сам
белковый мешок легко отделяется от бактерии и в дальнейшем участия
не принимает. Был выращен бактериофаг (типа Т2), помеченный радио¬
активным фосфором по нуклеиновой кислоте и радиоактивной серой по
белку (Херши и Чейг). В результате радиохимического анализа было
выяснено, что в клетку бактерии проникает только радиоактивный фос¬
фор (т. е. ДИК), а радиоактивная сера практически вся остается в от¬
павших оболочках фага. В дальнейшем идет обычное размножение
фага в клетке бактерии, распад последней и выпадение «взрослых» ча¬
стиц фага в среду. Таким образом, ясно, и это подтверждено множе¬
ством других аргументов и экспериментов, что ДНК — первоначальная
причина собственного размножения (повторной редупликации) и син¬
теза белка по типу, диктуемому структурой ДНК- Иными словами,
ДНК является носителем информации будущей структуры белков, син¬
тезируемых с каким-то ее участием.Отвлекаясь от вирусов и фагов и возвращаясь к клеткам, напомним,
что, как известно из цитологии, ДНК клетки сосредоточена в ядре
(в хромосомах), а синтез белка идет в частицах — рибосомах, располо¬
женных в цитоплазме, вне ядра, и содержащих только высокомолеку¬
лярную рибонуклеиновую кислоту. Исследование этого вопроса прнвето
к выводу, что функции ДНК хромосом и РНК рибосом разделены так,
что ДНК только хранитель информации, а рибосомы — синтетическая
фабрика любого белка, строение которого задается ДНК. Как же пе¬
редается эта информация от ДНК к рибосомам?В настоящее время есть исчерпывающие доказательства существо¬
вания в клетке относительно низкомолекулярных «информационных»
рибонуклеиновых кислот, синтезируемых на ДНК как на матрице, т. е.
так, что матричным Л, G, Т и С отвечают соответственно U (урацил, а
не тмин, так как это уже не ДНК, а РНК), С, А и G. Эти и-РНК, бе¬
рущие, так сказать, отпечаток с ДНК, перемещаются в рибосомы и,
закрепляясь па рибосомальной РНК (р-РНК), передают туда инфор¬
мацию о типе белков, которые нужно синтезировать рибосомам. В сущ¬
ности, сборка молекул белка идет именно на и-РНК, называемых по¬
этому также м-РНК — матричными РНК' (о коде информации речь пой¬
дет позднее). Доказано это было, в частности, так (Фолькин, Астрчан):
бактерии заражали фагом, а затем в среду вводили радиоактивный
фосфат, меченный 32Р. Через 1—3 мин бактерии разрушались. Тогда
отделяли всю РНК и в ней определяли обычным путем суммарное ко¬
личество каждого гетероциклического основания (A, G, С, U) и, от¬
дельно, соотношение меченых по фосфору нуклеотидов с теми же гете¬
роциклами. В то время как между составом ДНК фага и РНК в целом
отсутствовало какое-либо соответствие, между составом ДНК фага и
радиоактивных нуклеотидов из РНК было найдено ожидаемое соответ¬
ствие, т. е. следующее равенство:—(звездочками обозначены нуклеотиды, меченные 32Р)(в ДНК) (В РНК)Следовательно, за короткий промежуток времени между введением
в среду 3‘-'Р и умерщвлением бактерий в них успел произойти синтез
только матричных (информационных) PITK, но не РНК рибосом, и
только и-РНК получили 32Р. Добавим, что в общем количестве РНК в
клетке на долю и-РНК приходится 1%, па долю РНК рибосом
90%, а остальное падает на долю низкомолекулярных растворимых
688НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫрибонуклеиновых кислот, роль которых будет освещена ниже. Поэтому
на общин состав РНК изменение состава и-РНК, составляющих лишь
1%, заметно не влияет. После разрушения клеток (например, бактерий,)
рибосомы оказалось возможным отцентрифугировать и, введя их в необ¬
ходимую ферментную среду, заставить вырабатывать белок. При этом
можно было вместо и-РНК ввести чужую РНК, например бактерио¬
фага /-2 (этот фаг содержит только РНК и белок). Эта чужая РНК
функционировала в этом случае как и-РНК, и рибосомы бактерий вы¬
рабатывали чужой белок—■ белок фаговой оболочки (Ниренберг, Френ-
ксль-Конрат и др.). Не менее поразителен опыт Ниренберга. К взвеси
рибосом в растворе ферментов, в котором имеется набор всех 20 амино¬
кислот, добавлялся в качестве и-РНК тот или иной синтетический поли¬
нуклеотид, например полиуридинфосфат. Рибосомы вырабатывали в
этом случае белок монотонного строения — именно полифенилаланин.
Заметим этот факт, фундаментальный для расшифровки кода ДНК
(стр. 689).Какова же роль третьей группы РНК, составляющей до 10% общего
количества РНК клетки и не являющейся ни высокомолекулярной ри-
босомальной РНК, ни матричной (информационной) РНК- Эта так на¬
зываемая транспортная РНК сравнительно низкомолекулярна (молеку¬
лярный вес порядка 25 000). Ее назначение — связывать свободные ами¬
нокислоты из раствора и в таком виде, снабженные кодовой меткой
т-РНК, нести их в рибосомы. По-видимому, смысл этого заключается,
в частности, в защите аминокислот от иных процессов метаболизма,
например от окисления и энергетического сгорания, на что организм
все же тратит большее или меньшее количество аминокислот—-продук¬
тов пищеварения белковой пищи. Главное, однако,—-снабжение амино¬
кислоты кодовым ярлыком. Первой реакцией связывания аминокислоты
является взаимодействие ее карбоксила с аденозинтрифосфатом с обра¬
зованием фосфатной связи (для каждой из 20 аминокислот нужен свой
специфический фермент):nh2ОООIIферментно—Р—о—Р—О—Р—он+ NH2—СН-СООН
2 Iно онNH.iно онДалее аминокислотный остаток переходит в молекулу специфиче¬
ской для данной аминокислоты растворимой т-РНК, причем аминокис¬
лота ацилирует один из двух вторичных гидрокислов рибозы концевого
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ689нуклеозида т-РНК. Это видно из того, что транспортная РНК, связав¬
шая молекулу аминокислоты, в отличие от свободной т-РНК не окис¬
ляется йодной кислотой, как все ^«с-гликоли (кн. I, стр. 428), т. е. один
из двух ее гидроксилов ацилирован. На то, как затем осуществляется
взаимодействие рибосомальной, матричной и транспортной РНК со свя¬
занной аминокислотой, проливают свет опыты Липмана, согласно кото¬
рым положение аминокислоты в полипептидной цепи определяется
только взаимодействием кодона* (в и-РНК) и антикодона (в т-РНК)-Прямое доказательство этого положения таково.Цистеиновая т-РНК предварительно была нагружена цистеином, ме¬
ченным 14С. Затем цистеин был мягко восстановлен (над никелем Ре-
нея) в аланин:o=c-ch-ch2sh	о=с—СН—СН3I	Inh2	nh2Таким образом, цистеиновая т-РНК оказалась связанной уже с ала¬
нином.Затем эта т-РНК, связанная с аланином, была помещена в систему,
синтезирующую гемоглобин (система содержала и-РНК, специфичную
для гемоглобина). После анализа образовавшихся полипептидных це¬
пей гемоглобина было найдено, что цистеин в них замещен на аланин.
Следовательно, рибосомальная РНК в определении последовательности
аминокислот в белке не участвовала.Определение последовательности нуклеотидов в кодоне. Напомним, од¬
нако, что порядок набора аминокислот в белке, синтезируемом в рибо¬
соме, диктует ДНК хромосомы. Этот закодированный в ДНК порядок
передается в рибосому посредством матричной (информационной) РНК,
что твердо установлено. Очевидно, что код ДНК состоит в порядке че¬
редования гетероциклов в хромосоме, точнее, на каком-то ее участке,
дающем реплику на и-РНК- Поскольку гетероциклов в ДНК имеется
четыре сорта, а аминокислот 20, то один гетероцикл не может опреде¬
лять одну аминокислоту. Не хватит и пары гетероциклов, так как
42 = 16’. Но трех гетероциклов (43 = 64) с избытком хватит. Таким об¬
разом, вероятно, что это число именно 3, а не больше. Напомним опыты
Ниренберга с полиуридинфосфатом в качестве и-РНК- В этом случае
рибосомы синтезировали полифенилаланин в качестве единственного
белка. Отсюда можно заключить, что кодон фенилаланина U — U — U
(три звена уридинфосфата в молекуле и-РНК). Используя синтетиче¬
ские полинуклеотиды с монотонным строением (один гетероцикл) и с
хаотическим строением, но с разными соотношениями гетероциклов и
применяя теорию вероятности, удалось выяснить тройки гетероциклов
кодона для всех 20 аминокислот. Порядок расположения гетероциклов
в кодоне выяснен работами Ниренберга и сотр., опубликованными в*	Кодон — участок, в данном случае участок и-РНК, состоящий из трех нуклеоти¬
дов, кодирующих аминокислоту, которая войдет в состав белка. Антикодон — три
других комплементарных нуклеотида, входящие в данном случае в состав т-РНК
(см. далее).Ч2-2‘2 За к. 79
690НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ1965 г. Во многих случаях код оказался «вырожденным». Это означает,
что одна и та же аминокислота определяется не одной какой-либо трой¬
кой, а двумя и даже многими.Как установили Ниренберг и сотр. (1965 г.), т-РНК, нагруженные
аминокислотами, связываются с рибосомами только в том случае, если
на рибосомах находится соответствующая и-РНК. Если роль и-РНК
выполняет синтетический полирибонуклеотид (например, полиури-
динфосфат), то с рибосомами связывается только та т-РНК, в струк¬
туре которой имеется соответствующий антикодон. Так, для UUU это
тройка А—А—А, присутствующая только в т-РНК фенилаланина.
Схема всего синтеза белка в клетке дана на рис. 125. Оказалось, чтои-РНКРис. 125. Схема синтеза белка в клетке:ДНК—дезоксирибонуклеиновая кислота; и-РНК —информационная (матричная) рибонуклеиновая
кислота, снимающая реплики UUU с кодона ААА ДНК; А ГФ — аденозинтрифосфат, активирующий
аминокислоты и связывающий их с РНК (т-РНк); левое кувшинообразное тело — одна из рибосом,
заполучившая и-РНК и подбирающая т-PHK (с несомыми аминокислотами! по их кодонам, в дан¬
ном случае по ААА.в этих опытах (связывание т-РНК с рибосомами) полирибонуклеотид
можно заменить тринуклеотидом и таким образом точно определить
последовательность нуклеотидов в кодоне. Например, присоединение
т-РНК лейцина к рибосомам и включение лейцина в белок опреде¬
ляется кодоном UUG, причем если те же три нуклеозида расположены
в заменяющем и-РНК тринуклеотиде в порядке GUU или UGU, то
т-РНК лейцина уже не связывается с рибосомами.Так была определена последовательность нуклеотидов (любая из
троек) в кодонах для всех аминокислот (табл. 89).и-РНК доставляет в рибосому непрерывную цепь кодонов, связан¬
ных в молекуле этой и-РНК. Транспортная РНК переносит в рибо¬
сому аминокислоты, снабженные антикодонами (комплементарными к
Таблица 89. Генетический код РНКвносом tzmoaimXH HHiadx4
яЯ -5	<Я
о >>«УЯаDu<
ООО
D D D45«5 ч° £
Е- не'
кQ.ьоаDч .—£<К 1-сх «о.^с; слС	•—.О <оD оо ааа ао оо< <S -—'
я ьо
я< оо о
с сч	ISЭ О < О
О О О Оо о о о4s ^^ сл5Sс_КS 3
со —
££
ч45= оs Zt—Iл о-О- <л
«J <<fr ^4	^5	соео >,
Я _}чS1d о < а<	< < <
D ID D 3Э О < О<	< < <:
о и о оэ о < о<	< < <
<: < < <D и < о<	< < <о	о о ач .КQ.а>слч
* ?
со -с
<у н4	^5я <—>
л <£
Ч^
СD О < О
О U О О
Г) D D DD О С О
О О О О
О О О ОD о < а
о о о о
а а а асо 1>
Ч.С
s СиГ '
0)
е! Лейцил
I (Leu)Лейцил(Leu)D о
D Э
D D( опп
i vnnCUU 1
1сис |CUA IаЭОчЯя^»К 3а> о
^ ZZ
о ZZ*СПЧЯ*-ЧЯ -4-»о и
я g
н ^
а>ч -
s ’
ч „
л *
СО 'э о < а
а D э Э
а а а ааВН01Г0Н 1Ги10Э1гмЛн иня<1эц
692НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫкодону), позволяющими аминокислотам закрепиться на и-РНК и начать
«сборку» белковой молекулы. Нужно, однако, вскрыть еще одну суще¬
ственную деталь этой сборки: знаки препинания в этой непрерывной
цепи оснований. Очевидно, что результат «чтения» цепи триплетных ко¬
дов будет разный, в зависимости от того, с какого места начать чтение
этой непрерывной строки. Выяснено, что, по-видимому, начало прихо¬
дится всегда на метиониновый код AUG и в начало белковой цепи за¬
кладывается метиониновая молекула (а именно формилметионин), хотя
бы в дальнейшем ее пришлось отщепить. Дальнейшее «чтение» кода
определено в виде последующих троек. До каких пор? Оказывается до
тех, пока не встретится один из «бессмысленных» кодов, т. е. не соот¬
ветствующих никакой аминокислоте, а именно UAG или UAA (условно
названные первая охрой, вторая янтарем).Интересно, что действие ряда антибиотиков сводится к помехе той
или иной стадии этого процесса. Тетрациклиновые антибиотики
(стр. 242) мешают т-РНК, несущей аминокислоту, закрепиться на ком¬
плементарном кодоне и-РНК в рибосоме. Стрептомицин и актиномицин
служат помехой снятия реплики с ДНК и РНК. Пуромицин сам зани¬
мает место концевого участка на т-РНК, обрывая таким образом синтез
белка. Левомицетин тормозит последнюю стадию синтеза белка — свя¬
зывание аминокислот в полипептидную цепь.Синтез ДНК и РНК. Речь о синтезе ДНК и РНК придется вести
несколько издалека, начиная со связывания нуклеозида и нуклеотида
в динуклеотид. Трудность заключается в том, чтобы связать два нук¬
леотида фосфатным мостом именно по третьему и пятому гидроксилам.
Для этого надо защитить гидроксилы, которые не должны вступать в
связь, и, кроме того, защитить аминогруппу (например, пиримидино¬
вого гетероцикла). Вторичные гидроксилы защищают бензоилирова-
нием или ацетилированием, первичные гидроксилы — тритилированием
[действием (С6Н5)зСС1]( аминогруппы — бензоилированием. Смыкание
фосфатным мостом осуществляется действием двукислотного фосфор¬
ного эфира нуклеозида (т. е. нуклеотида) на защищенный описанным
выше образом второй нуклеотид в присутствии дегидратирующего
агента — дициклогексилкарбодиимида. На стр. 693 приведена схема син¬
теза динуклеотида, включающего в качестве пиримидиновых гетероцик¬
лов цитозин и тимин.Тот же синтез можно изобразить такой сокращенной схемой:CbzBzC ТТгО—ОН +— О АсCeH,tN=C=NC6lVч]Г\1ТгО\]N-ОНJ.OH2.Н+.С тно-ОНЗдесь (и далее):С — цитозин;
Т — тимин;G — гуанин;
А— аденин;Тг — тритил (трифенилметил);
р — остаток фосфорной кислоты;
Bz — бензоил;Ас — ацетил.На схеме показаны лишь первичный гидроксил (пятый), вторичный
гидроксил (третий) и гетероциклическое основание. Остальные группи¬
ровки не показаны, так как они участия в синтезе не принимают.
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ693носн2NH,N*O^N'
ovV-rонNHCOC6HBносн2OHsh'CCl1. C6HltN=C=NC0H!l
2,OH~Э-Н*Аналогично можно изобразить синтез тринуклеотида:
BzA ABz	q CBzО
IIю-р-о"О\IIhOH + НО-Р-О"ОN-ОАСC6H„N=C=NGeH11ОABz ABz CBzRO—Р—Ov
_lич-ОАсРчК0
II“О—Р-О.1пА А С■U\~онПрименяя этот принцип, Корана синтезировал тетрануклеотиды. Из
двух защищенных тетрануклеотидов был получен октануклеотид, из него
и тетрануклеотида — додекануклеотид и, наконец, из додекануклеотида
и тетрануклеотида — гексадекануклеотид. Получены и другие олигону¬
клеотиды.
694НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫИз приведенных схем ясно, что последовательность гетероцикличе¬
ских оснований в таком синтетическом полинуклеотиде зависит от после¬
довательности их во взятых для синтеза фрагментарных полинуклеоти¬
дах, т. е. от воли синтетика. Однако такой многостадийный синтез не
только утомителен, но выход полинуклеотида в конечном счете крайне
невелик, а цепь полинуклеотида, включающую несколько десятков ну¬
клеотидных звеньев, так построить
вообще не удается.Путь синтеза более длинных це¬
пей ДНК основывается на приме¬
нении ферментов для сшивания
фосфатной связью закрепленных на
матрице сравнительно недлинных
полинуклеотидных цепей (олигону¬
клеотидов) в длинные цепи. Поня¬
тие о действии ферментов в этом
случае дают следующие иллюстра¬
ции.На рис. 126 представлена спа¬
ренная двойная спираль ДНК, ко¬
торая ферментом экзонуклеазой ча¬
стично разъединяется, и разъединенные концы при действии фермента
полимеразы достраиваются за счет комплементарных нуклеотидов из
среды, сшиваемых в цепь (заштрихованные участки правой спирали)
(Корнберг). В последние годы открыта также лигаза — фермент, сши¬
вающий фосфорнокислыми мостами два соседних, закрепленных на
матрице олигонуклеотида (рис. 127). Затрата энергии покрываетсяРис. 126.зт гт~тА Т G ТТ А С АSTАТФ3'	1—I—I ГА Т G Т--5'Т А С АР5'—NSP—згРис. 127.аденозинтрифосфатом (АТФ). В левой стороне рисунка изображен уча¬
сток сдвоенной спирали ДНК, цепи которой связаны между собой водо¬
родными связями комплементарных гетероциклов А---Т и G---C. Ниж¬
няя цепь посредине разорвана, причем на конце одного из олигонуклео¬
тидов имеется фосфатная группа, а на конце другого — гидроксил.
После действия фермента и АТФ два олигонуклеотида оказываются
сшитыми. Принцип комплементирования нуклеотидами матрицы ДНК
и ферментативного сшивания нуклеотидов на матрице фосфатными мо¬
стами позволяет (Корана) построить цепь, комплементарную к исходной
ДНК, даже чисто синтетической. Схема на стр. 696 поясняет, как по
плану Корана можно синтезировать этим путем куски реальной ДНК
и сшивать эти куски в полную молекулу ДНК заданной структуры.Строка а представляет собою последовательность нуклеотидов от 1
до 30 в т-РНК аланина, а строка а' — последовательность нуклеотидов
21—50 той же РНК-Строка б изображает полученный синтезом одноцепочечный фраг¬
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ695мент ДНК, состоящий из звеньев, комплементарных к звеньям 1—20 ис¬
ходной т-РНК; строка б'— одноцепочечный фрагмент синтетической
ДНК из нуклеотидов, комплементарных к звеньям 21—40 строки а'.
Нижние строки вив' изображают также фрагменты синтетической
ДНК, но в них только правые концы из 10 звеньев комплементарны к
10 нуклеотидам ДНК, изображаемых строками б и б', и связаны с ними,
а левые концы (также из 10 звеньев) свободны.В присутствии смеси соответствующих мононуклеотидов свободные
концы синтетических ДНК строк б, б', вив' могут дополняться компле-
ментирующими нуклеотидами, которые далее под действием полимеразы
свяжутся в цепь. Роль 10 средних нуклеотидов строк б, в и б', в' — это
роль кнопок, скрепляющих две цепи синтетического полинуклеотида. Та¬
ким образом, в итоге, исходя из синтетических олигонуклеотидов по 20
нуклеотидов в каждом, получаются два отрезка ДНК-кодонов транс¬
портной рибонуклеиновой кислоты, включающих: первый — 30 нуклео¬
тидов (от 1 до 30), второй также 30 (от 21 по 50), нуклеотиды от 21 до
30 в строках в и б' являются комплементирующими. После их компле¬
ментаций до полных двойных нитей и разъединения последних достроен¬
ные (что не показано на рисунке)
нити в и б' могут быть скреплены за
счет этих десяти комплементирующих
нуклеотидов 21—30. Затем должно
следовать новое комплементирование
свободных концов, т. е. 1—20 и 31—50.Таким образом, синтез на матрице по¬
линуклеотида с последовательностью
звеньев, комплементарных звеньям
т-РНК аланина от 1 до 50, будет за¬
вершен.Видоизменение только что описан¬
ного плана синтеза отрезка цепи
ДНК, комплементарного к цепи 50 первых нуклеотидов т-РНК аланина,
иллюстрируется на рис. 128. Синтезируются четыре цепи нуклеотидов,
изображенные в верхней части рисунка горизонтальными линиями. Каж¬
дая из четырех цепей содержит по 20 нуклеотидов. Цепи построены так,
что верхняя правая линия соответствует 20 нуклеотидам ДНК, компле¬
ментарным к первым 20 нуклеотидам т-РНК аланина, верхняя левая
линия соответствует двадцати следующим. Две нижние горизонтальные
линии верхней части рисунка символизируют также отрезки ДНК по
20 нуклеотидов каждый, из них 20-)- 10 нуклеотидов комплементарны
к соответствующим 30 нуклеотидам двух верхних цепей. В целом полу¬
чается жестко связанная 30 парами комплементарных нуклеотидов си¬
стема четырех цепей ДНК со свободными концами по 10 нуклеотидов
в верхней и в нижней цепи. Имеются два разрыва фосфатных связей,
отмеченные стрелками. Действием фермента лигазы эти разрывы «за¬
шиваются», и на их месте возникают фосфатные мосты. Таким образом,
четыре первоначально взятых полинуклеотида превращаются в две цепи,
в средней части комплементарно связанные друг с другом. Осталось
с помощью полимеразы и набора свободных нуклеотидов комплемен¬
тарно достроить оба свободных конца молекулы, и двойная спираль из
50 полинуклеотидов готова. Одна из ее цепей комплементарна к 50 пер¬
вым нуклеотидам т-РНК, другая — комплементарна к первой.Следуя тому или другому из этих двух планов синтеза, можно по¬
строить и ДНК из 77 полинуклеотидов, комплементарных ко всей моле¬
куле т-РНК аланина, а на ней осуществить и матричный синтез самой
т-РНК. Корана осуществил этот синтез в 1968 г.Нуклеотид50Нуклеотид♦шин	шип ПТПНТТ1 ■лигаза
111IIII11 Mil ГП11111ШШШ1Рис. 128.
696НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ•вCUр-гь£5Коа:«<си:с|="СОСи’б-ьwЯсзяоXсОсIо tt
*rtj 'J’0	лCJ to
ф "
О со10	»6s1ияN053ICD Я
U56sФ-
р »
<5 8О N
OSV N
*т* мtnSOSОЙ08?sPiq—;=>:игкРчЕ^и($ N
ICd «IЕр •*
0 и>
& «
О »Iф w
<!S0	S-
н S-1и?-
d) ?5-I0	Й-1О 55-
**-
^Г"НЗ-6 s-
ъкt=C-OS-О 3
-6 SI-О S
-О S
-Е-< ftI-Е-< S-JiS
-0 80	N-1 Nп cl
wV N
О W1О Й6ЮW6аeL »Г"» М6 а-Е4 «WXЕСад-«во,HSо;OS05£»1 S
os—Jd °
Г
OSL N■'jv®OSososos'MwlL o>VйOSOSiw 22b05o?OfJо ?»к'оояosо з
6a
<:s
о 8os-tL N_
I ”
U'8-н X-us-6 s-ОЙ-■<5 w-cL 0>T":Д—P£«к^=c«о-OS-iiU-O”-<!S-OS?-is
-6 s
-H s
-k s
-6?
65If M6»is0 9r' »
6$
OS
НУКЛЕОТИДЫ И ПОЛИНУКЛЕОТИДЫ697Вместо лигазы (ферментативный путь) в 1970 г._ для «зашивания»
разрывов в комплементарных полинуклеотидах предложен химический
метод (М. А. Прокофьев, 3. А. Шабарова). Фосфатную группу в месте
разрыва фосфатных связей синтетическим путем превращают в амидо¬
фосфатную. При сближении ее с концевым гидроксилом соседнего блока
до расстояния ковалентной связи (что должно обеспечиваться компле-
ментационными свойствами двух цепей) из-за образования водородной
связи происходит взаимная активация групп в месте разрыва: гидроксил
приобретает свойства алкокси-иона, а атом фосфора становится более
электрофильным (рис. 129; R — остаток аминокислоты).• 5' 3'	ил1иIи-и5'	иА~гии.	5'-s."О-ч О
|\«
н,'Р\\ ,V.,Н—N " ОКРис. 129.В результате нуклеофильной атаки по атому фосфора образуется ко¬
валентная фосфодиэфирная связь (фосфатный мост). Без комплемен¬
тарного полинуклеотида концевые амидофосфатная и гидроксильная
группы олигонуклеотидов не взаимодействуют, не могут сблизиться
из-за сложности пространственной структуры реагирующих олигонуклео¬
тидов. Предложенная реакция, имеющая черты ферментативного про¬
цесса (направленное сближение реагирующих групп в пространстве, ре¬
зультатом чего является их взаимная активация), открывает возмож¬
ность осуществления полностью химического синтеза генетического ма¬
териала в условиях, близких к природным.Аминокислотный код и вся механика синтеза белков одна и та же
для всего живого — от бактерии до человека. Самое развитие организма
представляется так. В хромосомах той первой клетки, из которой разви¬
вается организм, уже заложена в виде ДНК вся информация о тех бел¬
ках, которые предстоит синтезировать организму, и что особенно важно,
о тех белковых ферментах, которые организм будет синтезировать и ко¬
торые определяют всю биохимическую сторону его жизни. В клетке бак¬
терии, по грубой оценке, действует более 1000 различных ферментов, и
это основа ее жизнедеятельности. Структура каждого из них опреде¬
ляется некоторым участком нити ДНК, который называется цистроном
и представляет собой ген, локализованный на нити хромосомы в виде
определенной последовательности нуклеотидов. Хромосомы с их цистро-
нами передаются при митотическом делении каждой клетке организма.
