Вопросы
Здесь можно задать интересующий вас вопрос по органической химии. Вопросы анонимны, кто их задаёт мне совершенно безразлично. Можно задавать любые, но это не значит, что вы получите ответ. Вероятность есть, почему бы не попробовать. Ничего пока не точнее не знаю, это эксперимент. Логиниться тоже пока не будем, хотя это не исключено в будущем, поэтому заполнять поля с именем и адресом не обязательно.
С ответами пока не решил. Пока нет ни одного вопроса решить трудно. Скорее всего, я буду стараться отвечать на конкретные вопросы, на которые можно ответить коротко, небольшим текстом и одной-двумя схемами. Более общие вопросы задавать тоже можно – вообще можно задавать любые вопросы, касающиеся органической химии или даже химии в целом, если вам трудно решить, что касается органической химии, а что точно не касается – но я, скорее всего, буду расценивать таике вопросы как запрос на написание недостающих разделов, и буду соответственно составлять свои планы. Посмотрим, может даже введём что-то типа голосования, если будут многочисленные запросы на какие-то разделы и нужно будет понять приоритет.
Ответы будут публиковаться на отдельной странице.
Начинается новый год. Страничке с вопросами тоже исполнился год. Эксперимент вроде бы оказался удачным, поэтому продолжим. Всем задававшим вопросы – большое спасибо. Мы подняли занятные темы и кое-что важное узнали. Еще раз напоминаю, что глупых вопросов не бывает (глупые ответы бывают, и я не застрахован, но стараюсь попусту не влипать), поэтому не пытайтесь ранжировать свои вопросы сами – мне виднее, что заслуживает подробного ответа, а когда можно парой фраз отделаться. По-прежнему не обещаю оперативности. Как получится, так и получится. Минимум на один вопрос я до сих пор не ответил. Ответ получается таким объёмным, что допилить пока не выходит. Но рано или поздно это случится, тем более, что это пересекается с одной из лекций нового курса, которая тоже однажды будет сделана для сайта и выложена.
Здравствуйте, Андрей Владимирович! Есть ли в планах сделать страничку об органическом электросинтезе? Как Вы думаете это область органической физической химии найдёт своё место, как например органокатализ или все так и останется “нишевой химией”?
АЧ: Добрый вечер. Эк Вы замахнулись, на электрохимию. Морда у меня треснет, ещё электрохимию сюда тащить. Это отдельная и очень большая наука, кстати, с отличной историей в советскую эпоху – у нас были настоящие основоположники и мощная школа, очень много давшая электрохимии в целом. Ну и поэтому до сих пор немало отличных электрохимиков, не так просто пропить такое наследие.
Я пару раз примерялся тем более что когда-то давно сильно увлекался электрохимией, в прошлом тысячелетии ещё это было. И тогда по достоинству оценил основоположников. У основоположников всегда мысли очень хорошо изложены, поэтому я в любой науке всегда советую искать основоположников и читать, что они написали, сразу и у себя в голове ясность появляется. Думал не сделать ли мне лекцию хотя бы по электрокатализу для того же 21 века. Но пока отложил, чтобы ненароком не перегреться и людей не дивить, которые в этом как минимум не меньше меня понимают.
Что касается применения в органическом синтезе и перспектив развития, то здесь как раз всё намного лучше чем в том же модном фотокатализе. И завиральных идей меньше, и это намного более практично, ведь электрический ток в отличие от фотонов намного доступнее – мы фотоны получаем из тока, так зачем хорошую вещь тратить, не проще ли сразу в дело пустить, тем более что многие механизмы имеют общую основу – одноэлектронный перенос, только в электрохимии он намного понятнее и легче настраивается под конкретные задачи. Да и в отличие от фотонов, где мы в лучшем случае в дело пускаем один из ста (это очень лестная оценка, в большинстве случаев всё намного хуже), в электрохимии уж если электрон соскочил с электрода, а тем более если заскочил на него из раствора, то почти наверняка не пропадёт, хотя всяких принципиальных и практических проблем и здесь немало. Значит кпд намного больше, и энергия не расходуется впустую. В общем, дело интересное и стоящее. Но спешить не буду. Может быть в будущем, когда совсем обнаглею и окончательно потеряю человеческий облик попробую что-нибудь склеить. Материал я собираю давно.
Здравствуйте, Андрей Владимирович! Можно ли непредельные диэфиры, полученные по реакции Кнёвенагеля кетонов/альдегидов с малоновым эфиром, декарбоксилировать так же, как и насыщенные диэфиры?
Спасибо Вам за сайт!
АЧ: Приветствую. Пожалуйста. Спасибо. Можно конечно. Но зачем брать малоновый эфир – придётся потом гидролизовать. берут просто малоновую кислоту. Это классика, самый конец 19-го века, Оскар Дёбнер. Самое важное -использовать пиридин как растворитель. И крошку или капельку какого-нибудь амина, например, пиперидина, но кажется годится почти всё, только не очень летучее, потому что смесь альдегида и малоновой кислоты в пиридине с амином нужно час-другой покипятить с обратным холодильником. Только альдегиды надо брать ароматические, с алифатическими будет много побочных. С ароматическими так получают транс-коричные кислоты с очень широким выбором заместителей в бензольном кольце. Довольно надёжная реакция и в больших количествах тоже.
Здравствуйте, Андрей Владимирович, почему сейчас стало модно рисовать бензольные кольца не как гайки, а с тремя двойными связями. Мне когда-то давно сказали, что так ПРАВИЛЬНО, но почему это правильно не уточнили.
Заранее спасибо за ответ!
АЧ: Приветствую Вас, о, Незнакомец! Гайки перестали рисовать в бензольных кольцах просто потому что это неудобно и больше ни почему. Если нужно нарисовать делокализацию, граничные структуры, понять ориентацию замещения, и т.п. гайка не годится, а структуры Кекуле годятся всегда. Ещё очень неудобно когда кольца конденсирвоанные – уже в нафталине нельзя рядом нарисовать две гайки, это просто неверно. А тем более в антрацене и т.д. Как учил великий Клар, двух гаек рядом быть не может, и он прав совершенно, это подтверждено на огромном количестве структур. Многим эстетам ещё не нравится в гайке то, что кружок то маленький, то большой – не угодишь.
Но гайка штука полезная. Особенно для всяких ароматических анионов и катионов – там намного проще нарисовать гайку, чем рисовать одну структуру с фиксированным зарядом, что выглядит крайне скверно и вводит в заблуждение. Всякие ферроцены тем более без гаек не нарисуешь вообще – получится ужасная раскоряка.
Надо просто не забывать, что и гайка, и кекуле просто обозначения, смысл в которые вкладывает тот, кто ими пользуется. Если есть чёткое понимание, как всё это устроено, то рисуйте хоть гайки, хоть цветочек аленький, но придётся сначала согласовать с коллегами смысл этого символа.
Андрей Владимирович, здравствуйте! На странице методов и задач по гетероциклическим соединениям в разделе “Новые С-С связи” во вкладке “в пиррол” на схеме есть реакция литий- и магний-органических соединений с хлорангидридами карбоновых кислот, в результате которой получается кетон. Если я не ошибаюсь, образующийся кетон более электрофилен, чем хлорангидрид кислоты, и реагирует с имеющимся металлорганическим соединением. Подразумевается, что реакция проводится при -78 градусах и обратном порядке смешения? Кажется, именно так получают кетоны из хлорангидридов кислот.
Связанный с этим вопрос: можно ли получить купрат из магний-/литий-производного пиррола/индола и ввести его в реакцию с хлорангидридом кислоты для получения кетона?
Спасибо Вам за сайт!
АЧ: Спасибо за оценку сайта. Про пиррол. Пиррол это очень особый гетероцикл, он даже в ряду своих родственников фурана и тиофена отличается в сторону особой донорности. Карбонил (и в альфа, и в бета-положениях, но до бета намного труднее добраться) находится в сопряжении типа донор-акцептор с азотом цикла и через двойные связи цикла – это отличная цепь сопряжения.
Поэтому карбонил в пирроле чрезвычайно сильно дезактивирован в смысле электрофильности: в пиррольных карбонильных соединениях (альдегидах, кетонах, карбоновых кислотах и производных) карбонильная активность снижена до минимума, так что далеко не все обычные карбонильные реакции даже можно сделать. Поэтому волноваться не нужно. Кроме того, и литиевые и магниевые производные это не металлоорганика (в металлорганике обязательна связь С-металл, хотя бы ионная), а амиды металлов (связь C-N, хотя и сильно ионная). Поскольку амид ионный (в основном, какая-то доля ковалентности там может быть), то он еще более донорный, чем сам пиррол, это как сравнить фенол и фенолят. Поэтому реакция таких амидов с ацилхлоридами это просто электрофильное ацилирование настолько донорного соединения, что даже дополнительная активация кислотами Льюиса не требуется (хотя там наверняка есть координация лития или магния по кислороду ацила), и это очень удобно, потому что сразу образуется продукт, а все остальное выводится в инертные соли.
Этот метод ацилирвоания пиррола намного удобнее обычного ацилирования самого пиррола с активацией хлористого ацила деликатной кислотой Льюиса, в этих реакциях очень часто идёт диацилирование по положениям 2 и 5. И не нужно охлаждения, кроме обычной баньки с водичкой и кусочком льда, чтобы забрать немаленькую экзотермичность (если, конечно, загрузки не миллимольные). Купрат поэтому тоже получить нельзя – из амидов металлов купраты не получаются, да они и нафиг никому не нужны.
В общем учтите это – пиррол (и индол тоже) – это очень особые гетероциклы. Мы на 3-м курсе не имеем возможности серьёзнее в этом копаться, но там масса всего интересного и полезного для синтеза тех же порфиринов.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
А Вы не скажете, пожалуйста, почему самый разный органический азот (хотя почему-то и не весь, например, исключая азот в гетероциклах) при нагревании с серной кислотой превращается в сульфат аммония?
Спасибо большое за сайт!
АЧ: За сайт пожалуйста, на здоровье. Но вопрос Ваш очарователен. Я даже сразу не понял, откуда такое могло взяться, но вспомнил старинный метод определения органического азота, у нас это называли методом Кьельдаля (этот старинный парень был датчанином, поэтому правильнее скорее называть его как-то типа Келтел, ударение на первый слог), это 19-й век. Метод совершенно удивительный по условиям: образец нагревают в концентрированной серняге до … да просто открытой горелкой жучат пока не перестанет валить дым, градусов 400 там точно есть, серняга кипит. Для этого метода используют специальные колбы Кьельдаля, это такая груша с длиннющим горлом из очень тугоплавкого и термостойкого стекла, длинное горло как раз и нужно чтобы кипящая серняга конденсировалась и стекала назад, а еще для того, что если начнет пенится, пена не вылезла бы наружу. У нас на химфаке очень много таких колб, значит метод был популярен ещё лет пятьдесят и более тому назад. У меня где-то валяется целый ящик таких – всё была идея наварить шлифы, да где такое стекло взять, это был такой советский пирекс, типа не уступал настоящему.
И вот теперь попробуйте ответить на вопрос – а что может происходить с органикой в серняге при 400 градусах? Азот кстати не любой, а только амидный и аминный. С амидным совсем просто – протонирование и гидролиз (вместо воды, которой нет в такой среде, нуклеофилом будет бисульфат, которого много, при температуре 400 градусов нуклеофилом может быть что угодно). С аминами сложнее, но просто можно придумать или нуклеофильное замещение, или элиминирование аммония, нуклеофилом и основанием опять может юыть бисульфат. Углеродный остаток или окислится или превратится в смолу, никто там не разбирает, что в остатке, просто добавляют (осторожно) избыток щелочи и аммиак отгоняют в чистую кислоту, там и определяют. Представить себе механизм окисления вполне можно, но зачем? В таких условиях будет происходить и протолиз, образуются карбокатионы, они хватают бисульфат, ну и дальше эта вакханалия продолжится до полного разрушения скелета. В эту смесь еще часто добавляют какие-нибудь соли металлов типа сульфата ртути (очень сильный электрофил) или молибдата (это уже химия переходных металлов), которые облегчают разборку более прочных молекул. Гетероциклы особо хлипкие – индол, пиррол, имидазол – тоже будут разобраны. Пиридин и т.п. – нет. Все окисленные азотные группы превратятся в оксиды азота и улетят, их не определяют.
Методом этим давно не пользуются – грубо, опасно, чрезвычайно трудно, очень неточно. И зачем Вам это?
Спасибо! Просто стал интересен механизм реакции. А Вы не скажете, пожалуйста, почему какие-то гетероциклы не разрушаются?
АЧ: Пиридин, например, настолько дубовый в кислой среде – протонируется по азоту, и дезактивируется к электрофильной атаке напрочь. Пиридин бромируют или нитруют нагревая часами в запаянной трубке с олеумом, бромом, азотной кислотой до 300 градусов и даже выше – и ничего. Другие азины (шестичленные с азотами) не менее прочны за счет того же эффекта. Хинолин и изохинолин при нагревании в серной будут сульфироваться по карбоциклическому кольцу и в таком виде – протонированных сульфокислот – тоже переживут.
Спасибо!
Добрый день! Вы уже много раз говорили о гипервалентности и в лекциях, и на сайте – спасибо Вам за объяснения.
Я недавно наткнулся на какую-то новую теорию, которую авторы называют recoupled pair bonding. Вот ссылка на всякий: https://doi.org/10.1021/jp901949b. Они утверждают, что она дает больше объяснений, чем 3c-4e, которую когда-то введи Пиментел и Рундл.
Не могли бы помочь разобраться с тем что такое recoupled pair и как это вообще возможно? Немного сложно представить как это расспаривание может происходить на одной и той же орбитали.
Спасибо большое!
АЧ: Добрый уже наверное вечер.
Это просто еще одна большая теоретическая статья. От большого теоретика Тома Даннинга, базисами которго все с удовольствием пользуются. Для теоретиков высокого уровня естественно наши все эти объяснения (да, они тоже от больших теоретиков, но 40-50-х годов) несерьёзны. Нужно применить high level computations и наворотить много красивых слов. Проблема только в том, что нам, обычным химикам (я точно такой) все это китайская грамота, которую никуда не приставишь. Разобрать можно, но в жизни применить уже не получится. Чем хороши наши милые ламповые представления о разных типах связей, гибридизации, и т.п., так это тем что это можно использовать, объяснить как другим нормальным химикам, так и реально увидеть пользу для повседневной работы с реальными соединениями и реакциями. Причем это годится не для одной молекулы, в которую вбухали кучу времени на вычисления и размышления над километрами выдачи, а для того чтобы построить непротиворечивую картину для большого количества соединений.
Поэтому я не рекомендую париться с распариванием. Я тем не менее статью отложу, и как-нибудь найду на неё время, не сейчас, сейчас много более практичных вещей, и может помяну в очередной редакции лекции или даже на страничке, которую я доделаю же когда-нибудь, надеюсь.
Да мне показалось, что он как раз очень наглядно все объясняет, используя атомные орбитали, и что вроде все получается. Даже к углероду (различным CHn) можно применить теорию, но почитав поглубже, понял, что такой же простоты в объяснении геометрии, как дает старая добрая гибридизация, просто нет. Можно говорить про отклонения и искажения углов, как он там, но это все равно не очень наглядно. Я еще статьи Ландиса смотрел – вот он все прям очень хорошо объясняет, даже в d-металлы залез. Но немного не понимаю, как можно объяснить геометрию IF7 c помощью трехцентровых связей. Не могли бы Вы с этим помочь?
Спасибо!
АЧ: Геометрию гептафторида иода невозможно объяснить в помощью трёхцентровых связей. Но подробнее позже, сейчас сил нет на это.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Я посмотрел (и почитал) Ваши лекции про гипервалентность и (3с-4е)-связи, и что 8-электронный Льюис всегда работает (что мне кажется даже более интуитивным и гораздо более логичным по сравнению с другими подходами, типа вовлечения d-орбиталей) и подумал, а можно ли представить также комплексы d-металлов. Посмотрел всякие статьи – и оказывается можно: тоже предполагают, что p-орбитали d-металлов высоко, они мало что вносят в связи, поэтому можно ограничиться (грубо говоря) только d- и s-орбиталями. Можно и гибридизовать их – тогда и геометрию даже можно более-менее успешно объяснить. И отсюда вытекает 12-электронное правило, а не 18ти как мы привыкли. А если комплексы с более чем 12 электронами, то там как раз эти (3с-4е)-связи. Такая красивая симметрия возникает с р-элементами (возможно обманывающая) и приятное ощущение, что можно о d-металлах как-то проще думать (хотя кто знает).
Я попытался порисовать так некоторые комплексы (с гипервалентностью в уме) и вроде в большинстве случаев все хорошо и понятно. Но возникают сложности с Fe(CO)5, Co2(CO)8 и Ni(CO)4 и чем-то подобным. Не могли бы помочь и разъяснить, как эти карбонилы можно представить через (3с-4е)-связи условно подчиняясь 12-электронному правилу?
Спасибо Вам большое!
АЧ: Добрый вечер. Гипервалентность действительно не прерогатива p-элементов. Элементарно можно найти ее у s-элементов, и у d-элементов. Суть гипервалентности всегда одна – если не хватает валентных электронов на образование заведомо существующей молекулы, всегда есть опция воспользоваться электронами лигандов, и там же их и оставить, добавив электростатического взаимодействия в связывание. Структурная химия давно перестала считать ионную связь чем-то заведомо неполноценным, признавая то, что она может быть не хуже ковалентной, а иногда мы не можем достоверно отличить одну от другой или же надёжно оценить её вклад.
Про гипервалентность у переходных металлов я немного написал вот здесь, там есть и про 12-электронное правило, и про то, почему оно не очень полезно. Полезность 18-электронного правила прежде всего в том, что оно ставит верхний предел, через который перешагивает только очень малое число комплексов, и как только мы такое видим, мы должны сильно призадуматься, почему и как, и не считать это самом собой разумеющимся. Это позволяет избегать кучи глупых ошибок, которыми изобиловала ранняя химия переходных металлов, да и сейчас не таких уж редких – когда от фонаря рисуют какие-нибудь интермедиаты, считая, что всё возможно лишь бы красиво выглядело и что-нибудь якобы объясняло. А меньше 18 пожалуйста, таких комплексов бесконечное количество, хотя каждый раз тоже нужно не просто так рисовать, а стараться понять, отчего они такие и что это значит, и есть ли прецеденты, и характерен ли такой тип для данного металла. Это тоже страхует от ошибок, но не таких глупых как в случае больше 18.
Поэтому 12-электронное правило не будет работать. У самого раннего переходного металла полно комплексов с большим числом формально посчитанных (а это единственно верно, как и со степенью окисления – всегда считать валентные электроны одинаково, и не изобретать подправил) электронов, вплоть до 18-ти. Есть и больше 18-ти. И с ними надо поступать так же как и с другими металлами – пытаться понять, как же их угораздило огрести такую кучу электронов. И тогда 12-электронное правило ничему не поможет, а 18-электронное поможет.
И ещё одно важное обстоятельство. У р-элементов гипервалентность реализуется с помощью очень хорошо идентифицируемых типов связей – семиполярной псевдодвойной и трехцентровой. Это чертовски много дает для понимания структуры и химии этих элементов. Поэтому это так полезно видеть и принимать. Я постарался это обосновать в той лекции (и до сих пор недоделанной страничке, но когда-нибыдь я ее допилю), хотя еще раз повторяю – это секрет Пульчинеллы, и в общем совершенно каноническое описание, известное с середины прошлого века.
А вот в химии переходных металлов ничего похожего нет. Гиперваленность здесь это такой переменный вклад ионности в связях, с помощью которого действительно можно не использовать р-орбитали, а отогнать соответствующее количество электронов на лиганды и там их и оставить. А можно этого не делать и оставить р-орбитали в валентном наборе и вот почему. Вот представим себе как образуется координационная связь из атомной орбитали металла и соответствующей по симметрии орбитали лиганда, если энергии их более-менее подхоодят друг другу (слева). Получится сильное расщепление, связывающая орбиталь получит сильную стабилизацию, уедет вниз, и это хорошо, это настоящая ковалентная связь, образовавшаяся как координационная. А вот что будет если у металла есть высоколежащая орбиталь (та же р) и соответствующая ей по симметрии орбиталь лиганда (справа). Из-за большой разницы в энергиях расщепление мало, и связывающая орбиталь выглядит почти как чистая лигандная. Она и сохраняет свою пару. А орбиталь металла как была так и осталась пустой вверху. Но! Взаимодействие хоть и мало, но оно есть. Стабилизация хоть и мала, но она есть. Значит р-орбиталь все же участвует в связывании.
Тут прямо напращиваются всякие скользкие метафоры, но не буду. А химия такая наука, где стабилизация и в 1 ккал/моль может оказаться решающей. Получается такая малая фигня: по всем признакам это гипервалентность – электроны остались на лиганде. Но стабилизация есть, участие высоколежащей орбитали металла есть, а значит мы ее всё же можем признать валентной, раз она себя появляет в валентности. Вот поэтому я не очень советую слишком увлекаться 12-электронным правилом, вообще отказывая р-оболочке в участии. Это вообще проблема каждого конкретного комплекса, и уже не абстрактного правила, а хорошего расчета структуры и анализа заселенностей и всего этого. Надо всегда не забывать, что все эти полезные вещи в химии (валетность, степень окисления, счет валентных электронов, гибридизация и т.п.) это просто удобный язык описания общих тенденций, очень помогающий жить, но не избавляющий от необходимости лезть в суть вещей глубже в конкретных случаях.
Насчет карбонилов. Здесь, во-первых, есть карбонил кобальта, а это очень особая молекула – посмотрите, я ее разбирал на страничке про связи металл-металл. А другие карбонилы можно посмотреть так, если хочется обязательно не использовать р-оболочку. Пара остается у углерода, р-орбиталь не участвует. А связь образуется за счет back-donation, которую придется размотать посильнее. Видимо, именно так устроены карбонилы ранних переходных металлов. Но с поздними придется признать наличие немалого смещения электронной плотности и в обратном направлении, или просто картинка структуры не сойдется. Поэтому проще все же подцепить карбонилы хотя бы на слабое взаимодействие с участием р-орбиталей, и привязать их через back-donation. Тгда все же будет ясно, почему back-donation не оперирует в этих комплексах как единственная валентная сила. Кстати поэтому мы и не имеем гомолептических карбонилов у металлов 10 и 11 групп кроме никеля – эти металлы не хотят пускать на back-donation много своих электронов. И чем ниже, тем эта тенденция будет сильнее. А у третьего ряда релятивистские эффекты вообще так хорошо сжимают оболочку, в том числе и р-орбитали, и так хорошо экранируют d-оболочку, что можно считать, что там нет проблем в серьезном участии р-орбиталей, хотя это тоже спорно, поэтому, например, золото так любит 12-электронные комплексы LAu+.
Спасибо большое за ответ!
Андрей Владимирович, добрый день!
Имеются 2 вопроса:
1) На страничке про карбены Фишера Вы рассказывали о реакции Дётца и её каталитическом варианте. Стало интересно, изучались ли какие-либо каталитические процессы с карбиновыми комплексами? Интерес практический: было бы неплохо генерировать карбиновый лиганд в реакционной смеси и пускать в какой-то катализ как алкиновый эквивалент.
2) После просмотра лекции про CO я наткнулся на вот такую работу 10.1021/jacs.5c00032, мне она показалась красивой и толковой, у самого появились какие-то соображения. Есть ли какой-то синтетический эквивалент СО? Вопрос странно звучит, но спрашиваю в том аспекте, что “и попробовать хочется, и с СО работать не хочется”. Да и нет чего-то по типу автоклавов и т.д…
АЧ: Добрый вечер. Вы, право, удивили меня, что у меня выложена реакция Дёца. Я давно её написал, но всё не мог пристроить, и как мне казалось, забыл. Оказывается нет, всё же выложил. Это значит, что сайт уже настолько большой, что я уже сам забываю про некоторые его закоулки. Черновиков до чёрта, времени допилить часто не хватает, вот и висит материал где-то в недрах годами.
Насчёт карбиновых лигандов, то там ещё конь не валялся. Это тяжелая химия, в основном известная через метатезис алкинов, но и он, хотя был открыт Шроком раньше его системы для алкенов, но был не востребован, пока за него не взялся Фюрстнер. Собственно там львиная доля работ от этого неутомимого деятеля. И очень хорошо видно, что химия тяжёлая и очень дорогая, только с возможнсотями таких как Фюрстнер и можно что-то сделать. Но думайте, химия таит в себе ещё очень много сюрпризов.
Что касается СО и этой работы. Этот парень, Ву Сяофэн, из-под Маттиаса Беллера, значит школа хорошая, Беллер бездельников не держит и идеи там водятся в очень хороших количествах. Работа тоже тяжёлая, ресурсоёмкая, на огромном экспериментальном материале и поиск в таких случаях идёт бульдозерно-грейдерным методом – зацепившись за продукт с выходом полпроцента, его терпеливо вытаскивают на основной pathway многофакторной оптимизацией. А уже вытащив, пишут красивый план, как планомерно шли к цели, используя могучую силу научного предвидения профессора Ву и неисчерпаемое трудолюбие и мастерство его сотрудников и студентов. Заодно мы видим, сколько денег вбухал Китай в организацию науки – астрономические количества. Работа тем не менее интересная, я её отложу и посмотрю не сунуть ли её в квест, ну и заодно потом разобрать, хотя и здесь у меня случилось немалое затоваривание и ещё прошлогодние разборы не опубликованы.
Суррогатов СО полно. В пробных экспериментах, когда не важна практическая сторона, часто используют карбонил молибдена. И еще есть куча реакций, которые разбирают какие-нибудь производные муравьиной кислоты. Ну или Дильс-Альдер с циклопентадиенонами и экструзией СО. Но все это не так удобно. На самом деле, в СО ничего особо страшного нет, если есть хорошая тяга, и на всякий случай или детектор, или просто кусок фильтровалки, смоченный хлоропалладатом. Но это если без давления. А если связываться с баллоном и давлением, то нужно и оборудование, и комната с тягой типа такой, что самому надо привязывать к ноге гирю чтобы не улететь. Можно найти, люди работают, работали по крайней мере, сейчас не знаю.
Начну с конца – про СО понял, спасибо! Да, Китай вваливает в науку тонны денег, это видно по масштабу хотя бы этой работы…
Относительно моего первого вопроса, не столько выложили, сколько упомянули в видео про карьеры Фишера, а я уже навёл справки, стало интересно. Про карбины понял, спасибо. Порою работы Фюрстнера.
АЧ: Значит всё таки не подключил. Вот она. Можно также найти если на первой страничке сайта про переходные, не этого, забить в поиск реакция Дёца.
Про карбины в метатезисе посмотрите в указателе к разборам почти в самом низу есть кое что про метатезис алкинов и работы Фюрстнера. Ну или вот ссылка.
О, двойное спасибо!
Андрей Владимирович, добрый день!
Вопрос, связанный с кросс-сочетанием. В реакции I вступает быстрее Br. На примере реакции Соногасиры: можно ли взять иодированный в кольцо арилалкин и провести реакцию допустим, с бром/иодстиролом, чтобы мод в кольце остался? (Надеюсь, объяснил)
Пробовали медленно (в течение 2ч) прикапывать иодалкин к бромстиролу, получилась смола:(
АЧ: Нет, это практически невероятно. Нульвалентный палладий будет присоединять любые связи C-I без разбора, и это всегда сильно быстрее, чем C-Br. Соответственно, иодфенилацетилен в осовном будет самосоногасириться в какой-то олигомер. А если его прикапывать к смеси бром- или иодстирола, то сначала вообще может пойти что-то малоприятное, Pd(0) присоединит этот субстрат и в отсутствие ацетилена или при низкой его концентрации (при прикапывании) начнет карбопалладировать двойную связь, и там вообще концов не найдёшь чем это может закончится. Кросс-сочетание всегда делают так, что оба субстрата одновременно присутствуют, иначе почти невозможно избежать не тех путей реакции, тем более когда есть и двойная, и/или тройная связь, дающие такие возможности.
Можно было бы попробовать наоборот: бромфенилацетилен и иодстирол, тогда есть очень хорошая вероятность сохранить бром, если планируется его использовать на следующих стадиях в кросс-сочетании или ещё как-то. Есть ещё один вариант – вообще уйти от Соногасиры и использвоать кросс-сочетание, превратив ацетилен лучше всего в цинковое производное (литирование и in situ хлористый цинк) и дальше Негиси с бромстиролом. Для Негиси бромпроизводное отлично работает. Если иодфенилацетилен уже получен и типа всё равно выбрасывать, можно было бы даже рискнуть провернуть это с ним – хотя олигомеризации и здесь будет не избежать, но какой-то процент кросс-сочетания может успеть, и вот тут можно рискнуть и на добавление такого цинкованного ацетилена к бромстиролу и палладиевому катализатору, не давая этой смеси долго оставаться наедине с собой. Может что-то получиться, тем более что продукт легко отделится от олигомеров – они наверняка сильно хуже пойдут по силикагелю. Но тут нужно экспериментировать. Но надо понимать, что иодпроизводные для Pd(0) работают как scavenger, присоединится в любом случае, но это может быть после кросс-сочетания, и если в этом момент в смси уже нет нуклеофила, то это просто оформится как небольшая потеря продукта.
Относительно Негиси: то есть иодацетилен превратить в ацетиленид лития с помощью BuLi , добавить ZnCl2 б/в, и добавить бромстирол?
В остальном всё понял, благодарю!
АЧ: Да, сначала эквивалент були, затем эквивалент хорошего ZnCl2, безводного, в виде порошка. Можно проверить качество на каком-то простом Негиси, что под руками найдётся. Кросс-сочетание из классики (КТК, Негиси, Стилле, СМ), и особенно Негиси, надёжнее, потмоу что механизм проще и нет этой второй медной системы, которая чёрт знает как работает, и если работает, то работает, а если не работает, то как её починить науке не известно. Поэтому Соногасиру отлично делают в самом классичестком варианте, когда с одной стороны иод, и с другой более-менее несложный ацетилен без двусмысленных функциональных групп, которые могут мешать. Химия никогда и ничего не гарантирует.
Понял, благодарю!
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Люблю почитать Препаративную оргхимию Титце/Айхера. В ней указана методика формилирования по Вильсмейеру-Хааку с помощью метилфенилформамида. Отрыл статью самих авторов метода (https://doi.org/10.1002/cber.19270600118) и там ни слова про ДМФ, только этот фенилметил-. Это имеет какое-то значение с практической точки зрения?(Точнее, влияет ли на выход, скорость реакции и тд)
Отсюда второй вопрос: правильно ли я понимаю, что любое вещество HC(O)NRMe может быть формилирующим агентом в условиях Вильсмейера?
А из второго – третий: если да, то, выходит, можно делать внутри молекулярно реакцию?
АЧ: Если просто почитать, то ОК. Но для дела эта книжка плохо годится, потому что в ней опубликованы чужие методики без проверки и при этом очень сильно и часто бездарно сокращенные. Право странно для Лутца Титце, очень даже неплохого исследователя. В общем, препаративные мануалы так делать не принято. Было не принято, но после этой книжки все желающие могут тиснуть любой набор методик методом копипаста с произвольным сокращением для того, чтобы вписаться в объём, согласованный с издательством.
Но я не вполне понял, что у Вас за проблема? Эта статья просто первое исследование, приоритет авторов метода. Ссылку эту дают просто типа чтобы дать ссылку. Так всегда бывает с новыми реакциями. Кто-то первый публикует нечто, что потом доводят до ума либо сами авторы, либо другие. В реакции формилирования как правило используют ДМФ просто потому что это удобно – заодно и растворитель. Но в 1927 году никто не использовал ДМФ, этот растворитель пришел много позже. Используют и другие формамиды – N-метилформанилид, формилморфолин, иногда что-то еще, прежде всего в тех случаях, когда хотят использовать другой растворитель, чтобы получить большую электрофильность. Для ацилирования в общем Вильсмайера-Хаака (точнее, Фильсмайера) используют намного реже, потому что как правило и выходы плохие, и побочных много. Но бывает. Внутримолекулярный Фильсмайер известен и называется реакция Бишлера-Напиральского, популярный метод синтеза изохинолинов. Самое прикольное, что эта реакция открыта на 30 лет раньше, но кажется, никто этого не заметил. Безусловно там немного другой продукт из-за элиминирования, но в целом это одно и то же.
Да, для лёгкого чтения. Скорее, не проблема, а интерес понять, почему в первой работе было не так – спасибо, ответ получил.
Про Бишлера-Напиральского что-то сразу в голову не пришло, конечно же!
Андрей Владимирович, доброго времени суток.
По химии ПМ накопились такие вопросы:
1. Довольно часто упоминались Вами карбонилаты; у карбонила хрома и кобальта интересная химия, реагент Колмана вообще может стехиометрически нетривиальные реакции делать. Вопрос: а на данный момент, нашли эти комплексы широкое применение в промышленности? Или всё ядовито/стехиометрично?
2. В рассказе об истории C-N кросс-сочетания Вы упомянули такую (примерно) фразу “Перед химиками стояла проблема получения третичных аминов..” и т.д.. К сути: а как понять, что условный класс веществ Х является именно необходимым в изучении? Вот была проблема CN сочетания, решили. Конкретизирую: начиная копать какую-то область, хочется копать то, что заинтересует людей, что необходимо, но не сделано. Как такие вещества находить? Возможно, вопрос сводится к “читать много статей”, коль так, то хорошо, понятно.
