Хлорангидри́д карбо́новой кислоты́ (ацилхлорид) — производное карбоновой кислоты, в которой гидроксильная группа -OH в карбоксильной группе -COOH заменена на атом хлора. Общая формула R-COCl. Первый представитель с R=H (хлористый формил) не существует, хотя смесь CO и HCl в реакции Гаттермана - Коха ведёт себя подобно хлорангидриду муравьиной кислоты

Номенклатура

Названия хлорангидридов производятся от названий соответствующих кислотных остатков (ацилов) путем добавления к ним слова хлористый в начале или слова хлорид в конце.

Физические свойства

Хлорангидриды по большей части жидкости, кипят при значительно более низких температурах чем соответствующая кислота из-за отсутствия межмолекулярных водородных связей. Например, уксусная кислота кипит при 118 °C, в то время как ацетилхлорид при 51 °C. В ИК-спектрах хлорангидридов содержится, как и у других карбонильных соединений, интенсивная полоса поглощения при 1800 см⁻¹.

Получение

Получают хлорангидриды чаще всего взаимодействием безводной карбоновой кислоты с тионилхлоридом (SOCl₂)^[1], трёххлористым фосфором (PCl₃)^[2] или пятихлористым фосфором (PCl₅)^[3], фосгеном (COCl₂)^[4].

• R-COOH + SOCl₂ → R-COCl + SO₂↑ + HCl↑

• 3 R-COOH + PCl₃ → 3 R-COCl + H₃PO₃

• R-COOH + PCl₅ → R-COCl + POCl₃ + HCl

• R-COOH + COCl₂ → R-COCl + CO₂↑ + HCl↑

Ещё один метод мягкого получения хлорангидридов основан на использовании оксалилхлорида

• R-COOH + ClCOCOCl → R-COCl + CO + CO₂ + HCl

Есть методы получения хлорангидридов без выделения хлороводорода, например, реакция Appel ^[5]

• R-COOH + Ph₃P + CCl₄ → R-COCl + Ph₃PO + CHCl₃

или используя цианурхлорид^[6]

Реакция с тионилхлоридом катализируется диметилформамидом. В этой реакции образуются газообразная двуокись серы и хлороводород, которые легко удаляются из реакционного сосуда, способствуя прохождению реакции. Избыток тионилхлорида (т.кип. 79 °C) легко удаляется на роторном испарителе. Механизм реакции для тионилхлорида и пятихлористого фосфора похожи.

Реакция катализируется диметилформамидом. На первой стадии образуется иминевый интермедиат

Иминиевая соль реагирует с кислотой, отбирая кислород и регенирируя диметилформамид.

Реакции

Хлорангидриды химически исключительно активны.

Нуклеофильные

Наличие кислорода и хлора, сильных электроноакцепторов, при одном атоме углерода создаёт большой положительный заряд на данном атоме, превращая его таким образом в цель нуклеофильных атак даже для слабых нуклеофилов. Атом хлора является хорошей уходящей группой, что способствует нуклефильному замещению.

С водой низшие хлорангидриды реагируют чрезвычайно энергично, образуя соответствующую карбоновую кислоту и соляную кислоту:

Менее энергично происходит взаимодействие со спиртами

Аналогично реагируют тиолы

Реакция с аммиаком, первичными и вторичными аминами приводит к соответствующим амидам:

Реакцией с солями карбоновых кислот получают ангидриды карбоновых кислот

Также они реагируют с цианидами

Применение раствора щёлочи, пиридина или избытка амина в данных реакциях желательно для удаления побочного продукта — хлороводорода и катализа реакции. Реакция карбоновых кислот со спиртами и аминами обратима, что приводит к невысоким выходам. В то же время реакция с хлорангидридами быстра и необратима, а их синтез довольно прост, что делает двухстадийный процесс предпочтительнее.

С углеродными нуклеофилами такими как реактивы Гриньяра ацилхлориды реагируют быстро с образованием кетонов. Использование избытка реактива Гриньяра приводит к получению третичных спиртов. В то же время реакция с кадмийорганическими соединениями останавливается на стадии образования кетона. Аналогичным образом проходят реакции с реактивом Gilman ^[7](литий диметилмедь (CH₃)₂CuLi). В целом ароматические ангидриды менее реакционоспособны и требуют более жестких условий проведения реакции чем алкильные. Хлорангидриды восстанавливаются такими сильными восстановителями как литий алюминий гидрид или диизобутилалюминий гидрид с образованием первичных спиртов. Литий тритретбутоксиалюминий гидрид, объёмистый восстановитель, восстанавливает до альдегидов также как и в реакции Розенмунда — Зайцева водородом над «отравленном» паладиевым катализатором.

Электрофильные

Хлорангидриды карбоновых кислот в присутствии кислот Льюиса (хлорид железа(III), хлорид алюминия) вступают в реакцию Фриделя-Крафтса с ароматическими соединениями, образуя ароматические кетоны.

Первая стадия — отщепление атома хлора кислотой Льюса

далее следует атака ароматического соединения карбкатионом

затем происходит отщепление водорода с образованием хлороводорода, освобождающийся хлорид алюминия образовывает комплекс с ароматическим кетоном по атому кислорода

Применение

Благодаря высокой реакционной способности хлорангидриды широко применяются в органическом синтезе в качестве ацилирующего агента для введения в синтезируемую молекулу остатка карбоновой кислоты (ацильная группа).

Безопасность

Из-за высокой активности ацилхлориды обладают общей токсичностью, работа с ними должна вестись с должной осторожностью (защитная одежда, вытяжная вентиляция). Ацилхлориды проявляют лакриматорные свойства из-за гидролиза до хлороводорода и карбоновой кислоты на слизистых оболочках глаз и дыхательных путей.

Ссылки

1. ↑ Титце, Айхер Препаративная органическая химия М.:1999, стр. 128
2. ↑ Титце, Айхер Препаративная органическая химия М.:1999, стр. 481
3. ↑ Титце, Айхер Препаративная органическая химия М.:1999, стр. 159
4. ↑ Ulrich, H.; Richter, R. 4-Isocyanatophthalic Anhydride. A Novel Difunctional Monomer, Journal of Organic Chemistry 1973, 38, 2557
5. ↑ en:Appel reaction
6. ↑ K. Venkataraman, and D. R. Wagle (1979). «Cyanuric chloride : a useful reagent for converting carboxylic acids into chlorides, esters, amides and peptides». Tetrahedron Letters 20 (32): 3037-3040
7. ↑ en:Gilman reagent

См. также

Галогенангидриды