При образовании половых клеток последние снабжаются -половинным
набором хромосом (гаплоидные клетки); вторая половина дополняется
при слиянии отцовской и материнской клеток, и, таким образом, оплодо¬
творенная клетка — первая клетка будущего организма — получает на¬
следственную информацию с обеих сторон.В последнее время появились экспериментальные основания считать
нуклеиновые кислоты ответственными за химию памяти — от простей¬
ших червей до высших животных.В 1970 г. Корана осуществил синтез гена из 10-звенных фрагмен¬
тов, используя 2-й путь (с помощью лигазы). Копии (т-РНК) не удается
получать,
ФЕРМЕНТЫКатализ многочисленных биохимических реакций, протекающих в расти¬
тельных и животных организмах и их клетках, так же как и в однокле¬
точных микроорганизмах, совершается ферментами (энзимами).Ферменты представляют собой вещества или чисто белковой струк¬
туры, или протеиды — белки, связанные с небелковой простетической
группой. Число уже известных ферментов очень велико. Считают, что
одна клетка бактерии использует до 1000 разных ферментов. Однако
лишь для немногих установлено строение. Примерами чисто белковых
ферментов могут служить протеолитические ферменты пищеварения, та¬
кие, как пепсин и трипсин. Известны случаи, когда один и тот же белок
несет в организме и структурную и ферментативную функцию. Приме¬
ром служит белок мышц миозин, каталитически разлагающий аденозин-
трифосфат — реакция, в данном случае дающая энергию сокращения
мышцы (В. А. Энгельгардт, М. Н. Любимова).Важная группа окислительно-восстановительных ферментов, как пра¬
вило, содержит простетические группы, включающие азотистые гетеро¬
циклы, которые и выполняют редокс-функции (окислительно-восстанови¬
тельные). В случаях, когда именно небелковый компонент фермента
обусловливает специфичность ферментативной активности, простетиче¬
ские группы называются коэнзимами или коферментами, а белковая
часть — апоэнзимом или апоферментом. Кофермент определяет специ¬
фичность по типам реакций, апофермент — субстратную специфичность.
Апофермент и кофермент во многих случаях удается теми или иными
приемами отделить друг от друга, и часто можно осуществить обратную
реакцию, воссоздавая фермент. Один и тот же кофермент с разными апо-
ферментами образует серию ферментов с различным характером дей¬
ствия.Кофермент часто тождествен одному из витаминов или структурно
близок ему — является его производным. Витамины — группа веществ
обычно довольно сложной структуры, часто очень далеких химически
друг от друга и объединяемых только по биологическому признаку.
Это — требуемые в микроколичествах, но совершенно необходимые со¬
ставные части пищи, недостаток которых вызывает болезнь, а отсут¬
ствие— гибель организма. Используя витамины (но не только их), орга¬
низм человека и животных и строит свои ферменты. Одно и то же веще¬
ство, служащее для организмов одного вида витамином, для других
организмов может и не быть витамином по двум причинам: либо орга¬
низм, второго вида не пользуется данным ферментом, либо он может его
синтезировать сам,. Так, аскорбиновая кислота — витамин для человека,
но для крысы она не является витамином, так как организм крысы со¬
здает ее из глюкозы. Некоторые витамины имеют весьма универсальный
ФЕРМЕНТЫ699характер и необходимы всем организмам — от одноклеточных (дрожжей
и бактерий) до человека. Зеленые растения способны производить все
свои вещества из минеральных исходных веществ и С02 и, следователь¬
но, не нуждаются в витаминах.Для действия ряда белковых ферментов в организме необходимо
присутствие микроколичеств ионов некоторых металлов-активаторов
(Mg, Zn, Mo, Mn, Си), которые витаминами не считаются. В состав не¬
которых коферментов и соответствующих витаминов входят металлы
(железо, кобальт). Очень существенна роль микроколичеств металлов
(микроэлементов) для развития растений; по-видимому, эти микроэле¬
менты используются для построения ферментов и служат как бы,«вита¬
минами растений».Частная номенклатура ферментов строится по принципу субстрата,
на который они действуют, причем название фермента получает оконча¬
ние аза, например протеаза— фермент, гидролизующий белок (про¬
теин), амилаза — фермент, гидролизующий крахмал (atnylum), целлю-
лаза — целлюлозу и т. д. Для групповых названий номенклатура часто
строится по принципу типа катализируемой реакции: эстеразы, транс-
фосфорилазы и т. д. Такая номенклатура широко применялась в научной
литературе и с пей нужно быть знакомым, поэтому она и находит место
в дальнейшем изложении. В настоящее время создана международная
систематическая номенклатура ферментов — номенклатура К. Ф., в ко¬
торой каждый фермент получает шифр из четырех чисел, обозначающих
класс, подкласс, подподкласс и порядок данного фермента в подпод-
классе. Шесть классов ферментов и примеры подклассов и номенкла¬
турных шифров этой системы приведены на стр. 700.Ферменты являются -катализаторами, но отличаются от обычных ка¬
тализаторов. Так, им свойственны:1.	Гораздо большая специфичность по отношению к структуре ката¬
лизируемого объекта и по отношению к реакции.2.	Полная стереохимическая специфичность.3.	Гораздо большая скорость протекания ферментативных реакций
по сравнению с теми же реакциями, катализируемыми обычными ката¬
лизаторами.4.	Невысокие оптимумы температуры их действия (обычно активность
ферментов резко падает к 50 °С и в интервале 50—80 °С действие их пол¬
ностью прекращается).5.	Денатурируемость — необратимая потеря каталитической актив¬
ности при нагревании до 50—1004°С. Существуют, однако, ферменты
(трипсин, рибонуклеаза), активность которых восстанавливается по
охлаждении даже после кипячения.6.	Существование оптимума кислотности среды для действия каждого
фермента.Подтверждение положения 1 мы увидим при рассмотрении протеоли-
тических ферментов. Положение 2 ясно из того, что фермент, активный
по отношению, например, к L-антиподу, никогда не действует на D-анти¬
под, и обратно. Положение 3 можно иллюстрировать тем фактом, что
для гидролиза в единицу времени определенного количества сахарозы
в инвертный сахар необходима концентрация Н+ в 10 000 000 раз боль¬
шая, чем фермента инвертазы.Высокая скорость ферментативных реакций объясняется, с одной
стороны, как всегда при катализе, сильным снижением энергии актива¬
ции реакции. Так, при гидролизе казеина кислотой энергия активации
20,6 ккал/моль, а при гидролизе трипсином — только 12 ккал/моль. Гид¬
ролиз сахарозы кислотой требует энергии активации 25,5 ккал/моль, а
ферментативный (сахаразой)—лишь 12—13 ккал/моль. С другой
700ФЕРМЕНТЫстороны, в ферментативных реакциях не меньшую роль играет предэкс-
поненциальный множитель уравнения Аррениуса, так как величина этого
множителя, как правило, на много порядков выше, чем в реакциях обыч¬
ного типа. Есть доказательства того, что ферменты содержат центры
(«карманы»), фиксирующие субстрат на поверхности их молекул, и вто¬
рые центры, осуществляющие реакцию. Фермент может быть активен
в том смысле, что он подтягивает активный центр к месту его действия,
несколько изменяя свою вторичную или третичную структуру.КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВВ соответствии с типами реакций, катализируемых ферментами, их клас¬
сифицируют в настоящее время следующим образом:1.	Оксидоредуктазы, осуществляющие реакции окисления и восста¬
новления, в частности и дегидрирования (дегидрогеназы).2.	Трансферазы, осуществляющие перенос разнообразных остатков —
ацильных, фосфатных, гликозидных и т. д.3.	Гидролазы, осуществляющие гидролиз.4.	Лиазы, осуществляющие негидролитическое расщепление связен
С—С, С—О, С—S, С—N с образованием двойных связей и, в частности,
производящие декарбоксилирование, отщепление воды, сероводорода,
аммиака и т. д.; они осуществляют также реакции присоединения по
двойным связям.5.	Изомеразы осуществляют перегруппировки внутри молекулы, на¬
пример фосфоглюкомутаза превращает глюкозо-1-фосфат в глюкозо¬
б-фосфат.6.	Лигазы, или синтетазы, катализируют образование новых связей
С—С, С—О, С—S, С—N; реакция сопряжена с расщеплением пирофос-
фатной связи в аденозинтрифосфате, что и доставляет энергию синтеза.Эти шесть классов делятся на подклассы (вторая цифра в шифре
фермента по систематической номенклатуре). Подклассы делятся на
подподклассы (третья цифра в шифре). Наконец, цифрой же обозна¬
чается и порядок данного конкретного фермента в подподклассе. Таким
образом, например, гидролизующая крахмал а-амилаза имеет шифр3.2.1.1,	целлюлаза — 3.2.1.4, аминопептидаза — 3.4.1.2, пепсин — 3.4.4.1,
трипсин — 3.4.4.4 и т. д.Из всех этих классов ферментов гидролазы (класс 3) обычно не
имеют простетических групп и являются чистыми белками. Поэтому рас¬
смотрение отдельных классов, которое мы осуществим лишь выборочно,
удобно начать с гидролаз.ГидролазыГидролазы многочисленны. Примерами отдельных групп гидролаз могут
служить эстеразы с подгруппами липаз (гидролизующих жиры), холин-
эстераз (гидролизующих ацетилхолин), фосфатаз (гидролизующих эфи¬
ры фосфорной кислоты), гликозидаз (осуществляющих гидролиз глико-
зндных связей), амидаз (гидролизующих амидную связь, например мо¬
чевины, с отщеплением аммиака), протеаз (гидролизующих пептидные
связи), нуклеаз (гидролизующих нуклеиновые кислоты). .Здесь мы кратко рассмотрим лишь наиболее изученные протеазы, ко¬
торые делятся на две большие группы — экзопротеазы и эндопротеазы.
Экзопротеазы гидролизуют концевые аминокислоты белковой или поли-
пептидной цепи и в свою очередь делятся на карбоксипептидазы и ами-
нопептидазы в зависимости от того, какой конец белковой цепи — со
свободной карбоксильной или аминогруппой — они отщепляют. ЭнЗопро-
теазы расщепляют белковую молекулу где-либо посредине цепи.
ФЕРМЕНТЫ701Протеазы распространены в животном и растительном мире; суще¬
ствуют клеточные протеазы, осуществляющие соответствующие реакции
внутри клеток. Особенно известен папайи, который выделяют из плодов
папайи. Но наиболее важны и наиболее изучены протеазы пищевари¬
тельного тракта животных и человека. Стенки желудка выделяют неак¬
тивный белок (профермент) — пепсиноген. Под влиянием кислого желу¬
дочного сока и готового находящегося в желудочном соке пепсина от
пепсиногена отщепляется полипептидная цепь, и он превращается в ак¬
тивный фермент пепсин, имеющий молекулярный вес 35 000 и давно уже
полученный в кристаллическом виде. Пепсин при оптимальном pH
1,5—2,5 разрывает белки преимущественно по месту нахождения обеих
ароматических аминокислот (тирозин и фенилаланин) у их аминного
конца. При этом необходимо, чтобы аминокислота, соседняя с аромати¬
ческой, имела такие «зацепки» для пепсина, как остатки СООН или SH,
и не имела свободной ЫНг-группы. Этих условий оказывается, однако,
достаточно для того, чтобы в желудке произошел гидролиз макромоле¬
кул белков на сравнительно небольшие пептидные цепи. Дальнейшее
переваривание пищи в двенадцатиперстной кишке и далее в тонких киш¬
ках происходит в условиях уже щелочной среды. Двенадцатиперстную
кишку снабжает ферментами поджелудочная железа, которая выделяет
проферменты — трипсиноген, химотрипсиноген и профермент, соответ¬
ствующий карбоксипептидазе. Эти проферменты (как и пепсиноген, см.
выше) превращаются в двенадцатиперстной кишке в ферменты — трип¬
син, химотрипсин и карбоксипептидазу.Химотрипсин в щелочной среде (pH 8) гидролизует в пептидах пре¬
имущественно связи тех же ароматических кислот, что и пепсин, но
с другой стороны — со стороны карбоксила. Трипсин рвет пептидные
связи со стороны карбоксила у остатков лизина и аргинина. Карбокси-
пептидазы осуществляют гидролиз концевой аминокислоты, имеющей
свободный карбоксил. С аминного конца белка или пептида подобный
гидролиз осуществляют аминопептидазы. Они входят в состав фермент¬
ного выделения стенок тонких кишок. Здесь пищеварение закапчивается
полным гидролизом до аминокислот в результате действия на дипептиды
фермента дипептидазы. Аминокислоты всасываются через стенки кишеч¬
ника и поступают в кровь.Мы уже отметили строгую специфичность соответствия действия каж¬
дого фермента строению гидролизуемого участка белковой молекулы,
что устанавливается экспериментально испытанием гидролитического
действия фермента на простейшие пептиды известного строения (ди- и
трипептиды). Столь же строго специфично конфигуративное соответствие
ферментов: в частности, все упомянутые протеазы активны только по от¬
ношению к пептидам, построенным из L-аминокислот. Интересно, что
специфичности в отношении вторичной и третичной структур гидролизуе¬
мого белка, по-видимому, не существует, хотя наличие этих структур
обычно затрудняет расщепление белка протеазами. Сами ферменты, де¬
натурируясь, например при нагревании до 50—100°С, теряют актив¬
ность, т. е. их активность тесно связана с их собственной структурой
высших порядков.В настоящее время ведется интенсивная работа по выяснению струк¬
туры ферментов пищеварения, и, по-видимому, в недалеком будущем
она будет установлена. Однако нельзя ожидать, что установление пер¬
вичной структуры, и даже вторичной и третичной структур, сразу разре¬
шит тайну каталитического действия ферментов. Так, строение одной из
фосфатаз — рибонуклеазы, гидролизующей рибонуклеиновые кислоты,
установлено Муром, Штейном и Анфинсеном. Установленная ими струк¬
тура приведена на стр. 702.
702ФЕРМЕНТЫNHjH2N-Lys-Glu-Tre-Ala-Ala-Ala-Lys-Phe-01u-Arg-Glu-Hls-Met-Asp-Ser-Ser-Tre-Ser-NH2 nh2 nh2	nh2I'll	.1-Ala-Ala-Ser-Ser-Ser-Asp-Tyr-Cys-Asp-Glu-Met-Mef-Lys-Ser-Arg-Asp-Leu-Tre-Lys-NH2	nh22	I	I-Asp-Arg-Cys-Lys-Pro-Val-Asp-Tre-Phe-Val-His-Glu-Ser-Lcu-Ala-Asp-Val-Glu-Ala-NHa NHj	NH2	NHjjNH*	NH23	|	|	4	I	I I 4	|-Va!-Cys-Ser-Glu-Lys-Asp-Val-Ala-Cys-Lys-Asp-G!y-Tre-Asp-Glu-Cys-Tyr-Glu-Ser-NH21	I-Tyr-Ser-Tre-Met-Ser-Ile-Tre-Asp-Cys-Arg-Glu-Ser-Tre-Gly-Ser-Lys-Tyr-Pro-Asp—NH2 NH2	NH,2	||	я	|■~Ala-Cys-Tyr-Lys-Tre-Tre-Asp-Aia-Glu-Lys-His-Ile-Ile-Val-A1a-Cys-Glu-Gly-Asp—‘—Pro-Tyr-Val-Pro-Val-His-Phe-Asp-Ala-Ser-Val-COOHВ непрерывной полипептиной цепи рибонуклеазы попарно связаны
дисульфидными мостами остатки цистеина, обозначенные одинаковыми
номерами. Очевидно, что сама по себе последовательность аминокислот
в молекуле рибонуклеазы еще совершенно ничего не говорит о ее ката¬
литическом действии на связь фосфорной кислоты с рибозой в РНК.
В высшей степени интересны исследования рибонуклеазы, выполненные
Анфисеном. Если подействовать p-оксиэтилмеркаитаном на раствор ри¬
бонуклеазы в водном ~ 50%-ном растворе мочевины (где а-спираль на¬
рушена полностью) и таким образом разорвать все S—S-мосты, то ката¬
литические свойства ферментов полностью исчезают. Однако если полу¬
ченный белок, содержащий SH-группы на месте S—S-мостов и освобож¬
денный от мочевины, окислить воздухом, то все SH-группы попарно
окисляются в S—S-мосты, структура рибонуклеазы воссоздается, и
вновь приобретается активность. Следовательно, S—S-мосты в данном
белке (и это типично) возникают па прежних местах и, несомненно, од¬
новременно воссоздается не только вторичная, по и третичная структура,
свойственная рибонуклеазе. Если же окисление производить в растворе
мочевины, где обычные водородные связи вторичной структуры нару¬
шены, то сшивание происходит в беспорядке или в ином порядке и ак¬
тивного фермента не получается. Таким образом, как оказалось в этом
случае, не дисульфидные мосты, а водородные связи вторичной струк¬
туры предопределяют третичную структуру, сближающую определенные
цистеиновые SH-группы и создающие возможность окисления их в цис-
тиновые мосты S—S. Вместе с тем ясно, что за ферментативную актив¬
ность ответственна совокупность первичной, вторичной и третичной
структур.
ФЕРМЕНТЫ703Однако на примере ряда ферментов, и рибонуклеазы в частности,
было показано, что не вся молекула, а лишь некоторая ее часть (актив¬
ный участок) ответственна за каталитическую активность. Так, Ричардс,
используя фермент субтилизин, расщепил молекулу рибонуклеазы по
связи между звеньями 20 н 21 (пептидная связь Ala — Ser), и'при этом
вторичная и третичная структуры удержали молекулу как целое. Сохра¬
нились и ферментативные свойства. Но при хроматографии на кислом
ионообменнике короткий пептид из 20 аминокислотных остатков отде¬
лился от остальной части. Обе части молекулы были лишены фермента¬
тивной активности, однако при смешении их активность вновь возникала.
У отделенной большей части белковой молекулы еще сохранилась спо¬
собность связывать обычный для рибонуклеазы субстрат фермента¬
тивной реакции, но не расщеплять его. При гидролизе рибонуклеазы
карбоксипептидазой и отщеплении с С-конца трех аминокислот — ва¬
лима, серина и аланина активность рибонуклеазы не страдает. При гид¬
ролизе пепсином разрывается четвертая связь с С-конца и отщепляется
кроме валнна, серина и аланина еще и аспарагиновая кислота. Тогда
остаток рибонуклеазы полностью теряет активность. Подобным же обра¬
зом устанавливается существенность двух остатков His в положениях 12
и 119. Сказанное имеет целыо дать понятие об исследовании структуры
белка как фермента.В отличие от гидролаз — чисто белковых ферментов — многие, но
далеко не все другие типы ферментов содержат коферментные группы,
которые изучены, в то время как структура апофермента неизвестна.ТрансферазыФерменты этой группы (шифр 2) делятся на следующие подгруппы:2.1.	Ферменты, переносящие одноуглеродные остатки — метил, оксиметил, формил
и т. д.2.2.	Трансферазы альдегидных и кетонных групп.2.3.	Трансферазы ацильных групп.2.4.	Трансферазы гликозильных остатков.2.5.	Трансферазы алкилов.2.6.	Трансферазы амино-, амидино- и оксиминогрупп.2.7.	Трансферазы фосфатных остатков.2.8.	Трансферазы групп, содержащих серу (в том числе переносящие кофермент А).Упомянем прежде всего о метилтрансферазах (шифр 2.1.1), перенося¬
щих метил (переносится, в частности, метильная группа молекулы ме¬
тионина). Примером может служить никотинамид-метилтрансфсраза, ко¬
торая катализирует реакцию метилирования никотинамида по гетеро¬
циклическому азоту, перенося метил с метионина, связанного в S-адено-
зилметионин. Последний превращается при этом в S-аденозилгомоци-
стеин:nh2НО он
704ФЕРМЕНТЫNH,с*°+"N YI XCH3+ I>-CHCH2CH2-S-C„2 0 1. nh2	^HO OHПолученный гомоцистеин снова метилируется, в частности за счет
метила бетаина, при посредстве фермента бетаин-а-гомоцистеин-метил-
трансферазы:Уо„оферментHS-CH2CH2CH-Cr + (CH3)3N-CH2-C/NHa 0H	N°"/° /
—► CH3—S—СН2СН2СН—cf + (CH3)2N—ch2—I ^OH
nh2о
\онМетилтрансферазы рассматриваются в настоящее время как одно¬
компонентные ферменты-белки, действующие на два субстрата: на донор
(аденозилметионин) и на тот или иной акцептор метильной группы. Если
метилированный акцептор имеет ониевую структуру (бетаины), то реак¬
ция трансметилирования обратима. Таким образом, аденозилметионин
служит не коферментом, а метаболитом-переносчиком (косубстратом).В отдельных случаях (биосинтез( метионина, тимидина) в роли ко-
ферментов переноса СН3-групп выступают коферментные формы вита¬
мина В12 или тетрагидрофолевые кислоты.Ферменты подкласса 2.1.2 — переносчики одноуглеродных остатков
■—СН2ОН и —СНО (но не —СООН) имеют в качестве кофермента
5,6,7,8-тетрагидрофолевую (тетрагидроптероилглутаминовую) кислоту
ОН^ vr	О-„ !Н '>	О СООНН2^-CNH-CHCH,CH2COOHГруппировка атомов 5, 6, 9 и 10 этой кислоты и является реакцион¬
ным центром в передаче оксиметильных и формильных групп по схеме,
в которой анион Х~ служит акцептором этих групп:,	Н—С=0Н—0=0-NH\N-/СН-СН2->- X—С;Он5—NH\ /
6СН-СН2
I эюNH—-сн2он-NH/ш-сиа^НгОНN—->- X—СН3ОН
ФЕРМЕНТЫ705Этого рода ферменты играют роль в синтезе пуриновых гетероциклов
и некоторых аминокислот.Следующая группа трансфераз (шифр 2.3), которая должна быть
здесь упомянута, это ацилтрансферазы. Их кофермент называется ко-
ферментом А и часто обозначается как КоА или HSKoA. Он включает
структурные единицы пантотеновой кислоты и З'-фосфоаденозин-б'-пиро-
фосфата и имеет следующее строение:О сн3 о оnh2Nv ''HSCH2CH2NHCCH2CH,MiCCHCCH2OPOPOCH2 <f II ^ii 2 i i 2 i i I \Дуо	но сн3 но оня'Н'й
ноонкофермент А (НSKoA)Перенос ацила посредством HSKoA изобразится следующей схемой:
RCO" + АТФ + KoASH —► RC—SKoA + АДФ + Н2РОГА	А(АТФ — аденозинтрифосфат, АДФ — аденозиндифосфат)Роль аденозинтрифосфата — снабжение энергией для осуществления
процесса. RC—SKoA передает ацил на субстрат. Именно так совер-IIОшается биогенное превращение уксусной кислоты в изопреноиды через
ацетоуксусную кислоту и мевалоновую кислоту (стр. 597). Окисление
жирных кислот в организме происходит также через стадию образова¬
ния RC—SKoA. После этого под влиянием дегидрогенизующего фер-IIОмента происходит дегидрогенизация и в радикале R образуется в а,р-
положении двойная связь (здесь мы, разумеется, выходим уже из круга
трансфераз). Далее следует гидратация, снова дегидрогенизация р-окси-
соединения в производное р-кетонокислоты и, наконец, отщепление
СН3С—SKoA с образованием жирной кислоты, содержащей на дваIIОуглеродных атома меньше, чем было в исходной:н2оR'CH2CH2C-SKoA ——* R'CH=CHC-SKoA 	► R'CH-CH2C-SKoA >|	~2H	II	I II	~2Hо	о	он он2о—> R'CCH2C—SKoA 	► R'COII + СН3С—SKoAII	II	II	il0	0 0 0Далее процесс повторяется и т.д.
700ФЕРМЕНТЫСинтез жирных кислот в организме идет обратным путем.Кофермент А осуществляет многочисленные реакции ацетилирования
спиртов, оксикислот, аминов, цистеина и т. д., а также ацилирует по вто¬
рому углеродному атому карбоновые кислоты с образованием р-кетоно-
кислот (в цикле Кребса, кн.I, стр. 436).Кроме того, кофермент А вступает в конденсацию своим а-углеродом
с щавелевоуксусной кислотой, образуя лимонную кислоту (тоже одно из
звеньев цикла Кребса):ОНО.	/О	о	I /О^ССН2СС^ + СН3С—SKoA + Н20 4=fc ^ССН2ССНаС/ + HSKoA
НО7 ^ \он ^	НО^ \^о ^ОН^ОНИз трансфераз подгруппы 2.7 назовем фосфат-трансферааы, перено¬
сящие остаток фосфорной кислоты с аденозинтрифосфата (кн. I,
стр. 433) на субстрат, например на глюкозу (глюкокиназа) и фруктозу
(фруктокиназа), в процессе брожения.К трансферазам же относятся трансаминазы, или аминотрансферазы
(А. Е. Браунштейн), например глутамат-трансаминаза, аланин-транс-
аминаза и т. д., обменивающие функции у соответствующих а-амино-
кислот и а-кетонокислот. Коферментом аминотрансфераз служит пирид-
оксаль-5-фосфат, и, следовательно, именно трансферазы образуются
с участием витамина В6. Схема действия кофермента аминотрансфераз
выражается так:R—СН—СОNH,ОНR—СН—СНО.Н3С+сно о л
I	II/онсн2ор;ГN\ОН-нео
+ н2о~ОНН3С+ н2о
—н2о“NH2
СН2О,оноонКак правило, в живых клетках наиболее общим донором аминогрупп
служит глутаминовая кислота: всего активнее протекает обратимый пе¬
ренос аминогрупп между глутаминовой и щавелевоуксусной кислотами
(подробнее ото было изложено па стр. 308).