3. Читал ответ на вопрос коллеги, который интересовался синтезом изоцианатов. Вы упомянули, что “насыщенный раствор сильного электролита не позволяет воде уходить в дхм, и он остаётся сухим”. И действительно, так часто в методиках пишут. Понимаю, что это физха, но не могли бы объяснить принцип? Неужели условный NaCl “не даёт” уйти воде…
АЧ: Добрый день,
1. У Вас несколько идеалистическое представление о промышленности. В современном мире химичская промыщленность это не только крупнотоннажные производства, но и многочисленные производства фактически в больших колбах, ну или реакторах, то есть таких стеклянных банках на 10-50-100 литров, обвешанных мешалками, холодильниками, вводами-выводами, датчиками и т.п. Синтезы ведут на загрузки масштаба нескольких килограм, инога десятков. Так делают многостадийные синтезы действующих веществ для лекарств и всяких функциональных материалов. Для таких производств применяют обычные методы синтеза как в лаборатории, потому что главное – это продукт, и если какое-то вещество нужно, его будут делать так как получается, и в ход пойдут любые методы, если они ведут к цели. А вот при масштабировании, в тех случаях, когда вещество нужно уже в количествах, измеряемых тоннами и далее, и из стекла надо перебираться в железо, методы уже приходится выбирать, цепочки синтеза тщательно перерабатывать и оптимизировать, исключая высокозатратные и технологически трудновыполнимые, и очень важным фактором становится воспроизводимость. Тут уже под нож пойдёт практически любая химия с производными переходных металлов – это дорого, часто опасно, производит много трудноутилизуемых отходов и так далее. Извольте работать и разрабатывать технологии с минимумом таких стадий и только там, где их обойти никак нельзя, а продукт рынком востребован.
Конечно, если уж и заходит речь про переходные металлы в промышленных процессах, то только каталитические методы имеют шанс. Стехиометрические реакции шансов не имеют. Вся химия карбонилов в стехиометрических количествах типа того же реагента Колмана, это первые шаги, исторически важные достижения, которые давно вытеснены даже из лабораторной химии, не говоря уж о промышленной, каталитическими процессами карбонилирования и карбоксилирования. Стехиометрия может остаться актуальной, например, в реакции Посона-Кханда, которая часто просто незаменима в сложных синтезах, хотя и ее в таких случаях стараются доводить до каталитического процесса.
2. Да, фраза очень примерная, я обычно так не выражаюсь. В органике действительно не хватало методов синтеза аминов, и это была вполне очевидная вещь для всех, кому нужны были разные амины. И в органике никогда не оперируют классами. Для какой-то цели нужно конкретное соединение, его нужно делать, и никто не знает как, потому что имеющиеся методы или вообще непригодны, или не работают для конкретного синтеза. В органике вообще очень вредны любые закидоны на универсальность, общность, решение всех проблем, прорывы и прочую лабуду для сотрясения воздуха. Каждая цель синтеза – отдельная задача. Введение какой-нидудь ерунды в понятную и уже хорошо проработанную молекулу, того же метила может сделать непригодной всю известную химию, и извольте или забыть про это соединение, или работать над преодолением и новыми методами. В органике всегда не хватает методов, ни один не бывает лишним (если конечно это и правда работающий метод, а не туфта из пузырька на пару миллиграмм), потому что именно он решит какую-то проблему. Ничего нельзя обобщать. Бесполезно искать то, что нужно в общем, чтение статей не поможет. Химик сталкивается с конкретной проблемой, работая над конкретной задачей синтеза, и именно такие затыки и создают проблемы, решения которых создают новые методы. И тоже не универсальные. Кросс-сочетание по Бухвальду-Хартвигу тоже не универсальный метод, уж не говоря о том, что это не один метод, а множество разных, приспособленных для конкретных задач, и их тоже не хватает, о они дороги и технологически очень трудновыполнимы, и органика совсем не отказалась бы от других методов синтеза аминов, и немало таких уже в новом веке появилось. Синтез никогда не останавливается, всегда ищет более эффективных, а теперь и более зеленых методов, и это не шутка. Не беспокойтесь, работы для химиков хватит еще на века.
3. Электролит уменьшает растворимость воды в органике. Это явления часто называют высаливанием. Причины чисто термодинамические: на распределение вещества между фазами, например: вода в органике / вода в воде – это равновесие, подчиняющееся законам равновесия. Константа равновесия это отношение термодинамических активностей с двух сторон равновесия. Электролит влияет на термодинамическую ативность воды в растворе электролита. Иными словами, молекулам воды приходится решать, где она нужнее, и зваимодействие воды с электролитом (а они бывают разными) сильно меняет величину константы равновесия (распределения). Это весьма общее явление, настолько, что например, есть растворители, которые вмешиваются с водой в любых соотношениях, но добавление электролита расслаивает такие смеси. Вы даже можете это использовать для экстракции органики из раствора электролита ацетоном или ТГФ, иногда это не такая плохая идея. Поэтому же обычно принято при промывке органического экстракта любыми растворителями, последнюю промывку делать не водой, а насыщенным раствором соли – это улучшает деление фаз и уменьшает содержание воды в экстракте. Да собственно и процесс высушивания основан на том же.
,
Благодарю за ответы
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Спасибо Вам за все странички – очень приятно и интересно читать (и то, что между строк тоже).
Я тут на днях смотрел Вашу страничку по гриньярам и литийорганике и то, как они присоединяются к карбонилам, и у меня возникли несколько вопросов.
1. Я где-то читал, что разница между нуклеофилами и основаниями заключается в том, как мы на них смотрим: если рассматриваем соединение как основание, то обращаем внимание на равновесие, как далеко оно может зайти, а если как на нуклеофил, то на кинетику – как быстро идет реакция. И понятное дело, что тут все в сравнении: более нуклеофильный – быстрее реакция, более основные – сильнее депротонируем.
И с этой позиции (возможно абсолютно неверной) можно сказать, что достаточно бесполезно говорить об электрофильности протона – он маленкий, везде проскочит, реакции быстрые, поэтому сравнивать скорости не очень то и надо.
А можем ли мы все-таки смотреть на протоны (точнее кислоты) как на электрофилы? Я даже встречал понятие кинетической основности/кислотности – не является ли это как раз нуклеофильностью/электрофильностью по отношению к протонирующим частицам?
2. Интересно стало в связи с первым вопросом от чего вообще зависит скорость переноса протона? Вот если мы рассматриваем реакцию карбонила с металлорганикой – CH3MgBr например – то он может вести себя и как хорошее основание, и как хороший нуклеофил. В растворах все агрегировано, pKa гораздо ниже, чем у чистых карбанионов, поэтому протон выцеплять сложно. Но не усложняет ли это и присоединение по карбонилу? Там же стерика тоже очень важна (если не важнее), и если мы увеличиваем гриньяр по размеру, еще и вместе с карбонилом, то все-таки депротонирование в какой-то момент перевешивает. И хотя я точно уверен, что CH3MgBr скорее присоединиться, чем депротонирует, но в голове объяснения не укладываются. Не могли бы Вы помочь с этим разобраться?
3. А это такой вопрос, немного некорректный и странный, но все же задам. А какой должна быть примерно разница в pKa для эффективного депротонирования? Я понимаю, что это вообще сложно сказать, и каждый случай конкретный – многое зависит от агрегатов, добавок, всяких видов стабилизации, причем не только исходных веществ, но и продуктов. Но хотелось бы просто более-менее прикидывать для бумажных синтезов – вот тут разница прям очень большая (какая?), поэтому скорее всего очень быстро депротонирует, а вот тут меньше и может споткнуться и сделать что-то еще. Прошу прощения за такой вопрос, но хотелось бы для себя какие-то опорные точки иметь.
Спасибо большое!
АЧ: Добрый вечер. Спасибо за добрые слова. Насчёт чтения между строк – это занятие всегда генерирует скорее то, что хочет видеть читатель. Можно даже ставить дисклеймер “автор не несет ответственности за то, что будет вычитано между строк”. Впрочем, с богами.
По поводу первого вопроса. Да, безусловно: фильность это про скорость реакций, константы скорости, кинетику. Кислотность – про константы равновесия. Увы, это только нижний слой этой конструкции. Тут куча проблем. Например, с тем, о какой кислотности/основности идёт речь. Если о Бренстедо-Лоуревой, то да, так нормально. Но если взять льюисово определения, то все сразу сильно затуманивается. И даже возникает неприятное подозрение, что между льюисовой основностью и нуклеофильностью (и соответствующими кислотностями) принципиальной разницы уже нет. Вроде и там можно говорить про равновесие и скорость, но поскольку равновесие это отношение скоростей а данном случае ассоциации и диссоциации комплекса, то чаще всего получится так, что в множествах похожих оснований/нуклеофилов эти две величины будут хорошо коррелировать. А химия – наука, в которой нет общепринятой конвенции о выборе начала координат буквально для любых величин. И тогда пропорциональность (высокая степень линейной корреляции) можно понимать так, что мы имеем одну и ту же величину, просто выражаемую разными единицами измерения (по разному калиброванную). И на этом можно ставить точку, потому что из этого следует, что вы измеряете и кинетикой и равновесием одно и то же.
Поэтому, например в координационной химии не разделяют нашу органическую привычку строго различать нуклеофильность и основность. Способность лиганда связываться с металлом может быть названа и так, и так, хотите нуклеофильностью, хотите основностью.
С электрофильностью еще сложнее, и именно потому что есть протон, а протон это абсолютная кислота, кислотность протона это как раз и есть точка отсчета кислотности, что используют для построения абсолютной шкалы кислотности. Это дико неудобно, потому что кислотность протона абсолютно чудовищна (слава богам, экспериментально её и определить невозможно, если только не влезть внутрь большого андронного коллайдера и не ловить там протоны, но их еще и затормозить сначала придется до теплового уровня – та ещё задача!). Но это еще не всё, потому что протон – это какая кислота? Бренстедо-Лоурева или Льюисова? А вот скорее второе, потому что в определении БЛ протона нет, а есть две частицы, которые обмениваются протоном. А протон сам не может ни с кем обмениваться. Зато в Льюисовом определнии кислота не подразумевает обязательного наличия основания, кислотой можно быть и самостоятельно (в БЛ – нельзя! кислотность и основность всегда рождаются парой и, что особенно хищно – никогда не пропадают, а рождают другую пару). А если протон это кислота Льюиса, то какого чёрта мы на ней строим абсолютную шкалу протонной кислотности? Затык однако. Довольно типичный для химии как науки с очень нестрогим понятийным аппаратом. Химия вообще предполагает, что всегда нужно читать между строк, потому что в самих строках определений и понятий написана какая-то выспренняя чушь, которую ни к какой практической задаче и проволокой не примотаешь. Зато между строк можно прочитать много интересного, так что это хорошая привычка, творческая.
Но когда мы вылезаем из адронного коллайдера несолоно хлебавши релятивистских протонов, то к просто протонным кислотам в колбе конечно мы применяем понятия БЛ. Просто протона нет, есть обменивающиеся пары. Протонная кислота реагирует с двойной связью – прекрасно, двойная связь это основание БЛ, карбокатион – сопряженная кислота БЛ. Мы можем попробовать измерить и константу равновесия, и оценить ее, если нам откуда-то известны кислотности протонирующей кислоты и кабокатиона, что весьма маловероятно, но есть и такие измерения, есть даже шкала кислотности pKR, на этом основанная. Можем попробовать и кинетику измерить. И нет, перенос протона не обязательно быстрый и действительно есть такая штука как кинетическая кислотность, впрочем настолько бесполезная. что ее почти никто не применяет. Перенос протона отчасти похож на перенос электрона – есть две частицы, есть энергии до и после, и тогда можно оценить вероятность переноса протона (то есть туннелирования через барьер), и это будет зависеть и от толщины, и от величины барьера, и от конфигурации частиц до и после. Вероятность это собственно и есть скорость. И всё это замечательно, только это чертовски сложно. Хотя бы потому что мы привыкли иметь дело с электронами, и там нас здорово выручает приближение Борна-Оппенгеймера. А с движением протона оно нас не выручит, и тогда мы обречены на работу только с простейшими моделями, бесконечно далёкими от реальной жизни.
Поэтому большого смысла переживать, что мы не можем дать определенного ответа на вопрос: протонирование это кислотно-основное или электрофильное взаимодействие. Хотите так, хотите этак, хотите попеременно. Никаких практических проблем или наоборот решений проблем из этого не получится.
АЧ: Вторая и третья части. А в этом невозможно разобраться. Гриньяры реагируют с карбонильными соединениями очень сложно. Очевидно, что сначала карбонил координируется кислородом по магнию, и так собирается комплекс, в котором и произойдёт либо присоединение, либо депротонирование, либо гидридное восстановление. Очевидно, что состав и структура таких комплексов зависят от органического остатка на магнии. И как этот комплекс соеберется, что будет в нём сближено и для какой реакции, узнать вряд ли возможно, по крайней мере, в ближайшие полвека. Дальше, возможно, моделирование станет натолько быстрым, что будет получаться более-менее правдоводобно предсказывать наиболее вероятные конфигурации реакционных комплексов для достаточно широкого круга субстратов. Но – только если эта работа будет оправдывать огромные затраты труда на накопление и анализ таких данных. Ведь в химии по-прежнему, а возможно, и ныне, и присно, и вовеки веков, аминь, будет проще поставить сто реакций, чем пытаться заранее предсказать их результат. Некоторые надеются на ИИ – ну пусть надеются.
И безусловно тут не помогут никакие pK. ПэКа – это равновесная константа в идеализированных условиях. Реакция гриньяра или литийорганики с СН-кислотой это заведомо необратимая реакция, и даже не обязательно просто перенос протона, а не протолиз связи С-металл (а это другой механизм, для которого рК – в лучшем случае грубая оценка одного из многих факторов). Как это соотносится с пэка – да просто ею ограничено сверху, и больше ничего. Расчеты показывают, что и в гриньярах и в литийорганике, связи С-металл имеют очень приличную долю ковалентности, а не просто ионные пары, хотя даже в этом случае это была бы необратимая реакция. Поэтому все что остается, это рассуждать на тему большей чувствительности реакции присоединения к карбонилу к стерическим препятствиям, хотя совершенно ясно, что тут и других факторов немало. В общем, не найдёте Вы здесь никаких рациональных рецептов и тем более каких-то теорий. Органика как жила без теорий, так и будет жить ещё долго.
И поэтому и про разницу в рК говорить нет смысла. Во-первых, у нас очень ограниченные знания о рК и только в двух-трёх особо удачных растворителях. Во-вторых, большинство таких реакций в органике необратимы, и применять к ним константу равновесия можно только как верхнюю оценку, то есть совсе нечто малополезное, потому что мы и так приблизительно представляем себе кто кого депротонирует – имеет шанс депротонировать. И это даже сложнее чем очень похожая ситуация в переносе электрона – какая должна быть разница потенциалов, чтобы быть уверенными в том что окислитель окислит, а восстановитель восстановит. Теоретически, чем больше тем лучше, хотя даже в этом случае есть inverted region Маркуса, куда тоже можно попасть при большой удаче.
Удел органика – не пытаться поверить алгеброй гармонию реакций, а накапливать информацию о том кто, что и как делал, добавляя к этому собственный опыт. Вот это ничем не перешибёшь, но неутешительная обратная сторона этой медали – не бывает случаев, когда икусством препаративной органической химии, даже не синтеза в большом смысле этого слова, овладел некто за пару-тройку лет. Кладите минимум десять, безвылазно, в препаративной работе, тогда вдруг сами как-то начнут выстраиваться поле возможного и горизонт труднодостижимого.
Здравствуйте, Андрей Владимирович! На одной из своих лекций для 5го курса вы затронули тему про Роберта Вудворда и сказали, что все его работы практически были выполнены другими «рукастыми» людьми. Мол, сам Вудворд плохо работал руками и ему даже было в тягость перегнать эфир. Хотелось бы уточнить, насколько это правда и если Вам не трудно, то можете пожалуйста поподробнее рассказать откуда такая информация? Искренне не укладывается в голове, как человек синтезировавший такие аномально сложные структуры не умел работать руками.
АЧ: Занятный вопрос. О чём он? Во-первых, о корректности. Говорил ли я, что работы Вудварда были выполнены другими людьми? Точно нет, потому что мне это никогда в голову бы не пришло. А что такое научная работа? Или вообще любая другая творческая работа? Вот, например, нашевсё типа Пушкин однажды написал в виде вопроса “не был убийцею создатель Ватикана?”. Убийцей точно не был, а был ли создателем? Откуда Пушкин взял что Микеланджело был создателем Ватикана? Ну, это небольшое преувеличение, не Ватикана, а собора св. Петра, и не всего собора – проект Микеланджело реализован не был, но знаменитого купола, символа Рима. Были ли Буонарроти создателем купола св. Петра и что это значит? Создал архитектурный проект? А может быть сам строил, поставил опалубку, вёл кладку, и т.д. Нет же, даже проекта в полном смысле слова такого не было, были наброски, идеи, которые уже после воплотили совсем другие и архитекторы, и каменщики, и резчики, и прочие. Микеланджело даже не видел своего купола, и никто точно не знает, насколько реализованный точно соответствовал идее. Но видимо, довольно сильно соответствовал, идея была революционной, и с тех пор похожими куполами застроили полмира, но этот был первым. Значит его создатель был велик и не имел равных. Кто это? Ответ очевиден человечеству и сомнению не подвергается, хотя нет никаких безусловных доказательств даже наличия более-менее проработанного проекта, а уж то, что он даже не мог присуствовать при возведении купола, не то, что кельмой орудовать или хотя бы указания давать известно достоверно – он уже был в другом мире в это время.
Что из этого следует, если вообще что-то следует? То, что идеи важнее реализации. Нет идеи, нет и реализации. Если идея есть, то способные воплотить её (рукастые) могут найтись (а могут и не найтись, но вероятность есть, а в первом случае нет).
Вудвард – великий химик, создатель искусства органического синтеза, и не только. Он задумал и реализовал более десятка только самых известных синтезов, для каждого понадобилось делать многие сотни реакций, не считая повторов и оптимизации. А что это значит? Сидел в лаборатории, перегонял эфир и прочее, ставил реакции? Сколько же он их должен был поставить? Ставил, но не все. Ставил только самые сложные. Ставил только самые интересные. Ставил только самые простые. Не ставил не одной. Нужное подчеркнуть, и сделать вывод – как это влияет на наше представление о роли Вудварда в истории органической химии.
Если вернуться в реальность, придется признать, что мог ли Вудвард хорошо перегнать эфир или нет, совершенно не важно. Для любопытных сохранились многочисленные воспоминания о том, как происходила работа над синтезами. Вудвард не брался за простые вещи, но только за головоломно сложные, а как минимум в первые 10-15, даже 20 лет его деятельности, в его распоряжении была только химия, мало отличимая от той, что мы проходим на 3 курсе, даже, пожалуй, только часть её – мы проходим больше химии, чем знал Вудвард в те первые десятилетия своей деятельности, но это не помешало ему задумать синтезы соединений, от одного вида молекул которых с нами случился бы нервный припадок, например, резерпина и стрихнина. Замыслы казались невыполнимыми, но проходило 2-3 года и выходила статья с кратким описанием синтеза. Все охали, а Вудвард брался за следующий. До Вудварда весь органический синтез это 6 (шесть) молекул, почти все кроме гемина не очень сложные (терпинеол, камфора, тропинон, один стероидный гормон, но не очень сложный, пиридоксин). Все синтезы не более 10 стадий. Вудвард берется сразу за хинин, молекулу на порядок сложнее. Ну и так далее. Что он там сделал с хинином это отдельная история, довольно шершавая, особенно для любителей розовых слонов и прочей милоты. И это хорошо, потому что оказывается, я написал целую страничку про это историю, ещё 2 года назад, и не стал публиковать, и забыл про неё. Отложил по очень простой причине: идея обсудить синтезы Вудварда показалась мне интересной, и я задумал целую серию. Есть несколько книг, где это сделано, но кратко, а мне захотелось поподробнее. Но после хинина дело застопорилось по очень интересной причине – Вудвард надолго перестал публиковать подробные описания своих синтезов. Тогда так было можно, никаких дополнительных материалов не было, а возможность публикации определялась редакторами. А у Вудварда почти сразу был такой авторитет, что никто не смел ничего требовать. Поэтому дело оказалось намного сложнее, и само собой заглохло. А эту первую страничку про хинин я сегодня выложу. Вот она. Там много и про то, как и почему так работал Вудвард, и что получилось, и почему это так важно, и почему некоторым сильно не нравится. Она написана 2 года назад, и в ней есть поэтому некоторые странные анахронизмы – мы же не умеем видеть будущее. Но мне лень её редактировать, пусть остаётся в том виде. И это не та страничка, которую я сейчас заканчиваю и собираюсь на днях выложить.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Спасибо Вам за ответы!
Стало интересно как Гриньяр реагирует с нитросоединениями. Нашел синтез индолов по Бартоли: Гриньяр атакует кислород в NO2, потом элиминирование, которе дает нитрозо производное. А почему дальше атака снова идет по кислороду, а не по азоту? Нитрозо-группа же очень похожа на карбонил. Или это некорректная аналогия? И есть ли разница, если атакует другой Гриньяр, например MeMgBr?
Не могли бы помочь прояснить ситуацию?
Спасибо!
АЧ: Добрый день. Во-первых, у меня на страничке про алифатические нитросоединения есть вкладка про реакции с гриньярами. Коротко, но это малополезная реакция, и я не стал больше писать. Во-вторых, нитрозосоединения совсем не похожи на карбонильные, это вообще очень странные вещества, может соберусь когда-нибудь написать.
Синтез Бартоли это такая довольно маргинальная реакция, изобретенная в маленьком городке Камерино в Анконской Марке. Заслуживает ли она внимания? Чёрт знает, ну уж точно не первостепенного. Скорее всего, химия вполне достоверная. Почему гриньяр вдруг наехал на кислород? Может быть только одна разумная причина – это свободнорадикальная реакция, инициированная переносом электрона. То есть это точно не реакция электрофил-нуклеофил, как минимум потому, что из кислорода сделать электрофил можно только с помощью хороших уходящих групп, что с нитросоединением не просматривается. Очень важно то, что лучше всего эта реакция идёт с орто-замещенными нитросоединениями, то есть нитро-группа выведена из сопряжения с ароматическим кольцом, дестабилизирована, а значит и гораздо охотнее участвует в переносе электрона. И к тому же, после переноса свободный электрон не делокализован в кольцо, а сидит на кислороде и ждёт рекомбинации. То же будет с нитрозо-соединением, если оно и правда там по дороге получается. Но подробнее надо серьёзно разбираться, структуры внимательнее посмотреть. Пока не смогу это серьёзнее копать, но закладочку положу.
Спасибо большое за ответ! Да, кажется реакция Гриньяров с нитросоединениями не самая полезная (если так можно сказать), но просто интересно как это все происходит. Мне кажется, вообще во всех учебниках и курсах как-то мало уделяют внимания нитро-группе, да и в статьях особого интереса не наблюдается. Хотя прикольно было бы узнать немного побольше для полной картины.
Кстати, Ваш ответ заставил задуматься над Гриньярами и нитро-соединениями, поэтому если можно, то хотелось бы еще несколько вопросов задать.
1. Я слышал, что некоторые Гриньяры ну прям очень тяжело сделать. Как-то вот они не хотят заводиться и все – нужен только ТГФ, какая-то активация специальная и тд. И вроде винилмагнийбромид один из них. Не могли бы объяснить почему так происходит? Да и происходит ли? Не уверен, что этот источник был надежным.
2. Если Гриньяр действует на нитро-соединение, то он должен атаковать азот, если реакция просто идет как нуклеофил+электрофил. Кислород атакуется, если идет через SET. А вот если нитросоединение смешать с алюмогидридом, оно же восстановится до амина? А как там это происходит? Атака на азот, а потом отваливается кислород с координированным алюминием? То есть примерно также, как восстанавливаются сложные эфиры?
3. А это вообще очень общий вопрос, но навеяло. А почему некоторые группы и реагенты предпочитают реагировать по SET механизму? Есть ли тут какие-то наблюдения или закономерности? Не проще ли перемещать сразу пару? Или даже на оборот: не проще ли всегда реагировать по SET? Я даже встречал, что некоторые реакции, которые мы изучаем, идут или могут идти через SET (например, Каниццарро). В общем, есть ли какие-то факторы которые могут способствовать одному или другому?
Спасибо большое за ответы еще раз! Очень помогают разобраться в органике!
АЧ:
1. Конечно, гриньяры это искусство. В помойном ведре с жёлтой жидкостью из банки, на которой написано “эфир, абс.” и на дне лежит дохлая мышь, сразу заводятся только метилмагнийиодид и этилмагнийбромид. Все остальные гриньяры требуют отличных реактивов и растворителей, сухой посуды, и хорошего магния, у каждого практикующего гриньяриста всегда есть свой, тот, который никогда не подводил, любовно заначенный на всю жизнь на самой дальней полке.
Приёмов запуска трудных гриньяров десятки – это и разные способы активации магния, и сопровождение, и переметаллирование и т.д. Винильные гриньяры действительно долго считались недоступными, и проблему решил в 1950-х, то есть более чем через полвека от самого Гриньяра, тоже французский химик Анри Норман (Henry Normant, 1907-1997), не путать с его гораздо более знаменитым сыном Жаном-Франсуа Норманом (1936-2016), одним из ведущих металлооргаников прошлого века . Поэтому у нас и почему-то только у нас винильные гриньяры называют реактивами Нормана, вот какие мы франкофилы.
Почему так? Во-первых, образование гриньяра это частный случай переноса электрона с расщеплением связи C-галоген, и для этого нужна подходящая НСМО и по энергии и по локализации. И хорошая сольватация образующегося Mg(2+) чтобы его вытащить с поверхности. ТГФ намного лучше сольватирует катионы металлов, за это его обожают металлоорганики, и вот и здесь это оказалось критическим фактором.
2. Да, естественно, механизм тот же самый – перенос гидрида на электрофильный азот и дальше напряжённое раздумье, что ж это такое получилось и куда бы нам деть кислород. Поскольку ничего путного не придумывается, алюмогидридом редко восстанавливают нитросоединения, потому что слишком часто получаются смеси продуктов неполного восстановления. Кислород при восстановлении нитросоединений гораздо проще элиминировать в виде воды, поэтому большинство методов используют протонодонорные или даже просто кислые среды.
3. Это старая история. В семидесятых-восьмидесятых годах прошлого века, когда я входил в химию,это была очень живая дискуссия: нельзя ли переносом электрона объяснять вообще всё, и было несколько крайне назойливых и одновременно довольно бестолковых персонажей, которые писали тучи статей на эту тему и достали всех настолько, что все, кто через это прошёл, уже никогда слышать не хотят про механизмы с участием переноса электрона. Я тоже один из таких получивших прививку anti-SET, иммунитет хороший, до сих пор работает.
Но при этом совсем игнорировать такую возможность нельзя. Я всё собираюсь что-то или написать про это или лекцию сделать, но из-за действия прививки всё откладываю, вдруг случится аутоиммунный приступ и тогда крышка.
SET или по-нашему ОЭП не может быть общим механизмом в органике, потому что в подавляющем большинстве случаев это невыгодно. Почему, на самом деле, отлично объяснил нобелевский лауреат Руди Маркус – потому что для переноса электрона мало иметь удачную разность потенциалов (или ВЗМО-НСМО), то есть термодинамику и отрицательный дельтаЖе, так как вероятность переноса определяется кинетикой, а в неё входит такая каверзная штука как энергия реорганизации, определяемая разностью равновесных геометрий до и после переноса электрона. И для органических молекул это почти всегда очень большие величины, что собственно ОЭП и умножает если не на ноль, то на что-то типа постоянной Планка, не понимайте только буквально, она тут ни при чём, разве что порядок величины симпатичный.
Но иногда такое бывает. Сейчас гораздо больше понимания с этим, и люди понемногу отходят от того ужаса бесконечной пустой болтовни. Скажем так, если нет нормального пути реакции (вот как с этим Бартоли), то ОЭП может помочь и тогда надо разбираться, почему это вдруг стало выгодно.
Спасибо большое за ответы! Очень интересно!
А если не секрет, то темы Вы планируете осветить в ближайшем (и не очень) будущем? С удовольствием бы почитал новые странички!
АЧ: Хорошо. Осветить? Нет, я не работаю ни осветителем, ни электриком, ни светилой. Освещать поэтому ничего не собираюсь. Страничку новую готовлю, это будет ответ на один из вопросов, уже довольно давних, – страничка получается немаленькая и времени заняла много. Скоро будет, уже почти готова. На следующей неделе, я думаю. За Ваше удовольствие не отвечаю, но мне работа доставила удовольствие, давно надо было это сделать.
Андрей Владимирович, доброго времени суток.
Спасибо за Ваши ответы.
Накопились вопросы, связанные с “предельными” случаями реакций:
1) Реакция Чичибабина с 2,6-диметилпиридином. Просто не идёт?
2) Термолиз по Коупу или по Гофману аминов, когда нельзя отщепить LG, например, у тех же аминопиридинов/анилинов. Ничего не происходит?
3) Диазосоединения получаем через Ar-NH2. Если Ar-NR2, встречал, что идёт реакция нитрозирования. Это просто факт, что “вот, 5-10% в смоле” или это адекватная реакция и ею можно оперировать как способом введения -NO в N,N-диалкиланилины?
АЧ: Добрый вечер.
1. Чичибабин сам это и пробовал, причем в 1917 году в Москве. Получил 6% выход гамма-аминолутидина. Вообще при закрытых 2 и 6 положениях ЧЧичибабин идёт в гамма, но всегда с плохими выходами. Реакция эта вообще очень своеобразная, очень возможно на весьма хитрых агрегатах с участием противоиона, но изучать такие реакции крайне сложно, поэтому там много вопросов без ответов. Начнём с того, что амид натрия в этих условиях не отщепляет протон от метильных групп, что собственно и было установлено сразу в первых же экспериментах – гетерогенная система с малополярным растворителем не даёт.
2. Вот это не понял – фантазии не хватает, чтобы понять как Коупа или Гофмана можно сделать с анилинами. Проясните.
3. Диазотирование это всегда нитрозирование, но с первичным амином нитрозосоединение претерпевает кислотно-катализируемую дегидратацию в диазоний. Если амин ароматический третичный, то конечно нитрозирование идёт в кольцо, весьма селективно в пара-положение, можно найти методики. Там важно избежать окисления нитрозосоединения, чтобы не получить нитрование вместо нитрозирования. Но сама методика один в один как диазотирование, вполне старинная, надёжная химия.
И Вам добрый. По частям:
1. Очень интересно, не знал, спасибо за просвещение.
2. Я и имел ввиду, что, по видимости, это “невозможное превращение”. Т.е.
Хотим термолиз Гофмана, к примеру. Берём R2NAr, добавляем MeI, получаем [MeR2NAr]I, и получается, на этом финишируем, потому что отшепить нечего и неоткуда? В рамках разумной химии
P.S. Писал вопрос и задумался: нельзя ли создать условия, чтобы элиминировать протон от о-положения к R3N+ и сгенерировать арин? В том смысле, что невозможно совсем и это бред или неизвестно на практике?
3. Вас понял, интересно. Образовался побочный вопрос: как пиридин относится к условиям нитрозирования?
АЧ:
2. Нет конечно, арин не получится так генерировать. Арин получается только если уходящие группы настолько хороши что уходят без понуканий. То есть нужны очень экзоэргичные реакции. С кватеринизованным амином это очень далеко от этого.
3. Если в обычных условиях нитрозирования, то пиридин просто запротонируется и на этом всё кончится. Можно конечно, взять соль нитрозония, наверное, здесь будет комплекс N-нитрозопиридиния, но я никогда такого не видел, видимо, он малоустойчив, а возможно там идёт раскрытие пиридинового кольца вслед за этим, а это очень грязные реакции, в которых мало есть желающих копаться.
Вас понял, спасибо
Андрей Владимирович, у меня еще появилось несколько вопросов в догонку к моему предыдущему вопросу о соединениях хрома и окислении. Некоторые из них возможно странные, но вот как-то они возникли у меня и хотелось было логически их разрешить.
1. Когда мы пишем окисление спирта с использование CrO3, то во всех материалах, которые я видел продукт записывают так (структуру тут не нарисую, но попытаюсь формулой изобразить): CrO2(OH)(OR). А почему не CrO3(ROH)? Почему мы не записываем, что спирт – это просто лиганд для CrO3, который превращает его из 12-электронного в 14-электронный комплекс, и потом этот лиганд депротонируется какой-нибудь другой молекулой спирта или пиридином, давая CrO3(RO)(-)?
2. После того, как спирт вошел в координационную сферу CrO3 нам нужно вообще любое основание (как я понимаю даже сам спирт сгодится), чтобы сделать согласованное элиминирование. А может ли этот процесс происходить внутримолекулярно из CrO3(RO)(-), например? Там вроде через пятичленный цикл это может идти, но черт его знает, конечно.
3. Ну и это совсем странный вопрос. А может ли окисление спиртов проходить точно так же, как это происходит с бензильными субстратами в реакции Этара? Там же радикал тогда должен быть очень стабильным, c кислородом рядом. Например, спирт координируется к CrO3, а вторая молекула CrO3 сдирает водород, делая радикал, и потом все это хрючево распадается давая Cr(V) и карбонил?
Не знаю изучалось ли вообще что-либо из этого хоть как-то, но почему-то мне все это кажется более-менее логичным. Не могли бы Вы разъяснить вот эти тонкости насколько это возможно или на уровне “это точно бред, а вот это вот вероятно”?