ФЕРМЕНТЫ707ОксидоредуктазыЭта группа ферментов (класс 1) весьма обширна. Все оксидоредуктазы
имеют коферменты. Наиболее обычные из них это два никотинамидных
кофермента — никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и. никотинамид-
адениндинуклеотидфосфат (НАДФ), содержащие в качестве акцептора
водорода алкилированный по гетероциклическому азоту амид никотино¬
вой кислоты (витамин РР):Имеются также флавиновые коферменты — флавинадениндинуклео-
тид (ФАД) и флавинмононуклеотид (ФМН), в которых акцептором
водорода служит рибофлавин (витамин В2):-.ОR--H	НАД (или Кодегидраза I )НО ORNH2Н3С'Н3С.;y^ynyY:^4*VNHоФМНКоферменты большой группы оксидоредуктаз это — гем (стр. 274)
или близкие ему но строению железопорфирины; оксидоредуктазы с та¬
кими коферментами называются цигохромами. В цитохроме гем связан
708ФЕРМЕНТЫс белком через атомы серы цистеина:NH,IVal - Glu—Lys—Cys—А1 а—Glu—Cys— His —Tr e —Val-Glu—Lys -* ICH2	CHoI	2	Is	sI	CH31СН,—CH „СН I CH—CHo3 vv
H3c-VH	CH•CH3HOOC— CH2—CH2 'CHCH2— CH2—COOH(в местах, помеченных звездочкой, группировка —S—CH2— для наглядности выде¬
лена из символа Cys, т. е. знак Cys, обычно обозначающий остаток цистеина—NH—СН—СО—, здесь соответствует только —NH—СН—СО—).I	1CH2SHОкислительно-восстановительное действие цитохромов основано на
переходе центрального атома железа из двух- в трехвалентный и об¬
ратно.Кроме цитохромов существует много других железосодержащих ок-
сидоредуктаз (каталазы, пероксидазы, ферредоксины, гидроксилазы), а
также оксидоредуктазы, содержащие медь (фенолазы, церулоплазмины,
аминоксидазы и др.). Наконец, в ряде окислительно-восстановительных
процессов роль переносчика водорода играют липоевая кислота, глу¬
татион и производные и-бензохинона и 1,4-нафтохинона— убихиноны и
токоферилхиноны.CHs	л	сн2/ \	+2Н Н2С^ ^CH(CH2)4Cfн2с( ;сн(сн2)4с( *==*= | | \онV/	\он ~2Н HS SHлипоевая кислота°ч,cch2nhc=o o=cnhch2c:но/Vон'CCH(CH2)2CNHCH	CHNHC(CH2)2CHCvно/ I II I	I II I 4°Hnh2 о ch2—s—s—ch2 o nh2o	0 0	o2	4CCH(CH2)2CNHCHCNHCH2C^но/ I	I	XOHnh2	ch2shглутатион
ФЕРМЕНТЫ709Окисление в клетках совершается сложным путем. Происходит пере¬
дача атомов водорода молекуле кислорода через ряд стадий при посред¬
стве ряда ферментов. Понятие об этом может дать следующая схема:н+I.	НАД-Н2—фермент + Флавиновый	> НАД-фермент + Н2-‘Флавиновый(дегидрогеназа)	фермент	ферментII.	2 Цитохром (Fe2+) + V2O2 —> 2 Цитохром (Fe3+) + О2-III.	02~ + 2Н+ —► Н20IV.	2 Цитохром (Fe3+) + Н2-Флавиновый —>• 2 Цитохрам (Fe2+) + Флавиновый +2Н+фермент	ферментОксидоредуктазы (класс 1) делятся на подклассы (вторая цифра
шифра) по признаку окисляемой, т. е. отдающей водород или электроны,
группы:1.1.	СНОН (донор водорода)1.2.	Альдегиды и кетоны1.3.	>сн—сн<1.4.	>СН—NH21.5.	>C = NHн	н1.6.	НАД ^ или НАДФ^Н	н1.7.	Другие соединения азота1.8.	Соединения серы1.9.	Г ем1.10.	Бис-фенолы1.11.	Перекись водорода как акцептор1.12.	Н2Внутри подкласса деление на подподклассы идет по признаку акцеп¬
тора водорода (или электронов). Так, подкласс 1.1 (донор водорода)
делится на подподклассы:1.1.1.	Акцептор НАД или НАДФ1.1.2.	Акцептор цитохром1.1.3.	Акцептор 02Всего в списке известных в настоящее время оксидоредуктаз с при¬
веденными выше коферментами насчитывается около 250 ферментов.
Мы, естественно, должны ограничиться лишь несколькими примерами,
разъясняющими принципы их действия.Прежде всего рассмотрим группу коферментов НАД и НАДФ (более
старые их наименования — кодегидразы I и II). Эти коферменты распа¬
даются при гидролизе на амид никотиновой кислоты, рибозу, фосфор¬
ную кислоту и аденин-М-рибозид. Окислительно-восстановительную
функцию несет здесь остаток амида никотиновой кислоты:yNHa	pj	/NH2(У4 ш (У4 +"*N+	NI	Ia	6Форма а дегидрирует субстрат, форма б — гидрирует. Строение и
синтез никотинамида (витамина РР) см. на стр. 306. Кодегидразы уча¬
ствуют в реакциях обмена углеводов, жиров и белков.Приведем наиболее характерные реакции, катализируемые фермен¬
тами с коферментами НАД и НАДФ.
710ФЕРМЕНТЫ1.	Дегидрирование фосфорного эфира глицеринового альдегида в ди-
фосфорный эфир глицериновой кислоты в процессе брожения сахаров:н О	он	.0
\/	не	с	сг?	|\эро3н2 _2Н |\эро3н2 |N0HСНОН +Н3РО4 —► СНОН	*==* СНОН	Ч=* СНОНI	I	I	1СН20Р03Н2	СН20Р03Н2	СН20Р03Н2 СН20Р03Н22.	Дегидрирование предельных жирных кислот в непредельные (уча¬
ствует НАДФ).3.	Гидрирование ацетальдегида в этанол при спиртовом брожении.4.	Гидрирование пировиноградной кислоты в молочную в мышцах
и при молочнокислом брожении.5.	Гидрирование иминоглутаровой кислоты в L-глутаминовую как
стадия реакции восстановительного аминирования а-кетоглутаровой
кислоты:°Ч /° 2Н °Ч
^ССН2СН2СС^ 	>- ^ССН2СН2СШГно'	11>он НО'	I ^онNH	NH2Каждая из этих реакций требует своего специфического фермента.
Коферментами многих аэробных и некоторых анаэробных оксидоре-
дуктаз являются флавинадениндинуклеотид (ФАД) и, реже, флавинмо-
нонуклеотид (ФМН), в основе которых лежит молекула рибофлавина
(витамина Вг). Забирая и отдавая водород, витаминная часть этих ко-
ферментов (полное строение см. стр. 707 сл.) следующим образом изме¬
няет свою структуру:СН2(СН0Н)3СН20— -Ч/Х.	СН2(СН0Н)зСН20—I	IНзСч. ^	А	H3Cv^	^oYfYr+ 2H'NHВитамин Вг входит в молекулу известного желтого окислительного
фермента Варбурга (1932 г.), выделенного из дрожжей. Он выделен
также из молока, яйца и из микроорганизмов Eremothecium ashbyi, ко¬
торые содержат до 2% рибофлавина и применяются для его произ¬
водства.ЛиазыЭти ферменты (класс 4) в качестве первого подкласса включают фер¬
менты, расщепляющие С—С-связи. К лиазам относятся прежде всего
многочисленные декарбоксилазы, отщепляющие карбоксил от карбоно¬
вых кислот, в частности от оксикислот, оксокислот, аминокислот. Затем
следуют альдегид лиазы, отщепляющие, например, от фруктозо-1-фос¬
фата глицериновый альдегид, который далее трансформируется в ди-
оксиацетон (фермент альдолаза). Альдегидлиазы превращают также
аминокислоту треонин в глицин -|- ацетальдегид, отщепляют бензальде-
гид от его оксинитрила и т. д.Лиазы 2-го подкласса осуществляют разрыв С—О-связей и включают
ряд дегидратаз, дегидратирующих, например, яблочную кислоту в фу-
ФЕРМЕНТЫ711маровую; 3-й подкласс это С—N-лиазы, в основном отщепляющие
аммиак от аминокислот; 4-й подкласс С—S-лиазы; 5-й подкласс
С—НаЬлиазы (единственный пока пример — ДДТ-гидрохлоридлиаза
насекомых).Из коферментов лиаз приведем прежде всего кодекарбоксилазу —
пиридоксаль-5-фосфат, имеющий в основе молекулу пиридоксаля (од¬
ного из витаминов группы В6). Как было указано на стр. 308, пирид-
оксаль-5-фосфат является также коферментом трансаминаз, относящих¬
ся к группе трансфераз и играющих важнейшую роль в белковом обмене
(реакция переаминирования а-кетонокислот в а-аминокислоты).Соотношение между взаимопрсвратимыми в организме витаминами
группы В6 и пиридоксаль-5-фосфатом видно из приведенных формул:Группа витамина BeСН2ОНН3Спнридоксол
(адермнн, пнридоксин)СН2ОН ноНзСCH2NH2L/CHsOHNпиридоксаминн3с3^ NпнридоксальРОС1з;
затем Н20сн2ононсн=ооНаОНзСпиридоксаль-5-фосфат(кодекарбоксилаза)CH2N2:затемокислениеОНо=с—он„ ~ но. ± /СН2ОРOH YY о ОНСНзО.НзС2-метил-З-метокси-
пиридиидикарбоновая
(метилметоксицин-
хомероновая) кислотаДействительно, при действии хлорокиси фосфора на пиридоксол его
5-оксиметильная группа с наименьшими пространственными препят¬
ствиями этерифицируется, и после обработки водой образуется пиридок-
сол-5-фосфат, окисляемый затем в альдегид — пиридоксаль-5-фосфат.Структура кодекарбоксилазы (как и самого пиридоксаля) следует
из функционального анализа, показывающего наличие одной альдегид¬
ной группы, одной первичноспиртовой (или ее фосфорного эфира), од¬
ного фенольного гидроксила и одной метильной группы, а также из окис¬
ления его после метилирования диазометаном в 2-метил-З-метоксипири-
диндикарбоновую кислоту — известную метилметоксицинхомероновую
кислоту. О синтезе витаминов группы Вб см. стр. 307.В сочетании с различными апоферментами, строение которых далеко
не всегда известно, пиридоксальфосфат образует целую серию декарбо¬
ксилаз, в частности декарбоксилаз аминокислот, превращающих их в
соответствующие амины, причем для декарбоксилирования каждой ами¬
нокислоты требуется своя декарбоксилаза. В сочетании с другими апо¬
ферментами пиридоксальфосфат образует трансаминазы, тоже специфи¬
ческие для каждой аминокислоты.К лиазам относится декарбоксилаза пировиноградной кислоты, ранее
обозначавшаяся как а-карбоксилаза. Ее коферментом является пирофос-
форный эфир тиамина (витамина Bj), выделенного основателем учения
712ФЕРМЕНТЫо витаминах Функом в 1912 г. из рисовых отрубей (экстракт из них лечит
авитаминоз — полиневрит «бери-бери», развивающийся при питании ис¬
ключительно ободранным рисом). О строении витамина Bi см. стр. 320.Декарбоксилаза, коферментом которой является тйаминпирофосфат,
катализирует отщепление двуокиси углерода от пировиноградной кис¬
лоты в процессе деструкции глюкозы при спиртовом брожении и дыха¬
нии. При недостатке тиамина в организме накапливается пировиноград-
ная кислота, что служит одной из причин поражения нервной системы
и заболевания полиневритом.ИзомеразыИзомеразы составляют 5-й класс ферментов и делятся на следующие
подклассы:5.1.	Рацемазы и эпимеразы, вызывающие стереоизомеризацию. Раце-
мазы аминокислот часто включают в качестве кофермента все тот же
пиридоксальфосфат.5.2.	Цис-транс-изоиеразы.5.3.	Внутримолекулярные оксидоредуктазы, осуществляющие, напри¬
мер, взаимные превращения альдоз и кетоз.5.4.	Внутримолекулярные трансферазы, переносящие внутримолеку-
лярно ацильные, фосфорильные (фосфатные) остатки, метальную груп¬
пу. Коферментом некоторых из них служит витамин Bi2 (стр. 276).5.5.	Внутримолекулярные лиазы.СинтетазыСинтетазы (лигазы), составляющие 6-й класс ферментов, делятся на об¬
разующие С—О-связи (шифр 6.1), С—S-связи (6.2) и С—N-связи (6.3)и,	наконец, С—С-связи (6.4).Наиболее обычный тип реакций лигаз 1-го подкласса — связывание
аминокислот с рибонуклеиновыми кислотами при участии аденозинтри-
фосфата (АТФ), поставляющего энергию и превращающегося в адено-
зиндифосфат (АДФ).Для 2-го подкласса лиаз типичны реакции ацетилирования кофер¬
мента А (стр. 705) за счет ацетатного иона при участии АТФ как источ¬
ника энергии, а также аналогичные реакции ацилирования.Для 3-го подкласса характерны амидсинтетазы (например, превра¬
щающие аспарагиновую кислоту в ее амид — аспарагин) и пептидсинте-
тазы (например, синтезирующие глутатион).Наконец, в качестве С—С-синтегаз (подкласс 6.4) характерны карб-
оксилазы, в которых простетической группой служит ^-биотин (стр. 288).
Они осуществляют введение карбоксила в пировиноградную кислоту
действием С02 при участии АТФ (образуется щавелевоуксусная кисло¬
та), введение карбоксила вацетил-КоА (образуется малонил-КоА) и т. д.
Первая реакция имеет важнейшее значение в цикле Кребса (кн. I,
стр. 436). В биотинилферментах р-биотин0=С^HN—СН—СН(СН2)4СООН>HN-CH—СНаковалентно связан амидной связью с е-ЫНг-группой лизинового остатка
апофермента. При действии этих ферментов к уреидной группе биотина
присоединяется молекула СОг с образованием комплекса — N-карбокси-
биотинилфермента («активная» форма углекислоты). Реакция образова¬
ния комплекса сопряжена с дефосфорилированием АТФ до АДФ.
ПРЕДМЕТНЫЙ
УКАЗАТЕЛЬАбиетиновая кислота 237, 595
Агликон 619
Адамантил-катион 526
Адамантилфторид 526
Адениловая кислота 329
Аденин (6-Аминопурин) 328, 673, 674,
676, 684 сл., 692
N-рибозид 710S-Аденозилгомоцистеин 703S-Аденозилметионин 703
Аденозин 704дифосфат (АДФ) 705, 712
трифосфат (АТФ) 326, 329, 688, 690,
694, 698, 700, 705, 712
З'-фосфат 679
Адермин (Пиридоксол) 307, 308, 711
Адипиновая кислота 261, 602
Адреналин 151, 616
Адреналон 151 iАдрепокортикотропные гормоны 653, 662,
664, 668
Азабензол см. Пиридин1-Азанафталин см. ХинолинЗ-Азапиридин см. ПиримидинЗ-Азатиофен см. 1,3-Тиазол
Азатриптицен 83
Азиды 256, 289, 291, 362
Азимидобензол 86
Азин см. Пиридин
Азиридин 255Азлактоны (Оксазолоны) 268
Азобензол 67, 68, 71, 72 сл., 130
Азодинитрил изомасляной кислоты 385,
491, 493, 517
пиролиз 491
Азокрасители 72, 81, 85, 87, 90, 93 сл.,
116, 166, 185, 217 сл., 286
Азоксибензол 67, 68, 71 сл., 119
Азоксисоединения 68, 71
Азол см. Пиррол
Азолидин см. Пирролидин
Азометин 309Азосоединения 72, 73, 93 сл., 333, 389,
489
пиролиз 493
Азосоставляющие 93, 116, 270
Азосочетание 93, 110, 217, 270, 286 291,
295. 332, 454. 461, 468, 669
Азоферроцены 45623 Зак. 79Азулен (Бицикло[0,3,5]декапентаеи) 300,
443, 461, 466 сл., 591
диамагнитная восприимчивость 445
Азуления соль 468
Азуленогены 469
Азуленсульфокислоты 468
Акридарсоновая кислота 403
Акридин 313 сл.Акридиновая (2,3-Бензпиридин-5,6-днкар-
боновая) кислота 313
Акридиновые красители 314
Акридон 314
Акрилонитрил 426, 484
Акрихин (Атебрин) 314
Акролеин 234, 310, 332
Аксерофтол (Витамин Ai) 592 сл.
Активированный комплекс см. Переход¬
ное состояние
Активные металлоорганические соедине¬
ния (АМО-соединения) 346 сл.
Актиномицин 692
Аланин 656, 691, 703
т-РНК 679 сл., 695
Аланин-трансаминаза 706
Ализарин 229 сл.Ализариновый лак 230, 231
Алициклы, перегруппировки 555, 556
Алкалоиды 109, 286, 304, 466, 620 сл.
Алкилкатион 525 сл., 527, 528
радикал 495
Алкиланилины 81 сл.Алкиларсоновые кислоты 401
Алииларсины 400
Алкилдихлорарсины 400
Алкилиденфосфораны 387, 390 сл„ 488
Алкилкарбаминовая кислота 567
Алкилсиланы и арилсиланы 381 сл.
Алкилстанноновая кислота 384
Алкилхлорсиланы и арилхлорсиланы
381 сл.1-Алкиноны-5 263
Алкоксид-ион 547Алкоксильные свободные радикалы 495Алкоксимеркурирование 366Алкоксипиридин 306Аллантоин 326Аллен, димеризация 540Аллилгалогеииды 366, 506, 570, 571
714предметный указательАллилитий 433Аллилмагнийгалогениды 433, 441
4-Аллил-2-метоксифеиол (Эвгеиол) 120
Аллилпалладийхлорид 434
я-Аллилтрикарбонилиодид железа 433
Аллилфенолы 456, 542
Аллильное окисление 582
Аллильныея-комплексы 433, 434
лиганды 432 сл., 441
перегруппировки 120, 570 сл., 577 сл.,
592—	обратные 572
радикалы 504
я-Аллильные производные металлов 432,
433Аллоксан 326, 333
Аллооцимен 580, 586
Альбумин 169, 653, 672
Альбуцид 85Альдегидаммнаки 131, 301
Альдегидлиазы 710
Альдегиды 124 сл., 360, 361
ароматические 124 сл.
ртутные производные 368
Альдоксимы 130, 258, 551
Альдолаза 710Альдольная конденсация 132, 347, 359,
485, 543Альтернантные ароматические системы443Алюминийорганические соединения 346,
364, 379 сл., 419
Амигдалин 173
Амидазы 700
Амидины 287, 317, 328
Амидол 71Амидопирин (Пирамидон, Диметилами-
ноантипирин) 286
Амидсинтетазы 713
а-Амилаза 699, 700
Амилиитрит 278
Амилпенициллин 295
Аминазин (Хлорпромазин) 342
Аминоазобензол 86, 93
Амииоазосоединения 93
а-Аминоалкилфосфоновые кислоты 398
Аминоантипирии 285
Аминоантрахиноны 229, 233
n-Аминобензоилглутаминовая кислота 332
о-Аминобензойная (антраниловая) кис¬
лота 152, 160, 169, 170
л-Аминобензойная (1,3-аминобензойная)
кислота 152, 169
/г-Аминобензойная (1,4-аминобензойная)
кислота 86, 152, 170
диэтиламиноэтиловый эфир (Ново¬
каин) 170, 636
этиловый спирт (Анестезин) 170
о-Аминобензолсульфокислота (Ортаии-
ловая кислота) 76
л-Аминобензолсульфокислота (Метани-
ловая кислота) 76, 85
n-Аминобензолсульфокислота см. Сульф-
аииловая кислота
Аминогруппа
защита 664мезомерный эффект 78
Аминогуанидин 291, 326
ч-Аминодиметилаиилии 87, 342Аминодурол (2,3,5,6-Тетраметил-1-амино-
бензол) 78
4-Амиио-З-изоксалидои (Циклосерин) 291
Аминокислоты 265, 267, 309, 662
ароматические 169 сл.
N-ацилированные 268
белка 654, 656 сл.
незаменимые 654, 656 сл.
Аминокоронен 245
Аминоксидазы 708
2-Амиио-6-метилпиримидин 317
Аминонафталинсульфокислоты 216
Аминопептидазы 662, 700, 701
4-Аминопиразол 285
Аминопиридины 304, 305 сл., 638
2-Аминопиримидии 3186-Аминопурин (Аденин) 328, 673, 674,
676, 684 сл„ 692
n-Аминосалициловая кислота (ПАСК)
170Аминотетразол 291
2-Аминотиазол 292
Аминотиофен 265Аминотрансферазы (Трансаминазы) 706,
7112-Амиио-1,3,4-триазол 3264-Амино-3,5,6-трихлорпиридин-2-карбо-<
новая кислота 307
а-Аминоуксусная кислота 654
n-Аминофениларсоновая кислота 669
о-Аминофенилглиоксиловая (изатиновая)
кислота 280
/г-Аминофенилсульфокислота см. Сульф-
аииловая кислота
Амииофенолы 71, 72, 102, 119, 170
Аминоферроцен 451
Аминофосфоновые кислоты 396
а-Аминофуран 259, 265
а-Аминохинолин 311
о-Амино-со-хлорстирол 277
Р-Аминоэтилбензол 315
Р-(Р-Аминоэтил) -индол (Триптамин) 278,
279, 651Р-Аминоэтилфосфоновая кислота (Цили-
атин) 386
Амины ароматические 74 сл., 150 сл.
Амитал 318АМО-соединеиия 346 сл.Амфи-изомеры 141, 219
Анабазин (а-Пиперидил-Р-пиридии) 304,307,	638, 639
Анальгин (Новальгин) 286
Андаксин 168
Андростерон 611, 612, 613
Аневрин см. Витамин Bi
Анестезин (и-Аминобензойная кислота,
этиловый эфир) 170
Анетол (n-Пропеиилфенол, метиловый
эфир) 167
Аиизидиды 80Аиизидины (Метоксианилины) 75, 119,
120Анизол (Фенол, метиловый эфир) 119,
383, 463, 464
Анилиды 97 сл.Анилин 55, 67, 72, 74, 97
дипольный момент 77, 78
окисление 143, 148, 199
реакции 79, 85, 96 сл,, 144, 201. 277,
293, 324, 368, 437, 485
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ715Анилинфизические свойства 76, 77
Анилиновый синий 201
Анилиновый черный 324
Анилинсульфокислоты 76, 79, 85 сл.Анилы (Шиффовы основания) 70, 131,
308, 332, 361, 451
Анионотропнаяаллильная перегруппировка 571, 572,575таутомерия 571
Анион-радикалы 486 сл.Анисовая (метоксибензойная) кислота
167, 175
Аннулены 470 сл.«Анса»-соединения 117
Антибиотики 86, 242, 295 сл.действие 692
Антигены 669
Антидетонаторы 81, 386
Антикодон 689, 690
Антиметаболит 86
Антиоксиданты 114, 116, 506
Антипирин (1 -Феннл-2,3-диметилпиразо-
лон-5, Фенизон) 285, 286
Антифебрин (Ацетанилид, Фенилацет-
амид) 80, 81
Антоцианидины 338, 339 сл.Антоцианы 339 сл.Антрагаллол 231
Антрагидрохинон 228, 505
Антраниловая (о-аминобензойная) кис¬
лота 152, 160, 169, 170
Антрахинон 160, 224, 225, 227, 228 сл.,
458реакции 228, 234, 505
Антрахиноновые красители 229 сл.
Антрахинонсульфокислоты 228, 229,
231Антрацен 20, 109, 212, 224 сл., 238, 239
аддукты с металлами 350
Антрацендисульфокислоты 227
Антраценовое (зеленое) масло 20, 224,235,	283, 313
Анхимерное (синартетическое) содей¬
ствие 561 сл.Апоферменты (Апоэнзимы) 308, 309, 698
£>-Арабиноза 332, 673
•D-Арабоновая кислота 332
Аргинин 657, 662, 701
Арекаидин и ареколин 628
Аренкарбонилы металлов 417, 426, 427,435	сл.Аренметаллоцены (Металлоценарены)
417, 440
Ариларсины 402
Арилдиазоний 88 сл., 451, 468
борфторид 98 сл., 100, 405, 410
Арилдиметилхлорметаны, алкоголиз177	сл.Арилирование 500 сл.Арил-катионы 99, 527
Арилмышьяковая и арилмышьяковистая
кислоты 402
Арилсиланы 381
Арилферроцены 451, 452, 454
Арилхлорарсины 402
Армин 396
Ароксилы 113 сл.Ароматизация 10, 18, 21Ароматические системы
неальтернантные 443, 449
небензоидные 443
Ароматические спирты 122 сл.
Ароматические углеводороды 9 сл.конденсированные 209 сл., 238 сл.,
242 сл.
многоядерные 184 сл.
с непредельной боковой цепью 180 сл.
Ароматичность
бензола 13 сл.
гетероциклов 249, 253, 302
небензоидных систем 443 сл.Арренал 401Арсаниловая кислота 402
Арсантренхлорид (Ди-о-фенилендихлор-
диарсин) 403
Арсенобензол 402, 405
Арсеносоединения 402 сл.
Арсеностибиносоединения 405
Арсинмегилены 403Арсиновые и арсоновые кислоты
401 сл.Арсониевые соединения 401
Аскаридол 506, 583
Аскорбиновая кислота 698
Аспарагин 656, 713
Аспарагиновая кислота 656, 703, 712
Аспирин 166
Атебрин (Акрихин) 314
Ат-комплекс Виттига 376
Атофан (Цинхофен) 312
Атразин 325
Атропин 620, 633, 635
Атроповая кислота 633
Атропэнантиомерия (Атропизомерия)
117 сл., 186 сл.АТФ см. Аденозинтрифосфат
Ауксохромы 96, 201, 202, 294
Ауреомицин (7-Хлортетрациклин) 242
Аурин 201, 202
Аурирование 416
Аутоокисление 503 сл.Аценафтен 20, 223 сл.Аценафтенхинон 223
Ацены 238 сл.Ацетали 361Ацетанилид (Фенилацетамнд, Антифеб¬
рин) 80, 81
Ацетатмеркуранилины 368
гс-Ацетиламинофенилстибиновая кислота,
соль (Стабенил, Стибазил) 406
Ацетилацетон 431
N-Ацетилгексозамин 672
Ацетиленанион 474, 486
комплексы 366, 367, 428
реакции. 262, 277, 284, 289, 301, 349,
354, 377, 385, 424, 429, 473
циклизация 17, 212, 432, 436, 437
Ацетилен - ал лен-диеновая перегруппиров¬
ка 574Ацетилендикарбоновая кислота 259
Ацетиленкарбоновый эфир 448
л-Ацетилфенетидин (Фенацетин) 81
Ацетилфлороглюцин 338
Ацетилхолин 151, 700
Ацетон, фотодиссоциация 493
Ацетондикарбоновая кислота 634
Ацетоуксусная кислота 597, 70623*
716ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬАцетоуксусный эфир 94, 95, 166, 285, 301,
302 334Ацетофенон 17, 128, 133, 135 сл., 177, 312,
626Ацилатные радикалы 495
Ацилиевые катионы 165, 528, 532
Ацилкарбонилы металлов 425
Ацилоиновая конденсация 189
Ацилоиновые перегруппировки 575
Ацилониевые катионы 568
Ацилтрансферазы 705
Ацилферроцеиы 456
Ацилфосфоний 488
Ацильные радикалы 495Бадионал 85
Бактериофаги 673, 687
Барбнтал (Диэтилбарбитуровая кисло¬
та) 318Барбитуровая кислота (Малонилмочеви-
на) 316, 317, 318, 327
Барен (Декакарборан) 377, 378
Барийорганические соединения 364
Батохромный сдвиг 96, 201, 202, 239, 294
Бекмановская перегруппировка 138 сл.,
569 сл.
второго рода 141, 551
Белки (Протеины) 173, 653 сл.синтез 664 сл., 690 сл.Еензальацетон 132, 142, 171
Бензальацетофенон 142
Бензальдегид 9, 56, 128, 180, 463, 711
конденсации 131, 132, 171, 198. 651
реакции 122, 127 сл., 156, 173, 504, 543,
633Бензальдоксимы 130
Бензамид 158
Бензантрен 234
Бензантрон 234, 357
Бензаурин 202, 203
Бензвален 19
Бензгидрил 207я-Бензгидрилтетрафеиилметан 206
Бензгидрол 192
Бензедрин 151Бензидин (п.я'-Диаминодифенил) 73, 185
Бензидиновая перегруппировка 73, 185,
216, 277
Бензизоксазол 139
Бензил (Дибензоил) 132, 141, 566
Бензил
анион 400
катион 459, 462
радикал 504
Бензилами» 150
Бензилацетат 170Бензилгалогениды 51, 55 67, 122 171
177, 187, 416
Бензилдиоксимы 141
Бемзилиденгалогениды 47, 48, 51, 56
Бензилирование 55, 664
Бензиллитий 187, 348
Бензилмагнийгалогениды 187, 542, 545
Бензилметилкетон 151
Бензилнатрий 348
Бепзиловая кислота 141, 566
Бензиловая перегруппировка 142, 261,
566 сл.Бензиловый спирт 122, 132, 196Бензилпенициллин 295 сл.
о-Бензилтетрагидробензойная кислота
225о-Бензилфенилстибиновая кислота 405
Бензилхром 416а-Бензил-я-циклопентадиенилмолибден-
трикарбонил 434
я-Бензильные комплексы 434
Бен.;имидазолы 86
Бензин см. Дегидробензол
Бензнафталин 224
Бензоаты 155, 177
Бензоил 155гидроперекись (Надбензойная, пер-
бензойная кислота) 156, 157, 503,
647перекись 156, 157, 506, 577
хлористый 56, 155 сл., 175, 635—	гидролиз производных 176 сл.
Бензоилацетон 488о-Бензоилбензойная кислота 160, 224, 225
Бензоилирование 156, 307
Бензоилмуравьиная кислота 633
а-Бензоилнафталин 234
Бензоин 131, 132, 141, 187
Бензоиновая конденсация 131, 260
Бензойная кислота 9, 152 сл., 175, 180,
228, 503, 635
ангидрид 158производные 56, 135, 155 сл., 158, 465,
628—	диссоциация в воде 175 сл.
реакции 163 сл., 201Бензол 9 сл., 20, 27, 262, 446, 462
анион-радикал 31, 487
галоидирование 11, 46 сл., 507
диамагнитная восприимчивость 445
дьюаровский (Бицикло[2,2,0]гекса-
диен-2,5) 16, 19, 429, 448
ионизация 475
клатратные соединения 31
комплексы 30, 434, 440, 532
молекулярные соединения 110
неорганический (Боразол) 15, 379
получение 17 сл., 212, 432
протонирование 532
реакции 11, 12, 31 сл., 34, 101, 136,160,	170, 180, 184, 187, 192, 225,260,	283, 350, 368, 393, 463, 500 сл.,520электронное строение 13 сл.
Бензолбифенилхромиодид 436
Бензолгексакарбоновая (меллитовая)
кислота 159, 162
о-Бензолдикарбоновая кислота см. Фта-
левая кислота
n-Бензолдикарбоновая кислота см. Те-
рефталевая кислота
Бензолпентакарбоновая кислота 159
Бензолполикарбоновые кислоты 158 сл.
Бензолсульфиновая кислота 484
Бензолсульфокислоты 28, 60 сл., 101, 115,
134Бензолтетракарбоновая (пиромеллнто-
вая) кислота 159
Бензолтрикарбоновые кислоты 18, 150
162Бензол циклопентлд пени л мот .тллм 1- Ю
Бензонптрпл 130, 141, 157, 158
Бензотрифторид 51, 56
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ717Бензотрихлорид 47, 48, 51, 56, 155, 194,
198, 205Бензофенон 128, 133, 137, 188, 192, 228,
362натрийкетил 424
о-Бензохинон 279
.и-Бензохинон 115, 143
я-Бензохинон 116, 118, 143, 144 сл., 148,
225, 280, 647
оксимы 111, 144, 145
я-Бензохинонимин 148
Бензперилен 244
Бензпинакон 3622.3-Бензпиридин	см. Хинолин3.4-Бензпиридин	см. Изохинолин2.3-Бензпиридин-5,5-дикарбоновая	(акри¬
диновая) кислота 313Бензпирилиевые соли 3362.3-Бенз-у-пирон	(Хромон) 337 сл.2.3-Бензпиррол	см. Индол
Бензтиазол 293 сл.2,2-Бензтиазолилдисульфид 493
Бензтиофен (Тионафтен) 251, 267 сл.
Бензтриазол 290Бензферроцен (Диинденилжелезо) 457
Бензфуразаи 69Бериллийорганические соединения 364
Бетаин-а-гомоцистеин-метилтрансфераза
704Бетаины 463, 704
Бигетероциклы 289, 326 сл.Биомицин (7-Хлортетрациклин) 242
Биотиолинферменты 712
Биотины 266, 288 сл., 712
Бирадикалы 432, 519
Бис-азокрасители 95, 218
Бис-я-аллилдикарбонилжелезо 434
Бис-я-аллилникель 433
Бис-аренметалл-катион 435
Бис-аренникель 437
Бис-ареновые соединения 435 сл.
Бис-аренхромы 435 сл.Бис-бензолметалл 435
Бис-бифенилхромиодид 436
Бис-гексаметилбензолхром 437
4,-41'-Бис-оксифенил-2,2-пропан (Дифенил-
олпропан) 112
Бис-трифторметилфосфипистая кислота3934,4'-Бис- (фенилуреидо) -2,2'-стильбенди-
сульфокислота (Бланкофор В)
188Бис-Р-хлорвинилртуть 372
Бис-(циклопентадиенил)-титан 441
Биуретовая реакция 654
Бифенил см. Дифенил
Бифенилен (Дифенилен) 59, 187 сл., 372
о,о -Бифениленарсин 403
Бицикло[2,2,0]гексадиен-2,5 (Дьюаров-
ский бензол) 16, 19, 429, 448
Бицикло[0,3,5]декапентаен см. Азулен
Д9(Ю)-Бицикло[5,3,0]деценон-4 466
Бицикло[0,3,3]октан 469
Бицикло[2,2]октатриен 12
Бланкофор В 188
Боразол 15, 379
Борнеол 563, 589
Борнилен 589
Борнилтозилат 562
Борнилхлорид 557, 562, 563Бороводороды (Гидриды бора) 374 сл.,
379Борорганические соединения 374 сл., 419
Борфториды арилдназониев 98 сл., 100,
405, 410
Бромарилы 350Бромбензол 24, 49, 50, 52, 58, 100, 121
Бромирование 47, 489, 507, 538
гомолитическое 497 сл., 608
карбанионов 475, 478
а-Бромнафталин 210
сын-2-Бром-5-нитроацетофеноноксим 139
Бромониевый цикл 538, 539З-Бромпиридин 303
Бромпировиноградная кислота 292
Бромсукцинимид 464, 499, 608
2-Бромтиофен 264
Бромтолуолы 51
Бромтропилий-катион 463
Бромферроцен 453, 455
Бруцин 649, 652
Бруциновая кислота 651
Бутадиен 13, 16, 29, 226
я-комплексы 431 сл.
реакции 225, 263, 426, 432 сл.
Бутадиенилфосфоновая кислота 398
Бутандиол-1,4 259, 261
трет-Бутила перекись 507
трет-Бутилат-анион 480
грет'-Бутилбензол 40
трет-Вутил-катиоп 523, 526
грет-Бутиловый спирт 479, 480, 481
трет-Бутилтолуол 66
трет-Бутилэтилен 507
Бутиролактон 249
Бутирофенон 133Вазопрессин 664, 668
Валин 656, 703
т-РНК 681
Вальденовское обращение 173, 208,
479 сл., 499, 535, 537—539, 548
при перегруппировках 555, 556, 559,
561Ванилин 120, 123
Ванилиновая кислота 167
Везувин 95Вератровая кислота 167, 635
Вератрол (Пирокатехин, диметиловый
эфир) 120Веронал (Диэтилбарбитуровая кислота)
318Ветивазулен 469
Р-Ветивон 469Винилакриловая кислота 647
Винилацетилен 432, 572
Винилбензол см. Стирол
N-Винилкарбазол 283
Виниловые эфиры 368, 385
а-Винилпиридин 305
Винилфосфоновая кислота 398
Винилэтилкарбинол 572
Виолантрен 235
Виолантрон 234, 235
Висмуторганические соединения 406
Витамины 698Ai (Аксерофтол, Ретинол) 592 сл.А2 592Bi (Аневрин, Тиамин) 295, 320 сл.
718предметный указательВитаминыВг (Рибофлавин) 332 сл., 707, 710
Be 307 сл., 711В12 (Кобаламин) 276, 311, 704
D2 (Кальциферол) 608
D3 (Холекальциферол) 608
Е (Токоферол) 337
Н (Биотнны) 266, 288 сл., 712
Hi (n-Аминобензойная кислота) 86
Ki (Филлохннон, Фитохинон) 219 сл.
Кг (Фарнохинон) 219 сл.Р (Рутин) 338РР (Никотинамид, Ниацин) 305, 306,
703, 707, 709
Вителлин 673Водородные связи 108, 147, 288, 478, 672,
702мостнковые 374
Вращающегося сектора метод 516
Вырожденные уровни электронов 447Галловая (3,4,5-триоксибензойная) кис¬
лота 118, 167, 168•	висмутовая основная соль (Дерма-
тол) 167диметиловый эфир (Сиреневая кис¬
лота) 167Ж-Галлоилгалловая (л«-дигалловая) кис¬
лота 168, 169
Галоидирование 46 сл., 497 сл.
Галоидполифторалканы 410
Г алоидпроизводные бензольного ряда
24, 46 сл.Гаммексан см. ГексахлорциклогексаиГарман 644Гвайазулен 469, 591Гвайен 469Гвайол 469Гваякол (Пирокатехин, монометиловый
эфир) 103, 120
Гексаарилэтаны 205, 207
Гексабифенилэтан (Гексаксенилэтан) 207
Гексабромбензол 50
Гексагелицен 245
Гексагидроантрацен 225
Гексагидрокоронен 245
Гексагидропиридин см. Пиперидин
Гексагидрофарнезилбромид 591
Гексадекануклеотид 693
Гексакарбонилывольфрама и молибдена 424
хрома 420, 424, 426
Гексаксенилэтан (Гексабифенилэтан) 207
Гексаметилбензол 27, 31, 33
Гександикарбоновая (пробковая) кисло¬
та 636Гексанитрофенилэтан 502
Гексаоксибензол 118
Гексатолилэтаны 207
Гексатриен-1,3,5 446
Гексафенилбензол 17, 189
Гексафенилэтан 205 сл., 502
Гексафторацетон, имин 415
Гексафторбензол 48, 49, 50, 410, 413
Гексахлорбензол 48, 50
Г ексахлорциклогексан (Гексахлоран,
Гаммексан) 11, 507
Гексацен 239Гелиотридан (1-Метилпирролнзидин)
623	"Гелиотропин (Пиперонал) 121, 626
Гем 272, 274, 672, 708
Гематопорфнрин 273Г емимеллитовая (1,2,3-бензолтрикарбо-
новая) кислота 159
Гемимеллитол (1,2,3-Триметилбензол) 27
Гемин 273 сл., 275Гемоглобин 267, 273, 472, 653, 669, 672
Ген, синтез 697
Генетический код 691
Генины 595, 619 сл.Гептилпенициллин 295
Геранилпирофосфат 597
Гераниол 580, 581, 584
Гербициды 106, 307, 325
Германийорганические соединения 383 сл.
Героин (Морфин, диацетат) 632
Героновая кислота 593
Гетероауксин (Индолилуксусная кисло¬
та) 277Гетероциклические соединения 249 сл.
азотистые, бигетероциклы 326 сл.—	пятичленные 255 сл., 283 сл.,
291 с л.—	шестичленные 298 сл., 315 сл.,
325 сл.мышьяковистые 403
сурьмянистые 405
Гигрин 621Гигриновая кислота (N-Метилпролин)
621Гидразобензол (Дифенилгидразин) 67,
68, 73, 185
Гидразоиафталины 216
Гидр азоферроцены 456
Гидрид-анион 44, 196, 347, 383, 427, 462,
565Гидридные перемещения 132, 358 сл.,
528 сл., 555, 575 сл.
Гидробензамиды 131, 261
Гидрокоричная кислота 171
Г идрокоричный (fi-фенилпропионовый)
альдегид 128
Гидроксамовая кислота, хлораигидрид
257Гидроксилазы 708
Гидролазы 700 сл.Гидронафталины 221 сл.Гидроперекиси 135, 156, 157, 221, 505, 567,
583Гидрофурамид 261Гидрохинон (1,4-Диоксибензол) 114,
116 сл., 144, 145, 147, 231, 428
анса-соединения 117
клатратиые соединения 116, 117
окисление 143, 146, 148, 505
Гиосциамин 633Гиперконъюгация 40, 44 сл., 373, 374, 412,
547, 549
Гипертензии 664, 668
Гипертиреоз и гипотиреоз 174
Гипоксантин (6-Оксипурин) 328, 329
Гиппуровая кислота 173
Гипсохромный сдвиг 97, 294
Гистамин 287, 288
Гистидин 287, 288 сл., 658, 672
Гистоны 653
Гитоксигенин 619
Г-Кнслота 215
Глнадины 653
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ719Гликозидазы 700Гликокол (Глицин) 610, 656, 661, 667,
710Гликолевая кислота 106, 651
Гликолид 249
Гликопротеиды 654, 672
Гликохолевая кислота 610
Глиоксаль 11, 287
Глифталевые смолы 161
Глицерин 161, 234, 310
Глицериновая кислота 709
Глицериновый альдегид 709, 710
Глицин (Гликокол) 610, 656, 661, 667,710Глицин (Проявитель) 71
Глобин 272, 672
Глобулины 653Глутаконовый альдегид 300, 467
Глутамат-трансаминаза 706
Глутамии 657Глутаминовая кислота 656, 706, 710
Глутаровая кислота 602
Глутаровый диальдегид 637
Глутатион 708, 712
Глутелины 653
Глюкагон 653, 664
Глюкоза 169, 332, 706, 712
фосфаты 700
Глюкокиназа 706
Гомокамфорная кислота 587
Гомолитические реакции 497 сл., 534,576	сл.Гемолитический распад (Гомолиз) 74,
97, 100, 491 сл.Гомомерохиион 642 сл.Гомопилоповая кислота 623, 624
Гомоцистеин 704
Гормоны 279, 655, 664
андрогенные 596, 611 сл.
гонадотропные 612коры надпочечника (Кортикосте¬
роиды) 616 сл.
лутоидные 596, 612
половые 596, 610 сл.
стероидные 595, 610 сл.
эстрогенные (фолликулярные) 596,
611 сл.Гофмановское отшепление 299, 547, 548,
550, 622, 626, 632, 634, 636, 637,
639
Грамин 278
Грамицидин 663
Гранатовая кислота 636
Графит 162, 163Гриньяроа реактив 17, 31, 49, 184, 242,261,	352 сл., 384, 416, 438, 454
реакции 135, 171, 192, 193, 261, 277,
287, 335, 340, 355 сл., 363, 364, 375,
376, 389, 397, 400, 401, 404 —406,
417, 424, 435—437, 449, 462, 491—	аномальные 358 сл.Гуанидин 317, 318, 331
Гуаиин 329, 673 сл., 684, 692 сл.Гуанозин 676, 683
З'-фосфат 679
Гуттаперча 569Дегидратазы 710Дегидрацетовая кислота (а-Метил-[У-
ацетил-а-пирон) 334, 335Дегидробензол (Бензин, Циклогексади-
енин) 55, 59 сл., 79, 170, 226
ди- и тримеризация 59, 170, 187, 243
Дегидрогеназы 700, 709	s7-Дегидрохолестерин (Провитамин D3)
596, 598, 607, 608
Дегидроциклизация 18, 212
Дегидроэпиандростерон 613, 614
Дезаминирование окислительное 554
Дезоксикортикостерон 617, 618
D-2-Дезоксирибоза 673, 674
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
673, 678 сл., 683 сл.
вторичная структура 683 сл.
матричный синтез 684 сл.
Дезоксирибонуклеозиды 677
Дезоксирибонуклеотид-полимераза 681
Дезоксихолевая кислота 609
Дейтерообмен 450, 475, 479 сл., 671
Дейтероуксусная кислота 448
2-Дейтеро-2-фенилбутан 479
Декагидронафталин см. Декалин
Декаборан 374, 375, 377
Декакарборан (Барен) 377, 378
Декалин (Декагидронафталин) 209, 222
гидроперекись 567
стереоизомеры 222, 598
Декалолы и декалоны 222
Декарбоксилазы 288, 710, 711
Декарбонилирование 425
Декстропимаровая кислота 595
Дельфинидин 339
Депсиды 168
Дерматол 1671,3-Диазабензол см. Пиримидин
Диазины (см. также Пиразин, Пирид-
азин, Пиримидин) 255, 315 сл.
Диазирин 254	:Диазоаминобензол 93
Диазоаминосоединения (Триазеиы) 80,
290, 362, 517
Диазоаминоферроцен 454
о-Диазобензолкарбоновая кислота 170
Диазогидраты 90, 91
а-Диазокетоны 5671,2-Диазол см. Пиразол
Диазометан 257, 287, 463, 467, 519, 540,
644, 711
фотолиз 467, 518, 519, 521
Диазоний-катионы 89
соли 88 сл., 97 сл.Диазорадикал 98
Диазосоединения 73, 88 сл., 501в синтезе металлоорганических соеди¬
нений 368, 381, 401, 402, 404, 406
реакции 92 сл., 97 сл., 101, 154, 201,
256, 284, 465, 489, 493
Диазосоставляющие 93
Диазотирование 88, 201, 217. 265, 285,
290, 291, 295, 305, 317, 451
Диазоуксусный эфир 519
Диазоцианиды 91
Диазоциклопентадиен 461
Диалкиларсиновые кислоты 401
Диалкиларсины 400
Диалкилдиметоксисилан 381
Диалкилдихлорарсин 400
Диалкилдихлорсиланы 381
Диалхилпиридинмонокарбоновые кисло¬
ты 302
720ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬДиалкилртуть 371
Диалкилселениды 407
Диалкилсиланы 381
Диаллил 16, 353, 433, 434
Диаллилкетои 434Диамагнетизм ароматических систем444	сл.Диаминогеновый синий 218
3,3'-Диамино-4,4'-диоксиарсеиобензол
(Сальварсан) 404
о.о'-Диаминодифеиил 283
о,гг-Диаминодифенил (Дифеиилин) 73
я.я'-Диаминодифенил (Бензидин) 73, 1854.5-Диаминоурацил	328
Диамины 86 сл.Дианизидин (2,2-Диметоксибензидин) 73,
185Дианионы и дианион-радикалы 487, 488
Диантрацен 226
Диариларсины 402
Диарилиодониевые соли 57 сл.
Диарилкобальт, тетрагидрофуранат 437
Диарилметан 34Диарилмышьяковая и диарилмышьяко-
вистая кислоты 402
Диарилникель, тетрагидрофуранат 437
Диарилртуть 369, 372
Диарилхлорарсины 402
Диастереомеры, расщепление 550
Диацетил 11Диацетилдифенилены 187
Диацетилены 258
Диацилфосфоний 488
Дибензальацетон 132, 142
Дибензальтропиион 633
Дибензил (1,2-Дифеиилэтаи) 187, 189
Дибензиламин 150
Дибензоил (Бензил) 132, 141, 5661,7-Дибензоилгеитадиен 626
Дибензоилдезоксирибофуранозилбромид677Дибензолхром 417, 418, 436
Дибензоциклобутадиен (Дифенилен, Би-
фенилен) 59, 187, 372
Дибензпиразииы (Феназины) 3232.3.4.5-Дибензпиррол	(Карбазол) 20, 254,
283 сл.Дибензфуран 261, 262
Диборан 374, 375
Дибромбеизолы 23, 50, 353
6,6'-Диброминдиго 2821,4-Дибромнафталин 353
Дибутилфталат 162
Дивинилацетилен 432
Дивинилбензол 182
Дивинилкетоны 572.и-Дигалловая (ж-галлоилгалловая) кис¬
лота 168, 1699,10-Дигидроакридин 314
Дигидроантрацен 224, 225
Дигидроароматические углеводороды
350, 352
Дигидроизохинолин 3152.3-Дигидроиндол	651
Дигидронафталины 210, 2212.3-Дигидроперфторпентан	408
Дигидропиразол (Пиразолин) 257, 284
Дигидропиридин 249, 2532.3-Дпгидропиррол	(Пирролин) 249, 255,
268Дигидрорезорцин (Циклогександион-1,3)
115, 279
Дигидротиофен 255, 266
Дигидрофуран 253, 255
Дигидрохинин 642Дигидрохолестерии (Холестанол) 559,
601, 602, 607
Дигитоксигеиин 619
Диеновый синтез 70, 213, 226, 259, 448
аитрацеиа 225
бензперилена 244
нафталина 211
пиридазииов 316
Диинденилжелезо (Бензферроцен) 457о,о'-Дииоддифенил 1871,8-Дииодиафталин 243
Дииодтирозин 173
1,1'-Дииодферроцен 451, 454
Дикарболлиды 378Дикарбонил-дитрифенилфосфинникель17Дикарбэтоксибицикло[1,1,0]бутан 520
Дикетокамфорная кислота 588
Дикетопиперазины 323
Димедрол 2882.3-Димезитилбутен-2	437
Диметилаллоксан 330
Диметиламиноантипирин (Пирамидон,Амидопирин) 286
гс-Диметиламинонитроанилии -26
Диметнламинопиримидин 321
Диметиланилин 76, 81, 192, 200
Диметилацетилен 144, 437, 5212.3-Диметилбензойная	кислота 644
Диметилбензолы см. Ксилолы
Диметилбутены 556
Диметилвинилкарбинол 571, 572
Диметилглутаровая кислота, эфир 5872.3-Диметил-5,6-диметоксииндол	646
Диметилдиметоксисилан 382
Диметилдифенилы 186
Диметилдихлорарсин 382
Диметилдихлорсилан 3821.5-Диметилимидазол	629
Диметилмарганец 4172.3-Диметил-6-метоксииндол	645, 6462.6-Диметил-4-метоксипиридин'335
Диметилмочевина 330
Диметилмышьяковая кислота 4011.2-Диметилнафталин	2113,5-Диметил-4-нитроанилин 84
Диметилпироны 334, 335
Диметилртуть 493Диметилсульфоксид 371, 372, 407, 479 сл.