АЧ: 1. Ну так превращение наверняка так и идёт. CrO3 связывает донорную молекулу спирта сначала именно в такой комплекс, когда это нейтральный L-лиганд, активирует её, увеличивая кислотность (это общее явление, о нём подробнее в курсе про переходные металлы), и тогда происходит депротонирование и RO уже связывается как X-лиганд. Это детали механизма, про такие вещи обычно просто не вспоминают, хотя бы потому что любую мелочь надо исследовать экспериментально, но никто никогда ни в какой задаче не исследует все детали и все стадии. А без этого это правдоподобная, но фантазия, допустимая, но не обязательная. Так устроена химия.
2. Внутримолекулярно конечно можно. Так иногда рисуют эти механизмы, но это тоже необязательная деталь, которую крайне сложно исследовать потому что никто никогда не разбирался в судьбе комплекса Cr(4+) из-за крайней лабильности. Поэтому не очень понятно, что даёт гипотеза о внутримолекулярном элиминировании. Элиминирование – быстрая реакция, и для того, чтобы хорошо промерить кинетику в разных условиях пришлось бы что-то придумывать дял стабилизации этих комплексов. Насколько я знаю, никто этим не озаботился, потому что химия велика, и лучше исследовать более актуальные вещи, а то на химиков обидятся налогоплательщики и правительства.
3. Может, но для этого нужно дальше дестабилизировать, но тогда мы не остановимся на альдегиде или кетоне. Вообще хромовых окислений, особенно в более ранней химии, когда плохо понимали, что происходит и просто мешали всё со всем, огромное количество, но время отфильтровало только полезные, а это почти всегда мягкие и селективные методы. И того же Этара мы только при большой удаче сможем найти в более-менее современных работах, потому что там всё очень скверно с селективностью.
Спасибо большое! Вроде все в голове уложилось и не кажется бредом.
Просто вчера задумался над механизмом и понеслось. CrO3 – 12-электронный комплекс – нестабильненько, добавляем ROH – получаем CrO3(ROH) – 14-электронный – получше. А вот если CrO2(OH)(OR) пишем, то это 12-электронный – и как-то менее логично кажется именно его и писать. Хотя там равновесия, конечно, и он тоже присутствует чуть-чуть.
Интересно еще, хотя опять же структура не известна поди, H2CrO4 – это CrO2(OH)2 как мы обычно пишем или гидратированный оксид CrO3(H2O).
В любом случае, спасибо Вам за ответы!
АЧ: Зачем гидратированный оксид? Там два протона сидели бы на одном кислороде, при том, что рядом другие. Хромовая кислота, конечно, известна только в растворе, при попытке это концентрировать, начнется олигомеризация – дихромат, трихромат, и т.д. – в конце просто выпадет хромовый ангидрид, а это в твёрдом виде просто длинный полихромат, так что наверняка даже на концах имеет протоны. Самая удачная геометрия у всех таких производных хрома(6+) – тетраэдр. Хром всё же особенно в высоковалентных состояниях – типичный ранний переходный металл, и ему не обязательно достигать 18 электронов в комплексах, так что 14 электронов это вполне себе ничего. В общем, хромовая кислота это такой фантом, она совсем неустойчива в растворах, а в твердом виде и вообще невообразима. Так что большого смысла размышлять, как устрон такой комплекс, нет.
А почему два водорода на кислороде плохо? Вода же просто координирована к хрому, поэтому дает 14-электронный тетраэдрический O3Cr(H2O). А если протон на другом кислороде, то будет 12-электронный тетраэдрический O2Cr(OH)2. Почему первый вариант хуже? Или лучше? Понятно, что толку от этих рассуждений ноль, но просто теоретически интересно, как она могла бы быть устроена.
АЧ: Мы знаем свойства хромовой кислоты – она вроде сильная, хотя бы по первой ступени. Значит протон там плохо держится. А зачем второй лепить на тот же кислород. И потом, не относитесь так серьезно к счету электронов. Это удобное подспорье для такой первичной оценки комплексов – разумна ли структура, насколько ее можно считать готовой принять еще лиганды. Но конкретная электронная структура может очень сильно отличаться от предсказания по формальному счету. Это особенно касается ранних переходных металлов первого ряда в высоковалентных состояниях, для которых почти наверняка не весь набор из 9 атомных орбиталей имеет значение. Это такая разновидность гипервалентности – уже посчитанные электроны частично остаются на лигандах, и тогда степень ненасыщенности металла невелика и он претендует максимум на один дополнительный лиганд. В общем, стоит всегда посмотреть на то, какие есть реальные комплексы, какие у них свойства, и только тогда приступать к аккуратным обобщениям. И любая интерпретация имеет значение только если у нас есть чем ее проверить – какой-то комплекс, реакция, свойство. Может ли хромовый ангидрид взять воду лигандом? Для начала нужно найти в растворах такой коплекс – мономерный CrO3. Насколько я знаю, такого нет. Мы же не зря делаем комплекс с пиридином, формально представляя это так, что вроде был мономерный триоксид и он взял еще лиганды. Но реально был твердый хромовый ангидрид, то есть полихромат, и он деполимеризуется пиридином, за счет лигандного обмена. то же будет с другими донорными лигандами. Иными словами реально у нас есть тот же полихромат, который деполимеризуется водой – и не разумнее ли считать, что в раствор выходят олигомерные олигоохроматы, которые можно полностью деполимеризовать только раствором щёлочи, то есть расщеплением гидроксидом с депротонирование гидроксидо-лиганда. И всё это для органика не очень важно.
Спасибо большое за ответы! Все на своих метах теперь!
Но возник еще один вопрос про изоэлектронные соединения: вот если мы сравниваем CrO4(2-), MnO4(-), OsO4 и RuO4 – я так понимаю, что стабилизация высшей степени окисления падает в этом ряду. Поэтому CrO4(2-) не окисляет двойные связи, а если подкислить, то там бихромат, который посильнее, поэтому он делает сложный эфир из диола, присоединяясь по двойной связи, и второй Cr(+6) может дооксилить первый Cr(+4) – отсюда расщепление.
MnO4(-) присоединяется, но дальше не может расщепить, если только его опять не доокислить до +7 (А это можно же сделать? Мы же вроде учили, что если кислоты жахнуть и температуру увеличить, то ведь и двойную связь можно порвать?).
OsO4 – такой же как перманганат, а вот RuO4 уже нехилый: он присоединяется, давая Ru(+6), а этот может и расщепить.
А можно ли OsO4 и RuO4 просто использовать, чтобы окислять спирты до карбонилов? Мы как-то в этом никогда не ковырялсь, но по идее вроде же должны? А если так, то почему мы не перееокисляем диолы, если используем каталическое количество OsO4 и NaIO4?
Спасибо большое!
АЧ: Изоэлектронность и изоструктурность штуки полезные, но надо всегда эту гармонию поверять реальной химией, а то недалеко до случайных открытий. Безусловно, все эти частицы таковы. Но надо во-первых, помнить о тенденциях в группе – первый, второй, третий ряды – чем ниже, тем стабильнее высшие степени окисления. Поэтому, скажем, Fe(8+) достоверно так и не известен, Ru(8+) это очень сильный окислитель с множеством вариантов механизмов окисления, да там и промежуточные степени окисления тоже вполне себе ничего так что и не поймёшь, на чём там реакция останавливается, а Os(8+) совсем спокойное соединение, которое реагирует по очень специфическому механизму циклоприсоединения. Поэтому с ним диолы не переокисляются, а рутений зато дает очень много методов окисления, в том числе глубокого в каталитических вариантах, в том числе с отщеплением атома водорода.
И еще важно то, что каждый следующий электрон оторвать все труднее, тем более что отрывать его приходится от всё более сжатых атомов. В первом ряду хромат вообще окислителем не является и требует дестабилизации, перманганат является окислителем с механизмом как у тетроксида осмия, и очень легко активируется для более глубоких дел. Железа(8+) просто нет, и это был бы окислитель чудовищной силы с множеством вариантов.
Добрый вечер!
Спасибо Вам за этот сайт – очень интересно и приятно читать!
Я тут смотрел страничку про окисление спиртов, и у меня возник один небольшой вопрос про соединения Cr(VI). Скорее даже не вопрос, а просто непонимание одной штуковины, о которой Вы там рассказываете. Вот если взять раствор хромата и начать туда капать кислоту, то он сперва протонируется, а потом димеризуется в дихромат. И вы пишите, что если там протон, то ослабляется пи-связь, отсюда лиганд менее донорный и комплекс менее стабильный. Но я не понял почему если вместо протона висит CrO3 на этом кислороде, он теряет донорность в меньшей степени по сравнению с протоном? Не могли бы Вы немного пояснить это?
Заранее спасибо!
АЧ: Добрый вечер,
Спасибо за высокую оценку сайта.
Про протонирование хромата и превращение в бихромат. В химии всегда важна реальность, познаваемая через свойства веществ, описания реакций, понимание структур соединений. Дальше уже идут наши интерпретации, которые не обязательно лучшие и правильные. Реальность такова, что при подкислении раствора хромата мы не останавливаетмся на кислом хромате, а происходит димеризация, а если кислоты добавить больше, то и олигомеризация. Это просто значит, что бихромат термодинамически выгоднее кислого хромата. Чем они одичаются? Тем, что у одного гидроксидо-лиганд, а у второго мостиковый оксидо-лиганд. очевидно, что второй лучше стабилизирует структуру. то есть мы при подкислении дестабилизировали комплекс хрома(6+), назад мы вернуться при таком рН не можем, но при димеризации следовательно дестабилизация меньше, мостиковый оксидо-лиганд обладает парами электронов, которые можно частично использовать на донорный эффект. Почему он сильнее чем у гидроксидо-лиганда? Это не так просто сказать, не анализируя электронную структуру более подробно, но простое объяснение состоит в том, что в одном случае на кислороде висит настоящий неметалл, а водород это неметалл и не с такой уж низкой электроотрицательностью. А во втором случае другой атом хрома, а хром это металл, и весьма электроположительный, один из самых электроположительных среди переходных. Поэтому кислороду проще использовать пару на то, чтобы частично компенсировать каждому из хромов некоторый недостаток электронной плотности.
Но, повторю, явление важнее интерпретации. А с этим всё ясно.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Спасибо большое за Ваши ответы и помощь в понимании органической химии.
Не могли бы Вы подробнее рассказать об окислении аллильных субстратов с помощью SeO2? Как оно происходит? И что если у нас несколько разных заместителей у двойной связи? Например, на страничке про Воля-Циглера вы прекрасно объясняете региоселективность на примере 1-метилциклогексена. А вот в этом случае куда войдет OH-группа?
Заранее спасибо!
АЧ: Помогает и хорошо. А вопрос Ваш интересен и непрост. Я поставлю его в очередь, но это тоже надолго. Это очень интересная реакция, да и сама двуокись селена тоже, это ведь молекула, изоструктурная озону и сернистому ангидриду. Три молекулы, почти неотличимые по структуре, но драматически разные по свойствам. И сама реакция аллильного окисления много за собой тянет. Я попробую разобрать эту историю, но придется подождать и немало.
Что касается Воля-Циглера, то это странная история – реакция есть и даже весьма полезная и известная, а найти что-то толковое о том, как она идет и почему даже с несимметричными алкенами часто дает очень приличную селетивность очень непросто. Но это никак не переносится на химию диоксида селена, и тат все совсем по-другому.
Андрей Владимирович, добрый вечер! И спасибо, что ответили на предыдущие вопросы.
Вы как-то писали/говорили в лекциях, что, возможно, напишите страничку по карбенам, но так как много информации, то и ждать долго. Вопрос: ещё не близится выпуск странички?
Другой вопрос (относительно них же): кроме циклопропанирования, [n+1]-циклоприсоединения и лигандов они имеют практическое значение?
Третий вопрос – вообще из другой темы – ждать ли что-то о современном Виттиге во вкладке с фосфором?
И, в заключение – спрашивал про записи второго сезона ПМ, ответ получил; а лекции по СОХ в следующем году тоже не будут записаны? (вроде, Вы писали, что изменили там что-то, вдруг..)
АЧ: Добрый вечер. Ответил пока не на все. Надеюсь до конца февраля будет ответ на один из вопросов, вылившийся в целую отдельную страничку, поэтому так долго.
Про карбены страницу я делать не буду. Это работа месяца на три, а где я их возьму? Была лекция в первом сезоне ОХ21В (давайте так вместо СОХ, а то как-то сохнуть не хочется), я там большинство важных вещей затронул. Понятно, что слишком галопом и надо многое обсуждать серьёзнее. Я подумаю об ещё одной версии лекции про карбены, дополняющей и развивающей ту. Но не уверен, что на этот год. То же касается свободных радикалов.
Карбены? Значение? Да они кругом. Я же не зря ту лекцию так назвал кликбейтно. Так и есть. Да, в переходных металлах они прямо назойливо лезут во все большее количество реакций, но я пытаюсь это раскрыть в соответствующей лекции в курсе про переходные металлы. Буду понемногу и туда материал добавлять. В обычной химии стабильные карбены назойливо поперли в органокатализ. В химию р-элементов тоже как лиганды (или заместители), стабилизирующие необычные валентные состояния и интермедиаты. В обычной химии это интермедиаты с очень широким кругом реакционной способности – внедрение по разным связям. Всё больше вылезают всякие необычные карбены типа винилиденов, карбонов, и т.д. Дуализм винильный катион-карбен тоже продолжает развиваться. Но я многое из этого затрагивал в разных лекциях.
Виттиг и вокруг я скорее всего упакую в лекцию для ОХ21В, там много интересного набирается. Тогда и подумаю про то, чтобы что-то для странички написать. Вообще химия фосфора это нечто особенное – чуть в сторону отойти от мейнстрима, так просто полный туман. Я стал копать вот тот вопрос, который мне тут недавно задали, нашёл немало интересного, но и вопросов куча, на которые, как мне пока видится, никто даже не пытался ответы искать. Вот это как раз ко вчерашнему вопросу – есть ли чем заняться в органической химии, а то может уже всё известно. Ни черта ещё не известно, кругом даже сферический конь не валялся, не то что настоящий.
Про запись лекций ничего не знаю. Там видно будет.
Благодарю, ответы на интересующие вопросы получил!
Только уточню деталь в карбенах: вот реакции внедрения в углеродный скелет. На третьем курсе затрагиваем интересную реакцию “дибромметан – гем-дибромциклопропан – аллен” – я запамятовал, но если интернет не врёт, то это реакция Дёринга.
Так вот, уточнение вот в чём: это реально используемый метод или же это то, что “пишем на бумаге и на 3 курсе”?
АЧ: Уильям Дёринг это отец карбеновой химии, многие вещи идут от его работ еще 1950-х годов. И да, перегруппировку циклопропанового карбена (циклопропилидена) в аллен он тоже первым описал. Это одна из таких модельных реакций для упражнений теоретиков. Но и в синтезе это тоже полезно, это вполне общая реакция, ведь методов генерации карбенов воз и четыре больших телеги цугом, так что упражняться можно долго. На 3 курсе? Я не уверен, что это хорошая идея.
Вас понял, благодарю
Здравствуйте!
Не нашёл форму вопросов на сайте по металлам – возможно, не увидел.
Проводил реакцию Соногасиры по “стандарту” – CuI, (PdPPh3)2Cl2, амин. Субстрат – п-альдегидный ацетилен и бромстирол. Выход мизерный:(
В связи с этим, возникло 2 вопроса – у этой реакции есть ограничения на ФГ? Второй: можно ли говорить, что с этим субстратом реакция пройдёт хорошо, а с тем – плохо, на основе только теоретических знаний?(Вероятно, нет, но всё же – что-то типа “с донорами лучше, с акцепторами плохо”).
P.S. Спасибо за Ваш труд!
АЧ: Нет, там нет формы для вопросов. Когда идёт этот курс, я от записавшихся принимаю вопросы в свободной форме, например. на почту, и даже оцениваю. Новый сезон кстати начнется прямо в этот вторник.
Что касается Соногасиры и вообще любой реакции из области катализа переходными металлами, то первое правило – ищите опубликованную методику. Увы, эта химия отличается совершенно полным отсутствием гарантий того, что с другими субстратами реакция пойдёт. Это проблема любых многостадийных реакций, зависящих от последовательности стадий, каждая из которых управвляется своими факторами. То, что благоприятствует одной стадии, может намертво заблокировать другую, и процесс застрянет. Поэтому совершенно общее правило – каждый для себя делает оптимизацию.
Из общих вещей: Соногасира не очень любит бромпроизводные, предпочитает иод. Довольно трудно сказать почему, ведь в окислительном присоединении C-Br обычный нульвалентный палладий вполне компетентен. Но многое зависит от условий. В стандарте условия мягкие, следовательно может быть неприятная история с неудовлетворительной предактивацией, с тем что в таких условиях маловато Pd(0)/ Для иодпроизводного достаточно, для бромпроизводного слишком мала скорость первой стадии. Ещё одна проблема может быть в ацетилене. Надо посмотреть, делал ли кто-то с таким. И я надеюсь, что амин третичный, а не вторичный. Проблема может быть в том, что акцепторная группа дезактивирует ацетилен к связыванию с медью, а эта реакция идет через пи-комплекс.
Если проблема с окислительным присоединением, можно попробовать сразу взять нульвалентный палладий, например, смесь dba-комплекса и фосфина. Проблему с ацетиленом можно попробовать сначала решить грубой силой, просто убрав формил под ацетальнгую защиту. И так шаг за шагом ловить улучшение.
Круто, что выходит 2 сезон переходных металлов. В таком случае Вам привет от маленькой научной группы из СПбГУ, занимаемся золотым катализом и смотрим ваш курс – очень интересно.
Относительно вопроса – спасибо за возможные пути решения, понял. Из ответов вытекло несколько других вопросов:
– Относительно бромпроизводных: не знал, интересно и печально – бромстиролы доступнее чем иод-аналоги(
– Про ацетилен: нашёл некоторые работы описания его реакций даже с бромпроизводными – правда, не понял, зачем в некоторых случаях в реакционную смесь добавляют чистый PPh3… Это помогает палладию как-то?
– Про амин: да, трет-. Никогда не задумывался на амином в этой реакции (зря, наверное) и стало интересно: почему так категорично? В литературе много реакций Соногасиры с Et2NH.
АЧ: Не второй сезон, а новый сезон. У этого курса программа более-менее постоянная, но каждый сезон немного добавляю разными способами материал, что-то убираю, что-то исправляю.
Конечно, бромпроизводные доступнее. И в принципе, это не безнадёжно. НА крайний случай есть не один протокол замены брома на иод, у того де Бухвальда.
Фосфин добавляют иногда просто так, но чаще если видят, что конверсия плохая, катализатор деактивируется, и это часто из-за того, что портится фосфиновый лиганд, а есть много реакций, даже не обязательно воздух напустить в реакцию. Та же медь связывает фосфин, а поскольку меди обычно больше чем палладия, то равновесия не в пользу палладия, и тогда может повалиться чернь раньше времени.
Вторичный амин может превращать альдегид в иминиевую соль. Для этого нужен кислотный катализ, конечно, но хотя бы тот эквивалент, который уже вышел из Соногасиры, может так поступить. А иминиевую соль легко потерять при разделке – но тут, конечно, надо смотреть материальный баланс в продуктах реакции.
Я иногда, когда реакция не идёт ещё такой трюк советую: добавить прямо в реакционную смесь заведомо более активный субстрат, например, обычный фенилацетилен и/или иодбензол – чтобы просто посмотреть идёт ли в данной системе реакция. Если идёт, то получистя такой конкурентный забег – можно будет посмотреть относительную реакционную способность, и тогда уже принимать решения. А если не идёт, значит что-то в этой смеси ингибирует каталитический цикл и надо разбираться что – один из субстратов, или что-то случилось с той же иодистой медью, которая нередко ведет себя скверно и как-то странно портится. Тогда надо свежую сделать.
Вас понял, благодарю за ответы!
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Спасибо за Ваш труд
Интересует Ваше мнение на банальный вопрос, но волнующий:
Можно ли сказать, что “Золотой век” обычной
органической химии (если брать только классическую и химию ПМ) закончился, и всё, что дальше – только междисциплинарные исследования по типу биоортогональных? Или всё же ещё копать и копать, работать и работать?
(Помню Ваше утверждение, что химия – наука молодая)
P.S. Вы говорили, что начался новый сезон химии ПМ – а он будет доступен в записи (teach-in записывают их)?
АЧ: Добрый вечер,
Спасибо и Вам. С конца начну – нет, зачем, изменения по сравнению с прошлым годом небольшие. Но я, скорее всего, выложу просто слайды лекций на своём сайте просто потому что там будет немного нового материала, часть из которого наверное войдёт в квест, поэтому для удобства выложу. Это уже довольно устоявшийся курс, поэтому я его только немного изменяю и дополняю в лекциях, а что-то просто на сайт выкладываю.
Что касается органической химии, то Золотой век это очень амбивалентное понятие. С одной стороны да, Золотой. Век Вудварда, так можно назвать по архетипу.
Дальше что? А дальше надо делать нормальную науку. Оставив великих в прошлом, все эти гонки за славой и так далее. Надеюсь еще дет через 10-20 начнется работа по ревизии и нормальной систематической работе по выстраиванию непротиворечивой науки с минимумом основ, и хорошенько почищенной от массы лишних понятий и теорий. И вообще желательно, а точнее обязательно не делать отдельную органическую химию, а строить просто химию с едиными основами, подходами к строению и реакционной способности. Это должно быть намного проще чем то пёстрое месиво, что есть сейчас. А искусственному интеллекту впридачу поручить разгребание невероятного количества методов, из которых полезны и могут работать самое большее 1%, а скорее намного меньше. Это несложная библиографическая работа, но на огромном массиве публикаций, ровно для него, ИИ.
В общем, я бы рискнул предсказать что лет через 30 химия изменится радикально, и наверное, попробует наконец стать наукой в полном смысле этого слова.
Здравствуйте, Андрей Владимирович! Прежде всего, спасибо за Ваши труды, очень полезно и интересно. У Вас своеобразная и понятная манера изложения, в связи с этим вопрос – в будущем, планируете написать какую-то свою книгу по органике?
Другой вопрос: в одной из лекций Вы говорили, что не любите учебники. Читал ответ на какой-то вопрос по органике на Вашем сайте, Вы сказали, что Марч это помойка) Просто стало любопытно, почему?
АЧ: Спасибо и Вам за добрые слова.
Книгу? Какую книгу? Зачем? И кто её издаст, эту книгу, если бы мне пришла в голову такая странная мысль? И как? Мне кажется, что в 21 веке с книгами уже связываться не обязательно. Я вообще не против книг, но всегда нужно понимать что и зачем. Я для себя не вижу ни одной причины.
Про учебники. Не то, что не люблю, без учебников жить сложно, когда учишься и есть программа, нужны и учебники. Но я не учусь, а информацию предпочитаю брать не из вторичных источников, а максимально прямо из первичных. Потому что отлично знаю, насколько много в учебниках, монографиях и обзорах всякого вздора, высосанного из пальца. Поэтому поимел странную привычку проверять каждое утверждение из таких источников, а еще лучше вообще держаться подальше, ну разве что поначалу зацепиться за тему так можно. Иначе тоже превратишься в пережевывателя перережеванного. Нафиг-нафиг. Жизнь коротка и тратить её на это мероприятие как-то совсем уже жалко. Но никому не мешаю читаь учебники. По некоторым наукам есть отличные учебники, прямо зависть берёт. Но по органике я таких не знаю, и даже знаю почему это так. У нас поразительно замусоренная разным вздором наука, так получилось в прошлом веке, когда многие бежали впереди паровозов и торопились что-то громко заявить. Потом всё оказывалось не так, но дела до этого уже никому не было, потому что нужно было переваривать следующие вопли. Много попало в учебники и всякие википедии и там прописалось, и уже ядерной бомбой не вышибешь. Вот такая наука.
Марч это помойка просто потому что эту книгу написал человек, который никогда в реальной науке не работал. Методист такой. Типа из тех, что химию увидел во сне. И он вообще не понимал, что важно, а что просто мусор из проходных статей, просто выписывал всё подряд и тем гордился, что у него есть всё. Но это просто свалка всего на свете. Информацию надо уметь проверять, но он вообще никогда этим не заморачивался потому что это ему в голову не приходило – что в статьях много мусора, да и просто бесполезных вещей. Новое издание, насколько я знаю, делал уже Смит. Это куда более разумный человек с хорошим опытом, и книжка у него есть по оргсинтезу вполне приличная, хотя тоже не без чепухи. Не знаю зачем ему это и что он может с этим сделать. Мне в общем-то всё равно, я не буду этим пользоваться.
Добрый день.
Про книгу ответ ожидаем, но узнал, мало ли) Причина “несостоятельности” учебников тоже понятна, спасибо за мнение. Про Марча не знал, но спасибо – теперь знаю.
Последний вопрос на эту тему: раз не книга, собираетесь продолжать курс по современной органике? Очень интересные и оригинальные материалы получились по темам 1-2 сезонов.
АЧ: Продолжать собираюсь, но в несколько более щадящем темпе. К тому же я прямо в начале этого сезона говорил, что это первый прогон, поэтому сырой, и на следующий год (этот) лекции будут доделаны и повторены. Повторены не дословно, а со значительными изменениями, перекомпонованы, добавлен материал. И 2-3 лекции будут совсем заменены на новые. Собственно, по этому принципу я и буду двигаться дальше: из готового пула тем выбирать пакет на каждый год, каждую тему дополнять новым материалом, и делать две-три новые. Такой замысел и был с самого начала.
Вас понял, благодарю за ответ
Буду ждать!
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Когда мы обсуждаем восстановление амидов и карбоновых кислот с помощью LiAlH4, подразумевается, что механизм очень похож на восстановление альдегидов и кетонов, поэтому мы как-то заостряем на нем внимания. Я вот тут попытался его расписать, и как-то у меня не получается без непривычных глазу интермедиатов алюминием. И понятно, что в реальности там черт пойми что с алюминием происходит, что он может быть в разных формах (да еще и эти алкоксиды диспропорционируют), но как-то хочется более-менее разумных механизм написать.
Не могли бы Вы помочь мне с этим и показать (более-менее полный, если это вообще возможно) механизм восстановления карбоновых кислот и амидов?
Спасибо Вам большое!
АЧ: Добрый вечер,
Вы точно имеете в виду именно карбоновые кислоты? Восстанавливают всё же обычно сложные эфиры. У Вас проблемы именно с карбоновой кислотой, а с эфиром всё ясно?
С эфиров вроде более-менее ясно, а вот с амидами и карбоновыми кислотами вопросы есть. Спасибо!
АЧ: Ох, мне кажется, Вы усложняете. Во-первых, никто серьёзно эти механизмы не изучал – там такая каша, что сам чёрт захлебнётся. Изучать такие реакции серьёзно почти невозможно. Во-вторых, проку от таких механизмов приблизительно столько же, как от заклинаний. Там всё более-менее шаблонно на уровне общих соображений. А они просты: собственно восстановление это перенос гидрида на электрофильный углерод. Гидрид переносится с тетраэдрических гидридо-комплексов алюминия, теоретически, пока гидрид есть в координационной сфере, его можно перенести на электрофильный углерод. Практически это не так, потому что каждый следующий гидрид ленивее предыдущего, поэтому используют избытки (относительно стехиометрии, а стехиометрия это количество водородов, которые переселилсь на углерод. Карбоновая кислота при этом сначала один гидрид снесет протолизом, потом карбоксилат будет восстанвливаться в координационной сфере.
Второе – в этой реакции уходят кислородсодержащие группы, или алкоксиды, или гидроксиды (оксиды). Уходят они не просто так, а этому помогает алюминий, забирает их себе как лиганды, алкоксидные, или оксидные. Во втором случае нужно подключить второй атом алюминия, чтобы получился мостиковый комплекс. Уход этих групп это обычное элиминирвоание из тетраэдрических интермедиатов карбонильной химии.
Иными словами, просто переносите гидрид, алюминием цепляйте за кислород, дальше элиминирование – уходит комплекс алюминия, унося кислороднгую группу. Следите за правильным направлением стрелочек, чтобы случайно алюминий не восстановить. На второй стадии получится или альдегид или имин, с ними еще одно гидридное восстановление.
Получится нечто правдоподобное. Вот этот момент нужно не забывать: роль алюминия не только в том, чтобы сдавать гидрид, но и в том, чтобы оттаскивать кислородную группу в виде лиганда. То есть функции у алюмогидрида и других промежуточных комплексов алюмининия две: донор гидрида и кислотное содействие уходу кислородных плохих уходящих групп – делает их хорошими.
Да, вот мне как раз это было и интересно: как алюминий их утаскивает. Понятное дело, что там каша из всего, что только можно придумать, да еще и частично в равновесии, но как-то писать O-AlH3 c минусами на кислороде и алюминии не хочется, хотя черт его знает. Как вы думаете, вот эта частица с алюминием, которая отваливается, она вообще что? Как ее правильнее нарисовать, чтобы головной боли не возникало?
АЧ: Конечно, поэтому нужен будет еще один алюминий, типа X3Al-O-AlX3 (Х это или остаточные гидриды или еще кислороды). Не бойтесь этого. Смотрите на все как на лиганды, не забывайте про валентности, и всё будет отлично. Никто эти промежуточные комплексы все равно никогда не выделял и они нафиг никому не нужны. Понятно, что с карбоновыми кислотами именно в этом и проблема – если попытаться сдать много гидрида, то там получится такой координационный полимер, перешитый оксидными мостиками, что-то на пути к оксиду алюминия, но сильно дефектному. И здесь проблема не в том, что такую раскоряку не пойми как рисовать, а в том, что она быстро станет нерастворима, повалится из раствора, утащит с собой кучу недоиспользованного гидрида, а возможно и часть карбоксилатов, которые потом при разделке реакции вернутся невосстановленной кислотой. Поэтому предпочитают и сильно восстанавливать не кислоты, а эфиры, где уходящая группа монодентатная, и никого сшивать не будет. Вот это O-AlH3 с двумя минусами не годится не потому что это что-то крамольное, а потому что это плохая уходящая группа, ей нужно еще помочь, подцепив еще один алюминий, а в этой каше это просто – там просто все возможные координационные равновесия.
На третьем курсе много времени уделяют синтезу алкилгалогенидов – даже в практикуме получают простейшие t-BuCl прямо в делительной воронке и что-то посложнее через взаимодействие спирта с бромом на фосфоре.
В то же самое время, есть алкенил- а алкинилгалогениды, которые и реактивы Гриньяра/Йоцича дают, и в кросс-сочетание вступают хорошо и вообще ребята покруче. Но вот их получение более скрыто завесой тайны.
Собственно, вопрос: есть ли доступные и рабочие методы синтеза тех и других (я понимаю, что в статьях можно много что найти, но я имею ввиду именно “тривиальные”, на уровне химпрака)
Если их нет/я плохо искал – мой пардон
P.S. Из винилпроизводных путём неглубокого поиска обнаружил реакции Виттига-Сторка и Такая.
АЧ: Во-первых, извиняюсь, но Йоцича делают из терминальных ацетиленов, а не галогенацетиленов. Вообще галогенацетилены очень легко делаются, но они редко нужны в синтезе.
Винилгалогениды проще всего делают из алкенов присоединением-элиминированием: присоединяют галоген, затем один из них элиминируют, или основанием, или если галоген присоединяли к замещенным акриловым кислотам, то совсем просто происходит галодекарбоксилирование.
В синтезе почище и потоньше одна из любимых реакций – гидроцирконирование Cp2ZrHCl c последующим иоддеметаллированием, все очень чисто и стереоселективно. Но и присоединением HI или HBr, обычно генерируемым на месте аккуратным гидролизом чего-то типа Me3SiX на чуть влажном силикагеле, тоже не брезгуют. Но вообще для кросс-сочетания чаще проще сделать трифлат из енолизуемого кетона.
Про Йоцича знания деградировали, подзабыл.
За ответ спасибо большое!
Здравствуйте!
Посмотрел Ваши лекции для аспирантов на teach-in – спасибо большое Вам за них. Очень увлекательно и познавательно!
Возник такой вопрос про гипервалентоность (и иже с ними): вот в SF6 внутри у серы есть пустая s-орбиталь (видно отовсюду, даже из расчетов), точно так же, наверное и в SO3 (отсюда чудовищная электрофильность последнего, как я понимаю; а в первом все точно также, но там фтор все заткнул, поэтому сера хочет нуклеофил, да не может).
А почему это все-таки выглядит как 3 (3c-4e)-связи в случае SF6 и 3 с разделением зарядов у SO3, а не как две обычные связи S-F и 2 “необычные” (3e-4c) в первом случае, и не и одна двойная связь с кислородом и 2 семиполярные во втором? Тогда вроде и октет вместо секстета будет.
И вот я понимаю (подразумеваю здесь большую долю сомнения), что там все связи в реальности одинаковые, и расчеты дают такое, но вот есть какой-то разрыв у меня в этом представлении, который не дает гладко это все сконтачить (все-таки я не понимаю).
Не могли бы Вы мне с этим помочь и поставить мозги на место?
Большое спасибо Вам!
АЧ: Благодарю за добрые слова. Насчет мозгов, не волнуйтесь, они вполне на месте. Представлять структуру можно разными способами. И начинать лучше с менее парадоксальных, без дырок внутри, и с максимумом нормальных двухцентровых связей. Но не всегда это получается. В любом случае это будет некое описание, гипотеза о том, как устроена молекула. Дальше как с любой гипотезой нужно пытаться ее проверить, сопоставив с реальной структурой. Реальную структуру нужно взять сначала обязательно экспериментальную, обычно это рентген. Но на рентгене мы видим во-первых, структуру в кристалле, вокруг другие молекулы и межмолекулярные взаимодействия могут здорово изменить структуру индивидуальной молекулы. Во-вторых, в рентгене возможно усреднение, если есть какие-то внутренние движения быстрые, но для этого нужно еще видеть качество сруктуры, disorder и всё такое. Для некоторых особо важных молекул можно найти результаты других методов определения структуры. Все это хорошо, но желательно еще расчет посмотреть на хорошем уровне, иногда можно самому сделать, но обязательно найти другие результаты и сопоставить. Если все это сделано, можно считать, что у нас есть представление о реальной структуре и можно начинать сопоставлять с гипотезой.