Диметилтерефталат 162
Диметилфосфин 390
Диметилфосфит 395
Диметилфталат 162
Диметилхлорарсин 4002.2-Диметил-4-хлорбутан	507
Диметилциклопропен 5212.2-Диметоксибензидин	(Дианизидин)
119, 185Диметоксибензойная кислота, эфир 3381.2-Диметоксиглутаровая	кислота 6742.4-Диметокси-6-оксибензальдегид	340
Диметоксисиланы 382
Диметоксиянтарная кислота 676
Динатрийциануксусный эфир 584
а,а-Дииафтил 243
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ7211.3-Динитроазулен	4682.4-Динитроапилин	83, 84, 93
Динитробензойные кислоты 163—165
Динитробензолы 43, 44, 63, 64, 75, 86, 107
п,п'-Динитродифенил 185о-Динитрозобензол 695.7-Динитроиндол-2,3-дикарбоновая	кис¬
лота 549Динитронафталины 213, 2192.4-Динитротолуол	64
Динитрофениламинокислота 661
Динитрофенолы 107, 1082.4-Динитрофторбензол	54, 413, 661
Динитрохлорбензол 83, 107
Динуклеотиды, синтез 692 сл.Диоксаны 249, 255, 353
Диоксиантрахинон 230
Диоксиа-цетон 710Диоксибензолы (см. также Гидрохинон,
Пирокатехин, Резорцин) 114 сл.,
1442,2'-Диокси-4,4/-диметоксибензофенон
(Увинол) 137
Диоксинафталины 219
Диоксипиридазин (Гидразид малеино-
вой кислоты) 316
4,4'-Диоксистильбен 188
Диоксифенилаланин (ДОФА) 1741,Г-Диоксиферроцен 4535.7-Диоксифлавнлий	феррихлорид 336
Диоксосоединения в синтезе гетероцик¬
лов 267, 284, 317Дипептен см. Лимонен
Дипептидазы 701
а,(3-Дипиридил 638
Дипиррилметан (Пиррометин) 271
Дигшон 135Дипольные моменты 23 сл.
азулена 466галоидпроизводных 24, 26, 52, 54
нитросоединений 26, 84
оксимов 138
трополона 4641,3-Диполярное присоединение 257, 289,540Диполярофил 257
Дисульфиды, диссоциация 4932,6-Дисульфодифенилен 187
Дитерпены 591 сл.Ди- (тетрагидроинденил) -железо 457
Дифенил (Бифенил) 20, 31, 49, 74, 118,
184 сл., 262, 283, 502
диамагнитная восприимчивость 445
Дифениламин 76, 82 сл., 283
Дифениламинобензойная кислота .3989,10-Дифенилантрацен 227
Дифенилацетилен (Толан) 189, 437, 521
Дифенилбромоний 58, 59
борфторид 100
Дифенилгидразин (Гидразобензол) 67
68, 73, 185Дифенилен (Бифенилен, Дибензоцикло-
бутадиен) 59, 187, 372
Ди-о-фенилендихлордиарсин (Арсантрен-
хлорид) 403
о,о'-Дифенилеиметан см. Флуорено-Дифеиилилстибиндихлорид 405
Дифенилин (о,л-Диаминодифенил) 73
Дифенильсдоний 56 сл.
борфторид 100Дифенилкобальт 437
Дифенилмарганец 417
Дифенилметан 192, 194
кислотность 194, 224
Дифениловый эфир (Дифенилок ’ид) 35,
100, 121Дифенилолпропан (4,4-Бис-ок< ифенил-
2,2-пропан) 112
Дифенилртуть 57, 69, 367, 371
Дифенилстибиндихлорид 405
Дифенилсульфид 63
Дифенилсульфоксид 63
Дифенилсульфон 60, 63
п- (Г^^'-Дифенил) -фенилендиамин 82
Дифенилфосфинбензойная кислота 398
Дифенилхлороний 58, 59
борфторид 100
о.о'-Дифенилхлорстибин 4051.2-Дифенилэтан	(Дибензил) 187, 1891.2-Дифенилэтилен	см. Стильбен
Дифеиовые кислоты 186, 236
Диферроценил 444
Дифторбензолы 501.3-Дифтор-4,6-дихлорбензол	54
Дифторкарбен 410, 413
Дифторэтилен 413
Дихлорамины 62
Дихлорбензолы 9, 24, 50, 115
Дихлорвинилуксусная кислота 572
Дихлоркарбен 519
Дихлоркротоновая кислота 5721.2-Дихлор-2-метилбутан	4972,6-Дихлорпиримидин 3192.4-Дихлорфеноксиуксусная	кислота
(Гербицид 2,4-D) 1062.4-Дихлорфенол,	эфир 106
Дихлорциклобутен 428а,а-Дихлорэтилбензол 47
Дициклогексилкарбодиимид 649, 666
Дициклопентадиенил 438
Дициклопентадиенилжелезо см. Ферро¬
ценДициклопентадиенилмарганец 427, 439,442Дициклопентадиенилникель 441
Дициклопентадиенильные соединения
417, 427, 438 с л.Диэлектрическая проницаемость раство¬
рителей 525, 541
Диэтилбарбитуровая кислота (Барбитал,
Веронал) 318
Диэтилмалоновый эфир 318
Диэтилферроцены 456
Диэтилфталат 1622.2-Диэтоксибензидин	119ДНК см. Дезоксирибонуклеиновые кис¬
лотыДодекануклеотид 693
ДОФА (Диоксифениланилин) 174
ДОФА-хинон 174
Дубильные вещества 168, 338
Дурол (1,2,4,5-Тетраметилбензол) 27, 84,
486Дурохинон 144Дьюаровский бензол (Бицикло[2,2,0]ге-
ксаднен-2,5) 16, 19, 429, 448Енолизация 352, 359
722предметный указательЖелатин 659Железоя-аллильные комплексы 433, 434
диинденил- (Бензферроцен) 457
ди-(тетрагидроинденил)- 457
ди-(циклопентадиенил)- см. Ферро¬
ценкарбонилы 417, 418, 422 сл., 429, 441
полусэндвичи 441циклобутадиентрикарбонил- 428, 429,
448Железопорфирины 708
«Желтый фермент» Варбурга 710
Желчные кислоты 595, 609 сл.Жирные кислоты, окисление и синтез в
организме 706Зарин 396Защитные группы в синтезе пептидов
664
Зеин 653Зеленое масло см. Антраценовое масло
Золотоорганические соединения 416Изатин 280, 281, 312Изатиновая (о-аминофенилглиоксиловая)
кислота 280
Изоборнеол 561, 562, 588
Изоборнил-катион 561, 589
Изоборнилтозилат 562
Изоборнилхлорид 563
Изобутенилкарбинол 572
Изовалериановая кислота 666
Изованилиновая кислота 167
Изовиолантрон 234
Изогероновая кислота 593
Изодиазогидрат 90, 91
Изодурол (1,2,3,5-Тетраметилбензол) 27
Изоксазол (1,2-Оксазол) 252, 255, 258,
291 сл., 448
Изоксазолидин 258, 291
Изолейцин 656Изомасляная кислота, азодинитрил 385,
491, 493, 517
Изомеразы 700, 712
Изомерияатропизомерия 117 сл., 186 сл.
бензола дизамещенных 9
нитрозосоединений 69
оптическая карбанионов 479
син-анти- 69, 72, 90, 130, 138, 141
трео-эритро- 559
цис-транс- 138, 367
Изоникотингидразид 306
Изоникотиновая (у-пиридинкарбоновая)
кислота 304, 306
Изонитрилы 141
Изонитрозокетон 268
Изопентилпирофосфат 597
Изопрен 351, 579, 581, 590, 591, 592
Изопреноиды 579 сл., 596 сл.
Изопропилбензол (Кумол) 27, 34
гидроперекись 101, 505
1 -Изопропил-4-метилпимелиновая кисло¬
та 5832-Изопропил-8-метилфенантрен (Ретен)237,	595Изопропилпимелиновая кислота 465Изопропилциклогептаидиол 465
Изопулегол 584
Изосафрол 121
Изотопный эффект 536
Изофталевая (.и-фталевая) кислота 154,
158, 159Изохинолин (3,4-Бензпиридин) 252,
315 сл., 628
Изоцианаты 567, 568, 625
Изоцианиды 91
Изоцитозин 320Изоэвгенол (4-Пропенил-2-метоксифе-
нол) 120
Илиды 448, 519 сл.мышьяка (Арсинметилены) 403, 404
серы 407
сурьмы 406фосфора (Метиленфосфораны, Фос-
финметилены, Фосфорилиды) 387,
390 сл., 488
циклопентадиен илиды 460, 461
Имидазол 251, 287 сл., 623
Р- (4-Имидазолил) -аланин (Г истидин)
287, 288 сл., 658, 672
Иминоальдегидофенолы 111
Иминоглутаровая кислота 710
Иминокетонофенолы 111
Иммунологические реакции 669
Ингибиторы 114, 148, 490, 578
Индамин 148, 149, 324
Индан 223, 467Индаитреновые красители 229, 233 сл.,
323Инден 192, 223 сл., 354, 475
металлирование 349
Инденил-анион 474
Инден илмагн ий 457
Инденилмагнийгалогенид 223, 354
Индиго 74, 170, 277, 280 сл.белое 280
Индикан 280, 281
Индоксил 266, 280 сл.Индол (2,3-Бензпиррол) 20, 170, 251, 254,
277 сл., 354
р-Индолилаланин (Триптофан) 267, 277,
278, 658, 659
р-Индолилмасляная кислота 277
р-Индолилуксусная кислота (Гетеро¬
ауксин) 277
Индолин 281
Иидофенол 148, 149Индуктивный эффект (/-эффект) 39 сл.,
41, 42, 44, 121, 175 сл., 397, 457,
502, 558
галогена 52, 175, 414
в карбанионах 477
в карбкатионах 523
в ферроцене 456
нитрогруппы 84, 175
Индуцированное
облучение 188
окисление 137
Инициаторы 157, 498, 503 сл., 508, 578
редокс-системы 494
Инициирование (зарождение цепи) 389,
510, 513, 515
Инкременты диамагнитной восприимчя-
вости 444
Инозин 676
Ииозиты 341
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ723Инсулин 653, 655, 664
Интра- и экзоаннулярные водороды 471
Иодбензол 48, 49, 57, 82, 994-Иод-л-ксилол (4-Иод-1,3-диметилбен-
зол) 26
Иодобензол 56, 57
Иодозиловые соли 58
Иодозобензол 56, 57
Иодол (Тетраиодгшррол) 271
Иодониевые соединения 56 сл.
Р-Иодпропионовая кислота 584
Иодферроцен 451, 454
п-Иодхлорбензол 57
а-Ионон 5816-Ионон 581, 593 сл.Ион-радикалы 147
Иохимбин 643, 644
Ироны 581Исчерпывающее метилирование 299Кадмийорганические соединения 365
Какодил 402 сл.
окись 400Калийорганические соединения 347, 348,
350, 352, 473
Калышйорганические соединения 364
Кальциферол (Витамин D2) 608
Каменноугольная смола 20 сл., 74, 101,
209, 224, 235, 242, 261, 267, 277,
283, 298, 313
Камфан 585, 587 сл.Камфен 561—563, 587 сл.гидрохлорид 562, 563
Камфеновые перегруппировки 563, 589
Камфолид 587
Камфора 587 сл.Камфорная кислота 587, 588
Камфороновая кислота 587
Канифоль 227, 579, 595
Капролактам 140, 570
Капрон 140, 570Каптакс (Меркаптобензтиазол) 293
Каран 585Карбазол (2,3,4,5-Дибензпиррол) 20, 254,
283 сл.Карбанионы 44, 473 сл.
биполярные 488
стереохимия 478 сл.Карбеноидные атомы углерода 568
Карбены 518 сл., 551, 568
Карбкатионы (Карбониевые ионы) 29,522	сл., 539, 546
«неклассические» 562
Карбобензокси-защита 664 сл.
N-Карбоксибиотинилферменты 712
а-Карбоксилаза 711
Карбоксилазы 320, 322, 712
Карбоксипептидазы 662, 700, 701, 703
чис-2-Карбоксициклогексил-р-пропионо-
вая кислота 222
Карбонилгидриды 424, 425
Карбонилы металлов 346, 422 сл.
вольфрама 424железа 417, 418, 422 сл., 428, 429, 448
кобальта 425, 426, 428
марганца 424, 427
«многоядерные» 424
молибдена 424
никели 422, 426, 428Карбоновые кислоты ароматические 152,
153 сл.
поликарбоновые 158 сл.Карбораны 377 сл.Карбостирил (а-Оксихинолин) 311
Карбэтоксиметилен 518, 520
Карбэтоксициклопропен 520
Карен 585Кариокинез (Митоз) 686
Кармин 231Карминовая кислота 231
а-Каротин (Провитамин Ai) 592 сл.
Каротиноиды 339, 592 сл.Каталазы 708
Катехины 338, 339Катионотропные аллильные перегруппи¬
ровки 572 сл.Каучуки 182, 305, 351, 413, 579
Квазикомплексные ртутноорганические
соединения 366 сл., 372 сл.
Квазистационарное состояние системы
512, 514, 515, 516
Кватерфенил 184
Кверцетин 338, 339
Келлин 337
Кератин 653, 670, 672
Кермесовая кислота 231
Кетали 361
Кетены 368, 519
фотолиз 518
Кетовинилирование 485
а-Кетоглутаровая кислота 289, 710
Кетоиобирин 644
Кетолы 575Кетон Михлера 192, 200
Кетонный мускус 66Кетоиокислоты 289, 309, 541, 602 сл., 634,
705, 706
Кетон ыароматические 133 сл.
непредельные 284, 356 сл.
ртутные производные 368
ферроцена 450
Киафенин 157
Кинезамещение 55, 76
Кинетика цепных реакций 490, 510 сл.
Кинетин 331«Кислотность» углеводородов 349
Кислотный сине-черный 218
я-Кислоты 191Клатратные соединения 31, 116 сл.
Кобаламин (Витамин В12) 276, 311, 704
Кобальткарбонилгидрид 425
полусэндвич 441
тетракарбонил 441
Кобальтициннй-катион 418, 439, 440, 460
Кобальтоцен 418, 439
Кодегидразы 709
Кодеин 630
Кодеинон 630Кодекарбоксилаза (Пиридоксаль-5-фос-
фат) 711, 712
Кодоны 689, 691
Кокаин 633, 635 сл.Кокарбоксилаза 322
Коллаген 653, 672Коллидин (2,4,6-Триметилпиридии) 301.
336Колхицин 466, 620, 621
724ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬКомплекс Зееля 134я-Комплексы 28, 32, 38, 110, 346, 367,539ст-Комплексы 29, 30, 33, 38, 53, 78, 501,
502, 532Комплексы переходных металлов 346,
366, 429 сл.Комплексы с переносом заряда (КПЗ)
238, 487 сл.Конволамин 635
Конвольвин 635
Конгидрин 626
Конго (краситель) 96
Конденсацияальдольная 132, 359, 485, 543
ацилоиновая 189
бензоиновая 131, 260
кротоиовая 17, 132, 135, 305, 317, 359,
466, 580, 581, 634
Михаэля 483
Перкина 133, 237, 485
сложноэфирная 334, 597, 643
Конденсированные ароматические систе¬
мы 209 сл.
с гетероциклами 261 сл., 277 сл.
Кониин (а-Пропилпиперидин) 304, 625
Конирин (а-Пропилпиридин) 625
Константа скоростидиссоциации кислот и псевдокислот474,	475 сл.
протонирования карбанионов 477
Конформации
белков 670галогенциклогексанов 507
переходного состояния 549 сл.
терпенов 588
«Координата реакции» 536
Копростан 599, 603, 609
Копростапон-З и копростанол-3 607
Копростерин (Копростанол) 598 сл.,
603 сл., 607
Кордиамин (Никотиновая кислота, ди-
этиламид) 306
Коричная кислота 133, 171 сл., 200
эфир 367
Коричный альдегид 128, 132
Коронен 238, 244
Короненхинон 245
Корреляционныедиаграммы 421, 422
уравнения 174 сл., 306, 457
Кортизон 617 сл.Кортикостероиды 616 сл.Кортикостерон 617 сл.Кофеин 326, 329 сл.Кофермент А 597, 705 сл.Коферменты (Коэнзимы) 267, 276, 322,
386, 698, 704 сл., 706, 709 сл.,711	сл.КПЗ (Комплексы с переносом заряда)238,	487 сл.Красители (см. также Азокрасители)
119, 155, 227, 228
акридиновые 314
антрахиноновые 229 сл.
индантреновые 229, 233 сл., 323
индигоидные 170, 280 сл.
кубовые 233, 234, 280
полиметиновые 300
полициклокетоновые 233Красителисернистые 149, 283, 294, 295
тиазиновые 87
тиоиндигоидные 267
тиоцианиновые 293, 294
трифенилметановые 81, 198 сл., 200 сл.,
523феназиновые 174, 323 сл.
феноксазиновые 341, 342
фентиазиновые 342
цианиновые 293, 294, 312 сл.Крашение кубовое 235
Крезолы 20, 55, 101 сл., 105, 112, 644
Кремнийорганические соединения 381 сл.
Кристаллический фиолетовый 197 сл.,523Кристаллоза (о-Сульфобензойная кисло¬
та, имид, натриевая соль) 164
Кротоновая кислота 172, 572
Кротоновая конденсация 17, 132, 135,
317, 359, 466, 580, 581, 634
Кротоновый альдегид 310
Кроцеиновые красители 219
Ксантин 328 сл.Ксантогеновые эфиры 550
Ксантопротеиновая реакция 654
Ксантоптерин 331
Ксилидины 77, 332Ксилолы (Диметилбензолы) 11, 20, 23,
27, 31
аутоокисление 505
окисление 154, 158, 162
Кубовые красители 233, 234, 280
Кумарин 172, 340Кумарииовая (quc-о-оксикоричиая) кис¬
лота 172о-Кумаровая (гракс-о-оксикоричная) кис¬
лота 172
Кумарон 251, 261 сл.Кумол см. Изопропилбензол
Кураре 315, 620, 639
/.-Курин 639
Кускгигрин 621Лавсан 162
Лактаразулен 469
Лактаровиолин 469
Ланостерин 597
Левомицетин 692
Левопимаровая кислота 237, 595
Лейкооснование 198
Лейкоптерин 331
Лейцин 656Леканоровая кислота 168
Лиазы 700, 710 сл.Лигазы (Синтетазы) 694, 695, 697, 700,712Лигиин 120, 122, 123 сл., 167
Лидит 109Лизин 657, 661, 662, 701
Ликопин 339, 594Лимонен (Дипентен) 579, 581, 582, 584
Лимонная кислота 620, 706
Линалоол 580
Липазы 700Липоевая кислота 708, 709
Липопротеиды 654
а-Литийметилпиридин 305
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ725Литийорганические соединения 348 сл.,
354ароматические (Литийарилы) 49, 154,
349, 400, 406реакции 351 сл., 365, 375, 377, 389,
468, 540
Литохолевая кислота 609, 610
Лобеланин и лобелии 626 сл.Лойпоновая кислота 640
Лолинин и лолин 622
Лупикаин 636Лупинин и лупиннновая кислота 632
Лутеолин 337, 338Лутеостерон (Прогестерон) 611, 612, 615,
617, 619
Люминал (Фенобарбитал) 318
£>-Люциферин 295Магнийорганические соединения (см.
также Гриньяров реактив и Ме¬
таллоорганические соединения)
346 сл., 352 сл., 410
реакции 154, 264, 354 сл., 365, 375 сл.,
381, 389, 394, 397, 400, 416, 433,
585с магнием при двойной связи 261
Малахитовый зеленый 198, 199
Малеиновая кислота, гидразид (Диокси-
пиридазин) 316
Малеиновый ангидрид 12, 16, 19, 269, 507
в диеновом синтезе 185, 226, 244, 259
Малеиновый диальдегид, азин (Пирид-
азин) 252, 315, 316 сл.
Малонилмочевина (Барбитуровая кисло¬
та) 316—318, 327
Малоновая кислота 171, 638
Малоновый альдегид 162
Малоновый полуальдегид 18
Малоновый эфир 94, 305, 476
Марганец, карбонилы 424
Масла (о)антраценовое (зеленое) 20, 224, 235,
283, 313
каменноугольной смолы 20
костяное 267
эфирные 580 сл.Масляная кислота 498
Масс-спектрометрия 663 сл.Матричный синтез 684 сл.Мевалоновая кислота 597, 598, 705Мединал 318Медьл-комплексы 417, 431
органические соединения 416
Мезитила окись 135Мезитилен (1,3,5-Триметилбензол) 17, 27,
31, 109, 162
молекулярные соединения 109
Мезитиленкарбоновая кислота 164, 165
Мезоксалевая кислота, арилгидразон 94
Мезомерия 26, 96, 313, 318, 476, 571
Мезомерный эффект 42, 52, 78, 115, 175,
397, 477
Мезопорфирин 273
Мезотропия 26
Мезо-углеродные атомы 226
Меламин 325
Меленит 109
Меллит 162Меллитовая (бензолгексакарбоновая)
кислота 159, 162
Ментадиены 582Ментан (1-Метил-4-изопропилциклогек-
сан) 582
Ментол 583
Ментон 583
Ментилхлорид 552Меркаптаны (Тиоспирты, Тиолы) 61, 508
Меркаптобензтиазол (Каптакс) 293
Меркаптоэтанол 660
Меркуриниевый ион 367
Меркурирование 265, 365 сл., 448
Меркуролиз 295
Мерохинен 640, 641, 642
Мескалин 151, 152Металлирование 31, 349 сл., 451, 487
Металлкарбонилгалогениды 425 сл.
Металлкетилы 138, 487
Металлоарены 417, 434 сл.
Металлоорганические соединения
активные (АМО) 346 сл.
алюминия 346, 364, 379 сл., 419
бария 364
бериллия 364
бора 374 сл., 419
висмута 406
германия 383 сл.
кадмия 365калия 347, 348, 350, 352, 473
кальция 364лития см. Литийорганические соеди¬
нениямагния см. Магнийорганические со¬
единения
меди 416
олова 384 сл.переходных металлов 415 сл.
платины 417, 425ртути см. Ртутноорганические соеди¬
нениясвинца 384 сл., 392, 491, 493селена 407, 408серебра 416стронция 364сурьмы 404 сл.сэндвичеобразные 379, 438 сл., 450 сл.таллия 381теллура 407, 408титана 417хрома 416, 417, 436цинка 363, 364щелочных металлов 304, 346 сл., 473
Металлоценкарбонилы 417
Металлоценоарены (Аренметаллоцены)
417, 440
Металлоцены 417 сл., 438 сл.Метангомолитическое	галоидирование497 сл.
ионизация 475
протонирование 531
Метаниловая кислота (лг-Аминобензол-
сульфокислота, лг-Анилинсульфо-
кислота) 76, 85
Метил, радикал 491, 492
Метиладенины 677
Метилазулен 468
Метилаллоксан 3301-Метил-5-н-амилимидазол 623
726ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬМетиланилин 76, 81, 467
Метиларсинистая и метиларсоновая кис¬
лоты 401а-Метил-Р'-ацетил-а-пирон (Дегидраце-
товая кислота) 334, 335
Метилбензоат 158, 177
Метилбензоилкарбинол 575
Метилбензол см. Толуол0-Метилбензофенон	138
2-Метил-5,6-бензпирилий феррихлорид3362-Метилбензтиазол 293
2-Метилбензтиазолиодалкилаты 293
D-2-Метнлбутилмагний 358
2-Метнлгепганон-6 6006-Метилгептен-5-он-2	580
Метилглиоксаль 11Метилгранатанин (Псевдопельтьерин)
636 сл.Метилдиборан 3748-Метилдигидроазулен 4682-Метил-1,4-диоксинафталин 220
Метилдифенил 502
Метилен (Карбен) 518 сл.Метиленовый синий 87, 342
Метиленфосфораны см. Фосфииметилеиы4-Метилизоборнеол	563
Метилизоборнилхлорид 563
n-Метилизопропилбензол (п-Цимол) 275-Метил-2-изопропилфенол	(Тимол) 5831-Метил-4-изопропилциклогексан	(Мен-
тан) 582Метилизотиоцианат 625
N-Метилимидазол 287
(5-Метилиндол (Скатол) 278
N-Метилироваиие исчерпывающее 2998-Метилксантии 330
Метиллитий 348, 468
Метилмагний иодистый 4172-Метил-З-метоксипиридиндикарбоиовая
(метилметоксицинхомероновая)
кислота 711, 712Метилморфенол 630
а-Метилморфиметин 630
Метилморфол 630
Метилмочевина 330Метилмышьяковистая (метиларсинистая)
кислота 401
Метилнафталины 20, 211, 2132-Метил-1,4-нафтохинон 219, 221
Метиловыйоранжевый 95
фиолетовый 2007-Метилоливин	23300-Метилолфенилуксусная	кислота 633
Метилпипериднн 633N-Метилпиперидин-Р-карбоновая кислота
628Метилпиразин 323
Метилпиразолон 285
Метилпиридины 304, 305, 3236-Метилпиримидии	317
(N-Метил-ге-пирролидил) -(5-пиридин см.Никотин
N-Метилпирролидин 621, 6331-Метилпирролизидии	(Гелиотридаи) 623
N-Метилпролин (Гигриновая кислота)621Метилсульфазин (Сульфамеразин) 320
Метилтиазолы 293Метилтиоурацил 174З-Метилурацил 676
Метилфенилкарбинол 180
Метилфосфин 390
а-Метилфураи (Сильван) 322
а-Метилхинолин (Хинальдин) 310, 312
Метилхолантрен 238
Метилииклопентан 19
З'-Метил-1,2-циклопентанофенантреи
(Углеводород Дильса) 600
Метилэтилфенил-анион 481
Метионин 657, 704Метоксианилины (Анизидины) 75, 119,
120n-Метоксибеизойная (анисовая) кислота
167, 175
Метоксигептатриен 4643-Метокси-4,6-диацетоксифенантрен 630З-Метоксиизофталевая кислота 645
6-Метоксииндол 6496-Метокси-р-индолилуксусная кислота
649Метоксиокиси, фотораспад 519
6-Метокситриптамин 6496-Метоксихинолин-4-карбоновая (хинино¬
вая) кислота 640, 641—6431-Метокси-4-хлорбензол 26
Метоксициклогексан, германиевое произ¬
водное 383
Метол 71Метоний-катион 531Механизмы химических реакций 534 сл.Миндальная кислота 173Миоглобин 672Миозин 653, 698Мирцен 580Митоз (Кариокинез) 686
Мовейн Перкина 324
Молекулярные орбитали 13 сл., 443, 450
комплексов 420 сл.Молекулярные соединения с переносом
заряда 109 сл.Молибден, л-бензильный комплекс 434
Молочная кислота 710
Монотерпены 580 сл.Морфенол 630Морфин 238, 315, 620, 630 сл.диацетат (Героин) 632
Морфолин 168Мочевая кислота 326 сл., 330, 331, 625
соли (Ураты) 326
Мочевина 85, 317 сл., 327, 330, 700, 702
Муконовая кислота 19
динитрил 87
Мукопротеин 276
Мускус 66Мышьяковоорганические соединения
400 сл.НАД (Никотинамидадениидинуклеотид)
707, 709Надбензойная кислота (Бензоил, гидро¬
перекись) 156, 157, 503, 647
НАДФ (Никотинамидадениндинукле-
отидфосфат) 707, 709
Напряжение по Брауну 207
Натрийарилы 154, 227, 472
Натрийацетоуксусный эфир 473
Натрийкарбонилы металлов 426
предметный указатель727Натриймалоновый эфир 473
Натрийорганические соединения 195, 205,
348 сл., 351, 352, 473
Нафтазарин 219Нафталевая (яе/ж-нафталиндикарбоно-
вая) кислота 223
Нафталин 20, 170, 209 сл., 212, 469
анион 211
ароматичность 210
молекулярные соединения 109
натриевый аддукт 350
окисление 154, 158, 209
производные 383, 469
протонирование 532
реакции 209, 210 сл., 221 сл.
яе/ж-Нафталиндикарбоновая (нафтале¬
вая) кислота 223
Нафталинсульфокислоты 214 сл.перегруппировка 214, 216
Нафтацен (Тетрацен) 212, 239 сл.
Нафтиламин черный 218
Нафтиламиносульфокислоты 216
Нафтиламины 209, 213, 215, 217
Р-Нафтилдиазоний 214
М-(Нафтил)-фениламин 82
Нафтолсульфокислоты 215
Нафтолы 213, 214, 217, 455
Нафтохиноны 219 сл.Неальтернантные ароматические системы
443, 449Небензоидные ароматические системы443	сл.Нейтральный красный 324
«Неклассический» катион 560, 561
Нембутал 318
Неоментилхлорид 552
Неопентан, ионизация 475
Неофильный (2-фенил-2,2-диметилэтило-
вый) радикал 577
Нерол 581
Нефть 18, 20, 266
пиролиз 21, 209
Ниацин см. Никотинамид
Никелецен 426, 441
Никелья-комплексы 431—	аллильные 432, 433
тетракарбонил 441циклопентадиенильные производные
441Никотин [ (N-Метил-а-пирролидил) -)3-пи-
ридин] 268, 304, 307, 620, 637 сл.
Никотинамид (Витамин РР, Ниацин)
305, 306, 703, 708, 709
Никотинамидадениндинуклеотид
(НАДФ) 707, 709
Никотинамидадениннуклеотид (НАД)
707, 709Никотинамид-метилтрансфераза 703
Никотиновая (Р-пирндинкарбоновая)
кислота 304, 306, 637, 638
амид см. Никотинамид
диэтиламид (Кордиамин) 306
Никотирин 307, 638Нингидрии (Трикетогидринден, гидрат)
654, 660
Нингидринная реакция 654
Нитрила окись 256, 257
Нитрилы ароматические 135
Нитрильное расщепление пиразодов 285Нитроамииодурол 84
Нитроанилины 26, 75, 76, 79, 83 сл.,
1079-Нитроантрацен 227
Нитроацетанилиды 79
Нитробензальдегиды 128, 133
-и-Нитробензоат 179
я-Нитробензоилхлорид 175
Нитробензойные кислоты 152, 163, 169
Нитробензол 28, 63 сл., 134, 303, 502
восстановление 74, 75, 177
я-комплекс 33реакции 67 сл., 71, 72, 99, 100, 200,310ж-Нитробензолсульфокислота 85
Нитробромбензолы 64
Нитрование ароматических соединений
63Р-Нитровинилкетоны 485
Нитродифенилен 187
Нитродифенилы 100, 502
Нитрозамины 90, 91
Нитрозобензол 68 сл.
о,о'-НитрозобифенилНитрозодиметиланилин 69, 81, 87, 323,
341Нитрозометиланилин 81
Нитрозосоединения 68 сл., 81, 87, 323,
361Нитрозофенолы 69, 82, 145
таутомерия 110
Нитроиодбензолы 64
Нитрокоронены 245Нитрометан, присоединение к альдеги¬
дам 486
Нитрон 256, 258, 290
Нитронафталины 209, 213, 214
Нитроний-катион 394-Нитропиразол 285
Нитропиридины 303, 305
а-Нитропиррол 271Нитросоединения 26, 63 сл., 75, 180 сл.,
502Нитростиролы 180, 181, 185
2-Нитротиофен 264, 265
Нитротолуолы 64, 66, 67, 304
Нитрофенантрены 237
Нитрофенилдиазоний 107
я-Нитрофенилферроцеи 457
Нитрофенолы 25, 102, 107 сл.
я-Нитроформанилиды 79
о-Нитрофталевый ангидрид 209
я-Нитрофторбензол 54
Нитрохлорбензолы 45, 54, 64, 316
Нитроэтан 476
Новальгин (Анальгин) 286
Новокаин (я-Аминобензойная кислота,
диэтиламиноэтиловый эфир) 170,
636Нонакарбонил железа 428
Нонасиланы 382
Нопинен (Р-Пинен) 586
Норадреналин 151
Норборнил-катион 531, 561
Норборнилтозилат 561
Норборнилфторид 531
Норкарадиен 520
Норлолин 622
Норлупинин 632
Нуклеазы 700
728ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬНуклеиновые кислоты 316, 326, 329, 386,653,	654. 673 сл.Нуклеозиды 674 сл.. 678
пиримидиновые 677
пуриновые 676, 677
Нуклеопротеиды 654, 673
Нуклеотиды 329, 673 сл.комплементарные 686, 694 сл.
последовательность 689
Нуклеофильная атака 133, 413, 426,
481 сл., 534
Нуклеофильное замещение 44 сл., 52, 55,
231, 303 сл., 400, 482, 483, 570
кинетика 522
окиси углерода 426
порядок реакции 534
у тетраэдрического углерода 537
Нуклеофильное присоединение 392,
411 сл., 462, 473, 482
Нуклеофильное содействие 372
Нуклеофильные (секстетные) перегруп¬
пировки 570Обрыв цепи 511, 513, 515
квадратичный 512
Озониды 10, 11
а-Окиси 391, 409, 414
Окисикакодила 400
мезитила 135
пиридина 303фосфинов 387, 389, 390, 392, 397,
399 сл., 487
этилена 249, 254, 361
Окислительное дезаминирование 554, 5551,2,4-Оксадиазол 258
Оксазин 253, 3411.2-Оксазол	см. Изоксазол1.3-Оксазол	(Оксазол) 252, 254, 291 сл.,
448Оксазол-4-карбоновая кислота 292
Оксазолоны (Азлактоны) 268
Оксалил хлористый 500
я-Оксиазобензол 119
Оксиазосоединения 71, 939-Оксиакридин 314
Оксиалкилфосфоновые кислоты 395
Оксиантрахиноны 229
и-Оксибензальдегиды 173
Оксибензилпенициллин 295о-Оксибензойная кислота см. Салицило¬
вая кислота
.и-Оксибелзойная (1,3-оксибензойная)
кислота 152, 167
я-Оксибензойная (1,4-оксибензойная)
кислота 152, 165, 166
метиловый эфир (Анисовая кислота)
167Оксибензойные кислоты (Фенолокисло-
ты) 110, 165 сл.Оксигемоглобин 672Оксигидрохинон (1,2,4-Триоксибензол)
114, 1465-Okch-N, N-диметилтриптамин 279
Оксидоредуктазы 700, 707 сл.
Оксииндолы, производные 279, 280
гранс-о-Оксикоричная (о-кумаровая) кис¬
лота 172цис-о-Оксикоричная (кумариновая) кис¬
лота 172Оксилиналоол 580
Оксимеркурирование 366
2-Оксиметилбензойная кислота, лактон
(Фталид) 161
Окснмы 111, 130, 138 сл., 141, 144, 145,
258, 305
Оксин (8-Оксихинолин) 311
Оксинафталинсульфокислоты 216
Оксиндол 281
Оксиоксосоединения 111
Оксипиридины 305 сл.2-Оксипиримидин 318
21-Оксипрогестерон 617
Оксипролин 267, 658, 660, 6636-Оксипурин (Гипоксантин) 328, 329
Оксиран (Окись этилена) 249, 254, 361
Оксиредуктазы 7065-Окситетрациклин (Террамицин) 242
Оке ИТ один 666 сл.5-Окситриптамич (Серотонин) 279
Окситрифенилкарбинол 202
р-Окси-р-фенилпропиояовый альдегид
132Оксифлавоны 3398-Оксихинолин (Оксин) 311
сульфокислота (Хиназол) 311
а-Оксихинолин (Карбостирил) 3112-Оксициклогептанон 4641-Окси- 1,6-эпоксициклодекан, эфир 567
Оксиэтилмеркаптан 703
Оксол см. Фуран
Оксолан см. Тетрагидрофуран
Оксосоединения
протонизация 531реакции с АМО-соединениями 347 сл.—	с реактивом Гриньяра 355 сл.
Октадекапептид Фишера 655
Октануклеотид 693
Олефиныя-комплексы 346, 366, 429 сл.
реакции 10, 11, 256 сл., 366, 367, 507,
508, 509Оливин и оливиновая кислота 232, 233
Оливомицины 232, 233
Олигомеры 413, 510, 516
Олигонуклеотиды 693, 694
Оловоорганические соединения 384 сл.
Ониевое «обратное» соединение 376
Ониевые катионы 58 сл., 100, 121
Опий 628, 630
Опсин 592Ориентация замещения
галоидами 41 сл.
гомолитического 501 сл.
нуклеофильного 44 сл., 133, 134, 412
электрофильного 34 сл., 37 сл., 103,
104 сл., 390
Орнитин 657Ортапиловая кислота см. о-Аминобензол-
сульфокислота
Ортоэфиры 361
Осмоцен 439, 440, 460Палладийя-комплексы 430, 434, 441
полусэндвич 441
Пантокаин 170
Пантотеновая кислота 705
Папаверин 315, 628 сл.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ729Папаин 701Парамагнетизм свободных радикалов
489Параминдальиая кислота 173
Парафуксин 200 сл.Парациклофаны 189 сл.ПАСК (n-Аминосалициловая кислота)' 170Пеларгонидин 339, 340
Пельтьерин 626Пенальдовая кислота (а-Фенилацетил-
аминомалоновый полуальдегид)
295 сл.Пениллоиновая кислота 296 сл.
Пеницилламин 295 сл.Пенициллины 295 сл.Пенициллоиновая кислота 296 сл.
Пентаборан 375, 377
Пентабромтолуол 51
Пентабромциклопентан 450
Пентадиены, изомеризация 299
Пентазол 249, 291Пентакарбонил железа 417, 418, 424, 426,
429комплекс с ацетиленом 428
Пентален 469
Пентаметилбензол 27
Пентаметилендиамин 299, 302
Пентантрикарбоновая кислота 584, 623
Пентафенилмышьяк 404
Пентафенилсурьма 406
Пентафенилфосфор 404
Пентафторанилин 49
Пентафторбромбепзол 49
Пентафтортолуол 51
Пентафторфенол 49
Пентафторхлорбензол 49
Пентахлортолуол 51
Пентацен 239
Пентенилпенициллин 295
Пентозы, дегидратация 259
Пепсин 653, 700, 701
Пепсиноген 701
Пептидазы 653
Пептидсинтетазы 713
Пептиды, синтез 664 сл.Пептоны 655Пербензойная кислота (Бензоил, гидр )-
перекись) 156, 157, 503, 647
Пергидроазин см. Пиперидин
Пергидрофенантрен 236
Переаминирование 309, 327
Перегруппировки (а) 553 сл.азоксибензола в п-оксиазобензол 119
алициклов 564
алкоксибензолов 119
аллильные 120, 570 сл., 577 сл., 592—	обратная 572
Арбузова 394 сл.
ацетнлен-аллен-диеновая 574
ацилоиновая 575бекмановская 138, 139 сл., 551, 569—	второго рода 141
бензидиновая 73, 185, 216, 277
бензиловая 142, 261, 566
Вагнера 556, 586Вагнера — Мее рвейна 556, 560, 563,
589, 590
Валлаха 71Вольфа — Арндта 567 сл., 624Перегруппировки (а)гемолитические 576 сл.Гофмана 170, 568, 569
Данилова и Венус — Даниловой 565
Демьянова 564 сл., 576
изоборнеола в камфен 561, 562 сл.
изоборнильного (норборнильного) ка¬
тиона 561 сл.
илидов 520
камфеновые 589 сл.Клайзена 119, 456, 542
Криге 567
Курциуса 567, 569
Лоссена 568, 569
Мак-Кензи 554
Наметкина 563 сл., 590
а-нафталинсульфокислоты в |3-кнсло-
ту 216нуклеофильные (секстетные) 570
окислительного дезаминирования 554,
555пинаколиновая 539, 553 сл., 556, 566
пинена в борнилхлорид 556
радикалов 503, 576 сл.
ретропинаколиновая 531, 539, 556 сл.,560,	563 сл., 575, 586, 588. 589
с перемещением мигрирующей группы
к азоту 567
с перемещением зх-связей 570 сл.
семидиновая 73
Соммле 570
Стивенса 459, 570
Фаворского 565 сл., 574
фенилгидроксиламина в л-аминофе-
нол 119
Фриса 120, 151
Хараша 577
Шмидта 568
Передача цепи 509 сл., 513
константа передачи 514
Перекиси 503 сл., 583
антрацена 226бензоила 156, 157, 506, 507, 577
трет-бутила 507
водорода 228, 505
рубрена 240свободные радикалы 495
тетрацена 239
Перекисный эффект 506
Перенос реакционного центра 473, 523,
571, 573Переходное состояние (Активированный
комплекс) 29, 37 сл., 486, 502,
535 сл„ 560
квазиароматическое 544
конформация 549при перегруппировках 554, 560, 562,
563при электрофнльном замещении
478при элиминации 548
пространственные затруднения 164
пятицентравое 540, 541
трехцентровое 538, 539
четырехцентровое 538, 539
шестицентровое 348, 356, 358, 360,541	сл., 551
Перилен 212, 242, 243
Перинафтилий-катион 196
Перкаин (Совкаин) 312, 636
730ПРЕДМЕТНЫЙ указательПероксидазы 708
Перфторалканы 410
Перфторалкил-анион 413
Перфторароматические соединения 48,
49, 413
Перфторацетон 414
Перфторацетонитрил 410
Перфторвинильные соединения 414
Перфторизобутилен 412, 413
Перфторкетоны 414, 415
Перфторолефины 410 сл.ГТерфторпентан 408Перфторпропилен 408, 410, 412, 413, 429
Перфтортриэтиламин 414
Перфторуглеводороды 49, 408 сл.
Перфторциклогексан 410
Перфторэтилен 410
Перхлорильные производные 59
Пиазтиол 87Пикрамид (2,4,6-Тринитроанилин) 83, 84,
88Пикриновая кислота (2,4,6-Тринитрофе-
нол) 107, 109, 116
комплексы с переносом заряда 238
молекулярные соединения с перено¬
сом заряда 109
Пилокарпин 623 сл.Пилоповая кислота 623
Пимелиновая кислота 166
Пинаколин 358Пинаколиновая перегруппировка 539,
553 сл„ 556, 566
Пинаколиновый спирт 562
Пинан 585 сл.Пинены 556, 562, 580, 585 сл.
Пиненхлоргидрат 562
Пиновая кислота 586
Пинокамфан 586
Пиноновая кислота 586
Пиперазин (Тетрагидропиразин) 323
а-Пиперидил-|3-пиридин (Анабазин) 304,307,	638, 639
Пиперидин (Пергидроазин) 44, 249, 253,
255, 298, 299, 303
в алкалоидах 625 сл.Пиперин и пипериновая кислота 626
Пиперонал (Гелиотропин) 121, 626
Пиразин (1,4-Диазин) 253, 315, 322 сл.,
331Пиразол (1,2-Диазс)л) 249, 251, 255, 257,
283 сл., 288, 448, 540
Пиразолин (Дигидропиразол) 257, 284
Пиразолоны 285 сл.Пирамидон 286
Y-Пиран 334
Пирен 212, 242
Пиренхинон 243Пиридазин (1,2-Диазин, Малеиновый ди¬
альдегид, азии) 252, 315, 316 сл.
р-(а-Пиридил)-этанол 305
Пиридин (Азабензол) 86, 249, 250, 254,
293, 298 сл., 448
ароматичность 250, 302 сл.N-окись 303производные 301 сл., 304 сл.—	физиологическая	активность306	сл.реакции 298 сл., 302 сл., 426. 454, 467,
500синтез 301 сл., 3113,4-Пиридиндикарбоновая (цинхомероно-
вая) кислота 315
а-Пиридинкарбоновая кислота 307, 625
Р-Пиридинкарбоновая кислота см. Нико¬
тиновая кислота
Y-Пиридинкарбоиовая (изоникотиновая)
кислота 304, 306
Пиридинкарбоновые кислоты 298, 305,307Р-Пиридиисульфокислота 303, 305
Пиридинсульфотриоксид 260, 271
Пиридинтрикарбоновые кислоты 644
Пиридоксаль 307, 308, 711
Пиридоксаль-5-фосфат (кодекарбоксила-
за) 711, 712
Пиридоксамин 307, 711
Пиридоксин (Пиридоксол, Адермин) 307,308,	711
Пиридоксол-5-фосфат 711
Пиридонимин 305
Пирилиевые солн 334 сл.Пиримидин (1,3-Диазабензол, З-Азапири-
дин, 1,3-Диазин) 86, 250, 252, 253,
315, 316 сл.
производные 295, 317, 321, 331, 676
Пировиноградная кислота 289, 309, 310,
321, 710, 711, 712
Пирогаллол (1,2,3-Триоксибензол) 114,
118, 231Пирокатехин (1,2-Диоксибензол) 114—
116диметиловый эфир (Вератрол) 120
монометиловый эфир (Гваякол) 103,
120реакции 143, 151, 230
Пиролизнефти 21, 209
сложных эфиров 550
Пиромеллитовая (1,2,4,5-бензолтетракар-
боновая) кислота 159
а-Пирон 335, 429
Y-Пирон 334 сл., 338оксоииевые (пирилиевые) соли335Пирослизевая (а-фуранкарбоновая) кис¬
лота 256, 259, 260, 267
Пиррилмагнийгалогениды 269, 270, 335,
336, 354
N-Пиррил-р-пиридин 638
Р-Пиррилпропионовые кислоты 273
Пиррол (Азол) 251, 254, 255, 267 сл.
ароматичность 250
производные 269 сл., 354, 638
реакции 268 сл., 520
Пиррол-а-альдегид 270, 271
Пирролидин (Тетрагидропиррол, Азоли-
дин) 249, 254, 255, 268, 269
Пирролизидин 622Пирролин (2,5- или 2,3-Дигидропиррол)
249, 255, 268
а-Пирролкарбоновая кислота, эфир 270
Пиррометан (Дипиррилметан) 271
Пиррометен 271
Пищеварение 701
Плазмохин 312
Платинакарбонилгалогениды 425
я-комплексы 429 сл.
органические соединения 417, 430
Платинецен 623
предметный указатель731Платифиллин 623
Полиадениловая кислота 681
Полиаминополифосфоновые кислоты 396
Полигерманы 383
Полиглутаминовая кислота 671
Полидезоксирибонуклеотиды 681
Полиены, комплексы 428, 431 сл.
Полиинозиновая кислота 681
Поликапроамид 140
Поликарбоновые кислоты 158 сл.
Полимераза 694
Полимеризация 513 с., 516
Полиметилбензолы 20
Полиметиновые красители 300
Полинуклеотид-фосфорилаза 681
Полинуклеотиды 673, 678 сл.
Полиоксибензойные кислоты 167 сл:
Полиоксибензолы 118
Полирибонуклеотиды, синтез 681
Полисилоксаны 382
Полистирол сульфированный 659, 660
Политерпены 579Политетрафторэтилен (Тефлон) 49, 413
пиролиз 410
Полиуридиловая кислота 681
Полиуридинфосфат 689
Полифенилаланин 689
Полифенилметаны 192 сл.
Полифторбензолы 48
Полифторциклогексаны 48
Полициклокетоновые красители 283
Полиэтилентерефталат 162
Полусэндвичи 441, 442
Порфин 272 сл., 471, 472
Порфирины 271 сл., 471 сл., 672
Постулат Хэммонда 535, 536, 560
ПравилоБредта 528
Зайцева 546, 547
Кернера 21, 37Марковникова 32, 366, 375, 383, 506,
508, 586наименьших структурных изменений
553
Попова 634Сиджвика 418, 431, 439
Хюккеля 14, 272, 429, 447, 448, 470
Эльтекова — Эрленмейера 140
Преднизон 617Пренитол (1,2,3,4-Тетраметилбензол) 27Примахии 312Примулин 294Пробковая кислота 636ПровитаминAt (а-Каротин) 592 сл.D (Эргостерин) 596 сл., 607, 608
Da (7-Дегидрохолестерин) 596, 598,
607, 608Прогестерон (Лутеостерон) 611, 612, 615,
617, 619
Пролин 267, 658, 660
Прометон и прометрин 325
Пронтальбин 85
Пропан, ионизация 475
Пропанолы, индуцированное окисление
137Пропаргиловый альдегид 291
Пропенилацетилен 5494-Пропенил-2-метоксифенол (Изоэвгенол)
120n-Пропенил фенол, метиловый эфир (Ане¬
тол) 167н-Пропиламин, нитрозирование 530, 575
н-Пропилбензол 27
Пропилен (Пропен)
ионизация 475
р/Са 475радикальное присоединение 366, 506
а-Пропилпиперидин (Кониин) 304, 625
а-Пропилпиридин (Конирин) 625
Пропионитрил 498Пропиофенон (Феиилэтилкетон) 128, 133
Простетические группы 653, 655, 672, 698
Пространственные затруднения 164, 347,
359Пространственный эффект заместителя178	сл.Протамины 653Протеазы 699, 700, 701Протеиды 653Протеины см. БелкиПротокатеховая кислота 114, 151, 167Протокуридии 639Протонирование карбанионов 477Протопорфирин 273Прототропия 287Прототропная аллильная перегруппиров¬
ка 572 сл.Проферменты 701Прямой голубой светопрочный 23 М 218
Прямой черный 3 218
Псевдоионон 581
Псевдокислоты 476 сл.Псевдоконгидрин 626
Псевдокумол (1,2,4-Триметилбензол) 27
Псевдомочевая кислота 327
Псевдопельтьерин (Метилгранатаиин)636	сл.Псилоцибин 279Психомиметические вещества 279
Птеридин (1,3,5,8-Тетраазанафталин)
331 сл.Птероилглутаминовая (фолевая) кислота
86, 331, 332 сл.Пуберуловая кислота 466
Пулегол 584
Пулегон 584
Пурген 202Пуриновые алкалоиды 329 сл.Пурины 259, 287, 316, 326 сл., 625
в нуклеиновых кислотах 673 сл.
Пуромицин 692
Пурпур 282
Пурпурин 231
Путресцин 269Радикалы свободные см. Свободные ра¬
дикалы
Рацемазы 712
Рацемизация 497 сл„ 536в реакциях SnI 524 сл., 555
карбанионов 475, 478 сл.РеактивВиттига 336, 392, 403, 467
Гриньяра см. Гриньяров реактив
Иоцича 354
Реформатского, 364
РеакцииБальца — Шимана 98
732ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬРеакции
ц. •; Барта 99, 401, 405
Бешама 402
цТ биуретовая 654
4i Бородина — Хунсдиккера 499
Вильгеродта 57, 136
у^Вильсмейера 120, 126, 429, 451
Виттига 133, 392, 400, 404, 488
у гВюрца 52, 187, 205, 348, 353, 382, 401,
595Вюрца — Фиттига 31, 184
■>~чГабриэля 624З^Гаттермана 98, 125, 134, 184
Т^Геша 111, 134, 270
^ Гомберга 99, 100, 184, 237, 451
1ЧГомберга — Бахмана 501
^Гофмана (см. также Гофмановское
отщепление) 299, 547, 548, 550, 622,
626, 632, 634, 636, 637, 639
t Гриньяра см. Гриньяров реактив
ьфДарзана 594ь.Демьянова 527
t г Дильса — Альдера 541, 647
^Зайцева 546, 548
4*, Зандмейера 98
у Зинина 74
иммунологические 669
кк.Каниццаро 132, 260, 543
t ?Кижнера— Вольфа 270, 610, 631
i 1 Клемменсена 213
Кневеиагеля 171Кольбе 110, 165, 170, 473, 491, 542,
545ч < Коха 527, 528
»Жочешкова 451
1уЛейкарта 151■» чЛ1анниха 135, 265, 278, 429, 448, 451,
457, 465
<1 ^-Меервейиа 135
И Михаэлиса 401, 404
1Д.Михаэлиса — Беккера 394
Несмеянова 98
нингидринная 654
% ? Перкина 133, 171
уо Прилежаева 157
•51 Пфейффера 401, 404
»гРеймера — Тимана 111, 116, 118, 125,
270, 465
■aj Реппе 390, 421, 4284-» Реформатского 353, 364э	ГТищенко 132
*сУльманна 52
q-j Фишера 277«кФоссека — Педжа — Конанта 395
Фриделя — Крафтса 32—34, 106, 111,
122, 125, 134, 136. 154, 156, 160, 187,
191—193, 213, 225, 237, 260, 264,
265, 272, 317, 393, 417, 429, 438,
440, 448, 450, 451, 455, 456, 465
468, 560
(•^Циглера 379
'»>' Чамберса 414
i/пЧичибабина 277, 304*	«эНугаева 550
»*>Ч11имана 48
<0(111 ленка 138
| «(.Шмидта 404, 568I	«лШорыгина 349, 350, 474
1ЬчШоттен — Бауманна 156, 307
Редупликация 685Резерпин 620, 643, 644 сл., 649
Резерпиновая кислота 644, 645
Резерпиновый спирт 645, 646
Резинаты 595
Резит, резол, резитол 111
Резорциловая кислота 115, 165
Резорциловый альдегид 116
Резорцин (1,3-Диоксибензол) 114 сл.,
165, 203
Репелленты 162Ретен (2-Изопропил-8-метилфенантрен)237,	595
Ретиналь (Ретинин) 592
Ретинол (Витамин Ai) 592 сл.