Сера шестивалентная, любая – максимум две обычные ковалентные связи. Остальное придется добивать гипервалентностью. Итак, мы могли бы иметь в SF6 две ковалентные связи, и две трехцентровые. Скорее всего в такой конфигурации ковалентные были бы апикальными. Для этого нужно использовать смесь s и p (что-то типа sp-гибридизации, но в периодах ниже второго чистой гибридизации не бывает, но бывает смешивание, но тогда и эти ковалентные были бы неравноценными, одна больше на p-характере, вторая больше на s. Бывает и такое, но это обычно видно, у таких связей различается длина. Хорошо, возможно они выровнялись благодаря резонансу, но мы вряд ли это увидим в расчете, хотя увидим в эксперименте. Экваториальные связи трехцентровые, одинаковые, перпендикулярные, подлиннее. итого – геометрия это искаженный (приплюснутый по одной оси) октаэдр, а то и бипирамида с разными высотами. Орбитали в расчете максимум дважды вырожденные. Смотрим эксперимент и расчет – везде чистый октаэдр, симметрия наивысшая, орбитали попадаются трижды вырожденные. Вывод: гипотеза о трех равноценных трехцентровых адекватнее описывает структуру, гипотеза не отвергнута (из этого вывод один – продолжайте искать данные, которые ее опровергают, может мы что-то не заметили). Далее, SF6 это не единственная структура, а прямо архетип. Полно изоструктурных частиц. Все октаэдры. В той же группе гексафториды тоже. В восьмой благородные газы, гексафторид ксенона – вот у него все то же самое, только s-орбиталь тоже занята. И кстати не с этим ли связана чудная динамика этой молекулы – эта пара внутри страшно толкается и дестабилизирует конструкцию. Так, а что там у галогенов. Что такое ClF6? Очевидно, радикал – и электрон попал на внутреннюю s-орбиталь. Это радикал, но он внутри частицы! Чудеса! А подтвердить это как-то можно? Например, по ЭПР – там чудовищной величины расщепление на хлоре, как будто спин электрона прямо на ядро уселся. Ну да, мы знаем, s-орбиталь она такая, у нее плотность прямо в центре ядра есть, взаимодействие сильнее некуда. Ну и это тоже чистый октаэдр, что странно было бы в других моделях, ведь неспаренный электрон симметрию должен был разрушить, если бы попал на вырожденные пакеты орбиталей. Только s-орбиталь невырожденная, ей пофиг в какой симметрии сидеть, она сама симметричнее всех. Про пятую-А группу и фокусах гексафторпниктогенных ионов я кажется в лекции рассказывал. Можно еще в четвертую группу опуститься и в третью, там тоже есть изоструктурные соответственно дианионы и трианионы со своими фокусами. Но все это порождает огромный набор изоструктурных частиц, которые подозрительно подчиняются одному паттерну с тремя гипервалентными связями. Слишком гладко? Согласен, мне тоже не нравится. Очень подозрительно, когда множество разных элементов маниакально воспроизводят один паттерн. Ищем исключения. Кстати, а вот у гексафторидов хальколенов можно как-то выковырять эту дырку в середине? Можно, но только внизу, у гексафторида теллура, когда в шубе фторов появляются зазоры, и тогда туда может пролезть еще один фторид как раз нормальной координационной связью. Но поскольку природа все же любит посимметричнее, эта конструкция регибридизуется в не до конца понятную структуру. Я пока считаю, что там есть гипервалентная связь с большим количеством центров, но не уверен. А полонием занимался кто-нибудь? Чур, чур меня! Не знаю, но нет ли там октафтор-дианиона с четырьмя трехцентровыми? А как это устроить на трех р-орбиталях и одной s? Похоже на чушь, забудем, и элемент этот зловещий трогать не будем. Лучше посмотреть на химию висмута в том же периоде, и продолжить туда втискивать фториды.
Теперь про серный ангидрид, почему не устроить с кислорода донорный эффект на пустую орбиталь? Можно, но тогда мы потеряли бы огромную электрофильность. С тем, что это равные по длине связи, мы элементарно бы разобрались с помощью мезомерии. Да вот беда, говорят, что взаимодействие 3p-2p очень невыгодно и проявляется крайне слабо, и с этим связана куча структурных явлений. Ну и дальше, продолжим эксперименты с изоструктурностью. Сместились в пниктогены, что там? Ага, метафосфат-анион, неуловимый, но постулируемый в реакциях замещения в пиро- и трифосфатах. А что он, собака, такой неуловимый? А потому что изоструктурен серному ангидриду и из-за этого весьма электрофильный. Анион электрофильный? Да, и с этим намертво связана химия воображаемой метафосфорной кислоты, которая из-за высочайшей электрофильности фосфора не может быть получена ни в каком виде (все что так называется, это полифосфорная кислота с тетраэдрическими фосфорами). Метафосфат (мономерный) хотя бы постулируется, он имеет отрицательный заряд и хотя бы отталкивает нуклеофилы, хоть немного это повышает его шансы прожить хотя бы как интермедиат. Но как только мы это протонируем, получаем незаряженный электрофил похоже что слабо отличающийся от серного ангидрида по жадности. А может и превосходящий, того мы хотя бы недолго видим в мономерном виде. Тоже из-за плохого 3p-2p взаимодействия. Ну и последний фокус – а что если мы поднимемся на строчку верх – а там нитрат, стабильный как черт, с электрофильностью близкой к никакой (я не буду отрицать возможность найти нуклеофил, который достучится до азота нитрата, но это должен быть очень наглый нуклеофил). Отчего нитрат так отличается от метафосфата? Да из-за 2p-2p взаимодействия, которое эффективно убивает секстет на азоте, превратив его в октет ровно так, как Вы предлагали для SO3.
Ну вот так путешествовать по структурам можно очень долго. Это увлекательное и поучительное занятие, если не забывать смотреть, что там в реальности у них получилось.
Здравствуйте!
Я тут читал про реакцию Виттига и наткнулся на аналогичную, но с фосфонатами – Хорнера-Уодсворта-Эммонса. Интересная реакция, но я немного не понимаю как группы в фосфонате влияют на геометрию двойной связи. Если EtO или MeO, то (Е)-изомер преобладает, а вот если CF3CH2O, то (Z). То же самое, если использовать ArO.
Не могли бы Вы помочь и прояснить такую разницу в селективности?
Заранее спасибо!
Приветствую Вас,
Может тогда уж и ссылку дадите. Никто никогда не делает Уодстворта-Эммонса ни с чем кроме фосфоновоуксусного эфира обычного, который всегда дает транс. Это какой-то выпендрёж, но все может быть. Только чтобы во всем этом разобраться, нужно сначала разобрать, как в современной химии видят Виттига, там многое изменилось с тех пор, как это попало в учебники. Когда-нибудь я это сделаю, но там быстро не получится. У меня есть это в планах. А ссылку все равно давайте, потому что возможно это просто туфта.
Спасибо большое!
Вот, например, есть обзор, где всякие группы на фосфонаты вешают, и они как-то влияют на селективность.
https://doi.org/10.1002/adsc.201901591
АЧ: Хорошо, я понял. Тут всё очень мутно, но я поставлю это в очередь. Скорее всего это подождет до того, как у меня руки дойдут до Виттига в целом. Это и так планировалось, но пока не понятно когда. Как общий совет, я рекомендую не очень увлекаться такими модификациями известных реакций, которые мало использовались в реальном синтезе и хорошего опыта по их воспроизводимости нет. У Виттига вообще десятки модификаций. Но возможно это полезная реакция, надо покопать немного получше.
АЧ: В любом случае, спасибо. Тут же еще одна модификация нашлась, и даже с некоторой историей использования. Возможно, что-то интересное из этого и получится нарыть. Но это надолго.
Добрый день!
Не могли бы Вы, пожалуйста, помочь мне разобраться с один проблемой?
Читая про SN2 c карбонильными субстратами (например, бром- или хлорацетон), возник вопрос: почему нуклеофил не атакует сам карбонил? Вроде бы пи* (С=О) должна быть ниже по энергии, чем сигма* (C-Cl), поэтому должно быть чуточку легче (хотя я в этом не уверен). Или атака идет, но обратимо, поэтому так или иначе заканчивается все замещением?
Просто если все-таки карбонил в деле, и его атаковали, не может ли отрицательно заряженный кислород потом сам выбить уходящую группу и сделать эпоксид?
Спасибо Вам за ответ и большая благодарность за все Ваши материалы!
АЧ: Добрый день, и спасибо за высокую оценку моих скромных усилий. Отвечу позже, через несколько дней. Тут всё просто, но надо картинки нарисовать, а мне хочется наконец допилить одну страничку в ответ на один из предыдущих вопросов.
Спасибо большое!
Я еще вспомнил про конденсацию Дарзана, но там иначе все идет, хотя чем-то похоже.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Хотел поблагодарить Вас за этот сайт – очень помогает в изучении многих тем и учит думать шире!
Читая всякую литературу, у меня возник вопрос по поводу соединений с фтором. Сейчас, кажется, очень популярно засовывать его во все молекулы, чтобы как-то манипулировать электроникой немного. Очень часто можно встретить CF3-группу, например. Мне стало интересно, а почему она повышает липофильность? Что в ней такого, что она заставляет молекулу меньше любить воду? Вроде бы фтор умеет водородные связи образовывать, и весьма прочные, а тут как-то наоборот получается. А если вообще перфторалканы взять, то они и другую фазу могут образовать.
Интересно еще, ведет ли себя похожим образом CHF2 и CH2F группы?
Заранее спасибо за ответ!
АЧ: Приветствую Вас,
И спасибо за высокую оценку моих упражнений. Помогает – это очень хорошо, я рад.
Фтор это действительно крайне странный элемент и всё у него не как у других элементов. Но это именно следствия крайностей. Иногда довольно неожиданные. Вообще межмолекулярные взаимодействия это не совсем моя область, это очень сложные раздел физической химии, где лучше искать настоящих специалистов и быть готовым к тому, что еще много остается непонятного даже для них.
Трифторметильная группа сама по себе вряд ли может быть липофильной, как не является таковой метильная группа. Все эти фильности это свойство не молекул, а макроскопических фаз и межфазных слоёв, а там многое решает не отдельные свойства, а именно некие равнодействующие сил. Как это иногда формулируют – борьба сил адгезии и когезии. Фторпроизводные в этом смысле являются чем-то особенным только тогда, когда есть более-менее длинные перфторалкильные группы. В таких группах из-за стерического объёма атома фтора, который невелик, но заметно больше водорода, да и связи несколько длиннее – торсионные взаимодействия куда жестче, чем в таких же алкильных группах. Это создает конформационную жесткость, и обнуляет дипольные моменты во всех направлениях кроме оси такого хвоста, присоединенного еще к чему-то. Кроме этого, сами связи C-F сильно поляризованы в сторону фтора, на фторе повышенная и при этом компактная электронная плотность – молекула как будто одета такой плотностью. Это создает отталкивание от гетероатомов других молекул. Это хорошо известный эффект – через фторное одеяло фиг прорвешься к атомам внутри. Совсем парадоксальной силы этот эффект достигает у гексафторида серы, но и у других перфторированных молекул что-то типа того тоже работает.
И что довольно интересно, фтор на связи C-F довольно плохой акцептор водородной связи, вероятно, потому что водородная связь это все же не просто электростатика за счет дырки на атоме водорода, а еще и обратный эффект поляризации электронной плотности атома-акцептора водородной связи. А фтор, как известно, крайне плохо поляризуется, что и снижает энергию водородных связей, которые оказываются одними из самых дохлых.
И с эти же связано отличие от неполярных алкильных цепей или групп, которые зато отлично поляризуемы и очень хорошо взаимодействуют дисперсионными силами. Перфторалкильные группы совсем этого не умеют. Поэтому и получается этот странный эффект трехфазных систем. Гидрофобные (они же липофильные) фазы за счет алкилов хорошо взаимодействуют внутри себя дисперсионными силами – им хорошо вместе. Полярные вещества отлично взаимодействуют электростатикой дипольных моментов, им хорошо вместе. Вещества с водородными связями цепляются друг за друга этими связями – им хорошо вместе, да еще у них обычно все в порядке с обычной полярностью, и они смешиваются в полярными веществами – там самое большое разнообразие смешивания и образования однофазных смесей, воспринимаемое как липофобность. А фторированные вещества ничего этого не умеют, поэтому все другие молекулы, образуя фазы, предпочитают себе подобных. И приходится перфтор соединениям выходить в отдельную фазу, это такая фаза неприкасаемых, никто их не любит, приходится держаться вместе. Ах, как несправедливо! Но так устроен мир.
Из этого в частности следует, что замещать отдельные атомы – только портить. Частично фторированные группы не будут проявлять свойств перфторированных – там возникнет коноформационная подвижность на гош-взаимодействиях, а следовательно перестанут компенсировать друг друга отдельные дипольные моменты, возникнет суммарный дипольный момент, который начнет осциллировать вместе с конформациями, а это уже поляризуемость, межмолекулярные взаимодействия увеличатся и прощай отдельная фаза.
Добрый день!
Я читал Ваши статьи про замещение и элиминирование, и у меня возникла пара вопросов. Не могли бы Вы их прояснить?
1. Читая весь материал у меня сложилось впечатление, что во всех мономолекулярных механизмах могут образоваться только самые стабильные карбокатионы (третичные и др.), а вот вторичные – это уже большая проблема. Ну, может не такая уж и большая, но они никогда не были пойманы (вроде как). Но в принудительных SN1 мы все-таки можем и вторичные карбокатионы заставить образоваться. Я понимаю, что на контрольных и коллоквиумах мы можем их писать (и даже первичные, наверное), чтобы объяснять всякие чудеса, но интересно узнать как там все происходит на самом деле (на сколько это “самое дело” известно, конечно).
2. И вот из первого вопроса появился второй – про уходящие группы. От чего зависит как хорошо они уходят? Опять же понимание сложилось такое: чем более стабильное основание получатся, тем лучше. Но вот например у Cl- pKa гораздо ниже, чем у воды, но если их как-то сравнивать, то в принудительных SN1 вода вроде лучше уходит, чем Cl- (для него нужна какая-нибудь кислота Льюиса). И то же самое касается триметиламмония – вроде бы даже хуже фторида (если смотреть на pKa), а может уходить лучше (например в протонных фторид точно лучше сольватирован и должен отваливать даже лучше иодида). Так ощущение, что заряд на уходящей группе как-то может очень сильно повлиять на все это, и что дело не только в стабильности этих уходящих групп, а еще и барьерах активации и энергии связи. Не могли бы Вы меня поправить, если прям совсем не туда мыслю и объяснить в чем тут все-таки дело?
Спасибо Вам большое!
АЧ: Если химия это наука, и не простая, а естественная, то есть строго основанная на эксперименте, то в ней не должно быть чудес. Но может быть много всякой фигни – неверно интерпретированных экспериментов, недостаточно обоснованных теорий, желание выдать муху за стадо мастодонтов и так далее. Особенно в областях, которые не являются критически важными для развития технологии. Органическая химия в этом смысла очень показательна: на технологии в ней работает синтез, развитие методов синтеза. А теория органической химии – а это ровно и есть механизмы реакций, не только, конечно, но это самая главная часть этой теории – это такая служанка синтеза. Фокус в том, что без механизмов развивать синтез невозможно, сейчас не 19 век, когда это получалось, но дело так устроено, что синтез важнее, мы читаем статьи по очередным достижениям синтеза, а рассуждения о механизме в таких статьях всегда сзади, на последней странице. Довольно парадоксально, но это так. Поэтому мы имеем ситуацию, когда изучаем теорию механизмов на уровне 60-70 летней давности без изменений вообще, разве только картинки рисуем малость посимпатичнее.
Это касается и карбокатионов. Сейчас про карбокатионы известно намного больше, чем тогда, когда все это было на уровне гипотезы без конкретных знаний о временах жизни этих частиц в разных средах и конкретных способах стабилизации. Но в учебниках и учебных курсах мы остались приблизительно на уровне классических работ Ингольда и Хьюза 1930-х, с небольшими добавлениями про ионные пары и работы Олы, но это новости 50-летней давности. Поэтому мы имеем такие обобщенные формулировки механизмов, когда нам кажется, что все возможно и дело только в относительных скоростях больше-меньше. Но так было бы только тогда, когда мы могли бы иметь бесконечный диапазон изменений констант скоростей, точно так же как мы имеем бесконечный диапазон констант равновесий. Бесконечный, конечно, в разумном смысле, но мы отлично знаем константы равновесий типа 10 в плюс или минус 50-й степени. Но константы скоростей в отличие от констант равновесий (там тоже есть выход за пределы разумного, но довольно далеко) ограничены и очень сильно. Реакция не может быть быстрее скорости колебания атомов в молекуле, и медленнее чем скорость движения молекул в среде (последнее не касается настоящих мономолекулярных реакций, но там тоже есть ограничения, связанные с принципиальными проблемами измерения скоростей очень медленных реакций).
Из этого следует, что когда мы говорим про карбокатионы (и механизмы, в которых карбокатионы являются настоящими интермедиатами типа SN1/E1), мы должны уметь оценивать времена жизни таких частиц в условиях реакции, а если речь заходит о принципиальной возможности, то хотя бы в самой благоприятной среде из тех, что известны. И если у нас нет данных, позволяющих понять, что это время жизни больше, чем нижняя граница времени жизни (времени одного колебания), то все свободны – мы не имеем право рассматривать такую частицу как интермедиат, а механизм как SN1/E1, вместо этого мы говорим о SN1-подобном SN2, или о E1-подобном E2.
И здесь есть один чёртов момент – в газовой фазе (в вакууме) большинство карбокатионов известно. Чем ограничивается время жизни карбокатиона? Во-первых, перегруппировками, если есть путь, который выведет к стабилизированному карбокатиону. Поэтому например, бесполезно пытаться генерировать н-бутильный (или еще более длинный) катион даже в вакууме – перегруппируется, потому что это мономолекулярная реакция. Но метильному, этильному, изопропильному катионам перегруппировываться некуда, разве что туда-сюда, но так не успокоишься. И в вакууме мы их увидим. Но как только мы захотим из вакуума перейти в жидкую среду, в любой такой среде найдутся нуклеофильные частицы, которые подхватят этот катион и он перестанет быть карбокатионом. Неужели нет исключений? Ищите. Есть очень простая история – нуклеофильность это свойство, параллельное основности, а следовательно и кислотности. Самый слабый нуклеофил это по определению сопряженное основание самой сильной кислоты. Самая сильная кислота, известная в современной химии – это карборановые кислоты Кристофера Рида (о них в лекции про кислотность из Органики 21 века). Так вот сопряженные основания этих кислот все равно достаточно нуклеофильны, чтобы не отпускать в свободное плавание простые первичные и вторичные карбокатионы – они координированы по атомам галогена в этих кислотах, и все реакции становятся SN2 c уходящей группой – карбораном.
Поэтому у нас нет данных, позволяющих рассматривать первичные и вторичные нестабилизированные (в должной степени) карбокатионы как настоящие интермедиаты, но никто не мешает никому искать еще менее нуклеофильных (еще менее координирующих сред) и пытаться вытащить такие катионы плавать в растворе хотя бы два-три времени колебаний. Статья в Science/Nature гарантирована.
Про уходящие группы позже
АЧ: По поводу уходящих групп. Это один из самых важных вопросов теории органической химии даже если ограничиваться только одним типом уходящих групп – нуклеофугами (теми, кто забирает пару). В реакциях замещения и элиминирования роль уходящих групп критическая, а надо понимать, что под такие реакции еще маскируется куча других реакций, которые не принято так называть – вон, то же окисление спиртов в реальности оказалось работой по поиску уходящих групп в элиминировании. И такого много.
Важно еще понимать, что нет и не может быть единой системы уходящих групп, я уже не говорю о каких-то количественных оценках их качества (простите, не назвать ли это уходящностью – нет, не будем, хотя хочется). В разных реакциях (замещении на насыщенном атоме, на винильном атоме, в ароматическом кольце, на карбонильной группе, на гетероатоме, разных типах элиминирования) способность разных групп к уходу различается, иногда драматически. Тот же фторид почти невозможно заставить уходить в SN2, но вполне можно в SN1, замещениях на sp2-углероде, элиминировании – и в этих разных процессах фторид может быть и хорошей, и плохой (но хоть какой-то) уходящей группой. И так со многими вещами.
Ни в коем случае нельзя валить разные реакции в одну компанию. Если, например, речь идет о протонировании для улучшения качества уходящей группы, то это работает для гидроксила и других кислородных групп, но не работает для большинства других элементов, даже для азотных. И опять – нельзя сказать, что совсем не работает. В SN2-замещении протонировнием невозможно подтолкнуть амино-группу на выход, а в ряде других реакций, например, элиминирования в процессах, сопровождающихся ароматизацией (например, вспомните механизм синтеза индолов по Фишеру) ровно это и происходит.
Почему так? Потому что для любой реакции очень важна суммарная энергетика: для хорошо идущей реакции мы ищем экзотермические и экзоэргические пути, и чем больше, тем лучше, так как опускание по шкале энергии продуктов по принципу БЭП опускает и переходное состояние. И так же работает наоборот дестабилизация исходных, хотя это труднее достичь и это не так наглядно – повышая энергию исходных мы приближаемся к переходному состоянию, уменьшая барьер, который нужно взять. В суммарной энергетике свойства уходящей группы проявляются очень сильно и именно на стороне продуктов.
Протонирование, координация с кислотой Льюиса стабилизируют уходящую группу, а насколько – мы должны привлечь наше понимание химии, чтобы понять, насколько это существенно в каждом случае. Общих рецептов здесь нет.
В ту же сторону работает и замена группы, являющейся сопряженным основанием кислоты, на другую группу, у которой соответствующая кислота сильнее, и чем сильнее, тем стабильнее анион (это непосредственно следует из законов кислотности). Так мы иногда даже приходим к избыточности, скажем тот же трифлат это отличная уходящая группа в винильном или ароматическом замещении, а для SN2 она избыточна, с ней неудобно работать.
На энергетику процесса влияет и прочность связи с уходящей группой, но влияет только как один из вкладов, понятно почему – потому что прочность связи относится к гомолитическому расщеплению, а уходящая группа забирает еще один электрон, образуя группу более чувствительную к сольватации, а это может украсть существенную долю энергии связи. Так что этот фактор нужно иметь в виду, но только как один из второстепенных вкладов. Но в ряде частных случаев, особенно с элементами второго периода очень важный. Те же связи C-F настолько прочны, что компенсировать их разрыв не так просто. Казалось бы, протонирование должно сильно помочь, ведь связи HF ещё прочнее, но вот основность фторпроизводных крайне мала и запротонировать можно только сильной кислотой, что редко можно реально сделать, не порушив продукт реакции. И опять, если есть продукты, которые выдерживают, то пожалуйста: например, гем-дифторциклобутаны отлично гидролизуются концентрированной серной кислотой в циклобутаноны, которые в протонированной форме стабильны в таких растворах (не бесконечно, но достаточно для того, чтобы достать из реакционной смеси).
Мораль из всего этого проста, а вывод сложен. Не ищите в химии простых схем, а старайтесь добиваться понимания того, как идут реакции, чтобы научится анализировать и оценивать относительную важность факторов, влияющих на исход реакций. Это не очень просто, но и не невозможно.
Здравствуйте!
Я прочитал в Курце, что н-пропилхлорид изомеризуется в изопропилхлорид под действием AlCl3. Не могли бы Вы объяснить каков механизм этой изомеризации, если первичные и вторичные карбокатионы неустойчивы и вряд ли образуются в растворе.
Спасибо!
Добрый день,
А где Вы видите раствор? А в каких условиях идет реакция? А с каким выходом? А насколько это воспроизводимо? А что ещё там получается?
В химии есть много реакций, которые как-то происходят, но не вполне понятно как, а точнее выяснить не получается, потому что нет нормального эксперимента. Напомню Вам, что научными фактами являются не любые сведения и даже не любое описание эксперимента, а только такие, которые можно воспроизвести. Тогда есть повод порассуждать о механизме и прочем. Если такого нет, то и обсуждать нечего. Обратите внимание, что это не значит, что такое явление где-то не описано – тот же Курц это откуда-то взял, да и Вы сами могдли бы замесить пропилхлорид с хлористым алюминием, и через некоторое время взять пробу, обработать и заколоть в ГЖХ – точно увидите там и исходное, и изопропилхлорид, и много чего еще. Да, и чего? А выходы какие? А второй раз то же самое получится? И т.п. Статью про это напишете? В хороший журнал, где водятся нормальные рефери, отправите?
Хлорпроизводныне несомненно образуют комплексы с хлористым алюминием, и на поверхности и в растворе. Эти комплексы достаточно электрофильны, чтобы, например, взаимодействовать с бензолом в реакции Фриделя-Крафтса. Образования карбокатиона для этого не нужно, если алкил первичный или вторичный.
Если такому комплексу реагировать не с чем, ничего очевидного типа бензода рядом нет, он сам по себе будет искать выход из положения. Что там может быть? Например, элиминирование. Если не ставить задачу сделать реакцию препаративно, с разумным выходом (не получится), а просто наблюдать фоновые реакции, идущие на доли процента, то даже примеси имеют значение, и всякие медленные процессы. Для элиминирования нужно основание, но в системе, состоящей из алкилхлорида и хлористого алюминия, основания найдутся, – не для препаративного элиминирования, а для фоновой реакции. Хлоридный лиганд в хлористом алюминии обладает вполне заметной основностью для фоновых реакций. Как только произойдёт элиминирвоание хотя бы на малую долю процента, пропилен в такой системе не живёт, он моментально присоединит HCl – в условиях кислотного катализа это моментально. Вот и изопропилхлорид без карбокатиона.
Значит ли это, что можно взять н-пропилхлорид и более-менее чисто превратить его в изопропилхлорид? Нет. Хотя бы потому, что кроме изопропилхлорида там образуется и продукт алкилирования пропилена тем же комплексом пропилхлорида с AlCl3. Ну и понеслась.
Здравствуйте!
На странице про окисление спиртов возле реакции про окисление алкена двуххромовой кислотой написано, что окисление одним металлом другого в комплексе, благодаря которому теоретически и рвётся двойная связь, — частая история. А дальше раписаны реакции с частичками MnO2, которые заканчиваются, когда весь Mn на поверхности переходит в (+2). Вопрос: почему в данном случае внутренние марганцы кристалла не обмениваются так же электронами с внешними, продолжая реакцию? Раз не обмениваются, значит, видимо, не реализуется механизм обмена, который есть у двуххромовой кислоты в растворе. Как такой механизм выглядит/может выглядеть, что влияет на его реализацию?
Спасибо за потрясающий ресурс (Ваш сайт) и заранее спасибо за ответ
Приветствую Вас,
И спасибо за добрые слова. Но с диоксидом марганца, конечно, всё не так просто. У Вас немного идеалистическое представление о том, как идут реакции и что про это известно. И если с гомогенными реакциями еще можно многое изучить и достичь удовлетворительного понимания, хотя любой механизм это не более чем гипотеза, иногда убедительно обоснованная, а иногда кое-как. Это еще зависит от важности реакции и от того, что нам даст более глубокое понимание механизма – есть ли аналогии, можно ли серьезно улучшить результаты, получить ценные аналогии. В этом смысле хромовые окисления это очень удачные модели для исследования окисление оксокомплексами переходных металлов, в которых много общего. Поэтому там много работ и уровень понимания химии достаточно высокий, что все равно не помогает, например, понять, как там себя ведут загадочные комплексы с промежуточными степенями окисления, а из-за этого часто нужны избытки реагента, вплоть до совсем неприличных.
А вот диоксид марганца это гетерогенная реакция, да еще и с участием вещества. не имеющего установленной структуры. Что там за поверхность, как вообще устроены эти частички, какова структура реакционных центров на поверхности – всё это покрыто мраком. Это с кристаллами можно что-то делать, или с координационными полимерами регулярной структуры, а это чёрт знает что – условно диоксид марганца, но что такое диоксид марганца, специально получаемый в условиях быстрого выпадения из раствора. Иногда говорят, что аморфный, но это неверная терминология. Скорее это разупорядоченный координационный полимер с очень большой степенью беспорядка в структуре. Поэтому берут такие избытки, что само по себе значит, что только небольшое количество марганцевых центров участвуют в реакции, скорее всего даже далеко не все, что на поверхности. А что уж там делают те атомы, что внутри частичек – да чёрт их знает. Могут ли они электроны передавать восстановленным? Скорее всего да, это такой типичный пример того, что в химии переходных металлов называют смешанно-валентными комплексами, только здесь это смешанно-валентный трёхмерный разупорядоченный координационный полимер. А проще говоря, какое-то коричневое дерьмо, которое загадило хорошую колбу и надо его оттуда вытряхивать – прощай постиранный вчера халат. Что нам тут даст понимание того, что есть такое явление как смешанно-валентные состояния? Избыток вместо стократного пятидесятикратный взять? Сомневаюсь. Щавёлкой крепкой замочить чтобы разошлось побыстрее, потому что если на денек-другой оставить, так отмывать будет сильно сложнее..
В общем, это явно неактуальная задача. Механизм я там нарисовал, конечно, но из общих соображений. по аналогии, по некоторым косвенным данным, не более того. Он вполне может быть далек от реальности. В общем, это вполне утилитарный реагент для очень узкой задачи – окисления аллиловых/бензиловых спиртов, и когда есть такая задача, его используют, потому что как ни странно, ничего лучше никто не придумал.
Добрый день!
Не могли бы Вы объяснить почему алкены при гетерогенном гидрировании адсорбируются хуже алкинов, но при этом все равно гидрируются быстрее?
Заранее спасибо!
АЧ: Вы сами и ответили на свой вопрос. Именно поэтому. Для катализа не нужно слишком сильно. Если слишком сильно, то субстрат блокирует все каталитически активные центры. Для эффективного катализа гидрирования нужно чтобы атомы металла связывали и водород, и непредельный субстрат. И желательно в определенной последовательности, определяемой механизмом реакции. А если один из субстратов активно и быстро связывается, то и центры могут быть все заблокированы, и последовательность нарушена.
К тому же, мы вообще не знаем механизмов гетерогенного катализа, поэтому ничего, кроме объяснения “на пальцах” предложить не можем. Да и катализаторов гетерогенных чёртова тьма, наверняка найдутся такие, которые справляются см этой проблемой.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Огромное спасибо Вам за Ваши лекции и доступное объяснение материала! Очень помогает понять, а не просто зазубрить органическую химию, и дает мотивацию заниматься ей дальше!
Я посмотрел Ваши лекции по современной органической химии и хотел бы спросить: не могли бы Вы более подробно рассказать о радикалах и карбенах? Вроде бы их реакционная способность понятна: они умеют делать многое – но хотелось бы выстроить для себя какую-то систему (более-менее логичную, если это вообще возможно здесь). Например, как работает полярность радикалов и почему некоторые радикалы не реагируют друг с другом? Почему очень часто образуются пятичленные циклы, а не шести- или семи? Можно ли все-таки как-то это обойти?
И то же самое про карбены: как они выбирают что делать, если есть много разных возможностей?
Огромное спасибо Вам!
АЧ: Пока не отвечаю, до окончания курса лекций эта активность заморожена, все силы и время уходят туда. Скоро закончу, тогда начну отвечать.
Здравствуйте!
Возник такой вопрос: если мы депротонируем ацетилацетон (или ацетоуксусный эфир) с помощью ЛДА при низкой температуре, то какой протон будет удален? Мы учим, что ЛДА – это кинетическое основание, и по все логике должен слететь стерически более доступный протон. Но тут как-то очень большая разница в pKa, и у меня возникли сомнения. Не могли бы Вы рассказать побольше об этом и прояснить ситуацию? Спасибо!
АЧ: Ответил на страничке коротких ответов.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Хотелось бы узнать побольше про эпоксиды, а именно насколько они устойчивы к действию различных реагентов, чем их можно открыть и как сложно это вообще сделать. Будет ли какой-нибудь 2,2-диметилоксиран в кислой среде реагировать через SN2 или все-таки предпочтет условно “карбокатионный” путь? Легко ли его запротонировать по сравнению с водой, например? В общем, как с ними играть?
Заранее спасибо!
АЧ: Раскрутили меня на более подробный ответ, возможно, даже целую страничку. Ждите, это не быстро.
Здравствуйте! Как сделать купленную в Русхиме “ледяную” уксусную кислоту действительно ледяной? Желательно без запрещенного в РФ всем известного реактива. Если просто кипятить с CrO3, можно ли добиться нужного эффекта?
АЧ: Приветствую! А запрещёнка и не поможет, она с водой реагирует настолько медленно, что несколько процентов просто убрать не получится, даже если на год оставить. Так её просто вымораживают, не зря она ледяной называется. Это многие делали хоть раз, поспрашивайте детали у коллег. Но в общем проблема только в удобном сосуде, чтобы жидкость слить. Это не должна быть просто бутылка, а что-то из чего можно легко вытащить массу, откинуть на дуршлаг, и быстро дать стечь незамерзшей. И так пару раз повторить. Только учтите, что уксусная кислота очень опасна – от нее ожоги могут быть похуже чем от серной, потому что она хорошо всасывается. Да, это не быстро, но можно залить ее случайно куда-нибудь в такое место, что быстро не избавишься, да еще не сразу заметить. И надышаться паров тоже скверно.