Ретропинаколиновая перегруппировка
531, 539, 556 сл., 560, 563 сл., 575.
586, 588, 589
Рибоза 329, 332, 676, 709
£)-Рибоновая кислота 332
Рибонуклеазы 672, 679, 680, 701 сл.
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) 673,678	сл., 684, 687 сл., 692 сл., 712
информационные (матричные) 759,687	сл.
рибосом 687транспортные 679 сл., 688 сл., 694 сл.
Рибосомы 679, 687
Риботимидин 677Рибофлавин (Витамин Вг) 331, 332 сл.,
707, 710
Риванол (Этакридин) 314
Р-кислота 215РНК см. Рибонуклеиновые кислоты
Родамины 202 сл.Родопсин 592
Розамины 205Розанилин (Фуксин) 199, 202
Розоловая кислота 202
Ртутноорганические соединения 265,
364 сл.реакции 349, 352, 370 сл., 385, 392,
478, 519, 538
Рубрен (9,10,11,12-Тетрафенилтетрацен)
240Рубэритриновая кислота 229
Рутеноцен 439, 440, 460
Рутин (Витамин Р) 338Салициловая (о-оксибензойная) кислота
110, 111, 152, 165 сл., 340
Салициловый альдегид 111, 166
Салол 166
Сальварсан 404
Сапогенины 596, 619
Сапонины 619
Сассафрасовое масло 121
Сафранины 324
Сафрол 121Сахарин (о-Сульфобензойная кислота,
имид) 161, 163
Сахароза, инверсия 699
Свинецоргаиические соединения 384 сл.,
392, 491, 493
Свободнорадикальное (триплетное) со¬
стояние 490
Свободнорадикальные реакции 412,
497 сл.Свободные радикалы 115, 143, 147, 148.
208, 489 сл.
ароксильные 113
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ733Свободные радикалы
аутоокисление 503 сл.
донорно-акцепторные свойства 494 сл.
изомеризация 496
перегруппировки 576 сл.
перекисные 495, 496
устойчивые 205 сл., 489
ЭПР 115, 490
Секстетные (нуклеофильные) перегруп¬
пировки 570
Селенониевые соединения 408
Селенорганические соединения 407, 408,
519Селенофен 408
а-Селннен 591Семидиновая перегруппировка 73
Семихиноны 163 сл., 489 сл.
Сенециониновая кислота 622
Сераорганические соединения 407
Сереброя-комплексы 430, 431
органические соединения 416
Серии 657, 672, 681, 703
Сернистые красители 149, 283, 294, 295
Серотонин (5-Окситриптамин) 279
Сесквитерпены 469, 579, 590, 591
Сиккативы 595
Силаны замещенные 381
Силикохлороформ (Трихлорсилан) 389
Сильван (а-Метилфуран) 322
Симазин, симетон, симетрин 325
Симметризация меркургалогенидов 371
Син-анти-изомерия 72, 130, 138, 141
Синартетическое (анхимерное) содей¬
ствие 561 сл.Синиония 571
СинтезВилыдтеттера 636
Габриэля 160Гринберг — Манаго 681 сл.Джонсона 616
Ислера 593
Корнберга 681 сл.Очоа 681
Пахмана 172
Пикте 629
Пшорра 630
Реппе 390
Скраупа 310
Траубе 327, 625
Фишера 327
Хеуорса 236
Синтетазы (Лигазы) 694, 695, 700, 712
Синтин 519Сиреневая кислота 167
Скатол (Р-Метилиндол) 278, 279
Сквален 594, 596, 597, 598, 599
Скипидар 579, 581, 586, 595
Склеропротеины 653
Слизевая кислота 256, 267, 638
Смоляные кислоты 237, 595
Совкаин (Перкаин) 312, 636
Соль Фреми 143
Соль Цейзе 417, 419, 429
Сольватациякарбаннонов 477 сл.
карбкатионов 525
о, о- и а, я-Сопряжение (Гиперконъюга¬
ция) 40, 44 сл., 373, 374, 412, 547,
549СпектрыЭПР 115, 486, 490 сл.ЯМР 471, 525, 526, 560
Спин-спиновое расщепление 490
Спираны 555Спирты ароматические 122 сл.
Станнановые кислоты 384
Стелазин 342Стереоспецифические реакции 351
Стереохимия перегруппировок 554 сл.
Стерины (Стеролы, Стероидные спирты)
595, 598 сл.Стероидные гормоны 596
Стероиды 238, 594, 595 сл.конфигурация 604 сл., 619
Стибазил 40бСтибакриднновая кислота 405
Стибаниловая кислота 406
Стибенил 406
Стибины 404 сл.Стибозан 406
Стибониевые соли 405
Стигмастерин 598, 60/, 615
Стильбен (1,2-Дифенйлэтилен) 187 сл.,236,	263
триплетиое состояние 188
Стильбэстрол 188
Стипитатовая кислота 466
Стирол (Винилбензол) 180 сл., 513
Стифниновая кислота (Тринитрорезор-
цин) 116
Стрептомицин 692
Стрептоцид 85
Стрихнин 620, 649 сл.Стрихниновая кислота 651
Стрихнинолон и стрихнинолоновая кис¬
лота 651Стронцийорганические соединения 364Строфантидин 619Суберон 464Субтилизин 703Сукцинимид 249, 268Сульгин 85р-Сультоны 411Сульфагуаииднн (Сульгин) 85
Сульфадиазин 320
Сульфадимезин 86, 320
Сульфазин 320
Сульфазол 86
Сульфамезатин 320Сульфамеразин (Метилсульфазин) 320
Сульфамидные препараты 85, 170, 293,
304, 320Сульфаниловая кислота 76, 79, 85
амид 85, 86
Сульфапиримидин 320
Сульфатиазол 293
Сульфидин 86, 304
Сульфидирование 294
Сульфиды 63Сульфиновые кислоты 62, 484
ти-Сульфобензойная кислота 167о-Сульфобензойная кислота, имид (Са¬
харин) 161, 163
Сульфокислоты
азулена 468бензольного ряда 60 сл.
нафталинового ряда 214 сл.
свободные радикалы 500
Сульфокснды 266, 399
734ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬСульфониевые соли 266
Сульфоны 63, 263, 266, 484
Сульфохлорирование 489, 499
Суперароматические соединения 364
Сурьмяноорганические	соединения404 сл.Сэндвичеобразные соединения 379,438	сл., 450 сл.Таллийорганические соединения 381
Таннальбин 169	'Таннины 118, 169
Тартразин 286
Таурохолевая кислота 610
Таутомерияанионотропная 571
диадная 393
диазосоединений 90
изатина 28
нмино-енаминная 305
индоксила 281кето-епольная 281, 317, 384
лактим-лактамная 281, 317
металлотропная 384
нитрозофенолов 69, 110
нитрофенолов 108
триазенов 92
Таутомерный эффект (Электромерный
эффект, Г-эффект) 39 сл., 44, 53,
82, 84, 121, 177, 548, 555
ТГФ см. Тетрагидрофуран
Теллурорганические соединения 407, 408,519Телогены 514Теломеризация (Олигомеризация) 381,
385, 489, 507, 509 сл., 515
Теобромин 326, 329, 330, 620
Теофиллин (Эуфнллин) 329, 360
Терефталевая (л-фталевая, л-бензолди-
карбоновая) кислота 10, 112, 154,
158, 159, 162
этиловый эфир 25
Терилен (Лавсан) 162
Терпеноиды 579 сл., 585 сл.Терпены 579 сл.Терпин 581, 584, 585
Терпннены 582
Терпинеолы 585
Терпинолен 582Террамицин (5-Окснтетрациклин) 242Терфенил 184Терферроцепил 45417-Тестанон 603Тестостерон 611 сл.Тетраазанафталнн (Птеридин) 331 сл.
Тетраалкиларсоний 401
Тетраалкилсвннец 392
Тетраалкилснлан 381
Тетраалкилстибониевые соли 405
Тетраалкоксититаны 132
Тетраарилбор-анион 376
Тетраарилстнбониевые соли 405
Тетраарилэтаны 207
Тетраацетнлбромглюкоза 674
Тетрабензиламмоний 150
Тетрабензотетраазапорфин 282
Тетрабирин 644
Тетрабромпиррол 271
Тетрабромфлуоресцеин (Эозин) 2042.4.4.6-Тетрабромциклогексадиенон	(Три-
бромфенолбром) 105, 106.Тетрагидроальстонилин 646
Тетрагидроантрацен 232
Тетрагидронзохинолнн 315
Тетрагидронафталин см. Тетралин
Тетрагидропиразин (Пиперазин) 323
Тетрагидропиридазины 316
Тетрагидропиридин 253
Тетрагидропиррол (Азолидин, Пирроли-
дин) 249, 254, 255, 268, 269
Тетрагидроптероилглутаминовая (5,6,7,8-
тетрагидрофолевая) кислота 704
Тетрагидросалициловая кислота 166
Тетрагидротиазол (Тиазолидин) 295
Тетрагидротиофен (Тиофан) 255, 266 сл.
Тетрагидрофолевая кислота 704
Тетрагидрофуран (ТГФ, Фуранидии, Ок-
солан) 253—256, 259, 261, 353,436	сл., 449
Тетрагидрофуранаты металлов 437
Тетрагидрофуриловый спирт 261
Тетрагидрохинолин 312
Тетразин 2861.2.3.4-Тетразол	249, 252, 257, 290 сл., 448,540диазониевые соли 291
Тетраиодпиррол (Иодол) 271
Тетракис-азокрасители 95
Тетралин (Тетрагидронафталин) 209,221,238,	239
гидроперекись 221, 505
Тетралон 2212.3.5.6-Тетраметил-1-аминобензол	(Ами-
нодурол) 781.2.3.4-Тетраметилбензол	(Пренитол) 271.2.3.5-Тетраметилбензол	(Изодурол) 271.2.4.5-Тетраметилбензол	(Дурол) 27, 84,
486Тетраметилдиаминометан 4571.2,3,4-Тетраметилнафталин 437
Тетраметилолфосфонийхлорид 390
Тетраметилплатина 417
Тетраметилсвинец 491
Тетраметилэтилеи 562
Тетранитрометан 111, 238, 468
Тетраиуклеотид 693
'Гетрафенилметан 193
9,10,11,12-Тетрафенилтетрацен (Рубрен)
240Тетрафенилтиофен (Тионессаль) 263
Тетрафтор-л-фенилендиамин 49
Тетрафторэтилен 426, 540
Тетрахлор-л-бензохинон (Хлоранил) 144,
245, 468, 469
Тетрацен (Нафтацен) 212, 239 сл.
Тетрацианэтилен 109, 191, 238, 486
Тетрациклины 242 сл., 692
Тетраэтилсвинец 386, 491, 493
Тетрил 81Тефлон см. Политетрафторэтилен
Тиазин 149, 253, 3411,3-Тиазол (З-Азатиофен) 86, 252, 291 сл.,
254, 255, 321, 322, 448
Тиазолидин (Тетрагидротиазол) 295
Тиазолиниевые соли 293
Тиамин (Аневрин, Витамин В() 295,
320 сл.Тиамннпирофосфат 712
Тигогенин 619
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ735а-Тиенилаланин 265
Тимидин 683, 704
Тимин 319, 320, 673, 684 сл., 692
ртутная соль 677
Тимол (5-Метил-2-изопропилфенол) 583
Тиоиидиго и тиоиндигоиды 267
Тиоиндоксил 266, 267
Тиомочевина 85, 292, 319, 625
Тионафтеи (Бензтиофен) 251, 267 сл.
Тионессаль (Тетрафенилтиофен) 263
Тиофан (Тетрагидротиофен) 255, 266 сл.
Тиофен 31, 251, 255, 262 сл., 448
ароматичность 263, 266, 451
отделение от бензола 265
получение 256, 258, 262, 267
реакции 263 сл., 437
Тиофенальдегид 266
а-Тиофенсульфокислота 264
Тиофенсульфон 263
Тиоформамид 292, 293
Тиофосфиновые и тиофосфоновые кисло¬
ты 394, 397
Тиоцианиновые красители 293, 294
Тирозин 173 сл., 658, 701
т-РНК 681
Тироксин 173, 174
Титанорганические соедииения 417
Титаноценовые соединения 440
Тозилаты (л-Толуолсульфокислота, эфи¬
ры) 527, 558, 561, 562
5'-Тозил-З'-ацетил дезоксиаденозин 675
5'-Тозил-2',3'-изопропилиденцитидин 675
Токоферилхиноны 708
Токоферол (Витамин Е) 337
Тол (2,4,6-Тринитротолуол, Тротил) 66,
109Толан (Дифенилацетилеи) 189о-Толидин 185
Толуидиды 80
Толуидины 75, 76, 199, 295
Толуиловые кислоты 152, 153
Толуиловый альдегид 128
Толуол 20, 24, 27, 39, 192, 628
анион-радикал 487
кислотность 31, 349, 475
комплексы с BF3 30
окисление 153, 154
протонирование 532
реакции 39, 40, 47, 48, 60, 66, 155,
497, 502
Толуолсульфамид 163
Толуолсульфонаты (Тозилаты) 527, 558,561,	562Толуолсульфохлорид 141, 163, 664
Трансаминазы 706, 711
Транспортные РНК (т-РНК) 679 сл.,688	с л., 694, 695
Трансферазы 700, 703 сл., 712
Траисфосфорилаза 699
Треонин 657, 663, 711
Триазены (Диазоаминосоединения) 92,
362, 517
Триазины 325 сл.Триазолы 249, 251, 257, 289 сл., 448
ароматичность 289
Триалкиларсин 400, 401
Триалкилбор 374
Триалкилвисмут 406
Триалкилметоксисилан 381
Триалкилселенонийиодид 408Триалкилсилан 381
Триалкилфенолы 106, 113
Триалкилхлорсилан 381
Триаминобеизол 118
Триаминооксипиримидин 331, 332
Триариларсины 401
Триарилметаны 34
Триарилметил
анион 208
катион 208радикал 205 сл., 269, 372, 489
Триарилфосфораны 520
Триарилхлорметан 208
'Грибензиламин 150
Трибензоилрибофуранозид 6772.4.6-Трибромфенол	106
Трибромфенолбром (2,4,4,6-Тетрабром-циклогексадиенон) 105, 106
Три- (я-диметиламинофенил) -карбинол
197Три- (я-диметиламинофенил) -хлорметан
1962.4.6-Трииоданилин	79
Трикетогидринден, гидрат (Ниигидрин)654,	660Тримезиновая (1,3,5-бензолтрикарбоно-
вая) кислота 18, 159, 162
Тримезитилхром 437Тримеллитовая (1,2,4-бензолтрикарбоно-
вая) кислота 159
Триметилалюмииий, димер 379, 380
Триметиламин 299, 634, 6371.2.3-Триметилбензол	(Гемимеллитол) 271.2.4-Триметилбензол	(Псевдокумол) 271.3.5-Триметилбеизол	(Мезитилеи) 27, 31,
109, 162Триметилгалловая кислота 649
Триметилгалловый альдегид 1522.3.6-Триметилгидрохинон	3372.4.6-Триметил-1,4-дигидропиридин-3,5-
дикарбоновая кислота 3012.4.6-Триметилпиридин	(Коллидин) 301,336Триметилфенилфосфонийхлорид 390
Триметилфосфин 3903.4.5-Триметоксибензоилхлорид	6443.4.5-Триметоксибензойиая	кислота
644 сл.2.4.6-Тринитроанизол	462.4.6-Тринитроанилин	(Пикрамид) 83, 84,
88Тринитробензол 44, 63, 64, 66, 109, 118
сг-комплекс 45комплекс с переносом заряда 238
молекулярное соединение 109
Тринитрорезорцин (Стифниновая кисло¬
та) 1162.4.6-Тринитротолуол	(Тол, Тротил) 64,
66, 109Три-я-иитротрифенилметан 194
Тринитротрифенилметил-анион 195
Три-я-нитротрифенилметилнатрий 194, 195
Три-ж-нитротрифенилфосфииоксид 3972.4.6-Тринитрофенилдиазоний	93
Тринитрофенилоксоний 121
Тринитрофенол см. Пикриновая кислота2.4.6-Тринитрохлорбензол	83
Тринуклеотид 6933,4,5-Триоксибензойная кислота см. Гад>
ловая кислота
736ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ1.2.3-Триоксибензол	(Пирогаллол) 114,
118, 2311.2.4-Триоксибензол	(Оксигидрохинон)114,	1461.3.5-Триоксибензол	(Флороглюцин) 114,
118, 340, 341Триоктилфосфина окись 397
Триплетное (свободнорадикальное) со¬
стояние 490, 518
Трипсин 653, 662, 699, 700, 701 сл.
Трипсиноген 701
Триптамин 278, 279, 651
Триптнцен 208, 226, 475
Триптофан (р-Индолилаланин) 267, 277,
278, 658, 659
Трнс-азокрасители 95
Тритил см. 'Грифенилметил
Трифениламин 76, 82, 83
Трифениламиногуанидин 290
Трнфенилацилфосфоний 488
Трифенилбензол 17, 135
Трифенилгалоидметаны 205
Трифенилдибензоилметилфосфоний 391
Трифенилеи 59, 187, 242, 243
Три-о-фенилендиарсин 403
Трифенилметан 192, 193 сл., 201
кислотность 194, 224, 475
Трифенилметановые красители 81, 198 сл.,
200 сл., 523
Трифенилметил (Тритил) 692
анион 195катион 196, 198, 201, 427, 462, 523
перекись 194радикал 205 сл,, 269, 491
Трифенилметиллитий 349
Трифенилметилнатрий 194, 205, 348
Трифенилметилперхлорат 196
Трифенилметильные эфиры нуклеотидов
676Трифенилоксоний 35, 42, 121
Трифенилпирилиевая соль 336
Трифенилфенацилфосфониевые соли 391,
488Трифенилфосфин 390, 431, 467
окись 392, 397
Трифенилфосфинметилен (Реактив Вит-
тига) 336, 392, 467
Трифенилфосфит 104
Трифенилфосфонийциклопентадиенилид
461Трифенилхлорметан 192, 194 сл., 198,
205, 523
Трнфенилхром 436, 437
Т рифенилциклопропенилий-катион 447,521Триферроценилметил-катион 459
Трифторуксусная кислота 415, 671
Трифторхлорэтилен 410, 413
олигомеры 413
Y, Y- У'Трихлоркротоновая кислота 572,
5732.4.6-Трихлорпиримидин	317
1,1,1-Трихлорпропен 5772,6,8-Трихлорпурин 328
Трихлорсилан (Силикохлороформ) 389
Тропан 633 сл.Тропилиден см. Циклогептатриен
Тропилий-катион 449, 462 сл., 520, 523
Тропилийтрикарбонилхром 427
Тропин 633 сл.Тропиновая кислота 634
Тропинон 633, 635Тропинондикарбоновая кислота 634
Троповая кислота 633, 635
Трополоны 445, 464 сл.Тропон (Циклогептатриенон) 445, 463,
464Тротил (2,4,6-Тринитротолуол) 66, 109
Тубокурарин 639
Туйяплицины 465
Туннель-эффект 479, 498Убихиноны 708Увинол (2,2'-Диокси-4,4'-диметоксибензо-
фенон) 137
Углеводород Дильса (3'-Метил-1,2-цик-
лопентанофенантрен) 600
Уксусный ангидрид, анион 485, 486
Умбеллиферон 172
Ундекацен 238
УравнениеАррениуса 536, 700
Брауна — Окомото 178
Гаммета 175 сл., 306, 457
Тафта 178 сл.Урамил 327Ураты (Мочевая кислота, соли) З^и
Урацил 319, 320, 673, 684, 689
Уросульфан 85
Условия квантования 445 сл.Фаги 686 сл.ФАД (Флавинадениндинуклеотид) 707,
710Фарнезен 590
Фарнезилбромид 595
Фарнезилпирофосфат 597
Фарнезол 590, 591, 594
Фарнохинон (Витамин К) 219 сл.
Фелландрены 582Феназиновые красители 174, 323 сл.
Феназины (Дибензпиразины) 323
Фенантрен 20, 212, 225, 235 сл., 445, 63ь
Фенантренсульфокислоты 237
Фенантренхинон 236
Фенацетин (п-Ацетилфенетидин) 81
Фенетидины (о-, п-Этоксианилины) 75,
119Фенетол (Фенол, этиловый эфир) 119
Фенизон 285
Фенилазид 92Фенилаланин 173, 657, 681, 701
Фениламиноантрахиноны 229
В-Фениламинопропионовый альдегид 310
N-Фенилантраниловая кислота 314
Фенилацетамид 80, 81
а-Фенилацетиламиномалоновый полуаль-
дегид (Пенальдовая кислота)
295 сл.Фенилацетилглицин 296
Фенилацетилен 183, 195, 475
Фенилацетилкарбинол 575
Фенилбензилкетон 188
а-Фенилбензпирилиевые (флавилиевые)
соли 336, 339
Фенилбромкарбен 521З-Фенил-2-бутилтозилат 558
Фенилвинилуксусная кислота 213
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ737Фенилгидразин 92, 285
Фенилгидразоны 277, 285
Фенилгидроксиламин 67, 68, 70 сл.перегруппировка 119
Фенилглицин 282
Фенилдиазоацетат 502
Фенилдиазоний 58, 121, 184, 291, 4611	-Фенил-1 '-диметиламиноферроцен 4571-Фенил-2,3-диметилпиразолон-5	(Анти¬
пирин, Фенизон) 285, 2862-Фенил-2,2-диметилэтиловый	(неофиль-
ный) радикал 577Фенилдихлорстибин 405
Фенилендиамины 23, 75, 86 сл., 148 сл.,
290, 3240-Фенилендинитрен	87
Фенилизотиоцианат 661
Фенилиодидхлорид 56, 57
Фенилирование гомолитическое 501 сл.
Фенилкакодил 402
Фенилкарбиламин 1413-Фенил-5-карбэтоксиизоксазолин	540
Фенил-катион 121Фениллитий 49, 155, 349, 400, 406
Фенилмедь 4161-Фенил-3-метилпиразолон-5	285, 286
Фенилнатрий 52, 451Фениловый эфир фосфорной кислоты 104
Фенилпентазол 285
Фенилпиразол 285Р-Фенилпропионовый (гидрокоричный)
альдегид 128
Фенилселениновая и фенилселеноновая
кислоты 408
Фенилсеребро 416
Фенилсульфаминовая кислота 79
Фенилтиогидантоии 661
Фенилтолилкетоксимы 138
Фенилуксусная кислота 153, 171, 354, 437
Фенилуксусный альдегид 128
Фенилферроцен 4572-Фенилхромон	(Флавон) 337, 338, 339
Фенилэтилкетон (Пропиофенон) 128, 133
Фенобарбитал 318Феноксазин 341 сл.■у-Феноксипиридин 306
Феиол(ы) 20, 59, 101 сл.
ионизация 177конденсация с альдегидами 111 сл.,261многоатомные 114 сл., 134
окисление 143получение 52, 62, 101, 505, 566
реакции 103 сл., 112, 148, 202, 261,
342, 368, 465
эфиры 119 сл., 464—	аллиловый 456, 542
Фенолазы 708Феноло-альдегидные полимеры 112, 261
Фенолокислоты (Оксибензойные кисло¬
ты) 110, 165 сл.Фенолсульфокислоты 107
Фенолфталеин 160, 202 сл.Фенониевый катион 558 сл.Феносафранин 324
Фенотиазин 341
Феофорбиды 275Ферменты 306 сл., 320, 387, 597, 653, 655,698 сл.классификация 700	IФерредоксины 708
Феррициний-катион 418, 439, 451
Ферроцен (Дициклопентадиенилжелезо)92,	417, 438 сл., 450 сл.
металлоорганические производные
451 сл.Ферроценальдегид 451
Ферроцендиборная кислота 453
Ферроцеидикарбоновая кислота 453
Ферроценилазид 455
Ферроценил-1-азонафтол-2 454
Ферроцениламин 453, 454
Ферроценилборная кислота 453, 454
Ферроценилгетероциклы 454
Ферроценилдиазоний 454
Ы'-Ферроценилендиамин 453
Ферроценил-катиои 458
Ферроцениллитий 453, 454
Ферроценил,метил-катион 458, 459
а-Ферроценилпиридин 454
Ферроценкарбоновые кислоты 453, 455,
457нитрилы 453, 455
Ферроценол 453
Фиброин 173, 653Физические методы установления строе¬
ния 23 сл.Филлохинон (Витамин Ki) 219 сл.
ФиолетовыйДебнера 198, 199, 202
Лаута 87
Фитилбромид 337
Фитол 220, 275, 337, 591
Фитохинон (Витамин Ki) 219 сл.
Флавантрен 233Флавилиевые (ct-фенилбензпирилиевые)
соли 336, 339
Флавинадениндинуклеотид (ФАД) 707,
710Флавинмононуклеотид (ФМН) 707, 710
Флавиновые ферменты 709
Флавоны (2-Фенилхромоны) 337, 338,
339, 341Флороглюцин (1,3,5-Триоксибензол) 114,
118, 340, 341
Флороглюциновый альдегид 118, 340
Флуорен (о,о'-Дифенилметан) 20, 192,
212, 223 сл., 349, 354, 475
Флуоренил-анион 473
Флуоренон 223
Флуоресцеин 203 сл.ФМН 707, 710Фолевая (птероилглутаминовая) кислота
331, 332 сл.Фолликулин (Эстрон) 611 сл., 614, 616 сл.
Формальдегид 111 сл., 621теллуровый и селеновый аналоги 519
Форманилид 451
Формилметионин 692
N-Формилпиррол 270
Формилуксусная кислота 173
Формилуксусный эфир 319
а-Формил-р-этоксипропионитрил 321
Фосгеи 154, 192, 500
Фосфатазы 701
Фосфат-трансфераза 706
Фосфилы 487
Фосфинаты 387
Фосфинимины 387
Фосфииистые кислоты 387, 393 сл.
738ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬФосфиниты 387, 394 сл.Фосфинметилены (Метнленфосфораны,
Фосфорилиды) 387, 390 сл., 520
Фосфиновые кислоты 387, 389, 390,
394 сл.Фосфинсульфиды 387
Фосфины 386, 387, 389 сл.окиси 387, 389, 390, 392, 394, 397,
399 сл., 487
Фосфиты 104, 392, 394
Фосфицин 3963'-Фосфоаденозин-5'-пирофосфат 705
Фосфоглюкомутаза 700
Фосфодиэстераза 674
Фосфонаты 387Фосфониевые соли 387, 390, 399, 488
Фосфонистые кислоты 387, 393 сл.
Фосфонитрилы 398
Фосфониты 387, 394 сл.Фосфоновые кислоты 387, 389, 390,394	сл.Фосфопротеиды 653, 672
Фосфорилен 391Фосфорилиды см. Илиды фосфора
Фосфорорганические соединения 386 сл.,520стереохимия 399 сл.Фотогомолиз (Фотодиссоциация) 492 сл.,
519Фотолиз диазометана 518 сл.
Фотохимические реакции 137, 497, 510,
516, 518 сл.
ферроценовых соединений 459
Фреоны 48, 408
Фруктозо-1-фосфат 711
Фруктокиназа 706
Фталаминовая кислота 160, 170
Фталевая (о-бензолдикарбоновая) кис¬
лота 23, 153, 154, 158 сл., 230, 315
имид (Фталимид) 160, 161, 249, 282
нитрил (Фталонитрил) 282, 472
хлорангидрид (Фталилхлорид) 161
ле-Фталевая (изофталевая) кислота 154,
158, 159Фталевый ангидрид 158 с л., 187, 209, 249
реакции 160 сл., 170, 202 сл., 225, 228,
230, 238, 282, 458
Фталеины 202 сл.Фталид (2-Оксиметилбензойная кислота,
лактон) 161
Фталилхлорид (Фталевая кислота, хлор-
ангидрид) 161
Фталимид (Фталевая кислота, имид) 160,161,	249, 282
калия 160, 161
меди 453
Фталонитрил 282, 472
Фталоцианины 282, 472
Фтивазид 306
Фторбензол 50, 410, 413о-Фторбромбензол 592,6-Фторбромтолуол 26
Фторкарбоновые кислоты 415
Фторорганические соединения 408 сл.ароматические 413 сл.Фтортолуолы 51Фуксин (Розанилин) 199, 201, 202
Фуксон 202Фульвены 19, 223, 351, 459, 460, 467
Фумаровая кислота 711Фуран (Оксол) 251, 254, 255, 258 сл.,
267, 448
в диеиовом синтезе 60, 259
в конденсированных системах 261 сл.
окисление 259, 260
реакции 256, 259 сл., 268
Фуранндин см. Тетрагидрофуран
а-Фуранкарбоновая (пирослизевая) кис¬
лота 256, 259, 260, 267
Фуранозы 261
Фурил 261Фуриловая кислота 261
Фуриловый спирт 261
Фуроин 261
Фурфурол 21, 258, 261Хелатные соединения 142, 311
Химотрипсии 653, 662, 701
Химотрипсиноген 701
Хиназол (8-Оксихинолин, сульфокисло¬
та) 311Хинальднн (а-Метнлхннолин) 310, 312
Хингидрон 147, 487
Хинизарнн 219, 231
Хинин 312, 620, 639 сл.Хининовая (6-метоксихинолин-4-карбона-
вая) кислота 640—643
Хининон 641
Хиноксалины 87
Хинолнзидин 632Хинолин (2,3-Бензпиридин, 1-Азанафта-
лин) 20, 252, 310 сл., 315, 640, 642
Хинолин-4-карбоновая (цинхониновая)
кислота 640
Хинолиновая кислота 310, 311, 3158-Хинолинсульфокислота	311
Хиноннмины 148 сл.Хиноны 143 с л., 239, 428, 487
Хинотоксины 641 сл.Хинотрипсин 653
Хинуклидин 6429-Хлоракридин	315
а-Хлоралкнлфосфоновые кислоты 396
Хлораль 395Хлорамины 62Хлоранил (Тетрахлор-я-бензохннон) 144,
245, 468, 469
Хлоранилины 75, 76
Хлорацетальдегид 292, 293
.и-Хлор-л-ацетиламиностибиновая кисло¬
та, Na-соль (Стибозан) 406
Хлорацетофенон 136
Хлорбензойные кислоты ]Я2, 175
Хлорбензол 24, 25, 28, 47, 49, 50, 52
дипольный момент 25, 42
реакции 34, 52, 55, 58, 75, 100, 101,
121, 393, 438
/-эффект 41, 53
Г-эффект 53
Хлорбромбензолы 24
Р-Хлорвинилкетоны 318
Р-Хлорвинилмеркурхлорид 372, 549
Хлордифторметан 4105-Хлор-7-иодоксихинолин (Энтеросептол)
311Хлорирование 488, 497 сл., 507
Хлоркарбен 520
Хлоркарборан 3781-Хлор-метилбутан 497
предметный указатель739Хлорметилирование 48
а-Хлорнафталин 216Хлорнитробензолы (Нитрохлорбензолы)
26, 45, 75, 107, 317
Хлороксосоединения 293
Хлорониевые катионы 58 сл., 100
Хлорофилл 267, 271, 275 сл., 472, 591
Хлорофос 395а-Хлорперфтормасляная кислота 408
Хлорпиразол 285
Хлорпиридазин 316
-Хлорпиридин 520
лорпиримидины 317
а-Хлорпиррол 271
Хлорпромазин (Аминазин) 3427-Хлортетрациклин (Ауреомицин, Биоми¬
цин) 242
Хлортолуолы 24, 51, 55
Хлортриптицен 2083-Хлор-1,3,3-трнфенилпропин 240
Хлоругольиый эфир 154, 270
Хлоруксусная кислота 649Э-(о-Хлорфенил) -9,10-дигндроакридин 83
Хлорфенолы 102, 106
Хлорферроцен 453
Хлорформилирование 500
Хлорфосфины 389, 392 сл.Хлорфосфиты 394
Хлорциан, полимеризация 325
п- (Р-Хлорэтил)-анизол 560
а-Хлорэтилбензол 47
Холановая кислота 609
Холевая кислота 609, 610
Холекальциферол (Витамин D3) 608
Холестан 599, 605Холестанол (Дигидрохолестерин) 599,
601, 605 сл.Холестанон-3 607
Холестен 599Холестерин 596, 598, 599 сл., 605 сл., 608,
610Холинэстеразы 653, 700
Хризен 212, 242, 243, 244
Хромгексакарбонил 441сэндвичеобразные производные 416,
417, 436, 440, 441
Хромомицины 233
Хромон (2,3-Бенз--у-пирон) 337 сл.
Хромопротеиды 592, 654, 672
Хромосомы 687Цветность азокрасителей 96
Целлюлоза 699, 700Цены сэндвичеобразные 417 сл., 438 сл.
Цепные реакции 114, 148, 497 сл., 506 сл.кинетика 510 сл.Церулоплазмины 708
Цианамид, полимеризация 325
Цианидин 339Цианиновые красители 293, 294, 312 сл.
Циановая кислота, эфиры 325
Цианосорб 1372-Циан-2-пропилрадикалы 494
Циануксусный эфир 327
Цианур хлористый 325
Цианэтилирование 484
Цикл Кребса 706, 713
Циклоалкил-катионы 527Циклобутадиен 448 сл.
димеризация 428, 448
комплексы 428, 431, 448
Циклобутадиентрикарбонилжелезо 428,
431, 448
Циклобутан 316, 475, 540
Циклогексадиен 18Циклогексадиендикарбоновая кислота
10, 16Циклогексадиенин см. Дегидробензол
Циклогексан 10, 13, 19, 191, 192, 249, 475
галоидирование 497
изомеризация 564
Циклогександикарбоновая кислота 10
Циклогександион-1,3 (Дигидрорезорцнн)115,	279Циклогексанкарбоновая кислота 645, 646
Циклогексанон, производные 556
Циклогексанон-4-карбоновая кислота 584,
585Циклогексатриен 13
Циклогексен 12, 18, 249, 367
Чис-Циклогексилен-1,2-диуксусная кисло¬
та 222Циклогексил-я-толуолсульфонат 562
Циклогептандион 464
Циклогептатриен (Тропилиден) 462 сл.,475,	520
реакции 426, 462
Циклогептатриенон (Тропон) 445, 463,
464Циклодекан 467
Циклодекандион-1,6 466
Циклодекапентаен 432
Циклодецен 467
Циклододекагексаен 470
Циклододекан 432
Циклододекатриен 432, 433
Циклододекатриенникель 431, 432
Циклонуклеозиды 674
Цнклооктадеканонадиен ([18]-Аннулен)
470Циклооктадеканонаен 470
Циклооктадиен-1,5 431—433
Циклооктатетраен 15, 431, 432, 445, 470,637дианион 470, 487
Циклооктатриен 637
Циклопентадекаен 470
Циклопентадиен 94, 192, 223, 440, 475
Гриньяров реактив 223
я-комплексы с металлами 431
реакции 349, 354, 413, 427, 438, 467
я-Циклопентадиенил-я-аллилпалладий441
Циклопентадиенил-анион 249, 427, 449 сл.,
474ароматичность 449, 462
Цикло'пентадиенилиды 460
Циклопентадиенилкарбонилгалогениды
428, 442Циклопентадиенилкарбонилметаллы
427 сл., 440, 442
Циклопентадиенилмагнийбромид 450
Циклопентадиенилтрикарбонилмарганец
427, 442Циклопентадиенильные сэндвичеобраз¬
ные производные 417 сл., 438 сл.
Циклопентадиенон 94, 428
Циклопентадиенонтрикарбонилжелезо 428
Циклопентан 440, 475
740ПРЕДМЕТНЫЙ указательЦиклопентаногептадиен 467
Циклопентанофенантрен 596
Циклополиены 470 сл.Циклопропан 475, 520, 566
Циклопропенилий-катион 447
Циклосерин (4-Амино-З-изоскалидон) 291
Циклофаны 189 сл.Цилиатин (|3-Аминоэтилфосфоновая кис¬
лота) 386
Цимантрен 442я-Цимол (я-Метилилизопропилбензол) 27
Цингиберен 591Цинкорганические соединения 363, 364
Цинхолойпоновая кислота 640
Цинхомероновая (3,4-пиридиндикарбоно-
вая) кислота 315
Цинхонин 312, 639 сл.Циихониновая (хинолин-4-карбоновая)
кислота 640
Цинхофен (Атофан) 312
Цистеин 657, 703, 707, 708
т-РНК 689
Цистин 657, 660, 661, 672, 703
Цистрон ДНК 697
Цитозин 319, 320, 673, 684 сл., 692
Цитохромы 707, 708
Цитраль 580, 581
Цнтронеллаль 580, 584
Цитронеллол 580Шимоза 109Шиффовы основания (Анилы) 70, 131,308,	332, 361, 451
Шкала рКа (Шкала МСЭД) 475Щавелевая кислота 332
производные 287, 587
Щавелевоуксусная кислота 288, 706, 712
Щавелевоянтарная кислота 299
Щелочное плавление 101, 214, 311Эвгенол (4-Аллил-2-метоксифенол) 120
Эвипан 318
Экгонин 635, 636Экзальтация магнитной восприимчивости445	сл.Экзоаннулярные водороды 471
Экзонуклеазы 695
Экзопротеазы 700Электромерньш эффект см. Таутомерный
эффектЭлектронный парамагнитный резонанс
(ЭПР) 115, 486, 490 сл., 518
Электроноакцепторные и электронодо-
норные
заместители 174 сл.—	в ферроцене 457
радикалы 495
Электрофильное замещение 28 сл., 48, 60,93,	104 сл., 110 сл., 372 сл., 368,
402, 535, 537, 545, 555
в азулене 468в ароматических аминах 78 сл., 82
в ароматических кетонах 136
в имидазоле 288
в карбанионах 478 сл.
в нафталине 211, 213 сл.
в пиразоле 285
в пиридине 303 сл.
в пирроле 271
в резорцине 116Электрофильное замещение
в стироле 181
в тетразоле 290
в тиазоле 293
в тиофене 264
в трополонах 465
в фенантрене 237
в ферроцене 450 сл.
в циклопентадиеиильном анионе 449
ориентация 34 сл., 37 сл., 103, 104 сл.,
390Элементоорганические соединения 345 сл.
Элиминация (Отщепление) 543, 546 сл.
а- 518 сл., 551
Р- 373, 546 сл.
транс- 131, 549 сл.
цис- 550диазогруппы 97 сл., 201
Энантиомерия 118
Эндопротеазы 700
Энзимы см. Ферменты
Энтеросептол (5-Хлор-7-иодоксихинолин)311Эозин (Тетрабромфлуоресцеин) 204
Эпиандростерон 613
Эпидигидрохолестерин 612, 613
Эпикопростерин 606
Эпимеразы 712
Эпихолестанол 606
Эпихолестерин 606ЭПР (Электронный парамагнитный ре¬
зонанс) 115, 486, 490 сл., 518
Эргостерин (Провитамин D) 596 сл., 607,
608Эскулетин 172
Эстеразы 653, 699, 700
Эстрадиол 611, 614Эстрон (Фолликулин) 611 сл., 614, 616 сл.
Этакридин (Риванол) 314
Этанолмеркурхлорид 373
Этилакрилат 428
Этилбензоат 177
Этилбензол 27, 34, 47, 180
дегидрогенизация 180
окисление 135
Этилен, окись (Оксиран) 249, 254, 361
Этиллитий 348
Этилнитрат 271
Этиловый красный 312, 313
М-Этил-а-окси-1,2-дигидрохинолин 312
Этилортотитанат 440
N-Этилпиперидин 646
N-Этилхинолин 312
Этилхлорофиллиды 275
Этиобилиановая кислота 603
Этоксианилины (Фенетидины) 75, 119
Эуфиллин (Теофиллин) 329, 330
Эфедрин 152, 621Эфиры ароматические 103, 119 сл., 121
простые 121, 505
сложные 550
Эффект Натана — Бэкера 40
Эффективный атомный номер 418, 431,439Яблочная кислота 172, 620, 711
ЯМР-спектры 232, 233, 526, 531
Янтарная кислота 256, 262
ангидрид 248
Янтарный диальдегид 634
СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ 2АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯБензол и его производные 	Бензол н его строение 	Синтез бензола и его производных нз алифатических и алициклическихуглеводородов 	Превращения бензола в алифатические и алициклические соединения . .Источники ароматических углеводородов 	Изомерия замещенных бензолов 			Физические методы установления строения органических молекул. ///....Вопросы номенклатуры бензольных производных 	v Реакции электрофильного замещения в бензольных углеводородах . . .Ориентация замещения	Причина явлений ориентации	Гиперконъюгация и орто- и пара-ориентация		 .Ориентирующий эффект галоидного заместителя	Мета-ориентация	Ориентация нуклеофильного замещения	Галоидпроизводные бензольного ряда . 	Химические свойства галоидпроизводных ряда бензола	Соединения с многовалентными галоидами . . 	Дегидробензол (циклогексадиенин, «бензин»)			Сульфокислоты и другие ароматические сернистые соединения . .	. . ■ •Реакция сульфирования в ряду бензола 	Функциональные производные сульфокислот . . 	Реакции сульфокислот с замещением сульфогруппы	Другие сернистые функции ароматического ряда	Нитросоединения ряда бензола 	Функции, образуемые неполным восстановлением нитросоединений	. . ■ .Нитрозобензол	 . . . .Фенилгидроксиламин	Азоксибензол 	Азобензол 	Ароматические амины	 		Основные свойства ароматических аминов	Реакции электрофильного замещения в бензольном ядре аминов . . . .Замещение в аминогруппе	Ароматические вторичные и третичные амины	Нитроанилины . 		Анилинсульфокислоты	Ароматические диамины	Диазосоединения 			 ■ 	 	Реакции диазосоединений без выделения азота 	Реакции диазосоединений с выделением азота ..... 	Фенолы	 	Реакции гидроксила фенолов 	 	Реакции ароматического ядра фенола ........ . ... .Молекулярные соединения с переносом заряда'... 	Ароксилы			Многоатомные фенолы	 . . . .Диоксибензолы ... ■ ■ 				Клатратные соединения гидрохинона 	 	Анса-соединения гидрохинона. Антропэнантиомерия. /		Полиоксибензолы			Эфиры фенолов	Простые чистоароматические эфиры			. . . .Трифенилоксониевые соли	 	Ароматические спирты	 	Феиолоспирты и их простые эфиры			Ароматические альдегиды			Синтез ароматических альдегидов ... . . .
Свойства ароматических альдегидов 	 	99171819212326283437404142444649.665960606162626367687071727477788082838586889297101103104109113114114116117118119121121122122124124127
742СОДЕРЖАНИЕАроматические кетоны	133Синтез ароматических кетонов	134. Свойства ароматических кетонов	135Оксимы кетонов и бекмаяовская перегруппировка	138Дикетоны	141Хиноны	'	143Реакции бензохинонов 		144Хингидрон и семихинон	147Хинонимины	148Гетерофункциональные амины с аминогруппой в боковой цепи	150Ароматические карбоновые кислоты	153Способы введения карбоксила в ароматическое ядро	153Бензойная кислота и ее функциональные производные 		155Поликарбоновые ароматические кислоты	158Замещенные карбоновые кислоты	163Оксибензойные кислоты (фенолокислоты)	165 'Ароматические аминокислоты	169Карбоновые кислоты с карбоксилом в боковой цепи	171Передача влияния заместителей через бензольное кольцо. Корреляционныеуравнения	174Ароматические углеводороды с непредельной боковой цепью	180Многоядерные ароматические соединенияСоединения с изолированными бензольными ядрами	184Дифенил (или бифенил)	184Атропизомерия. II			186Дифенилен (или бифенилен) 		1871,2-Дифенилэтан, 1,2-дифенилэтилен, 1,2-днфеиилацетилен	187Циклофаны	189Полифеннлметаны	192Фталеины, флуоресцеин, розамииы и родамины	202Свободные радикалы ряда трифенилметила	205Конденсированные ароматические системы		209Нафталин и его производные	209Нафтохиноны . . 		219Гидронафталины	221Аценафтен, инден, флуорен	223Антрацен и его производные	224Антрахинон и его производные			228Индантреновые и полициклокетоновые красители	233Фенантрен		235Высшие конденсированные ароматические углеводороды	238Ацены	238Ангулярные высшие ароматические конденсированные углеводороды . . . 242ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯПятичлеиные гетероциклы	255Циклы с одним гетероатомом	255Фуран	258Конденсированные системы с фурановым циклом	261Тиофен	262Тетрагидротиофеи (тиофан)	266Бензтиофен и его производные	266Пнррол	267Порфин. Порфирины	271Индол (бензпиррол)	277Индиго	281Фталоцианины		 . 282Карбазол		283Пятичленные гетероциклы с несколькими одинаковыми гетероатомами . . . 283Пиразол	283Имидазол	287Биотины	288Триазолы	289Тетразол	290Пентазол . . . 		291
содержание743Пятичленные гетероциклы с двумя разными гетероатомами	291Изоксазол	291Оксазолы	292Тиазол	292Шестичленные гетероциклы	298Гетероциклы с одним атомом азота	298Пиридин 		298Оксипиридины и аминопиридины . -			305Физиологически активные вещества с пиридиновым ядром	306Хинолин и его производные	310Акридин	313Изохинолин	315Шестичленные гетероциклы с двумя атомами азота (диазины)	.315Пиридазин	316Пиримидин	316Пиразин	 		322Шестичленные гетероциклы с тремя атомами азота	325Азотистые бигетероциклы	326Пурин и его производные	3£6Нуклеотиды	329Пуриновые алкалоиды	329Кинетин	331Птеридины	331Фолевая кислота	332Рибофлавин	332Шестичленные гетероциклы с атомом кислорода	334Производные у-пирана		334Хромон, флавон и родственные им вещества	337Аитоцианидины	339Шестичленные гетероциклы с двумя разными гетероатомами	341ЧАСТЬ ВТОРАЯЭлементоорганические соединения			345Активные металлоорганические соединения 1, II и III групп	346Первая группа периодической системы элементов	348Вторая группа периодической системы элементов	352Третья группа периодической системы элементов	374Четвертая группа периодической системы элементов	381Пятая группа периодической системы элементов	386Шестая группа периодической системы элементов	407Седьмая группа периодической системы элементов	408Металлоорганические соединения переходных металлоз	415Карбонилы металлов	422Олефиновые я-комплексы переходных металлов	429Металлоарены 	434Мет аллоцены	438Небензоидные ароматические системы	443Диамагнитные свойства ароматических систем	444Ароматические системы с двумя я-электронами	447Ароматические системы с четырьмя и-электронами	448Ароматические системы с шестью я-электронами	448Циклопентадиенил-анион	44дТропилий-катион . 		452Ароматические системы с числом л-электроиов более шести	4ggАзулен	4б6Аннулены	470Порфирины		471Карбанионы . 		473Свободные радикалы		4^Электронный парамагнитный резонанс	4уцОбразование свободных радикалов	4^Реакции свободных радикалов 	 4У4Элементарные акты	4у>4Свободнорадикальные цепные реакции	Гомолитическое замещение	4У/Реакции аутоокисления 	 503Радикальное присоединение по двойным связям	5qqРеакции теломеризации (олигомеризации)	ggy
744СОДЕРЖАНИЕКинетика цепных реакций	510Определение констант передачи цепи в радикальной теломеризации . . . 514Карбены		519Карбониевые ионы (карбкатионы)		 ■ 522Гидридные перемещения			528Механизмы химических реакций		534Структура переходного состояния 	 535Реакции элиминации 	 546Перегруппировки			553Перегруппировки с изменением углеродного скелета 		553Перегруппировки с карбенами и карбеноидами в качестве проысж> шчных про¬
дуктов 	567Перегруппировки с перемещением я-связей			570Гидридные перемещения	 575Гомолитические перегруппировки	576Изопреноиды	 . 579Терпены и терпеноиды	 	579Монотерпены и терпеноиды	580Сесквитерпены и сесквитерпеноиды	. . 590Дитерпены, тетраизопреноиды и каротиноиды 		.591Смоляные кислоты	595Стероиды	 595Стерины (стероидные спирты)			598. Конфигурация стероидов		604Желчные кислоты			 609Стероидные гормоны	 	610Генины и сапонины . .		619Алкалоиды гетероциклического ряда ... ...		620Алкалоиды с пятичленным гетероциклом с одним ато.им азота . . . 620
Алкалоиды с системой двух конденсированных пятичленных циклов с од¬
ним общим атомом азота	622Алколоиды с пятичленным гетероциклом с двумя атомами азота .... 623
Алкалоиды с шестичленным гетероциклом с одним атомом азота .... 625
Алкалоиды с системой двух конденсированных шестичленных циклов собщим азотом		 632Алкалоиды с конденсированными пяти- и шестичленными гетероцикламии одним атомом азота 	 633Алкалоиды с двумя конденсированными шестичленными гетероциклами содним атомом азота	636Алкалоиды с двумя изолированными гетероциклами с двумя атомами азота 637
Алкалоиды с двумя конденсированными шестичленными гетероцикламис общим атомом азота и одним изолированным гетероциклом	640Алкалоиды с тремя конденсированными гетероциклами с двумя атомамиазота	643Белки (протеины)	653Методы индивидуализации бел;;он 	659Методы установления строения белков 	 659Синтез пептидов и белков 	 		..... 664Вторичная и третичная структура белков 	 	 669Нуклеотиды и полинуклеотиды		673Синтез белка в организме	673Синтез нуклеотидов	677Полинуклеотиды	678Ферменты		 698Классификация ферментов	700Гидролазы		 700Трансферазы		703Оксидоредуктазы			706Лиазы			7ЮИзомеразы		712Синтетазы	 	712Предметный указатель				713АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ НЕСМЕЯНОВ,НИКОЛАИ АЛЕКСАНДРОВИЧ НЕСМЕЯНОВНАЧАЛА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. Книга II.Издание второе, переработанное