Так в том-то и проблема, что сколько не покупай уксусную кислоту (не знаю, это уже около года так), она просто напросто не мерзнет в холодильнике. Раньше вымораживали без проблем, сейчас 3 градуса в холодильнике, а кислоте все равно.
АЧ: Фигасе! Импортозамещение на марше. Но так бывает. Она вязкая, и не любит кристаллизоваться. Попробуйте небольшую порцию сунуть в морозилку и поймайте момент, когда она начнет замерзать, и добавьте эти кристаллы к охлажденной основной порции. Это может помочь. И снимите ямр что ли, сколько там воды можно довольно легко увидеть.
Спасибо, попробую ямр действительно снять.
АЧ: В хлороформе она отлично растворяется. Но мне такая идея пришла – можно взять немного трифторуксусного ангидрида. Вот он как зверь с водой реагирует. Но придется перегнать, и тут может быть сюрприз, потому что трифторуксусная кислота очень любит образовывать азеотропы, кипящие выше чем она сама. Возможно, это можно найти.
И кстати, иногда вязкие жидкости действительно плохо кристаллизуются, и им можно помочь, или найти таки у кого-нибудь немного чистой, которая замерзает и взять как затравку. Или потрясти охлажденную на ультразвуке, пузырьки кавитации отлично стимулируют кристаллизацию переохлажденных жидкостей. Ну или ждать, когда туда из космоса попадёт мюон. Они летают все время, но вероятность попасть таким в бутылку небольшого сечения, увы, невелика.
Помогло просто из замороженного кристалла вырастить и выморозить. Повторюсь, это последний год так, раньше просто в холодильник ставили и она мёрзла сама по себе.
Добрый день, Андрей Владимирович, сейчас активно читаю информацию по теме селективного окисления спиртов. Прочитал ваш ответ на эту тему. Очень заинтересовало окисление с использованием TEMPO. Хотел бы уточнить пару вопросов, если таковая возможность имеется.
1. Есть работы где TEMPO нанесен на материалы на основе кремния (SilicoCatTEMPO),а так же с применением ионных жидкостей, если катализатор в таком формате твердотельный, можно ли его подвергнуть регенерации, насколько это проблематично? Если регенерировать не возможно, то сколько циклов он может выдержать?
2. Есть ли принципиальная разница в использовании TEMPO нанесенного на что-то или же нет? Нанесенный на что либо TEMPO более прост в использовании но как-будто если использовать чистый, то последствии его можно перекристаллизовать?
3. Правильно ли я понимаю, что суть всех синтезов с использованием данного катализатора, это гетерогенный процесс идущий в двух фазах, который фактически представляет собой обычное смешение фаз между собой при помощи мешалки?
4. Насколько на ваш взгляд окисление спиртов с помощью TEMPO легко масштабируется до объемов готового вещества 10,100кг?
АЧ: Приветствую Вас. Хорошо, что находите материал полезным, и видимо, не только ради любопытства, но и хотите применять. Но это не будет легко. Химия остаётся химией, и всё в ней достигается экспериментом, работой под тягой. Все общие соображения полезны, но не более того. Делая эксперименты химик приобретает опыт, и не обязательно позитивный. Например, узнаёт, что не всё, что написано в красивых журналах реально работает. Или работает, но не так.
1. Всё что касается нанесённых реагентов, что ТЕМПО, что любых других, редко воспроизводится. В нанесении много разнообразного know-how, типа конкретной марки и типа подложки, что очень трудно воспроизвести. Вообще нанесённые реагенты обычно пытаются использовать, чтобы облегчить выделение продуктов из реакционных смесей после реакции. Ещё лучше, если реагент удается регенерирвоать и использовать повторно, что дало бы экономию. Увы, второе почти никогда не получается, а первое хоть и возможно, но по зрелому размышлению, не компенсирует затраты на изготовление нанесённого реагента. Получается, что мы купили товар дешево, да в лавку пришлось дорогой билет купить. Что касается реакционной способности нанесённых реагентов, то она обычно хуже, чем обычных по простой причине – концентрация активных частиц на поверхности меньше, а добираться до них реагентам из раствора прихдится дольше – это типичные в химии органичения массопереноса. Их не видно в лабораторных опытах в маленьких колбочках и пузырёчках, но отлично видно, как только прроцесс начинают масштабировать. Поэтому связываться с нанесенным реагентом не советую, а если уж сильно хочется, то только после того, как будет отработан до мелочей процесс в растворе, и возникнет потребность попробовать ещё что-то улучшить. Хотя бы попробовать.
2. Разницы никакой нет, кроме дополнительной работы, с возможным бонусом в том, что после реакции реагент можно просто отфильтровать. Но иногда продукты реакции тоже в конце выпадают из раствора, и в этом случае разделение усложнится, а не упростится. В статьях обычно намекают, что подложка как-то активирует реагент, но увы, это редко оправдывается при воспроизведении результатов.
3. Да, это двухфазный процесс в варианте, когда ТЕМПО регенерируют раствором гипохлорита, который бывает только водным. Но само окисление спирта происходит в органической фазе, а значит, основная реакция вполне гомогенна.
4. В химии ничего и никогда не масштабируется легко. Масштабирование реакций это самая неприятная часть химии, и почти никогда не получается гладко. Причин масса. Первая в том, что реакции в малых количествах почти всегда делают в избыточном количестве растворителя – так просто удобнее, особенно в современной химии, где реакции ставят на пару миллиграмм, а растворителя нужно было бы взять полкапли, то есть пришлось бы нанять Дюймовочку на должность лаборанта, а Дюймовочка тут же запросила бы конскую зарплату, потому что дюймовочек мало, а химиков много. Поэтому проще взять растворителя хотя бы полкубика. И когда вы захотели бы эту реакцию сделать на пару килограмм вместо пары миллиграмм, оказалось бы, что растворителя надо полбочки. Дальше вы бы решили, что понятно, что можно полбочки не брать, а взять что-то разумное, пару вёдер. И тут выяснится, что у реакции есть тепловой эффект, и не приведут боги, экзотермический – и в таком объёме и с такой загрузкой то, что раньше было еле тепленьким, превращается в действующую модель извержения Везувия в 79 году н.э., потому что отводить тепло с нужной скоростью не получается, реакция разогревается, ускоряется, разогревается дальше, ускоряется еще сильнее и т.д. – налицо положительная обратная связь, причина всех катастроф на земле. При всей нереалистичности изображенного на известном полотне Карла Брюллова, попытка воспроизведения античной трагедии в лаборатории всё равно станет довольно зрелищной, для всех кроме собственно экспериментатора. Несчастного спасут, но, возможно, к тяге он уже не подойдёт никогда. Реакции окисления спиртов как раз экзотермические, поэтому проблемы с масштабированием эндотермических реакции рассматривать не будем, они не такие драматические, но тоже не очень простые. Безусловно, на свете есть автоматизированные реакторы с обвесом кучей датчиков, которые будут обслуживать отрицательные обратные связи, но они дороги и вступят в дело только на самых последних этапах масштабирования. А еще в двухфазной системе начнутся проблемы массопереноса через поверхность раздела фаз потому что объём масштабируется в одной пропорции, а поверхность совсем в другой, и возникнет, где не ждали, лимитирующая стадия. Дальше, начнутся проблемы с раствором гипохлорита. Хороший гипохлорит это тот самый, по рекламе средства Vanish – без хлора. Но в реальном гипохлорите, особенно импортозамещённом, хлор как раз будет и немало. Соответственно, полезут побочные хлорированные альдегиды или кетоны, а они как на подбор почти все слезоточивы и очень токсичны – получить такую примесь в продукте окисления будет неприятным сюрпризом. Отделить их в масштабированной реакции не получится, соответственно придется все же научиться находить или делать гипохлорит без хлора, на это уйдёт ещё пара лет, ну а тогда выяснится, что задачи советской власти опять изменились на противоположные (они всегда так делают каждые 5-10 лет, я знаю, я давно здесь живу) и уже ничего не нужно окислять, всё разобрать и всем разойтись.
В общем, если Вы и действительно занимаетесь отладкой какого-то процесса, в который входит окисление спиртов, сделайте это сначала с помощью старых добрых хромовых реагентов, и если в этом виде процесс сойдется и дойдет до какого-то масштабирования, вот тогда и займётесь озеленением и внедрением ТЕМПО.
Здравствуйте, Андрей Владимирович! А здесь же можно задавать вопросы по практике органического синтеза? Если так, то как правильно сушить (активировать) молекулярные сита? Насколько важен вакуум для активации? Есть ли какие-то простые реакции, которые являются своеобразным “индикатором активности” молекулярных сит? Можно ли активировать сита в обычной микроволновке, и если да, то как это правильно делать? Можно ли растолочь в ступке сита, чтобы площадь была побольше, или это никак не поможет? Сколько могут храниться сита (в колбе под аргоном, колба в эксикаторе)? Автор располагает сушильным шкафом, который греется до 300 С, но без вакуума, а также мембранными насосами (которые можно подсоединить к колбам, но не к шкафу, а колбы греть, но не до 300, безопасно где-то до 220). Если у Вас нет времени или возможности отвечать на вопросы, но Вы знаете источник, где хотя бы часть вопросов раскрыта, то прошу просто им поделиться. Спасибо!
АЧ: Задавать вопросы можно любые, касающиеся органической химии, но это не значит, что я на любой вопрос отвечу.
Я сам довольно часто активировал сита, или как я их называю – молекулярное сиво – именно в микроволновке. Это довольно забавно, надо только взять надёжный стаканчик из хорошего стекла, чтобы не лопнул, ну и конечно не пластмассовый. Лучше на малой мощности, которая в большинстве микроволновок реализована просто включением и выключением полного режима на соответствующую долю времени, а это удобно, потому что материал между циклами включения успевает немного охладиться. Если дверка прозрачная и через неё видно, можно увидеть как по стенкам поднимается вверх колечко конденсата. С временем лучше не перебарщивать, так как сита неплохо поглощают микроволны и запросто могут раскалиться докрасна, что скорее всего, приведет к повреждению структуры каналов.
Но вообще-то это халтура. Вообще нужно понимать, для чего это самое сиво в конкретной ситуации. Если просто воду в реакции поймать, чтоб не болталась, или растворитель подсушить, вполне нормально. Если для чего-то серьёзнее, например, именно высушить гигроскопичный растворитель для тонкой чувствительной к следам воды работы, этого недостаточно.
Вообще тут всё просто. Чтобы убрать всю воду с поверхности и каналов, нужно обязательно создавать динамическую ситуацию, чтобы был активный материальный поток через все поры. Иначе вода из глубины пор просто не выходит – создаётся равновесие, и после охлаждения она обратно сядет, где была. Это или вакуум, или поток сухого газа, молекулы которого свободно проникают в поры, проще всего азота. В лаборатории проще вакуум, в промышленности поток газа. И температура не менее 200 градусов, но вполне можно и 300-350. Выше не надо. Тогда вода уйдёт целиком и из пор. Вакуум обычный масляный с ловушкой, охлаждаемой жидким азотом, особенно глубокий не нужен, важен именно динамический вакуум. Но стоит понимать, что давление на вакууметре это вакуум в объёме сосуда, а в узких порах давление существенно больше, потому что молекулы из узких пор выходят самой обычной термической диффузией, а вакуум только создаёт градиент давления, по которому молекулы и “знают”, куда надо выбираться из этих нано пещер. Собственно именно поэтому для надежной сушки сит и нужно так много времени, и с этим невозможно ничего сделать – мы не властны над диффузией, это просто хаотическое тепловое движение. Опять таки, конкретная работа диктует, насколько тщательно должны быть высушены сита. А вот супервакуум без надобности – в порах его нет и не будет, а достаточный градиент давления создаст и самый рутинный вакуум около миллиметра.
Дальше все подбирается по опыту: температура и длительность. Час такой процедуры точно даст лучшие сита, чем микроволновка или просто статическое прожаривание. Для особо чувствительных работ может потребоваться много часов, и еще как-то приспособиться охлаждать в сухой атмосфере. Если не так драматично, то за 15-20 минут охлаждения на воздухе ничего особо плохого не случится, и слегка подпортится только верхний слой. Можно сделать из стеклоткани кружок, и сверху на него насыпать еще сита, а после охлаждения этот слой отбросить. Диффузия довольно медленный процесс, если есть препятствия и в поры вода проникает небыстро.
Нужно ли измельчать? Я думаю, что это почти ничего не дает кроме кучи неудобств, потому что поверхность практически не изменится, ведь основная рабочая поверхность в каналах, а не с внешней поверхности, а каналы в ситах это не тоннели, как это иногда неудачно называют, а такая трехмерная сетка пустот, легкодоступная для маленьких молекул. А сами сита, колбаски или бусинки, это просто беспорядочно спеченные частички упорядоченного материала с большим количеством нерегулярных пустот. Если это раздробить, не изменится для рабочей поверхности практически ничего – собственно упорядоченные частицы не изменятся, потому что механическое воздействие просто расщепит крупные частицы по эти нерегулярным швам спекания. Сита в основном удерживаю молекулы не на внешней поверхности частичек, а в этих порах, поэтому это и называют ситами.
Переношу вопрос наверх ветки:
“Здравствуйте, Андрей Владимирович !
Я химик, закончивший Белорусский Государственный университет.
Скажите пожалуйста, на Ваш взгляд есть ли смысл заниматься химией лигнина вообще, а в частности использованием в качестве добавки к удобрениям ?”
АЧ: Добрый вечер, Никита.
Стоит ли заниматься лигнином? Это непростой вопрос, потому что лигнином занимаются уже давно и очень много, особенно в контексте интереса к зеленой химии. Это такой, очень привлекательный с виду источник органического сырья сразу в довольно высокой степени функционализации, но из-за очень сложной и слабо упорядоченной структуры, это непросто. Но работ уже настолько много, что попробовать найти себе место в этой области должно быть очень непросто. но это важно только для академической науки, где нужна новизна исследования и результатов. Если наука прикладная, там можно копаться в уже исследованном, пытаясь приспособить к какой-то конкретной задаче. Так что сами решайте.
Что касается удобрений, то сам по себе лигнин может быть только вспомогательным веществом, так как ничего питательного для растений в нём нет и быть не может. Но в технологии удобрений есть задача производства медленно усваиваемых форм, чтобы легкорастворимые соли не вымывались из плодородного слоя почвы раньше чем растения успеют их усвоить. Это важная технология и такие задачи решают по-разному, обычно создавая полупроницаемые оболочки для зерен минеральных удобрений. Сам лигнин нерастворим и не годится, но есть разные способы частичной деполимеризации и увеличения растворимости частичек лигнина – сульфирование или окисление. Такие материалы уже давно применяют как защитные полимеры для медленноусваиваемых органоминеральных удобрений. Окисленный лигнин это нечто очень похожее на гуминовые вещества, которые собственно и образуются в почве при разборке лигнина микрроранизмами и абиогенными факторами – светом, кислородом воздуха, механическим воздействием. Поскольку наука эта прикладная, можно не волноваться о новизне, а просто пытаться воспроизвести что-то полезное на основе уже имеющихся форм медленнорастворимых удобрений.
Андрей Владимирович! Если Нобелевскую премию вновь дадут за органику, кому вы думаете дадут?
АЧ: Думаю, что это маловероятно. Много интересного, но для нобелевки нужен или масштаб влияния или красота идеи. А вот такого не видно. Безусловно, вертится фотокатализ, но я надеюсь, что минимум лет пять еще подождут, а потом, возможно, и проблема отпадёт. Давать МакМиллану вторую нобелевку всего через три года это точно перебор, перебьётся, за выдающиеся способности в маркетинге собственной деятельности премии дают в других местах. Он неплохой учёный, скучать не даёт, но должно пройти время, чтобы стало понятно, что из этого фонтана останется.
Поэтому осмелюсь предположить, что органика останется без премии.
А Хартвигу с Бухвальдом возможно? Или в каком временном диапазоне?
Спасибо за сайт большое.
АЧ: Я бы дал. И порадовался, если бы дали. И обязательно сделал бы материалы про их достижения, и не только в аминировании, и постарался бы объяснить, почему достижения обоих реально очень важны. Но думаю, что это совсем маловероятно. Только если совсем больше некому. Нобель старается не дублировать области, а это то же кросс-сочетание. Развитие области, за которую уже выдана нобелевка. Ну посмотрим. Шансы минимальные
Здравствуйте, Андрей Владимирович !
Я химик, закончивший Белорусский Государственный университет.
Скажите пожалуйста, на Ваш взгляд есть ли смысл заниматься химией лигнина вообще, а в частности использованием в качестве добавки к удобрениям ?
АЧ: Ответ наверху ветки
Добрый день. Че можно объяснить повышенную кислотность кетонов в сравнение со сложными эфирами?
АЧ: Приветствую. Имеется в виду CH-кислотность альфа-водородов, то есть образование енолятов? У меня есть обсуждение этого вопроса на страничке про карбоновые кислоты и производные, в самом низу вкладка “а еноляты?”. Сейчас посмотрел, вроде всё разумно, хоть и написано давно, но сейчас у меня существенных дополнений нет.
Здравствуйте! Стоит задача сделать этиловый эфир N-бензилглицината, казалось бы, проблема вроде бы несложная, получил имин in situ из бензальдегида с этиловым эфиром глицина гидрохлоридом, аккуратненько восстановил цианоборгидридом натрия и всё. Посмотрел и воспроизвёл методику, ага, 53% выхода (10.1055/s-2005-918473), но! зачем-то надо брать 4 экв. этилглицина*HCl. Подумал, почему бы не сделать просто имин и сэкономить на реактиве, а потом восстановить имин. Сделал имин, получилось немножко бензальдегида в качестве примеси, ну думаю, Бог с ним, восстанавливаю 1 экв. цианоборгидрида натрия в этаноле с 1 экв. AcOH… и продукт не получился совсем. Та же история с боргидридом натрия, там вообще не получилось воспроизвести методику хоть in situ, хоть с этим имином. Вопрос: что могло пойти не так? Очень не хочется тратить ценный бензиламин и делать SN2 реакцию с ещё более худшим выходом.
АЧ: Добрый вечер. Да чёрт его знает, какая проблема сложная, а какая несложная. Несложная это та, которую уже решили раньше и максимально добросовестно описали решение – воспроизводи не хочу. Я естественно не собираюсь делать за Вас Вашу работу и искать, что известно о таких иминах. Имины свободных аминокислот хорошо известны, но из этого не следует, что простая замена карбоксила на сложный эфир ничего существенного не изменяет. Довольно очевидна возможность таутомерии, причем переезд протона с места рядом с этоксикарбонилом на другую сторону должен быть выгоден по законам таутомерии: протон перезжает с более кислотного положения на менее кислотное, а здесь очевидно, что карбанион между имином и карбоксилом лучше стабилизирован, чем карбанион с другой стороны.
Здесь очевидно протонодонорная среда, избыток гидрохлорида эфира аминокислоты, условия для быстрой таутомеризации идеальные. А как себя будет вести этот второй таутомер предстказать не очень просто, он очевидно намного более электрофилен, так как является производным глиоксиловой кислоты, а значит вполне способен найти себе в среде нуклеофил, поэтому он может не только брать гидрид с образованием того же самого продукта восстановления, но и, например, олигомеризваться с хорошей скоростью. И что особенно удивляет это большой избыток этого гидрохлорида, а это протонная кислота, не очень сильная (сопряженная кислота к амину в аминокислоте), но, скажем, посильнее уксусной. И тогда вполне понятно, почему нельзя брать просто боргидрид – он в такой системе быстрее подвергнется протолизу, чем успеет свой гидрид отдать на имин. Цианборгидрид гораздо устойчивее к протолизу, но тоже не совсем инертен, так что мы скорее будем иметь две конкурирующие реакции – протолиз и гидридное восстановление, от этого и выходы продукта восстановления в методике, когда все сразу грузят в кастрюлю, скромные.
А в методике с предварительным получением имина, видимо, есть проблема с его устойчивостью за счет таутомеризации.
Поэтому лучше сначала удостовериться, что нет других методик восстановительного аминирования. Зачем такой избыток гидрохлорида в методике, где имин образуется in situ? Нельзя ли немного забуферить эту смесь, если добавить, скажем, эквивалент ацетата натрия? Всё же получше поискать свойства свободного имина – известна ли эта проблема с таутомеризацией?
Ну и немного странно слышать про особую ценность бензиламина. Он элементарно получается по Габриэлю из доступных килограммами бензилхлорида и фталимида калия, ну да, гидразингидрат еще понадобится, но это тоже общедоступная вещь. Почему бы действительно не перейти на нуклеофильное замещение? Там явно меньше проблем и всё очень доступно, и хорошая проверенная методика наверняка найдётся.
Спасибо!
Андрей Владимирович! Очень мучает вопрос про кислотность двух структурно очень похожих кислот: пропионовой и акриловой. Как известно, алкильные заместители (в данном случае этил) обладают положительным индуктивным эффектом при отсутствии у них мезомерного, а содержащие кратные связи углеводородные фрагменты имеют как отрицательный индуктивный, так и положительный мезомерный, причем второй у них сильнее первого. Соответственно, в данном случае винил – индуктивный акцептор, но мезомерный донор, причем донор более сильный, чем акцептор. Так вот, почему же тогда, учитывая возможность карбоксильной группы вступать в сопряженные системы, оказывается, что акриловая кислота сильнее (pKa = 4.25) пропионовой (pKa = 4.88)? Ведь гидроксильному атому кислорода, насколько мне известно, выгоднее включить, чем не включать, свою пару электронов на p-орбитали в общую пи-систему, тем самым дегибридизовав одну из изначальных sp3 орбиталей. Таким образом, в пропионовой к-те он получает электронную плотность только по сигма-связи, а в акриловой как по сигма-связи (ибо винил акцептор, в отличие от этила, но недостаточно сильный акцептор в сравнении с нашим рассматриваемым кислородом), так и по пи-связи, благодаря донорному мезомерному эффекту винила. По итогу, гидроксильный кислород должен оттягивать электронную плотность от водорода слабее в акриловой, чем в пропионовой, следовательно, меняя их по кислотной силе. Я допускаю, что здесь замешано кросс-сопряжение, как было у Вас рассмотрено в теме электронных эффектов на примере угольной кислоты, которая повышает основность из-за кросс-сопряжения, чтобы стабилизироваться, тем самым понижая свою кислотность. Всё-таки видно, что сопряженная цепь размыкается на два пути. Но до сих пор нигде не могу найти явного, четкого и полного ответа, поскольку эту пару кислот всегда рассматривают только для демонстрации преобладания акцепторных свойств ненасыщенных заместителей над оными у насыщенных. А про распространение мезомерного эффекта на гидроксильную часть карбоксильной группы нигде не упоминается. Помогите расставить все точки над i в этом вопросе, пожалуйста.
АЧ: Во-первых, в серьёзной науке никаких точек над i поставить не получится. Наука имеет дело с явлениями и измерениями, и пытается найти им правдоподобные объяснения с помощью разных теорий и гипотез. Никакое объяснение не является окончательным, и не может даже считаться верным, но только правдоподобным, имеющим некоторую предсказательную силу и применимым не к одному, а как минимум нескольким объектам. Нет никаких гарантий, что даже самая любимая и прямо железно отличная теория не накроется после того, как будут обнаружены дополнителные данные, или будет выдвинута гипотеза или теория получше описывающая этот круг объектов.
Мы привыкли обсуждать кислотность или основность (это одно и то же) всяких соединений с помощью сравнения эффектов заместителей. При этом мы сравниваем все относительно какого-то стандартного объекта (например, кислотность всех карбоновых кислот относительно уксусной), имея в виду кислотность в определенном растворителе (обычно в воде) в разбавленном растворе. Из это в частности следует, что на кислотность должны влиять явления сольватации, но мы по умолчанию считаем их одинаковыми в ряду объектов – а это очень смело и вряд ли верно, но увы, мы не умеем учитывать разницу в сольватации. Из этого следует, что все наши выкладки, скорее всего, крайне грубы, и неучет разницы в сольватации и может быть тем фактором, который однажды – когда наконец научатся это хорошо делать – помножит все наши выкладки на основе эффектов заместителей и больше ничего на хороший жирный ноль.
Но мы живем сейчас и пока нет оснований пересматривать обычную схему. Напомню, что проще смотреть на устойчивость заряженных частиц, чем нейтральных (это тоже довольно дерьмовое допущение, но что не умеем, то не умеем). Поэтому в ионизации кислот мы смотрим на устойчивость аниона и пытаемся прикинуть разницу со стандартным объектом. Сразу видим, что в сравнении пропионовой и акриловой кислоты есть проблема – они не являются производными друг друга и не могут быть превращены друг в друга изменением заместителей. Это очень разные молекулы – одна плоская и почти жёсткая, с минимальной конформационной подвижность, вторая как любая насыщенная алифатика имеет много степеней свободы, внутреннее вращение, конформации. Это вообще скверная история, ведь удобного одного объекта, к которому можно свести эти две кислоты нет. Формально говоря, это муравьиная кислота, но это ужасно неудобное соединение, свойства которого сильно вываливаются из ряда карбоновых кислот. Поэтому всё, что нам остаётся это сравнить взаимодействие этила и винила с карбоксильной группой.
При сравнении мы учитываем индуктивный эффект – он, как Вы верно заметили очевидно донорный у этила и слабо-акцепторный у винила. В принципе, этого достаточно, чтобы заявить, что именно это и объясняет разницу между 4.88 и 4.25 – полъединицы pK. Напомню, что единица pK это один порядок константы, что есть соотношение 1:10, и это грубо соответствует разнице свободных энергий при комнатной температуре чуть меньше полутора ккал/моль – это очень мало. А у нас еще меньше (логарифм сами возьмёте), меньше 1 ккал/моль. Никаких теорий, позволяющих предсаказывать что-то с такой точностью просто нет, это очень мало, и поэтому вполне можно удовлетвориться разницей индуктивных эффектов.
Теперь про мезомерный эффект. Во-первых, отрицательный атом кислорода в карбоксилате (пара на атоме) не находится в сопряжении с винилом. Мы не можем нарисовать граничной структуры, в которой был бы вовлечён и винил, и этот кислород. Мы видим в акрилате две цепи сопряжения: сам карбоксил, и это обычное сопряжение – две равноценные граничные структуры, раньше ими объясняли повышенную кислотность карбоновых кислот по сравнению со спиртами, но это давно опровергнуто — источник кислотности основной это индуктивный эффект карбонила. Сейчас это не важно – в обеих кислотах это одно и то же, поэтому какая разница. Вторая цепь сопряжения – это винил и карбонил, обычная история с непредельными карбонильными соединениями. Это взаимодействие создаёт положительный заряд на дальнем атоме винила, и это не может не отражаться в увеличении акцепторного индуктивного эффекта винила. Винил в акрилате и винил в, например, бутене-1 это разные винилы, у первого акцепторный индуктивный эффект больше. При этом, этот фактор вряд ли велик – посмотрите на граничную структуру и увидите, что в ней два минуса сближены, а это невыгодно, следовательно такая граничная структура имеет малый вес и вряд ли сильно влияет. Но так как ее влияние качественно (это акцептор) такое же как и в просто виниле без учета этого смещения плотности, то мы и учесть его не можем – вносит он вклад в разницу (наверняка!), но какой – да кто ж его знает.
Про кросс-сопряжение – две разные цепи сопряжения в молекуле это как раз и есть кросс-сопряжение. Констатируем этот факт, потому что больше мы с ним сейчас ничего не сделаем. Он стабилизирующий или дестабилизирующий? А по сравнению с чем? Замучаемся распутывать. А награды не будет – слишком мала разница, чтобы искать в ней комбинации разных эффектов.
Вот такая она, эта наша органическая химия. Но другой у нас нет.
Искусственные цветы: идеальное украшение для вашего дома купить цветы на кладбище
АЧ: Спасибо за вопрос. Не знаю только что отвечать. И вообще, я предпочитаю естественные.
Здравствуйте!
Что такое графитовый C3N4 и, что самое мне интересное, как она и где проявляет каталитическую активность?
АЧ: Приветствую,
Это довольно интересная штука, но возможно не такая перспективная, как может показаться. Вообще это нечто историческое, от Берцелиуса и Либиха, которые описали вещество, получающееся в известном фокусе “фараонова змея”, когда разлагается роданид ртути и получается такая странная темная масса, которую тогда назвали мелон (корень -мел- это тёмный, чёрный). Через сто лет с лишним разобрались что это и оказалось, что это соединение углерода с азотом, условно говоря, нитрид углерода с очень приблизительным соотношением три-к-четырём. Соединением заинтересовались и долго исследовали, что привело к основному выводу – это действительно соединение углерода с азотом, образующееся при достаточно сильном нагревании разных исходных, например, цианамида или меламина. И структура этого вещества сильно зависит от условий получения. Чем выше температура, тем ближе к некоторому идеалу.
Здесь сразу возникает эта проблема. Что такое идеал этого вещества? Это просто даже из общих соображений. Когда есть только углерод, самая устойчивая и обычная форма углерода это плоские листы графена, собранные в стопки, называемые графитом. Что это такое мы знаем – огромная (в идеале бесконечная) сетка из шестиугольников, образованных sp2-углеродами. Теперь берем мысленно и заменяем в этой сетке каждый второй углерод на азот (в получившейся сетке у углерода соседями должны быть только азоты и наоборот). Азот – сосед углерода с очень похожей электронной структурой, но – с валентностью три, а не 4. Из этого следует, что если мы попробуем собрать такую же графеновую сетку, то у нас целиком не получится, потому что на атомах sp2-азота придется оборвать все экзоциклические валентности – в сетке получатся большие дыры, как в голландском сыре. Но сетка останется плоской (хотя и более гибкой из-за дыр), и из таких сеток в принципе можно собрать что-то типа графита, но с азотом, вот ровно это и называют графитовый нитрид углерода и сокращают g-C3N4.
И вот как это выглядит в идеале – один лист такой сетки составлен из трициклического гетероцикла, называемого гептазином (есть и другие названия), соединенных аминными атомами азота. Вот это соединение очень интересно с точки зрения структуры, и я включу обсуждение этого и нескольких родственных молекул в одну из лекций, которые будут этой осенью. Иными словами, мономером для такого 2D-полимера является триаминогептазин, у которого есть тривиальное название мелем. Такие листы тоже слипаются в стопки, и это и есть основа графитового нитрида углерода.
Теперь проблемы. Первая – это не совсем графит, в графите листы очень точно лежат известным способом, и это высокоупорядоченные кристаллы. В графитовом нитриде углерода и листы не совсем плоские (из-за дыр и отталкивания азотов), и лежат они не очень упорядоченно, в кристаллах наблюдается большая степень разупорядоченности. Множество исследователей пытались разными способами получить максимально упорядоченный материал, и да у многих получилось нечто очень близкое, но, увы, до настоящего графитового порядка это не доходит никогда.
А зачем это нужно? А для того, чтобы уметь получать одно и то же, ведь для того чтобы что-то применять, нужно быть уверенным, что материал получается одинаковый. Увы, с этим большие сложности и это надо иметь в виду, если есть желание туда лезть. Есть множество методик и очень много know-how, так что разные исследователи могут иметь дело с очень сильно различающимися по разупорядоченности материалами. Строго говоря, в этом смысле это похоже на недавно обсуждавшийся активированный уголь, который тоже по составу нечто типа разупорядоченных и как-то склеенных лохмотьев графена. И у каждого угля свой норов и свои свойства. и у графитового нитрида углерода тоже. Только еще хуже, потому что в зависимости от метода получения, там не всегда и листы получаются вот того идеального состава – часто бывает так, что они как-то произвольно оборваны, куча просто свободных амино-групп, да еще и фрагменты гептазина целиком не сформированы. В материале из фараоновых змей все особенно плохо – это очень далеко от идеала.
Хорощего качества gC3N4 это довольно привлекательный материал для исследований. Он довольно устойчив термически (собственно и полчается при температуре выше 500 градусов), в отличие от графита смачивается водой (понятно почему – много азота, на который можно бросить водородные связи), но медленно ей разлагается (очень медленно, но при разработке применений это стоит иметь в виду). Частички этого вещества можно диспергировать в самых разных растворителях. Это хорошо.
У самого материала есть собственная основность и нуклеофильность из-за азотов, но очень слабая, и опять – это нужно иметь в виду, если в реакции есть кислоты или электрофилы. Это важно – материал этот далеко не так инертен по отношению к разным реагентам как тот же графит (углерод).
Что там с катализом? Исследовали собственную каталитическую активность в разных реакциях, в основном именно из-за наличия основных атомов азота и иногда всяких дефектов структуры, где и протоны найтись могут. Получилось много всякой тягомотины, но кажется ничего особенно интересного. Еще используют как подложку для иммобилизованных катализаторов, как молекулярных, так и нано. Эту область я вообще считаю пустой тратой денег налогоплательщиков, потому что ей заниматься можно только в прикладных исследованиях уже там, где реально работают над реализацией конкретных процессов на средства компаний. Какие-то преимущества как подложки у этого материала есть, опять из-за атомов азота, которые могли бы держать какой-то металл. Работ таких пропасть, в основном в специализированных прикладных журналах, вызывающих не очень много доверия – поди проверь, что они там замесили, если сам матераил очень вариативен.
В последние пятнадцать лет все на свете суют в фотокатализ. Здесь у этого материала есть некий козырь в том, что мономер, из которых это собрано (мелен), фотоактивен, поглощает свет, испускает свет, может в возбуждённом состоянии делать обычные для фотокатализа вещи – запускать редокс-процессы и генерировать радикалы. Первые же работы, например, показали, что это можно использовать для фоторазложения воды и получения водорода: hydrogen evolution reaction, сокращённо HER – сами подумайте, насколько может быть полезна реакция с таким названием. Если коротко – ни на что она не нужна (кроме написания статей, патентов и диссертаций, конечно) – никто никогда не будет получать водород фоторазложением воды, потому что это совершенно неконкурентоспособно по отношению к банальному электролизу без шансов когда-либо исправить это соотношение. Есть еще много других работ по другим примерам фотокатализа – в основном бездарное занудство из стран, не очень серьезно придерживающихся стандартов научной этики. И опять везде та же проблема – плохая воспроизводимость материала и вариативность свойств. Этим кстати можно отлично отбиваться от упреков в невоспроизводимости результатов – типа, а вы не умеете его готовить.
В общем, моё мнение – это очередная дохлая лошадь. Вроде красиво выглядит, но настолько много всяких заморочек и настолько мало оригинальных идей, что ничего кроме тоски все эти сотни работ, где это куда-то суют, чем-то светят, и что-то получают, не получается.
Здравствуйте, что такое ball milling, как это используется в органическом синтезе?
АЧ: О, это тоска смертная. Это когда реакции делают в шаровой мельнице, таких вращающихся цилиндрах как в стиральной машине, куда кладут тяжёлые шары из какого-нибудь очень прочного на истирание материала – стали, агата, и т.п. – цилиндр крутится, шары перекатываются, трутся друг о друга, и если туда положить какое-то вещество. оно очень мелко истирается. Если положить смесь веществ, то они плотно контактируют друг с другом. И тогда возможны даже реакции. Но главная проблема – если реагенты остаются твёрдыми, то реакция должна идти на поверхности мелких частичек то есть просто в пятнах контакта. Такое бывает нечасто, потому что три не три, но подвижность молекул на твердой поверхности минимальная, и сделать так, чтобы молекулы таким способом подходили друг к другу на расстояния близкого контакта, крайне непросто. Но гораздо чаще встречаются довольно смешные компромиссы, связанные с тем, что при таком интенсивном трении возникают локально немаленькие температуры вплоть до того, что реагенты локально плавятся и реакции идут в таких микроскопических расплавчиках уже как в жидкой фазе. Так часто делают модные нынче реакции без растворителя – а это одна из затей зеленой химии, в которой борьба с растворителями считается священной и всячески поощряется публикациями статей в зеленых журналах с большими импактами. Если видите реакцию без растворителя, то это либо за счет того, что жидким является один из реагентов, либо это запихивают в ball mill и крутят там, стыдливо не замечая того, что трение разогревает реагенты до плавления и реагирует не твердое с твердым, а просто расплав, мгновенно застывающий. После реакции шарики моют растворителем (это называется реакция без растворителя, но выделять продукты без растворителей никто еще не научился), ну и дальше все как обычно.
Иными словами, здесь нет никакой оригинальной химии, но это модно и хорошо печатается, впрочем, как обычно, сливки все уже давно сняты, осталась унылая рутина, и мода поэтому проходит, если уже не прошла. Никаких оригинальных реакций так сделать невозможно, потому что собственно условие проведении реакций самое обычное – большая концентрация реагентов в отсутствие растворителя и повышенная но обычно совершенно неизвестная температура (и если речь не идёт о какой-нибудь сверхнавороченной и бешено дорогой современной шаровой мельнице с кучей датчиков – уверен, что такие есть, хотя и не на сто процентов) – то есть это то же самое, что обычная термическая стимуляция реакций, и никаких экзотических путей так не найти.
И это не надо путать с трибохимией и механохимией – это совсем отдельные области, где пытаются находить способы превращения механической работы в химический потенциал – именно вызывать химические превращения механической стимуляцией: трением, деформациями и т.п. Механическая стимуляция приводит к разрыву связей (как минимум водородных, но бывает что и ковалентных), это приводит к образованию активных интермедиатов и конформационным изменениям, и можно добиться чего-нибудь очень занятного.
Это модно и имеет кучу применений, но это не органический синтез, а химия материалов, разных хитрых полимеров.
Здравствуйте! Что делать, если нужно провести радикальное бромирование в тетрахлорметане (NBS, AIBN и т.д.), но вещество, которое собираюсь радикально бромировать, в нём не растворяется? Возможно она и будет протекать на поверхности, но как потом отделяться от сукцинимида, если продукт тоже не растворим в CCl4?
АЧ: Добрый вечер. Вы забыли указать, что за вещество – аллильное или бензильное. Если бензильное, просто бромируйте бромом при освещении хорошей сильной лампой – годится галогенный прожектор, их еще продают. Хотя и светодиодный годится, но надо помощнее взять. Растворителем можно взять галогенорганику пополярнее, чем цехлорчетыре. А вот если аллильное, то у Вас проблема. Условия Циглера просто так не обойти. Можно попробовать их симулировать, взяв раствортель немного получше, например дихлорэтан или трихлорэтилен, и очень медленно туда подавать пары брома. Это можно сделать, если поставить на пути несколько промывалок, в дальнюю налить бром, и пустить медленный ток азота или аргона чтобы подбирал немного паров и медленно доставлял их в колбу, где субстрат и радикальный инициатор или даже то же облучение. Могут быть проблемы с полимеризацией, но это Ваши реагенты, Вам виднее, какая у них структура и реакционная способность. Может получиться, но придется хорошо поиграться со скоростью подачи – чем медленнее тем лучше. Можно барботировать через тонкую тефлоновую трубочку, вставленную в септу. Ну или сами что-нибудь придумайте, только не упускайте из виду агрессивность брома. Капать не советую – в месте падения капли концентрация большая и может успеть пойти присоединение. Электрофильное присоединение это три- а то и тетрамолекулярная реакция, она очень сильно замедляется при низких концентрациях брома, а радикальное бромирование намного слабее зависит от концентрации: собственно в этом и кроется секрет условий Циглера, где растворимость NBS работает на автоматическое поддержание разницы скоростей.
Скажем так, я не уверен, что бромирование, которое я хочу осуществить, относится к тому или иному типу. Известно, что дикетопиперазины можно так бромировать, мои же субстраты, хотя и структурно похожи, но растворимы только в существенно более полярных растворителях типа этанола, ацетонитрила, воды и т.д. Реакция в таком случае должна идти на поверхности? Тогда я могу ожидать, что сукцинимид после реакции выпадет в осадок и придётся от него очищаться дополнительно.
АЧ: На поверхности это плохая идея. Во-первых, свободнорадикальные реакции плохо идут на поверхности, потому что нужна подвижность свободных радикалов, чтобы была больше веротяность встретить молкулу реагента. Но главное в том, что даже если бромирование и пойдёт, маловероятно, что оно сильно учеличит растворимость в неполярной жидкости (вообще галогенирование увеличивает такую растворимость, но редко сильно), и тогда у вас поверхность просто забьётся бромпроизводным и реакция остановится. Ну и конечно, пришлось бы отделяться от сукцинимида, хотя это может быть не так сложно.
Один вариант – если есть за что зацепиться, повесить туда временно что-то липофильное, типа алкилы какие-нибудь средней длины. Я не знаю ваши структуры, поэтому сами думайте как. Так можно существенно повысить растворимость, а радикальное бромирование вполне можно вести в разбавленном растворе. И опять – коль скоро там нет двойных связей или чего-то, что просто так реагирует с бромом, почему бы не попробовать бромировать именно бромом при облучении, а может и с тем же АИБН. Методика Циглера критически важна только для аллильного бромирования, где без неё бром или другой электрофил просто присоединится к двойной связи. А все остальные типы свободнорадикально бромирующихся субстратов можно бромировать в более полярных растворителях (все равно галогенпроизводных, но в дихлорметане или дихлоэтане растворимо много чего) и тогда и проблемы с поверхностью не будет, потому что в таких растворителях бромированное соединение точно будет лучше растворимо и не будет мешать.
Ну и второе, коль скоро речь зашла про аналогию с дикетопиперазинами, а почему бы не попробовать через депротонирование каким-нибудь сильным основанием типа LiTMP или LiHMDS, а карбанион гасить переносчиками электрофильного брома типа цебромчетыре. Так вряд ли можно впихнуть больше одного брома, но я не знаю, сколько вам надо.
Здравствуйте! Как в действительности работает активированный уголь для очистки соединений от нежелательных примесей, в каких случаях его нежелательно использовать? Вещества с какими органическими группами он лучше всего сорбирует?
АЧ: Как работает? Просто как сорбент и довольно малоэффективный. Активированный уголь это весьма старинное изобретение. И уже больше ста лет назад его стали делать промышленно в более-менее стандартном виде. Самая знаменитая и крупная компания, специализирующаяся на активированных углях – голландская Norit, она до сих пор остается крупнейшей по выпуску этих материалов. Настолько, что само название стало нарицательным и особенно в старых методиках часто встречается это название без пояснений, что это такое, и так все понимают. Самый обычный способ делать такой уголь – сначала всякую органику, используют самые разные материалы, не только древесину нагревают без доступа воздуха при высокой температуре – получается просто уголь, charcoal. Затем его обрабатывают перегретым паром, иногда еще кислотами или щелочами – при этом пар или реагенты попадают в поры и разрывают их изнутри, сильно увеличивая пористость и уменьшая плотность. Химически при этом ничего не изменяется, но очень сильно увеличивается доступная поверхность сорбента. Вот это и и есть активированный уголь, тот самый норит, ну или другие марки, но они менее известны. Голландцы съели на этом собаку и у них куча марок этого норита с разными площадями поверхности, размерами пор, степенью окисленности и т.д..
Что такое активированный уголь химически? Это довольно туманный предмет, в описаниях обычно темнят на эту тему, но очень полезно применить здравый смысл. А что это вообще может быть, что такое вообще уголь? Химия углерода на эту тему довольно категорична: почти все аллотропы углерода, а их немало, это очень специфические вещества, образующиеся в очень непростых условиях. Единственный аллотроп, который образуется легко просто при термическом разложении углеродсодержащих веществ это … графит. Точнее скажем так – графен, упакованный тем или иным способом. Если совсем упорядоченно, лист над листом, и листов много, получается кристаллический графит. Так устроена, например, очень чистая сажа, получаемая при контролируемом термическом разложении газообразных углеводородов – это прямо кристаллические частички высокочистого графита. Это офигенно интересная история – почему и как просто при термическом разложении органики получается не более простое по структуре, а намного более сложное вещество – я в ней много копался и когда-нибудь расскажу, как это происходит – оказывается, в пламени при адской температуре происходят очень сложные реакции.
А вот когда термическое разложение происходит не в газовой фазе, а в твердой – когда мы греем твердую органику без доступа воздуха, все происходит нечто очень похожее, но образуются случайные обрывки графеновых листочков, и эти обрывки случайно склеиваются дисперсионными силами в сильно разупорядоченный материал. Только его нельзя называть аморфным – аморфное вещество это просто переохлажденная очень вязкая жидкость, а здесь это скорее сильно разупорядоченная кристаллическая структура. Частично она повторяет структуру того, что разлагали, например, если это дерево, то разлагается сетчатый полимер лигнин, и материал тоже получается таким ажурно-сетчатым, совсем небольшие графеновые кусочки цепляются ядруг за друга, образуя поры. Довольно часто, если температура разложения недостаточна, остаются и окисленные атомы углерода по краям графеновых обрывков.
Следовательно, уголь все равно с химической точки зрения можно считать графитом. И это определяет сорбционные свойства угля – это неполярный материал, но очень легко поляризуемый (электроны в делокализованных пи-системах графеновых листочков очень подвижны). Следовательно, основной способ взаимодействия с веществом – дисперсионные силы, поляризация электронной плотности. Это очень неспецифическое взаимодействие, которое есть почти всегда, но оно тем сильнее, чем подвижнее и обширнее электронная плотность. И наоборот – маленькие жесткие атомы и соединения из них сделанные взаимодействуют намного хуже – это предельные соединения, вода, фторпроизводные и тому подобное. И чем больше в молекулах непредельных и ароматических фрагментов, более тяжелых атомов с кучей электронов типа тяжелых галогенов, тем лучше. Но – есть еще один параметр как у любого сорбента – доступность поверхности. Площадь поверхности обычно измеряют по сорбции небольших газов, которые пролезут везде. Но у многих активированных углей не очень большие поры, а это ограничиает сорбционную емкость – большие молекулы пристают только к внешней поверхности частичек. Когда это нужно серьезно, стараются раздобыть марку активированного угля с более крупными порами. А случайно раздобытый активированный уголь непонятно какой марки может подвести.
И в этм месте возникает следующая проблема – влияет ли на сорбцию на угле расторитель. Ещё как влияет, просто большинство растворителей сами отлично сорбируются и блокируют поверхность. Почти не сорбируется полярная и жесткая вода, и немного похожи на неё спирты, особенно маленькие типа метанола или этанола, лучше водные.
Это и определяет основное применение угля в лаборатории и промышленности – сорбция малополярных загрязнителей. А это, например, всякие продукты осмоления, которые пачкают продукты реакции, придают окраску бесцветным веществам, желательно сильнополярным типа всяких аминокислот, углеводов, и вообще полифункциональных соединений. Если такие продукты растворимы в горячей воде, а так часто бывает, ну или в спиртах, лучше тоже водных, то кипячение раствора с ложечкой хорошего норита это прямо стандартнейшая процедура перед перекристаллизацией из того же раствора. Кипятят для того, чтобы быстрее установилось равновесие сорбции, это ускоряет диффузию в порах. Покипятили, горячим отфильтровали уголь и ставим кристаллизоваться. Очень часто эффект отбеливания будет заметен. И сразу понимаем, что это не гарантировано, потому что будет конкуренция сорбции примеси и основного вещества, и чем больше разница, тем лучше, но на беду мы никогда не знаем природу окрашенных примесей.
Все другие растворители использовать обычно бесполезно.И более селективная сорбция, что-то типа хроматографии с углем сделать крайне сложно.
Как-то так.
Спасибо!
Здравствуйте!
Почему монохлоруксусная кислота, а также роданид аммония розовеют при длительном хранении?
Почему у дихлоруксусной кислоты настолько низкая температура плавления по сравнению с моно- и трихлоруксусными кислотами?
АЧ: Добрый день, и во-первых, старайтесь задавать новые вопросы не как уточнения к предыдущим, а как новые, то есть в форме “задать вопрос”. Во-вторых, мы неуклонно приближаемся к вопросам типа “
бабушка-бабушка, дедушка-дедушка, а почему у тебя такие длинные уши?”. Ну да, чтобы лучше слышать новые вопросы, которые все же лучше, если будут хоть немного, но ближе к общим, интересным многим, темам органической химии, чем к каким-то случайным частностям, которых в мире триллион триллионов.Реактивы, самые разные, при хранении приобретают цвет, темнеют, розовеют, коричневеют, чернеют, иногда даже синеют или
зеленовеютзеленеют, потому что в них накапливаются продукты разложения самих реактивов, а иногда примесей. Совершенно чистых органических соединений не бывает. Как и неорганических. Например, все более-менее сильные и средние кислоты, к которым относится и хлоруксусная кислотно катализируют процессы разложения примесей -получаются какие-то неопределенные олигомеры, могущие иметь слабую окраску. Розовеют со временем почти все кислоты. Что-то было в самой реакции или при выделении, в растворителях и так далее, в воздухе цеха или лаборатории, не заметили, как в дальний угол реактора упала мышь или таракан, надуло споров грибов, пыльцы, кто-то мощно чихнул рядом, и так далее. Это неизбежно. Поэтому все реактивы при хорошей работе и если их прямо вчера не купили, что впрочем тоже ничего не значит, сначала перегоняют или перекристаллизовывают, снимают спектры и температуры плавления.Довольно часто еще вмешивается фоторазложение, или просто окисление – реактивы открывают и закрывают, они стоят на воздухе и так далее. Роданид может еще отлично давать реакцию на следы железа, а это совершенно вездесущая вещь в той же пыли, спорах грибов, а то и просто кто-то лазил в баночку шпателем, который давно заржавел.
Что касается температур плавления, то это очень сложная и практически непредсказуемая (в отличие от температур кипения) вещь, потому что отражает сумму взаимодействий между молекулами в кристалле, то есть зависит от конкретной упаковки молекул. При прочих равных, чем симметричнее молекула, тем лучше она пакуется, поэтому трихлоруксусная кислота имеет все шансы плавиться выше дихлоруксусной. Дальше идут взаимодействия, прежде всего более сильные – чем больше водородных связей и чем они сильнее, тем лучше. Здесь может возникнуть, например, такой эффект – дихлорусусная кислота сильнее хлоруксусной из-за более сильного индуктивного эффекта дихлорметильной группы, но это же заодно и делает кислороды карбоксила менее эффективными акцепторами водородной связи – для этого нужна большая основность. Но точнее можно сказать, если раздобыть все три кристаллические упаковки и поанализировать их на количество межмолекулярных контактов – тогда много может стать ясно. Но не обольщайтесь, что всё, потому что количественно охарактеризовать взаимодействия молекул в кристалле очень трудно. А оно стоит того? Ну плавится ниже, ну и черт с ней. Почему это важно?
Здравствуйте! Вопрос наверное глупый, однако, в теме «комплексы переходных металлов в органической химии» пункт метатезис олефинов указано, что для реакции метатезиса олефинов (с использованием катализатора Шрока на молибдене) лиганды создают «нужную» степень окисления – Mo(6+), почему для метатезиса важно, чтобы переходный металл находился в высшей степени окисления?
АЧ: Метатезису виднее, что ему важно. Как и любой другой каталитической реакции. Метатезис вообще начинался с очень простых катализаторов из множества катализаторов Циглера-Натты (простой комплекс раннего переходного металла плюс алкилирующая добавка), но для того, чтобы метатезис сделать надежной воспроизводимой реакцией, которой можно пользоваться не только в промышленном реакторе, но и в лаборатории, пришлось пройти огромный путь к пониманию того, как это работает, и что нужно взять, чтобы работало хорошо и надёжно. На этом пути было найдено всего два типа комплексов, удовлетворяющих таким требованиям, это и стали катализаторы Шрока и катализаторы Граббса. За четверть века с тех пор никакой альтернативы и третьего типа найдено не было, что лишний раз говорит о том, насколько серьёзна была работа и как много всего она смогла учесть.
Катализаторы типа Шрока это всегда производные ранних переходных металлов (а это множество умудряется доезжать до 7-й группы), содержащие карбеновые лиганды типа Шрока (он сам называл их алкилиденами). Ранний переходный металл склонен к тому, чтобы при возможности сдать все свои валентные электроны и принять конфигурацию d0. Конечно, и у ранних переходных металлов бывают комплексы промежуточных валентностей, но здесь важно вот что.
Для того, чтобы переходные металл подцепил олефин для метатезиса, а это всегда происходит в стадии взаимодействия карбенового комплекса и олефина, нужно такое качество металла как электрофильность (иными словами, металл должен проявлять существенную кислотность Льюиса) – без этого большинство олефинов невозможно подцепить и реакция не пойдёт, потому что в химии переходных металлов любая реакция происходит в координационной сфере металла (я называю это принципом ослика Иа – “входит и выходит”). А теперь следите за руками: в катализаторах Шрока карбен всегда нуклеофилен, а следовательно вы что-то должны сделать для того чтобы металл оставался электрофильным, а для этого гоится только одна конфигурация – d0, а следовательно и высшая степень окисления. Если бы металл имел хоть одну пару сверху, то есть конфигурацию d2 (нечетные не берем, метатезис это не свободнорадикальная химия, а нуклеофильно-электрофильная), эта пара была бы носителем нуклеофильности, и олефин невозможно было бы подцепить (если конечно это не акцептор Михаэля, но с такими метатезис традиционно не водится). Ровно поэтому все катализаторы Шрока, а они есть и в пятой, и в шестой и в седьмой группах, хотя шестая в лицах молибдена и вольфрама рулит) это алкилиденовые комплексы металлов в высшей степени окисления. Электрофильность обязательно тюнингуют дополнительными лигандами, чтобы было не слишком много (тогда катализатор будет приставать к гетероатомам и терять активность) ни слишком мало (тогда константы связывания олефина будут малы и реакция пойдет слишком медленно). Понадобилось десятилетие, чтобы найти правильные сочетания лигандов. Мало кто трудился для своей нобелевки так много и так долго как Ричард Шрок.
Здравствуйте! Как можно препаративно получать изоцианаты из аминов (анилинов), если есть трифосген? Пробовал многочисленные методики (например, в дихлорметане с триэтиламином или кипятить в толуоле), но выходы всегда в районе 30%, причём, если делать с триэтиламином или другим органическим основанием, то всегда в смеси после перегонки остаются какие-то остатки от этих оснований (впрочем, не триэтиламин/его соль, а что-то другое, по интенсивностям с ним сходится – 2:3, однако по положению сигналов – нет). Может я что-то неправильно делаю?
Вот методика, на которую я опираюсь:
https://www.rsc.org/suppdata/c5/ob/c5ob01121c/c5ob01121c1.pdf
Делал этил изоцианатоацетат нагреванием этил глицината гидрохлорида в толуоле с трифосгеном, через три часа хлороводород прекратил выделяться, в толуоле образовалось много осадка, который отфильтровывал, а маточник упаривал и перегонял, получая примерно 35% продукта. Можно ли как-то это усовершенствовать?
К сожалению, изоцианаты нужно выделять чистыми, иначе дальнейшие превращения приводят лишь к симметричным мочевинам из этих изоцианатов.
АЧ: Ох, я боюсь тут проблем очень много. Я изоцианаты не делал никогда, но изоцианиды очень много, а это одна и та же реакция в основе своей. Делал как положено с хлорокисью фосфора, а однажды она кончилась, новой раздобыть быстро не удалось и вообще она запрещена в Российской федерации, и я попробовал трифосген. Первый синтез прошёл блестяще, я понял, что потратил жизнь зря и надо было сразу использовать только это. Удобно, кристаллы белые, отвесил, растворил и вперёд. И вроде должно получаться так, что реагирует он количественно и в смеси образуется только продукт и больше ничего – быстренько отмыл, посушил и готово. Не то, что с оксихлоридом, когда в смеси остается как минимум немного хлорфосфонатов, и разлагать смесь нужно чрезвычайно осторожно и тщательно, иначе все накроется. Закупил кучу трифосгена. Но уже на втором синтезе оказалось все не так весело. После этого я долго с ним возился, чтобы понять, что с ним не так, даже научился снова делать с приличным выходом, но как только удалось раздобыть немного хлорокиси фосфора, выкинул его к чёрту и больше не использовал.
Проблема в этим реагентом, на мой взгляд, связана с тем, что трифосген это ни разу не фосген, хоть и прикидывается. Когда начинаешь разбираться, как он реагирует, выясняется малоприятная вещь – стехиометрия. Трифосген действительно хорош только если реагирует как три фосгена в стехиометрии один к трём. Тогда можно надеяться на то, что реакция пройдет количественно, и трифосген в смеси не останется. Потому что если останется, это большая морока и приглашение к побочным реакциям. А это далеко не всегда получается, и начинаются эти самые проблемы.
Вот что мне кажется важным.
Спасибо!
Опробовал по методике выше, вводил трифосген в дихлорметане шприцом, далее как по методике, выделил порядка 55%. Уже лучше по сравнению с кипячением, спасибо ещё раз за приведённые выше заметки!
Добрый день!
Как работает дегидрирование насыщенных соединений до ароматических в присутствии серы или селена, и можно ли таким же образом получать олефины?
АЧ: Добрый вечер. Хотел было отбрехаться от Вас покороче, типа, что за старьё никому не нужное, вонищу только развести, больше проку никакого, древняя химия, давно вышедшая на пенсию. Но немного подумал, и решил в очередной раз, что неинтересной химии не бывает, и здесь есть нечто весьма занятное. Кстати, в химической энциклопедии издания 1980-х статейка про ароматизацию серой и селеном именно моя. Но это позорище, а не энциклопедия, не ищите, годится только в макулатуру. Ставлю Ваш вопрос в очередь после Бухерера.
АЧ: Нет, всё таки раньше Бухерера получилось. Ответил на страничке кратких ответов.
Спасибо!
Здравствуйте, Андрей Владимирович.
Реакция Бухерера хорошо идёт с нафтолами и подобными конденсированные фенолами, с много атомными однояднрными фенолами. А с самим фенолом,считают, что реакция не идёт, как это можно объяснить?
АЧ: Приветствую Вас. Наберитесь однако терпения, это интересная реакция, и я давно хотел про неё написать. Недели за две управлюсь, наверное.
АЧ: За две не управился, но наконец ответ готов на страничке с краткими ответами.
Добрый вечер!
В реакциях кросс-сочетаний (да, наверное, не только в них) часто используют комплексы никеля и палладия. Но чаще палладий. В чем его основные преимущества перед более дешевым никелем, если у них сходные комплексы?
АЧ: Это очень непростой вопрос. Сейчас просто напишу пару кратких соображений, но поставлю себе в план разобрать вопрос, почему на никеле описано столько разных реакций, но ими почти никто не пользуется, скорее всего, для курса про переходные металлы, ну или для органики 21 века. Действительно никель появился в органической химии сильно раньше палладия. Даже если забыть про гетерогенное гидрирование, карбонил никеля сидит почти во всей химии Реппе, и хотя в основном это просто фантазии довольно наглого авантюриста, но некоторая правда за этим есть – реакции идут, хоть и далеко не так весело. Ну и нельзя забывать, что именно с никеля начинается кросс-сочетание: реакция КТК, то есть кросс-сочетание с магний-органикой по умолчанию использует именно никелевые катализаторы, хотя в развитии метода палладий сильно потеснил никель. Но дальше что-то пошло не так. Никелевые версии есть у всех основных реакций кросс-сочетания – с цинк-, олово, борорганикой, ацетиленами, аминами и т.п. С комплексами никеля идет карбонилирование и некоторые реакции присоединения. Статей публиковалось немало, в каждой естественно была заявка на то, что дни палладия сочтены, и что никель заменит второй по цене металл (первый – родий) без проблем, вот же сколько всего уже сделано и опубликовано. Если посмотреть, то никель даже намного круче – с ним легко работают субстраты, которые палладию просто не по зубам, со сложными уходящими группами. И конечно у никеля очень похожая координационная химия, и есть все те же реакции (окислительное присоединение, переметаллирование, лигандный обмен, восстановительное элиминирование, миграционное внедрение), и комплексы очень похожи. Но то же самое можно сказать и про платину – но это совершенно бесполезный металл для кросс-сочетания, хотя некоторая полезная химия присоединения у платины есть.
Значит дело не только в аналогиях. Аналогии в химии – штука важная, она помогает упорядочивать материал и искать похожие процессы. Но и очень опасная, потому что аналогия работает только на самом поверхностном уровне, а дальше начинается реальная химия, реакционная способность, устойчивость и лабильность комплексов, константы равновесия и скоростей. Хороший работающий каталитический цикл это следствие очень удачного сочетания констант скоростей нескольких реакций, когда интермедиат, выходящий из предыдущей стадии быстро вступает в следующую и так до конца. Если такого удачного соответствия скоростей нет, то на отдельных стадиях интермедиаты накапливаются, возникают так называемые отстойники (resting states), весь процесс замедляется, начинаются побочные процессы разрушения катализатора и так далее – много каталитических циклов из такого процесса не получить.
И вот тут и есть одна из причин, почему для никеля реакции на отдельных примерах описаны, но в более широкое использование он не идёт. Любой синтетик хочет сделать синтез, добраться до цели синтеза, и не хочет на каждой стадии синтеза делать отдельную научную работу по оптимизации метода. Палладиевые реакции именно тем и хороши, что работают с очень широким выбором субстратов, и вам не нужно каждый раз заново все исследовать. Вы берете одну из описанных методик (протоколов), подбирая ее по сходству задач, и используете с очень хорошей вероятностью получая результат. Возможно, придется немного поиграть с протоколами, лигандами, предкатализаторами, но уже понимая, что дело идёт и просто хочется получше. Химия палладия за полвека активнейшей разработки и использования достигла очень высокой степени зрелости, и приносит результаты, делает синтезы. В синтезе важнее всего продукт, и если мы достигаем цели с палладиевым катализатором, у нас нет большого желания менять его на никелевый, ведь экономия выйдет совсе небольшая – затраты на весь синтез много больше затрат на любую отдельную стадию.
С никелевыми методами главная проблема в том, что больше всего волнует синтетика – воспроизводимости и препаративном диапазоне (scope). Описанное в статье идёт, шаг в сторону, немного другие заместители – и стоп машина, каталитический цикл завис. У никеля всё же другая химия, другие электрофильность и нуклеофильность, другая устойчивость степеней окисления. Если в окислительном присоединении никель заткнёт за пояс всех, то дальше всё хуже и например, пееметаллирование у никеля идёт сильно хуже, да и восстановительное элиминирование тоже – степень окисления +2 намного стабильнее палладиевой и в Ni(0) возвращаться не спешит. И стоит немного изменить субстраты как всё это вылезает и каталитический цикл не хочет двигаться с разумной скоростью. Увы, но в химии мечта о том, что всё описанное в статьях немедленно воплотится в работающие процессы, так же далека от осуществления в конце первой четверти 21 века, как и полувеком ранее. Есть даже неприятное подозрение, что всё стало намного хуже. В каждой второй стаье вас не забудут уведомить, что здесь решена очередная амбициозная задача планетарного масштаба, но, увы, проходит время и оказывается, что это решение никому так и не понадобилось. Что-то опять пошло не так.
У никеля и вообще у первого ряда переходных металлов есть еще одна проблема, которая им сильно мешает. Размеры атомов и длины связей меньше, чем у второго периода. Разница не огромна, но она есть, и есть еще проблема с тем, что это первые d-орбитали и в первом ряду они намного компактнее d-орбиталей нижних рядов, а это создаёт большое неудобство в связывании, потому что остальные орбитали валентной оболочки более диффузны и здорово экранируют d-орбитали, на которых лежит основное бремя создания особой реакционной способности переходных металлов, в первую очередь, проявление эффекта back-donation. Поэтому при общем сходстве комплексов, у первого периода намного меньше возможностей для того, что так любят в химии переходных металлов – управления реакционной способностью с помощью лигандов, работа с дизайном новых лигандов и тому подобными фокусами, на которых и основаны почти все достижения переходных металлов в органическом синтезе. Меньше возможностей, невозможность разместить в координационной сфере сложные лиганды и так далее очень сильно ограничивают возможности разработки действительно гибких и удобных методов. Поэтому и химия есть, и потребность есть (задача заменить бешено дорогой и редкий металл теперь входит и в число задач озеленения химии), а синтетики, как лабораторные, так и промышленные как сидели на палладии, а также родии, рутении, иридии так и сидят, и совсем не торопятся менять их на никель, кобальт и железо.
Пока всё, но буду думать про более подробный разбор проблемы в будущем.
Большое спасибо!
Добрый вечер!
Подскажите, пожалуйста, почему фруктозу чаще всего изображают в виде пятичленного цикла? Это наиболее выгодная форма для нее или есть другие причины?
АЧ: Я думаю, что Вы имеете в виду фруктозу в составе сахарозы, где она присутствует в закрепленной гликозидной форме фруктофуранозида. Это так биосинтез распорядился – фруктоза из фотосинтеза в 6-фосфорилированной форме, для которой предпочтительна именно фуранозная форма, просто потому, что 6-гидроксил, необходимый для сворачивания в пиранозу, фосфорилирован и недоступен. Эта форма связывается с 1,6-фосфорилированной глюкопиранозой в сахарозу (сначала фосфорилированную) и выводится на хранение, поэтому окончательно в сахарозе фиксируется именно фуранозидная форма фруктозы.
Сама фруктоза в водном растворе находится в основном в форме 6-тичленного кольца, пиранозы, бета-фруктопиранозы, 70-75% по разным данным в этой форме, и именно в таком виде она кристаллизуется из растворов. Так что если есть кристаллическая фруктоза, то это именно пираноза, в ней 4-гидроксил (это пятый углерод, но по аналогии с альдогексозами он находится в цикле там же, где у тех четвёртый) находится в аксиальном положении (как в галактопиранозе, если использовать эту аналогию) остальные экватриальны, но и аномерный гидроксил ещё аксиален, а гидроксиметил экваториален. Фуранозной формы не более 20%. Почему в растворах альдоз или кетоз, имеющих возможность сворачиваться и в фуранозу, и в пиранозу преобладает та или иная форма, это вопрос очень тонкого конформационного анализа, причем нужно подбить балансы взаимодействий не просто в молекулах таутомеров, но ещё и не забыть гидратацию, которая вмешивается в энергетику водородных связей между соседними гидроксилами. В общем, это та ещё работа, на пальцах не всегда получается, тем более, что мы плохо умеем рисовать конформации пятичленных колец. В общем, проще поверить, что именно так и легли вклады в общую энергетику молекул.
Спасибо!
Добрый день!
Какое вещество будет лучшим электрофилом: диэтилхлорофосфит или диэтилфосфохлоридат?
АЧ: Вот, нашёл немного времени, чтобы ответить на страничке кратких ответов. Оказалось, что это довольно удобный кейс, чтобы ещё раз пройтись по особенностям химии пятивалентного фосфора.
Спасибо!
Добрый день!
Какой механизм у реакции триэтилфосфита с трихлоридом фосфора? doi: 10.1039/jr9490002921
И, простите за каламбур, почему амид натрия зовут амидом, он же не амид?..
АЧ: Ну что мы всё старьё какое-то обсуждаем? Работа 1949 года, реакция с 26%-ным выходом, куча побочных (а при таком выходе не исключено, что основной продукт там), сами авторы оказались недовольны и сделали то же вещество другим способом, хоть и тоже с низким выходом. Мне неохота сейчас искать Косолапоффа, чтобы проверить, откуда взялась эта реакция, и делал ли её кто-то раньше. Выглядит она предельно банально – просто обмен одного заместителя на другой на атоме трёхвалентного фосфора. Но написать механизм для такой реакции было бы непросто. Можно попробовать науклеофильную атаку фосфита на хлор – SN2(Cl) – но морока будет с уходящей группой. Тогда можно попробовать согласованный механизм с 4-хчленным переходным состоянием, метатезис сигма-связей, но опять это вилами на воде писано, доказательств возможности такого не видно. Но проблема в том, что мы не знаем, какого качества были реактивы у авторов той работы. Сдаётся мне, что в триэтилфосфите могла быть примесь этанола, и тогда мы бы имели самую элементарную реакцию замещения на фосфоре, этанол плюс пэхлортри равно этокси-пэхлордва плюс ашхлор. Ну и дальше понеслось просто с кислотным катализом превращение в равновесную смесь всех возможных хлор-этокси фосфинов. Это обычное нуклеофильное замещение на фосфоре, очень похожее на SN2 на углероде, тоже атака с тыла, тригонально-бипирамидальное переходное состояние (вряд ли интермедиат, потмоу что трехцентровые связи у трехвалентного фосфора намного слабее, чем у пятивалентного), с одной разницей – одно из экваториальных положений “занято” неподеленной парой.
… о, нашёл потерявшегося Косолапоффа – это совершенно незаменимое руководство по ранней химии фосфора до середины прошлого века. Там на странице … ладно, наважно, опять потерял … написано, что вс возможные хлор, алкокси и ариолоксифосфины PClx(OR)(3-x) (x = 0-3) находятся в подвижном равновесии при небольшом нагревании, так что отдельные продукты оттуда можно доставать, если смесь можно фракционно перегонять (и то, в процессе превращения продожатся), то есть это неудачный препаративный способ, а в таких случаях иногда бывает удачное сочетание свойств и что-то конкретное получить можно. Больше особенно ничего, но если посмотреть ссылки, то часть из них это просто случайные примеры частных случаев, но две первые на того, кто обнаружил это явление. Это Людвиг Аншютц. Фамилия Аншютц у старых химиков немедленно вызывает в памяти термометры Аншютца, или даже просто аншютцы – такие миниатюрные ртутные термометры для прецизионного измерения температуры в маленьких приборчиках, упакованные в роскошные ящички на бархате. Их, как и многие другие лабораторные прибамбасы придумал Рихард Аншютц, ученик Кекуле и отец Людвига.
А Людвиг работал в городе Брно с 1930-го, и в биографии его написано, как тяжело было ему там работать. Ох, бедненький! Немного додумаем – это ведь годы перед тем, как Чехословакию (Брно – второй город Чехии) присоединила нацистская Германия именно под тем предлогом, что там плохо относятся к немцам – вон, видите, как видному немецкому учёному плохо, сейчас мы ему поможем. Как только присоединила, Людвигу сразу стало легче работать. Учёный вступил в нацистскую партию и еще кучу нацистских организаций, так был он, видимо, благодарен фюреру за то, что город Брно вместе с его университетом оказался в Третьем рейхе. И стал он работать в основном на военные нужды вермахта, а может и не только, ведь увлечение химией фосфора это плохой признак. Так или иначе, доработал он до 1945-го, когда всех немцев с треском выперли из освобожденной Чехословакии – это не очень хорошая история сама по себе, но – поделом достанется каждому, кто не очень хорошо понимает, что жить и работать в плохом месте само по себе может оказатьсяс наказуемо. Дальше бедняга мыкался-мыкался, да и помер.
И вот именно в Брно Людвиг и обнаружил эту реакцию. И вот что интересно – самую первую его работу заметил Арбузов, пытался ее воспроизвести, и обнаружил, что там не все просто, и воспроизводимость сомнительна. А дальше мы видим удивительный пример научной добросовестности от человека, над которым мы уже довольно зло и поделом посмеялись. В 1943 году он пишет ответ на критику Арбузова. Ещё раз: это 1943 год, Аншютц – ревностный член НСДАП, в этом году в Германии только самые проницательные догадывались, что дело кончится плохо, а остальные ждали побед. Но Людвиг открыто пишет о том, что его, немецкую работу, критикуют русские химики, и нельзя сказать, что они неправы – поэтому Людвиг делает ту свою работу заново и находит … что на ход реакции влияют следы воды в реагенте. Ага, вот оно и есть – вода (или спирт, как мы предположили выше) катализирует реакцию. Тогда в химии фосфора вообще никто не думал о механизмах – а нам можно додумать, и просто повторить то, что уже сформулирвоали – в этой реакции участвует вода или спирт, и реакция просто становится автокаталитической, просто нуклеофильным замещением. Прямого взаимодействия хлорфосфина и алкокси- или арилоксифосфина, видимо, нет, и нам не нужно вымучивать четырёхчленные переходные состояния. Уф, какое облегчение, даже рисовать ничего не буду, тем более, что реакция довольно бесполезна, ну и чёрт с ней.
АЧ: Про амид. А как же ещё это называть? -ид – это суффикс аниона или кислотного остатка, если по-старинному. Соль аммиака или амина – амид. Только так это и называют с 19 века по сей день. Даже азотные лиганды X-типа называют амидными. Здесь, возможно есть недоразумение с тем, а при чём тут производные карбоновых кислот, амиды. Сначала кажется, что это просто случайное совпадение, но нет – это ровно та же история. В 19-м веке карбоновые кислоты рассматривают, как один из примеров гидроокисей по общей схеме: оксид – гидроксид – соли. Остаток карбоновой кислоты, который мы называем ацилом, тогда так и рассматривали – как положительную часть молекулы. Поэтому, например, хлорангидриды это хлориды: до сих пор по-английски их называют acid chlorides, ну или ацилхлориды (ацетилхлорид, бензоилхлорид и т.п.). Аналогичное производное азота – амид, ацетиламид, бензоиламид и т.п. Традиционная ценность такая, в химии много таких остатков ранних представлений об аналогиях. Поэтому ничего странного, и никаких неудобств вызывать не должно.
Спасибо!
Добрый день!
Почему иногда в спектрах DMSO-d6 пик воды смещается из стандартного положения 3.33 ppm в разные стороны (бывает 3.35, бывает ещё сильнее)? Это как-то связано с кислотностью среды или почему так происходит?
АЧ: Совсем неудивительно. В спектре ЯМР положение резонансного сигнала, химический сдвиг, зависит от усредненного экранирования ядра, здесь, протона. Экранирование объясняется взаимодействием с собственным магнитным полем электронов, и в непосредственном окружении ядра (на том же атоме), и суммой соседних эффектов (анизотропией полей связевых электронов). Если молекула более-менее стационарна (все внутренние движения и внешние воздействия типа сольватации пришли в равновесие), всё это для каждого ядра эффективно усредняется и мы видим очень хорошо воспроизводящиеся хим сдвиги.
А вот если есть что-то переменное, то хим. сдвиги начнут более-менее сильно елозить по шкале. Самая частая причина переменного поведения – динамические эффекты, по-английски образно называется fluctionality. Водородные связи одна из причин такого поведения. Протон в водородной связи как минимум изменяет свое положение относительно связанного атома, а как максимум находится в быстром движении между атомами, связанными водородной связью. Условно, можно сказать, что протон часть времени проводит у одного атома, а часть у другого, а мы в спектре видим
усредненное экранирование. Это будет зависеть и от концентрации воды и акцептора водородной связи, и возможно еще и от третьих веществ в том же растворе, которые тоже могут вмешаться в равновесие. ДМСО – зачетный акцептор водородной связи с очень основным атомом кислорода, поэтому сигнал воды в ДМСО это всегда результат такого усреднения, а следовательно и зависящий и от концентраций, и от других доноров или акцепторов водородной связи в образце.
Спасибо!
Здравствуйте, Андрей Владимирович! У меня такой вопрос: в одной статье определяют пестициды в овощах, для этого пробу овоща экстрагируют раствором метанола, потом фильтруют, экстракт собирают в пробирку, добавляют туда уголь и центрифугируют. Скажите, пожалуйста, а разве пестициды (например, дихлорфос) при этом не будут сорбироваться на угле?
АЧ: Ну тут всё просто. Если сомневаетесь в методике, приготовьте стандартный раствор пестицида, прогоните его через методику и покажите, что или часть потерялась и методику не годится. или что все нормально и ничего не потерялось.
Но из общих соображений, уголь не такой сильный сорбент, как многим кажется. Он хорошо сорбирует органику из воды, для чего и используют, но тут всё ясно – органика, если не содержит гидрофильных групп, в воде растворима плохо и с удовольствием выседает на неполярную поверхность угля. И то, для хорошего эффекта нужно или пропускать воду череж большой объём пористого сорбента, или долго с тем же сорбентом перемешивают при нагревании, чтобы ускорить диффузию.
Метанол – отличный элюент, смывает органику очень легко с самых разных сорбентов, а пестициды – в основном небольшие полярные органические молекулы, часто с гетероциклическими фрагментами или хорошими функциональными группами, очень хорошо взаимодействующих с метанолом как с донором или акцептором водородной связи. Скорее всего, большинство пестицидов из метанола в уголь не пойдёт вообще. Исключением могут быть всякие старинные ароматические и галгогенсодержащие пестициды, но наверное методика это оговаривает. Уголь видимо добавляют, чтобы проще убрать всякие взвеси из пробы, уголь им поможет коагулировать и центрифугирование даст прозрачный раствор, который не будет портить предколонки.
Скорее всего так.
Спасибо!
Добрый день, Андрей Владимирович! Скажите пожалуйста, возможна ли реакция 1,4-бензохинона с PCl5, аналогично реакции с кетоном?
АЧ: Добрый вечер, Алексей,
Да, возможна, хотя и очень неинтересна. Вообще это старая и немного забытая химия. Но в ней есть занятные моменты и я напишу ответ на днях, сейчас сильно занят переходными металлами, поэтому немного запаситесь терпением, надеюсь, именно немного.
АЧ: Ответил на страничке кратких ответов
Добрый день!
Подскажите, а LDA может выступать литирующим агентом или он действует как основание в основном?
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2018.11.018 в этой статье его использовали как основание, а бром остался не затронут, поэтому, собственно, и возник вопрос
АЧ: Добрый день. Ответил на страничке с краткими ответами.
Большое Вам спасибо за подробный ответ!
Руководитель дипломной дал задание сравнить химический состав растения (к примеру общий состав фенолов, протеина, токоферола листьев) из разных географических областей на основе существующих научных
статей. Предполагается, что на основе работы можно будет установить влияние окружающей среды на состав и определить лучшие области. Реально ли сделать достоверное сравнение, если в статьях отличаются методы сушки и методы экстракции?
АЧ: Вы опять не туда попали. И я никак не могу комментировать задание, данное кем-то, потому что не могу быть уверенным, что суть задания верно понята и передана.
Чисто из общих соображений задача сравнения химического состава растений из разных мест мне кажется бесполезной. Химимический состав растений зависит от случайного набора параметров, в которых местность играет далеко не первую роль. Важнее и состав почвы, и содержание питательных веществ, и конкретные погодные условия в сезон взятия проб, и соотношение частей растения в пробе, и так далее. Корректно все это учесть вряд ли возможно. И в статьях, естесвенно, все будет по-разному, в том числе и методы анализа.
Но диплом – это просто решение некоторой поставленной задачи. Поставили такую задачу – выполняйте. Соберите данные, сделайте корректную статистическую обработку, и она вам и покажет, насколько широки будут доверительные интервалы и все остальные статистические критерии. Но диплом можно написать всегда – кто мешает вам, например, сделать отрицательный вывод о достоверности.
Здравствуйте, Андрей Владимирович. Возник немного странный, наверное, вопрос. Имеет ли (или может иметь теоретически) какое-то применение в органической химии монооксид кремния? Просто вещество в принципе существует, но почти нигде и не упоминается. Хотя, его аналог, монооксид углерода в синтезе используется и вполне успешно. Может и SiO можно использовать для синтеза чего-нибудь кремнийорганического?
АЧ: Добрый вечер. СО в синтезе не просто используется, а можно сказать, является основой огромной области синтеза, как промышленного – а это самые крупнотоннажные каталитические процессы синтеза метанола, уксусной кислоты и многочисленных гидроформилирований, и не только. Это десятки миллионов тонн в год. В лабораторном синтезе, особенно с применением комплексов переходных металлов это многие десятки методов синтеза карбонильных соединений. Поэтому это одна из самых востребованных малых молекул.
Но кремний это не углерод. Во втором периоде мы пользуемся всем арсеналом, чёрт бы побрал эти милитаристские словечки, забыть бы их всех и навсегда – способов стабилизации необычных валентных состояний. Двухвалентный углерод стабилизируется мезомерией с соседним кислородом и так мы получаем стабильную, но очень реакционноспособную молекулу.
Но в третьем периоде и ниже ничего этого нет. Связи там длинные, гибридизация почти не проявляется, электронные оболочки пухлые, из-за чего при попытке приблизить атомы хоть немного поближе простой связи мы получаем отталкивание Паули, а это страшная сила. Поэтому мы даже не можем сделать нормальную двойную связь Si=O, не говоря уж о дальнейшей стабилизации секстетного кремния. Молекула получается дико нестабильная и ещё более дико реакционноспособная – надо же куда-то девать все эти свободные валентные возможности на обоих атомах. Образуется она только при адской температуре в высоком вакууме, и немедленно диспропорционирует при попутке вытащить её из ада в обычные условия. Есть еще какие-то попытки как-то это сделать при низкой температуре в матрицах, но тогда это должен быть очень странный полимер с двухвалетным дикоординированным кремнием, то есть такой силилен, а силилены это тоже очень особое состояние кремния, требующее особой стабилизации хорошими лигандами, и в простых соединениях не выживает. Я немного касался этого в своей лекции для Органики 21 века, про то, как p-элементы сражаются за место под солнцем с переходными металлами. Увы, она доступна только в видео- формате, я до сих пор не сделал для неё доступное слайд-шоу с комментарием. Сделаю в некоторой разумной перспективе.
Из этого конечно же следует, что оксосилилен, как наверное, стоит называть SiO, для органического синтеза абсолютно бесполезен. И в очередной раз изумиться, как повезло органикам с выбором углерода и вообще второго периода для своей химии, и славить богов за такой подарок.
Добрый день!
Не знаете ли вы способов превращения винилбромидов (скажем, они с одного конца дизамещённые, а с другой бром болтается) в просто олефин без использования металлов, их амальгам и металлоорганики (в интересующих меня молекулах есть кислые протоны и карбоксильные фрагменты)? Я порылся в литературе, ничего толкового кроме пары Zn-Ag не нашел.
АЧ: Это восстановительное дегалогенирование, соответственно, это или активная непереходная металлоорганика с протолизом. Или перреходные металлы, но тогда это не что иное как C-H кросс-сочетание, и в промежуточных комплексах будет гидридный, а это неизбежно приведет к конкурентному гидрометаллирвоанию, и дальше или к олигомеризации или к гидрированию.
Но всегда есть свободнорадикальное дегалогенирование, трибутилоловогидрид с инициатором и иногда с источником водорода. Лучше работают иодпроизводные, но и бромпроизводные тоже вполне подвержены. Конечно Bu3SnH это тоже металлоорганика, но в синтезе без металлоорганики, хоть какой-то продраться трудно. И с винилгалогенидом может быть проблема – радикальная олигомеризация уже дегалогенированного олефина, хотя возможно ее можно подавить просто избытком донора водорода.
Безусловно, в современной химии очень много попыток заметить гидрид оловяшки на что-то менее устрашающее. Но всё это в основном китайско-бумажная химия, а гидрид олова трудится более полувека в тысячах синтезов.
Добрый день!
Sn2 реакция при четвертичном атоме углерода с хорошей уходящей группой невозможна или все-таки иногда реализуема в зависимости от типа заместителей при этом атоме углерода?
АЧ: Ох, это чертовски непростой вопрос. Скорее всего да, но данные противоречивы, трудно исключить альтернативные механизмы, например, через перенос электрона. Что-то в третичном субстрате бензильного типа, но с акцепторами в кольце, чтобы убрать катионный путь. В эпоксидах тож. Здесь важно аккуратно выделить принципиальный вопрос – насколько точно мы можем идентифицировать переходной состояние SN2-типа. Без очень аккуратных расчетов не обойтись. Я понемногу собираю материал, у меня есть план на лекцию вокруг нуклеофильного замещения для нового сезона органики 21 века. Посмотрим. Пока отвечу уклончиво – скорее всего, если очень хорошо собрать воедино факторы, ускоряющие SN2, но блокирующие другие пути, то да.
АЧ: И как бы вдогонку. Поэтому мы безусловно правы, когда на 3-м курсе, когда речь заходит про SN2, начинаем истошно верещать как ворон у Эдгара Аллана По – никогда, никогда, никогда!
Безусловно если такие примеры есть, то это какая-то дико вымученная экзотика для любителей диковин.
К сожалению, в учебниках подают часто плохой пример, когда экстраполируют известный график скоростей SN2 на третичный субстрат, и получают какую-то мизерную, но ненулевую оценку скорости – в химии лучше никогда не экстраполировать, но только интерполировать. Нет таких данных, в оригинале у Ингольда и Хьюза этот график обрывается.
Добрый день.
У циклогексана есть конформация твист – она ниже по энергии, чем ванна, но выше, чем кресло. Подскажите, а какие атомы там “мешают” друг другу, и можно ли это хоть как-то представить при изображении структурной формулы?
АЧ: Добрый вечер. А зачем рисовать структурную формулу в твист-форме? Циклогексан имеет два очень хороших конформера типа кресло, находящихся в хороших, глубоких минимумах. Превращение одного кресла в другое идёт через барьер приблизительно в 10 ккал/моль – это соответствует очень быстрому процессу при комнатной температуре – и промежуточные конформеры типа твист, но они приблизительно на 5 ккал/моль выше кресел, а это значит, что в равновесной смеси конформеров их содержание меньше 1 процента. Твисты превращаются друг в друге с бешеной скоростью, потмоу что барьер всего 1 ккал/моль, что только чуть-чуть больше чем совсем ничего. Переходное состояние между твистами это и есть ванна – конформация, но не конформер, в ванне жизни нет. Напомню чем плоха ванна – прежде всего мерзкими заслоненными конфигурациями по нижним связям, и во-вторых, флагштоковым отталкиванием водородовю Эти взаимодействия дестабилизируют конфигурацию ванны. Быстрый уход от них понятен – скрутите связи, по которым была заслоненная конфигурация, чтобы от нее уйти, и как раз и попадете в эти мини-минимумы твистов.
Иными словами, твисты нужны только для того, чтобы корректно описать полный процесс инверсии кресел. ДЛя химии они не имеют значения, потому что время жизни в них ничтожно. Если бы нашлась реакция, для которой нужен именно твист, а такую реакцию не очень сложно себе представить – например, син-элиминирование – то твистами имело бы смысл заняться, потму что в таких случаях работает принцип Кертина-Гаммета, а все остальное идёт лесом.
Сделаем так. Вопрос, на самом деле, интересный и заслуживает иллюстрированного ответа. Сейчас я немного перегружен, но попробую на ближайших неделях покрутить циклогексан и сделать картинки. Тогда вернемся к этой истории.
Спасибо!
Андрей Владимирович, доброго времени суток!
Подскажите, почему при арилировании по Меервейну образуется радикал, сопряженный с электроноакцепторной группой исходного алкена, а не сопряженный с бензольным кольцом? Заранее спасибо за ответ.
АЧ: Возможно, тут какое-то недоразумение, но не вполне ясно, откуда взялась проблема со стабилизацией радикала-аддукта. Какой олефин брали, так и стабилизируется. Брали олефин с акцепторной группой, значит будет стабилизация сопряжением с этой группой. Брали стирол – тогда с фенилом. Или Вам хочется попробовать в качестве акцептора что-то типа омега-нитростирола или коричного нитрила?
Добрый день, вопрос по синтезу D3-тиализонов из Органикума т. 2, стр. 22 (или из ПОХа Б11.12).
https://doi.org/10.1002/ange.19670792202 – ссылка в Органикуме на статью по получению таких тиализонов.
Вопрос: а чем и как активируется сера в данном случае? Неужели обычный карбокатион может так просто раскрыть S8 или добавление амина (морфолина, пиперидина и т.д.) так способствует?
Я поинтересовался о таком с другой стороны: в одной статье (https://doi.org/10.1021/acs.orglett.7b00819) генерировали дихлоркарбен в присутствии трет-бутилата калия и серы, но выявить наличие тиофосгена у них не удалось, однако изоцианид присоединял серу, стало непонятно, почему изоцианид присоединяет серу, а дихлоркарбен – нет.
АЧ: Добрый день,
Это довольно простой кейс. Карбокатион тут ни при чём. Немного позже разрисую.
АЧ: Разрисовал на отдельной странице.
Спасибо!
Добрый день, Андрей Владимирович. А есть ли какое-либо четкое химико-физическое (возможно, квантово-механическое/химическое) определение ароматичности, её необходимые и достаточные условия? На данный момент все распространенные определения кажутся эвристическими и эмпирическими без какого-либо чисто физического представления, отсюда складывается впечатление, что понятие ароматичности, хоть и чуть ли не одно из фундаментальных в органической химии, не имеет четкого определения. А ведь сейчас ароматичность вышла за пределы органики, и можно встретить работы, описывающие ароматичность в кластерах d-металлов типа ртути.
Спасибо за ответ!
Добрый вечер!
Подскажите, почему соли диазония с противоионами BF4(-), PF6(-) в сухом виде можно хранить и о их взрывоопасности не говорят, а хлориды, гидросульфаты характеризуют как взрывоопасные? С чем связана взрывоопасность последних и меньше склонность к этому для первых?
АЧ: Это очень просто. Соли диазония неплохие окислители, и любят оторвать откуда-нибудь электрон. Как только оторвут, немедленно распадаются на азот и арильный радикал, радикалы быстро сдваиваются или находят атом водорода вокруг себя. Все это очень экзотермично и быстро. Очень быстрая экзотермичная ракцияя часто и воспринимается как взрыв. Тем более, что если соль хранилась в закрытой банке, выделяющийся нагретый азот занимает немаленький объём и её и разнесет.
Откуда электрон? Например, от более-менее легкоокисляемого противоиона.
Хлорид окисляется довольно легко до атома хлора, и дальше часть схлопнется с теми же арильными радикалами (очень экзотермично), или друг с другом (тоже). А вот фторборат или фторфосфат окислить фактически невозможно – там нечего. Бисульфат кстати тоже окислить очень трудно (получился бы сульфоксильный радикал, но это непросто, поэтому такая реакция если и пойдёт, то только при сильном нагревании, но тогда скорее не перенос электрона, а прямая диссоциация соли диазония с образованием арильного катиона, который немедленно свяжет бисульфат). Бисульфаты солей диазония довольно устойчивы, если чистые, они вполне неплохо хранятся, ненамного хуже тетрафторборатов, то есть желательно в темноте и в холодильнике – темнота важнее, в промышленности соли диазония с устойчивыми противоионами хранят в самых обычных условиях и без проблем перевозят. Проблема с бисульфатом иногда бывает из-за низкого качества серной кислоты, используемой при диазотировании – там могут быть восстанавливающие примеси, которые и будут причиной разложения. Бывает, например, так, что по недосмотру в диазотирование вводили гидрохлорид анилина, но диазотировали в серной кислоте, получили бисульфат диазония, в котором осталось немного хлорида – этого может быть достаточно для неприятностей. Но если диазотирование сделано аккуратно и чисто, бисульфаты диазония вполне устойчивы.
В целом, соли диазония с неокисляемыми анионами очень устойчивы, хранятся годами без холодильника, и единственно, что нужно строго соблюдать – в темноте (обернуть фольгой, положить в картонный контейнер и т.п.)
Большое Вам спасибо!
Добрый день. Произошел залив кладовки из системы кондиционирования. Предположительно этиленгликолем или пропиленгликолем. Возможна ли очистить тканевые вещи (матрас, плед, подушки и т.д) от данного вещества? удаляется ли данное вещество полностью или же дальнейшее использование данных предметов опасно для здоровья?
АЧ: Ещё раз напоминаю, что это сайт для изучения науки химии, и бытовыми вопросами не занимается. Такие советы вообще лучше не давать, потому что нет никакой гарантии, что описанная суть проблемы верна. Что-то пролилось из системы кодиционирования. Да, это должен быть или пропиленгликоль, или этиленгликоль. Пропиленгликоль сам по себе вообще не токсичен, мы его каждый день едим из смых разных источников. Этиленгликоль токсичен, но только при приеме внутрь сразу немаленького количества. Надышаться этиленгликолем практически невозможно, хотя обязательно найдутся умельцы, у которых это получится. Но кто сказал, что это действительно так. Кто-то что-то туда залил, а кто-то другой что-то разбодяжил; гликолей не хватило, под руками была какая-то старая канистра чёрти откуда, может с полигона утилизации химоружия, может еще откуда-то, фломастером написано гликоль, вроде похоже, Ну залили, ну продали, вроде работало, потом вытекло, почему-то медная трубка с шипением растворилась. И так далее. Тут недавно люди пили сидр и все умерли.
Поэтому правило должно быть простое: пролилась любая химия на что-то бытовое – не надо разбирать что, надо устранить. Тряпки постирать хорошенько, то, что можно, проветрить пару месяцев. Что нельзя – выбросить. И если остается какой-то явно посторонний запах, повторять, пока не уйдёт.
Здравствуйте, Андрей Владимирович?
Почему в азулене электрофильное замещение происходит только в пятичленной части цикла? И возможно ли в азулене нуклеофиольное замещение?
АЧ: Как хорошо не знать, кто задаёт вопросы. Вот если бы я, например, знал что Вы случайно являетесь студентом нашего 3-го курса, то я бы ответил вопросом на вопрос: а Вы сами как думаете, ведь проанализировать электрофильное замещение в азулене нам должно быть по силам; мне даже кажется, что однажды у нас был такой вопрос на контрольной. А поскольку я не знаю, придётся немного разобраться. Пока кратко, но возможно в перспективе я сделаю ответ пополнее, тем более что азулен и правда – молекула предельно занимательная, взять хотя бы только то, что она демонстративно нарушает один из основных признаков ароматических соединений, при том что никто вроде бы не сомневается, что азулен это 10-электронная ароматическая система. Можно сказать, почти хрестоматийная, и в чём-то даже более бесспорная, чем изомерный нафталин. Отложим пока эти тонкости. Напомню общеизвестное: у азулена циклическое сопряжение с ароматическим счётом электронов, но которое можно представить через поляризацию системы так, чтобы один электрон переместился из 7-членного кольца в 5-членное: система, таким образом это конденсированный тропилий и циклопентадиенил-анион.
Такую поляризацию подтверждает значительный дипольный момент молекулы. Если вы (здесь и далее, вы это обращение к обобщённому читателю, а не только к автору письма) думаете, что это очевидно, то таки нет: почему бы азулену не быть просто [10]-аннуленом, для чего не нужна была бы никакая поляризация, вопрос не такой простой, но мы его здесь тоже оставим без ответа. Вообще, если вы всё же на 3-м курсе и пока не подобрали себе курсовую, очень советую сделать азулен: это несложно, есть именно 3-хстадийные синтезы из самых банальных исходных, а в конце счастье гарантировано – это реально невероятно красивое вещество.
Итак, приняли общеизвестное – поляризацию. Тогда сразу становится ясно, что азулен должен уметь реагировать как с электрофилами, так и с нуклеофилами, причём пятичленное кольцо электроноизбыточно (6 электронов на 5 углеродов), а значит активировано к электрофильному замещению. Это должно быть сильно похоже на 5-членные гетероциклы, в частности по реакционной способности и действительно это так: посмотрите как обращаются с пирролом, и получите довольно точное представление, какие реагенты лучше взять для азулена. Одна проблема – ориентация: в азулене два разных положения в 5-членном кольце. Не беда, рисуем сигма комплексы и анализируем стабилизацию ровно так как мы это должны делать всегда, когда нас спрашивают, куда то или иное ароматическое соединение согласно принять электрофил.
Рисуем сигма-комплекс по альфа положению. Рисуем мезомерные структуры и быстро видим, что одна из них как две капли воды похожа на настоящий тропилий – плюс, циклически делокализованный в 7-членном кольце. Отлично, это значит, что при образовании сигма-комплекса ароматичность не пропала, а нашла убежище, а это выгодно.
А вот если нарисовать сигма-комплекс по второму положению, то как ни гоняй плюс по системе, ароматичность не вырисовывается нигде. А это значит, что она потеряна, а это невыгодно. Поэтому можно считать, что направление ароматического замещения в азулене установлено, и это соответствует реальности.
Второе кольцо азулена это фактически тропилий, электронодефицитная система: 6 электронов на 7 углеродов. Прямой аналогии мы не найдём, но если, например, в пиридине принять, что из-за большей электроотрицательности азота электронная плотность пи-системы смещена к этому атому, на углерода останется меньше, чем по одному электрону на рыло. И некоторое сходство усмотреть можно – они дезактивированы к электрофильному замещению, а в азулене это приговор, потому что под боком есть 5-членное кольцо, всегда готовое принять электрофил. И активированы к нуклеофильному замещению. Если там есть галоген или другая уходящая группа, то понтяно, что будет. Но можно подумать и про замещение водорода. Тогда опять рисуем сигма-комплексы, их тут будет три. И мы увидим, что в двух положениях, а это условно орто и пара, если принять циклопентадиенил за такой странный двухместный заместитель, минус может спрятаться в 5-членном кольце, принеся туда (а точнее, сохранив) ароматичность. Это выгодно.
А вот в условном мета-положении опять минус будет метаться по всей системе без толку – ароматичность утрачена, и единственный способ ее вернуть – отправить нукелофил откуда пришёл.
Следовательно, нуклеофильная атака возможна по двум (а реально трём, потмоу что “орто”-положений два) положениям. Одна проблема – куда девать водород, ведь гидрид почти никогда не уходит. Ответ на это известен – окислить сигма комплекс, и для этого обычно применяют акцепторные хиноны. Подробности разбирать не будем.
Спасибо.
Андрей Владимирович, добрый вечер!
Подскажите, почему в ариновом механизме такой странный ряд подвижности галогенов: Br>I>Cl>F? Это можно объяснить без использования понятий о лимитирующих стадиях?
АЧ: Добрый вечер. А откуда у Вас этот ряд? В ариновом механизме очень трудно сделать нормальную кинетику, поэтому сведения о реакционной способности очень разнообразны и к одной схеме не сводятся. Вообще это интересная химия, и я её когда-нибудь с среднесрочной перспективе разберу – там много нового, механизм работающий и приносящий новые результаты.
В самом общем виде, чтобы генерировать арин нужно сильным основанием отнять протон рядом с галогеном, после чего происходит E1cb элиминирование. В отдельных случаях можно подумать и о согласованном E1cb-подобном E2 элиминировании. Галогенид уходит всегда не просто так, а с помощью катиона металла из реакционной смеси, обычно это противоион основания.
Вот и смотрите на факторы, влияющие на скорость этой реакции: во-первых, это CH-кислотность отщепляемого протона. На неё сильно влияет тот самый галоген, которому еще предстоит уйти, но часто и другие заместители. При прочих равных, вроде бы более электроотрицательный галоген дает большую кислотность и облегчает депротонирование. Если бы только этот фактор работал, то ряд был бы F > Cl > Br > I (это только по электроотрицательности, то есть по индуктивному эффекту, но там ещё есть гиперконъюгация, сигма-пи* сопряжение, с грубо обратным порядком, но пока пренебрежем, просто потому что этот фактор очень тяжело вытащить из всей каши факторов). Во-вторых, это собственно качество уходящей группы и здесь мы привыкли к тому, что ряд тоже I > Br > Cl >>>> F (фторид легко уходит только в механизме SNAr, где скоростьопределяющая стадия задана и это не уход галогенида). На этот ряд влияет эффект противоиона, но это тоже пока оставим.
Вот и получается, что скорость образования арина определяется взаимно противоположными рядами вляния, и в конкретных случаях игра эффектов может дать разные результаты. Фторид все равно в ариновых реакциях уходит редко, а остальные три галогена сложатся в ряд типа того, который Вы привели: бромид оказался компромиссом между легкостью отщепления протона и легкостью ухода (хлор дает большую кислотность, но хуже уходит; иод лучше уходит, но кислотность меньше).
Но еще раз подчеркну, в ариновых реакциях строит ряды занятие неблагодарное. Как у нас всегда бывает с такими рядами – кто-то 50 лет назад это опубликовал для конкретного случая, оттуда это попало в какой-то учебник и стало общей закономерностью, и теперь все должны это с важным видом хлебать.
Спасибо!
Ряд был в лекциях для третьего курса химфака, а в литературе встречались другие ряды, поэтому вопрос и появился…
АЧ: Ну да, так и есть. В преподавании обычно стараются давать какие-то однозначные схемы, чтобы удобнее было экзамены принимать. Но разобрав эту схему мы видим и возможности отклонений от неё – в элиминирвоании, а это частный случай бета-элиминирвоания, всегда есть вариативность механизма – что раньше, что позже, где переходное состояние – раньше или позже. А это все зависит от всего – заместителей, основания, уходящей группы, противоиона, растворителя, времени года и международной обстановки. Поэтому стоит гибко относится к всяким рядам и корреляциям для таких рассредоточенных механизмов – когда события реакции происходят не на одном реакционном центре, а в разных частях молекулы и разной степенью согласованности.
Здравствуйте, Андрей Владимирович. Хотелось бы узнать Ваше мнение по поводу квантовой химии. Насколько она нужна и важна для исследований в органической химии?
АЧ: Нет у меня сил подробно отвечать на этот вопрос. Тем более что и задан он в стиле старинного советского анекдота: Любите ли вы помидоры? – Есть люблю, а так нет
Моё мнение сугубо положительное, нужна и важна. Оставим сразу настоящих, профессональных квантовиков-затейников, которые считают, что это такая самостоятельная наука, которой по силам объяснить всё, не прикасаясь к колбам и прочей hardware. С упоением строчат они уравнения (моё любимое – уравнение Клопмана, своеобразный шедевр идиотизма от избытка ума), концепции, индексы и коэффициенты, призванные избавить химическое человечество от грязной работы – но это самое человечество почему-то в упор не замечает этих титанических усилий. Видимо, надо ещё поработать.
Но для обычной химии, в колбах, квантовая химия – исключительно важный инструмент. Я думаю, что уже в самом ближайшем будущем обходиться без него совсем станет неприлично. Как без спектров ЯМР в синтетической органической работе. Можно себе представить такую работу без ЯМР? Всего 60 лет назад и ранее так и было всегда, еще 40 лет назад как минимум часто.
Я бы это сформулировал как обращение к химику экспериментатору: знайте свои молекулы! Прежде чем что-то замышлять, посчитайте молекулярную и электронную структуру, посмотрите, как выглядит молекула в 3D (надежный рачет в этом смысле даже лучше, чем рентген, который все же дает молекулу в решетке, с геометрией, подходящей для упаковки, а это довольно часто сопряжено и с искажениями структуры, и с тем, что пакуется далеко не самый заселенный конформер) – будете намного лучше понимать стерику и пути подхода реагентов. Размышляя о механизме, посмотрите на распределение электронной плотности, орбитали, возможные напряжения – это часто трудно понять по рисунку на бумаге. Расчеты для таких целей сейчас делаются на самых обычных, хотя и приличных, домашних компах, за разумное время, с очень приличными уровнями теории, почти исключающими значимые ошибки для устойчивых молекул в основном состоянии. Поэтому пренебрегать такой возможностью лучше понимать свои реакции как минимум неразумно.
А вот все остальное – более сложные вещи (расчеты активных интермедиатов, необычных молекул, возбужденных состояний, и тем более переходных состояний и путей реакции, спектров, термодинамических функций, производных очень тяжёлых элементов со дна Периодической таблицы, поисков необычных связей с помощью модной теории Бейдера, и т.д.) лучше доверить хорошему коллаборатору из класса профессионалов (тех самых, которые затейники, пусть пользу приносят какую-то) и не ломиться в эти двери по принципу: нет таких рек, которые не могли бы повернуть большевики. Будет такой же конфуз как с реками, которые всё текут, куда текли, дошлифовывая истлевшие кости незадачливых большевиков. Там всё сложно, и нужно хорошо понимать, что и как делать, фильтруя большой объём литературы и свободно обращаясь с десятком пакетов с не самыми удобными интерфейсами. Сейчас в каждой второй статье усердно считают координаты реакции с переходными состояниями, и важно делают из этого выводы о механизмах, хотя подавляющее большинство таких расчетов и выводов из них совершенно смехотворны, и ничего не прибавляют к знаниям о механизмах – именно потому что это делают не профессионалы (которые скорее всего, от этого занятия отговорили бы), а сами экспериментальные химики, почему-то решившие, что это такая же рутина, как расчет устойчивой молекулы в основном состоянии.
Добрый день!
Касательно той лекции про фотохимию и разницу обычной колбы от флоуреактора: а что если светодиод (или много светодиодов) водрузить на кончик механической мешалки и включать/выключать светодиод на один оборот мешалки? Тогда и энергия выделяемая светодиодом будет уходить в среду, и выделение света будет в разных точках колбы, одно лишь понять, как эту гирлянду соорудить. Или с этим все равно будут неизбежно проблемы?
АЧ: Добрый вечер,
Немного не понял, Вы сами собираетесь заняться этими исследованиями? Ну так тогда и думайте над реализацией идеи. Если получится, с удовольствием включу получившуюся работу в какой-нибудь из будущих апдейтов по теме.
Иммерсивные источники света это не новость. Именно так делают в обычной фотохимии – там всегда источник внутри, в кварцевом или пирексном пальце, вокруг еще рубашка, потому что надо охлаждать. Очень громоздко, легко ломается, дико дорого, и при этом все равно производительность небольшая – работают те самые законы фотохимии и материальность света.
В фотокатализе будет то же самое, потому что относительно света это не катализ, света нужно много, если, конечно, хотите делать реакцию не на микромоли, а на что-то осязаемое. А светодиоды, даже очень мощные, сильно уступают по световому потоку хорошим УФ-лампам – просто прикиньте, откуда берутся фотоны там и здесь, и поймёте, что чудес не бывает.
Поэтому те, кто пытаются заставить служить фотокатализ каким-то практическим целям, а не только заполнению гламурных журналов мутными статьями, и городят эти якобы поточные реакторы (поток в них стоит сутками неподвижно), с десятками метров тонкой трубки, обложенной со всех сторон тысячами светодиодов – только так удается доставить до реакционной смеси какое-то разумное число фотонов.
Но наука тем и хороша, что ждет новых идей. Так что дерзайте. Успехов!
Добрый день! Благодарю за ваш труд.
Возник вопрос по R,S номенклатуре данного примера. По первому слою понятно – Cl>C>C, второй слой фенила CCC, а слой гидроксиметила OHH, по сумме выигрывает фенил, однако у Вас старшинство у него.
http://orgchem.avchem.ru/intro_concentr/stereochemistry/rsnomenclature/
АЧ: Добрый день и спасибо,
Но вопрос Ваш я не понял, а точнее, делаю вид, что не понял. Очень стараюсь, чтобы было правдоподобно: прочитал и не понял, что же тут написано. Про какую-то сумму, что за сумма, где сумма, куда сумма, что нужно суммировать и зачем. Не понял. Гидроксиметильная группа в номенклатуре КИП безусловно старше фенильной по второму слою, потому что кислород старше углерода, и всё. Один кислород старше ста углеродов, если бы мы могли представить себе такое количество углеродов в слое. Старше любого количества углеродов. Так устроена номенклатура и только так она работает однозначно в подавляющем большинстве случаев. За это в номенклатуре отвечал Владимир Прелог, нобелевский лауреат и один из самых дотошных учёных в истории химии – он специально придумывал все возможные сценарии, чтобы убедиться, что номенклатура с его именем будет работать всегда и однозначно.
Здравствуйте!
Можете добавить в главу/раздел Х Природные соединения – Алкалоиды и Пурины.
Здравствуйте!!
Ваше предложение очаровательно во всех отношениях! Могу ли я добавить? А где я её, главу или раздел, возьму? На этом сайте всё написано, записано, нарисовано и свёрстано мной. Новая глава по любой теме – три-четыре месяца работы в лучшем случае. Где я их возьму?
Поэтому, уж простите, но я сам буду решать, что мне важнее написать в первую очередь, а второй может и не быть. Я вот углеводы мечтаю доделать, а там процентов на 70 все готово, но нужно еще пару месяцев. Так и висит.
К тому же алкалоиды – понимаю интерес и сам когда-то с него начинал ещё в школьные годы – это безразмерная совершенно тема с современной химии, алкалоидов сейчас известны сотни только типов. Что из этого выбирать будем? Как сто лет назад, понятно что? Нет уж, увольте, я не хочу чтобы сайт этот прикрыл роскомхрензнаетчто за то, что здесь упомянуто нечто такое, что упоминать нельзя.
С пуринами ситуация проще конечно. Можно подумать, но ведь эти соединения и так описаны во всех мыслимых местах от химии до биохимии. Не знаю, может когда-нибудь я с ними попробую разобраться хотя бы в контексте ароматичности.
Андрей Владимирович, добрый вечер!
Почему при нитровании N-ацетиланилина в уксусном ангидриде возрастает доля орто-изомера? Орто-эффект начинает работать, или другая причина есть?
Заранее спасибо!
АЧ: Добрый вечер,
Вопрос Ваш касается одного из самых мутных разделов органической химии – электрофильного ароматического замещения. Нитрование открыли ещё в начале 19-го века, и вроде бы это одна из самых исследованных реакций, ведь Ингольд и Хьюз именно на неё переключились после великих свершений в алифатическом нуклеофильном земещении и эдиминировании. И с тех пор много кто туда совался, но тема как была мутной, так и осталась. Можно себя утешать, что в других ароматических замещениях – сульфировании, галогенировании, Фридель-Крафтсах всех мастей – дела ещё хуже, а хуже уже некуда.
Механизмы ароматического замещения описаны только в самых общих чертах, которые слабо помогают что-то осмысленно предсказывать. Поэтому в этой области так много мифов и откровенной лажи – никому не хочется все это разгребать, ведь это ужасно скучно, да строго говоря и инструментарий пока довольно примитивный, чтобы ожидать каких-то серьёзных прорывов.
Особенно это касается орто-пара соотношения при изменении реагента. Начнём с того, что термин “орто-эффект” никакого смысла не имеет, если не ясна природа этого эффекта, а она в разных реакциях разная. Это может быть обычная стерика, действие индуктивного или полевого эффекта заместителя, или тот или иной направляющий эффект (за счет координации через противоион, водородной связи или чего-то ещё).
Вот пример ацетанилида, хорошо известный. Обычной нитрующей смесью он нитруется преимущественно в пара положение (по разным данным и с разной нитрующей смесью орто изомера там от 5% до 10-15%. Это может означать, что в таких условиях ацетиламино-группа протонирована, причём не по азоту, а по карбонильному кислороду, и это деактивирует орто-положение к электрофильной атаке. Косвенно это подтверждается данными статьи Шофилда и сотр, откуда все эти результаты и идут.
Теперь смесь азотной кислоты и уксусного ангидрида (запрещён в Российской федерации). Во-первых, азотную кислоту для этой смеси всегда берут безводную, свежеперегнанную в вакууме с смеси с концентрированной серной. В такой смеси, как считают, обратимо образуется ацетилнитрат, являющийся нитрующим агентом. Это слабый нитрующий агент, но мы не можем быть уверены (вернее, можем быть уверены в обратном), что он образуется количественно, и что в смеси не остаётся азотная кислота, то есть более сильная протонная кислота, чем уксусная.
В реакции с ацетанилидом образуется (по данным статьи Шофилда) смесь 77% орто-изомера и 23% пара изомера. Причем реакция нитрования почти на пять порядков быстрее, чем нитрование в серной кислоте – это окончательно показывает, что там нитруется протонированная форма, а здесь непротонированная – здесь нет действительно сильной кислотности, азотная кислота намного слабее серной, а здесь ее еще и остатки. В этом месте мы в первую очередь задаем вопрос – можно ли называть такую реакцию обладающей значительной орто-селективностью. На мой взгляд, нет. Потому что если бы реакция была совсем неселективной, то орто-изомера получалось бы 66%, а пара – 33% (по числу положений, статистическое соотношение) – то есть 2:1. А в этой реакции 77:23 = 3.3, иными словами, селективность мизерная, перераспределилось всего 10% от пара к орто. Небольшое превышение орто над статистическим соотношением можно попробовать объяснить немного более выгодным путём, в котором между нитрующим агентом и заместителем возникает водородная связь – это чуть-чуть улучшает энергетику такого пути,
и надо весьма трезво понимать, что такой маленький эффект может вызвать совершенно ничтожный вклад – около 1 ккал/моль или даже меньше. Понятно, что как-то пытаться прояснить эту проблему означает пытаться что-то моделировать с точностью лучше 1 ккал/моль – совершенно безнадежная затея для достигнутого уровня теоретической химии. Я в таких случаях всегда говорю: приходите лет через 200, тогда что-то прояснится. Мораль отсюда простая – мы в химии любим давать красивые объяснение эффектам, которые нам кажутся значительными, а на самом деле весьма малы, почти ничтожны, забывая о том, что уровень нашего понимания химии до сих пор весьма приблизительный – как я люблю повторять по делу и без дела: химия – весьма молодая наука, и уровень понимания в ней вполне соответствует её нежному возрасту.
Спасибо!!
здравствуйте !задали кр по химии, не могу решить вопросы:
#1 кислотой не являются оба вещества
1) NaOH и HNO3
2) HNO3 и HCI
3) HCI и Fe2O3
4) NH3 и HCI
5) K2CO3 и HCIO3
#2 установите соответствие
А) NAHCO3
Б) H2SiO4
В) O3
Г) FeO
1) оксид
2) простое вещество
3) соль
4) кислота
АЧ: Дорогая Милана, добрый день и простите меня за то, что не смогу Вам помочь. Ваш вопрос по школьной химии, а это совершенно особый вид химии, в котором я совершенно не разбираюсь, даже не могу понять смысл приведенных Вами вопросов. Здесь мы занимаемся обычной химией, которую проходят в университетах. Школьная химия настолько далеко ушла за последние 10-15 лет от обычной химии, что мы, несчастные преподаватели университетов, совсем ее перестали понимать, и даже не пытаемся. Поэтому Вам стоит поискать специалиста именно по школьной химии. Я знаю, что такие есть и иногда им завидую.
Еще раз прошу меня извинить.
Добрый день!
А возможна ли реакция Манниха в таких условиях, где вместо вторичного амина берут замещённый амид?
АЧ: Реакция Манниха – это целый мир. В общем это азотистый аналог альдольной конденсации, и насколько легко обобщается альдольная конденсация, настолько же и еще гораздо шире – реакция Манниха. Поэтому вариантов реакции Манниха в современной химии бесчисленное количество. Приэтом мы должны понимать, что принципиально возможно, а что совсем нет. В реакции Манниха электрофилом всегда является иминиевый катион, образующийся из карбонильного соединения и азотистого нуклеофила, в классике вторичного амина, но возможны варианты. Иминиевая соль находит себе второй нуклеофил – обычно это донорный олефин (енол, енамин, эфир енола и т.п.) или сильнодонорная ароматика и дает продукт – основание Манниха, у которого дыльше бывает еще и своя весьма затейливая судьба. Получается такая могучая комбинаторика, которую и за двести лет не расхлебаешь к вящему удовольствию органиков – не реакция, а сокровищница.
Если мы полумаем, как можно в реакцию Манниха пристроить амид, то вариантов будет два – для образования иминиевого электрофила и как второй нуклеофил. Первый вариант кажется мне крайне маловероятным – амиды это крайне слабые нуклеофилы, хотя есть и способы их активировать, но иминиевая соль у которой на азте висит с одной стороны карбонил, а с другой фактически карбокатион (азакарбениевый ион) мне представляется весьма нестабильной и больших шансов на образование в реальных условиях не имеющий.
Другое дело если иминиевая соль, полученная обычным образом из вторичного амина и кабонильного соединения найдёт себе второй нуклеофил в амиде (или скорее его депротонированной или металлированной форме) – это легко себе представить и я думаю, что примеры в литературе найти можно. Образовываться должны при это гем-диамины, ацилированные по одному азоту (или же моноацилированные аминали) – ткие соединения известны, они весьма реакционноспособны, и могут иметь возможности дял продолжения реакции. В этом всегда и достоинство и сложность реакций Манниха – поди попробуй остановить их на конкретном продукте, им всё куда-то дальше хочется.
Копирую вопрос, который почему-то затерялся где-то ближе к концу потока.
“Здравствуйте! Подскажите, не знаете ли вы какого нибудь ресурса или чего-то, где можно почитать про осмоление? Чем может быть вызвано, как избежать, какое-то пояснение процессов?”
АЧ: Добрый день. Вопрос, конечно, интересный. Почти то же самое, что зайти на кулинарный ресурс высокой кухни и спросить, отчего вместо изысканых блюд по вашим рецептам выходит какая-то дрянь, подгорелая, пересоленная, воняет жженой резиной, вылили свиньям, свиньи пятачки воротят, объявили голодовку, требуют обратно чан любимой ботвиньи. В чём дело? Не знаете ли вы какого-нибудь ресурса или чего-нибудь ещё, где можно прочитать про несъедобную стряпню? И вообще – как отличить хороший вопрос от вопроса-ни-о-чём? Хороший вопрос был бы таким: вот есть такая-то конкретная реакция, там произошло осмоление, почему и как уменьшить. Вопрос-ни-о-чём ищет основы Общей Теории Осмоления (ОТО) и Специальной Теории Осмоления (СТО) специальный ресурс по осмолению (WikiTarring?), Энциклопедию Осмоления, Введение в Общее Осмоление, и так далее – не много не мало. Проще было проигнорировать, потому что химия конкретна и основана на эксперименте, а болтовня ни о чём в ней ничего не даёт. Но всё же – осмоление это действительно главная проблема химии. Химия вообще выросла из осмоления, и по статистике, валовой химический продукт на 90% состоит из продуктов осмоления. Давайте вкратце рассмотрим. Нальём воды на мельницу осмоления.
Конечно, в химии всё же проще, чем в кулинарии: там это искусство и мастерство, которые не пропьёшь, но и не купишь. В химии есть всякие закономерности, правила, и так далее, с помощью которых можно хотя бы приблизительно действовать целенаправленно и получать ожидаемое там, где это в принципе возможно. Мастерство тоже нужно, но не везде и не всегда, скорее опыт. А вот что точно нужно, так это знания.
Что такое осмоление? Это такое узаконенное словечко для обозначения побочных продуктов в реакциях. Обычно не просто побочных продуктов, а таких неприятных побочных продуктов, тёмно-окрашенных, не кристаллизующихся, трудноотделимых, часто являющихся признаком безнадёжно или частично испорченного синтеза. Такие свойства обычно свойственны органическим соединениям большой молекулярной массы с молекулами неопределенной формы и представляющими собой смеси похожих соединений с разной молярной массой – такие никогда не кристаллизуются, не перегоняются, не дают чётких пятен на хроматограммах, не разделяются на компоненты никаким способом. Такие свойства говорят, что скорее всего это так называемые олигомеры – продукты реакции исходных реагентов самих с собой или дополнительно ещё с чем-то. Во многих случаях образование таких пробуктов легко предсказать, если химик понимает химию процесса, и чем лучше понимает, тем скорее сможет справиться с осмолением. У нас на 3-м курсе в практикуме по органике в лабораторном журнале есть хорошее требование (увы, часто игнорируемое) расписывать не только механизм выполняемой реакции, но и прикинуть, какие побочные процессы могут вмешаться в выпоняемый синтез. Тогда мы можем действительно понять, что нас может ожидать, что может пойти не так, и что нужно сделать, чтобы этого было поменьше.
В органике крайне редко бывает так, что реагенты чисто и без альтернатив дают один продукт: захотели, например, присоединение брома к олефину, ожидаем дибромпроизводное, что может быть проще. Делаем реакцию, видим, что вроде всё нормально, бром обесцвечивается, но – что это за дымок? Это HBr. Откуда? Ответ – от верблюда – неверный. Придется серьезнее посмотреть на механизм, увидеть там возможность конкурентного элиминирования. Понять, что как только образовался HBr, немедленно возникла возможность кислотно-катализируемой олигомеризации. А значит и появления карбокатионов, а значит и гидридных сдвигов и перегруппирововок, и так далее – уже глаза разбегаются от множества путей. И когда реакция сделана, начинаем выделять и перегонять одидаемый дибромид, видим, что выход далёк от количественного, а в перегонной колбе остаётся немаленький неперегоняемый остаток, тёмная, мерзкая, дымящая зловонная жижа, и немало. А это элементарнейшая реакция, одна из древнейших, но в галогенировании очень много вариантов развития превращений. Так и в почти в любой другой реакции. Поэтому органическая химия совершенно одержима проблемами селективности и специфичности, и без устали предлагает усовершенствованные реагенты, альтернативные подходы и так далее, но ни один новый метод не решает проблему полностью. Так устроена химия соединений углерода.
Когда чаще всего бывает олигомеризация? Многие сценарии стандартны. Первый – реакции непредельных соединений с электрофилами – вместо присоединения нуклеофила промежуточные карбокатионы присоединяются к следующей двойной или реже тройной свяязи, и понеслась. Непредельные соединения могут быть в смеси изначально или образоваться на месте в результате элиминирования – напрмиер, во всяких дегидратациях. Всё это ещё осложняется скелетными перегруппировками, и получается совсем невозможная каша. Второй стандартный сценарий – реакции карбонильных соединений, все конденсации и так далее – они всегда рекурсивны, потому что на каждой стадии воспроизводятся реакционные центры и никто не мешает идти побочным самоконденсациям, Михаэлям, и свободной комбинации всего этого. Третий сценарий – реакции всякой донорной ароматики тоже с электрофилами, это похоже на реакции непредельных соединений, потому что донорная ароматика очень легко теряет ароматичность (деароматизуется) и дальше играет в обычные игры непредельных соединений. Но и акцепторная ароматика может подвести, например, пиридин и производные часто считают образцово дубовыми молекулами, с которыми можно делать что угодно и никуда они не денутся – но не дадут боги пиридин кватернизовать и поднести даже довольно слабый нуклеофил – кольцо раскроется и вы немедленно окажетесь в химии непредельных карбонильных соединений с множеством путей самоконденсациию Других сценариев тоже немало. Почти в каждой реакции есть какой-то выход на олигомеризации того или иного типа, и надо уметь их отлавливать. Поэтому знание механизма реакции в органике – это не блажь для коллоквиума, а совершенно необходимая вещь для осмысленной работы. В 19-м век механизмов не знали, работали вслепую, и в большинстве реакции получение какого-то желаемого продукта было скорее побочным процессом к общему осмолению реакционной массы – поэтому в ранней химии почти никогда не публиковали выходы. Многие старые работы того времени или вообще невоспроизводимы или воспроизводимы с очень низкими выходами. И как только представление о механизмах стало в химию проникать, появились и селективные реакции, и стали публиковать регулярные методики с выходами, и методики стали воспроизводимы. Только тогда возникает сложный многостадийный синтез, в котором нельзя допускать, чтобы на двадцать пятой стадии всё осмолилось.
Почему происходит осмоление? Есть две группы очевидных причин. Первая – такова реакция сама по себе, осмоление неизбежно. Очень многие реакции особенно ранней химии очень неселективны и дают желаемый продукт с небольшим выходом. В таких реакциях со сравнимыми скоростями идут множество конкурирующих процессов, и в смеси накапливаются продукты всех, в том числе и олигомеризации, которую мы называем осмолением. В таких реакциях обычно есть какой-то более или менеее удобный метод выделения целевого продукта, а всё остальное идёт на выброс. Так часто делают всякие исторические самоконденсации. Уж совсем яркий пример – получение мезитилена самоконденсацией ацетона, этой реакции уже почти 200 лет – добавляем к ацетону немного крепкой серной кислоты и ещё и немного греем – всё к чёрту осмоляется, потому что там много путей самоконденсаций, большая часть из них просто наращивает разветвлённую цепь, и даёт олигомер, смолу. Но небольшая часть превращается в мезитилен – маленькое симметричное летучее соединение, которое можно выгнать из мерзкой жижи и очистить аккуратной перегонкой. Тут именно мезитилен – побочный продукт осмоления. Есть и другие такие примеры, а много примеров не таких ярких, но всё равно похожих тем, что полезный продукт с небольшим выходом получается наряду с большим количеством побочных. Так делают, например, и такие красивые и важные вещества как порфирины – большая часть идет в олигомеризацию и смолу, меньшая в красивый макроцикл, который кристаллизуется или хроматографируется. По мере развития химии таким методам усердно ищут более селективные замены, часто находят, но иногда оказывается, что дешевле со смолой по-старому, чем без смолы по-новому. Тем не менее, современная промышленная химия просто жёстко требует сокращения отходов, и старые методы в ней императивно вытесняются новыми, иначе просто разоришься на утилизации отходов.
Кроме объективных причин (реакция такая, хоть тресни) есть и субъективные причины осмоления – ошибки экспериментаторов, обойдёмся без эмоциональных оценок. В органике вы или работаете над своими исследованиями и делаете что-то новое, в этом процессе без осмоления не обойтись – путь к новой химии всегда идёт через осмоление: пока достаточно всего не осмолите, не найдёте своего. Я думаю, что если бы можно было бы сложить вместе всю смолу, которую произвели органики за время развития органической химии, немного более 200 лет, то получился бы небольшой океан.
Но часто мы делаем какие-то соединения по опубликованным методикам: исходные всякие и так далее, никто не идет в свой путь прямо с самого начала, от элементов. Опубликованная методика должна воспроизводиться, конечно, не прямо точно, но в разумных пределах: если написан выход 80%, а вы получили 70, это нормально, а если 20%, то это плохо. Кто виноват? Почему низкий выход? Толковый химик всегда достает из реакционной смеси все, и взвешивает сумму продуктов, в том числе смолы, чтобы понять, не теряет ли просто в процессе выделения. Если не теряет, то смотрит, сколько вернулось исходного – если много, значит по какой-то причине реакция не пошла, надо задуматься по какой. Если исходное прореагировало, а продукта мало, значит много побочных, в том числе, возможно, смолы. Начинаем думать, в чём дело. Причина первая – плохая методика. Увы, такое бывает, и нередко, причем не застрахован никто. Есть, например, странное поверие, что старые немцы все делали отлично и никогда не лажали. Это заблуждение: немцы такие же люди как все, и в старых работах лажи очень много. То же касается всех остальных без исключения. С опытом приходит некоторое понимание того, где точно заминировано, а где почти точно нет. Любые методики вообще нужно прежде чем делать очень внимательно читать и продумывать – очень часто ошибки (просто забыли что-то очевидное) выявляются имено так. А самое лучшее – посмотреть, пользовался ли кто-то ещё этой методикой, пробив структуру по базам (оставим здесь вопрос, где взять доступ – хотите рабоатть в современной химии, просто ищите место работы, где такой доступ есть) – если пользовался и в работе есть ссылка – получено по работе такой-то – то это уже хорошо. Бывает, что и методику повторят и даже с улучшениями.
Если с методикой все нормально, то проблема у вас. Вы не смогли воспроизвести методику, и знаете об этом: например, написано, что медленно прикапывали три часа, а вы вылили струёй. Упустили температуру (написано держать до 5 градусов, у вас один раз всего выскочило к 20, и т.п.). У вас плохое оборудование, чаще всего плохая мешалка – реакционные смеси надо тщательно перемешивать, и без хорошей надёжной мешалки это невозможно. Мешалка должна перемешивать, а не просто крутиться внизу – вы должны видеть конус перемешивания. Слишком мелкая или гладкая мешалка часто перемешивает только жидкость вокруг себя, а всё остальное остается неподвижно. То же с вязкими реакционными смесями, их вообще трудно хорошо перемешивать. Или со смесями с осадком. Мешалка должна вращаться непрерывно, а не только тогда, когда вы на нее смотрите. Нужно отрегулировать скорость вращения так, чтобы перемешивание не срывалось. И так далее. Если перемешивание плохое, то в месте попадания прибавляемого реагента неизбежно будет его избыток и возможно локальное разогревание, которое вы не увидите, если термометр далеко от этого места – вот там и пойдёт осмоление. Другой источник проблем – качество реактивов и особенно растворителей. В органике обычно используют сухие растворители. Вода – очень плохая вещь во многих реакциях, очень частая причина осмоления: вода создаёт протонную кислотность в электрофильных реакциях, и вызывает полимеризацию. Вода снимает многие защиты, и этого тоже может быть достаточно для побочных реакций, даже если такая реакция пройдёт на несколько процентов. Вода – нуклеофил, создаёт побочные продукты с группами, способными вызвать олигомеризацию. В реакциях с металлоорганикой даже небольшая примесь воды создаст сильную альтернативную основность, которая направит реакцию не туда, куда хотелось. И так далее: мелкие и крупные пакости воды неисчислимы, и там, где есть такая опасность, реактивы и растворители должны быть сухими; а вода умеет прятаться, и ее много не нужно из-за маленькой молярной массы даже небольшая примесь воды в эквивалентах может оказаться сравнимой с загрузками реагентов.
В общем, если не искать теоретических основ осмоления, а просто подумать про механизмы органических реакций, и немного навести порядок в технике эксперимента, то и осмоление больше не покажется бичом богов, уничтожающим выходы.
Можно ли использовать многократно раствор пищевой соды с морской солью в теплой воде для ингаляций при простуде?
АЧ: А Вы что, их смешиваете, соль с содой? Там вроде карбонаты кальция и магния должны выпасть.
Здравствуйте!
Не без интереса прочитал вашу последнюю страницу, посвященную окислителям спиртов, и у меня возникло два вопроса.
Первый вопрос: а как делают TEMPO сейчас из TMP? Неужто и тут зеленая химия во все поля или все же надо брать какой-то окислитель повеселее и смириться с тем, от чего зеленая химия так стремится отказываться.
Второй вопрос: все эти методы замечательно работают, когда растворитель условно инертный, что-то типа дихлорметана (исходные и продукты растворимы, очень удобно), не найдется ли метода, который работает для таких органических веществ, которые растворимы в полярных растворителях типа воды, изопропанола (например, если надо окислить первичный спирт, а с вторичным реакция уже будет идти медленнее)? Ведь даже если, допустим, исходное вещество хоть немного растворимо в дихлорметане и будет реагировать с имеющимся массивом окислителей, вдруг и его производное, тоже имеет плохую растворимость (вследствие разных факторов в уже исходной молекуле) – тогда у нас будут проблемы с выделением. Нет ли?
АЧ: Добрый день. С интересом прочитал Ваш вопрос. По поводу TEMPO. Во-первых, не бывает ничего совершенно зелёного. Курс на озеленение не значит, что мы от незеленого скачком окажемся в зеленом. Предлагается медленно, но верно двигаться в этом направлении, оценивая степень озеленения с помощью разных метрик. То есть противопоставляется не зелёное-незеленое, а менее зелёное и более зеленое. Чем зеленее тем лучше. И так далее. И в этом смысле TEMPO действительно без вопросов выигрывает у остальных методов. Это каталитический метод, и TEMPO используют в количестве нескольких мольных процентов, а стехиометрический окислитель можно подбирать и здесь есть простор для дальнейшего озеленения. Для окисления TMP в TEMPO используют разные перекисные окислители, а они всегда восходят к перекиси водорода, а это один из самых зеленых реагентов по всем метрикам. Плюс ещё есть возможность использовать иммобилизованные версии, над этим работал один из отцов зеленой химии Роджер Шелдон, и там в совершенно буквальном смысле всё схвачено. В общем, это перспективная химия, хотя и довольно капризная и сырая.
Что касается воды. Здесь всё не очень весело. Причина понятна – большинство методов окисления спиртов предполагают электрофильную активацию, а вода или другой нуклеофильный растворитель банально будут конкурировать со спиртом за реагент. А поскольку растворителя по молям всегда на порядки больше чем растворенного вещества, конкуренция будет невыгодна для спирта, даже если он может предъявить большую нуклеофильность. Изопропанол как растворитель очевидно будет такой же проблемой. Именно поэтому большинство методов окисления действительно использует инертные ненуклеофильные или малонуклеофильные растворители типа дихлорметана, бензола, ацетона, ну или хотя бы ацетонитрила.
Но в общем дело не безнадёжное. Можно окислять и в воде, и в достаточно нуклеофильных растворителях. ТОт же метод Мофата может использовать не только ДЦК, но и водорастворимый карбодиимид, очень популярный в сшивке пептидов. Из хромовых окислителей, Джонс фактически работает в водной среде – там сначала ацетон, но он быстро становится водным. Дихромат пиридиния работает в ДМФА, правда медленно, но с этим будет проблема в полярных нуклеофильных растворителях всегда. Предшественник Десса-Мартина, IBX прямо специально применяют в полярных раствоителях, потму что в неполярных он не растворяется, и реакции очень часто ведут в ДМСО. Те же методики с TEMPO тоже обычно водные, хотя они двухфазные и субстрат находится в органике, но там нет принципиальных проблем, и есть место для творчества. Есть еще всякая каталитическая рутениевая химия, я ее здесь не разбирал, это скорее для курса по переходным металлам, я планирую туда однажды добавить лекцию про каталитическое окисление, но это точно не в этом году.
В общем, варианты есть.
Здравствуйте!
Я как аспирант не могу не поинтересоваться: а к тем слайдам, которые вы выложили на главной странице, не будет какой-то записи лекций? Ведь смысл смотреть на картинки без интерактивного пояснения. Смысл же так теряется, кмк.
АЧ: Если Вы аспирант, и Вам так интересно, что было в этих лекциях, могли бы их и посетить, и послушать. Но я вообще не уверен, что Вы имеете в виду мои лекции, потому что никак не могу понять, что за слайды и на какой главной странице я выложил. Поскольку я на главной странице точно ничего не выкладывал, то видимо это не я, и страница какая-то другая. Потрудитесь объяснить, что конкретно Вам хочется, и какой смысл Вы опасаетесь потерять. И тон ещё желательно менее императивный выбрать для общения, это так принято в тех местах, где ещё не успели потерять здравый смысл, а это единственный вид смысла, потерять который действительно чрезвычайно опасно.
>И тон ещё желательно менее императивный выбрать для общения
Не имел в виду ничего плохого, извините.
Я про http://orgchem.avchem.ru/organic-chemistry-21st-century/
АЧ: Да, хорошо, понятно, что на этой странице слайды не выложены, а ссылки на лекции со слайдами есть в меню сверху. Записи лекций выкладывает компания Teach-in у себя и на ютубе. Всего лекций было десять, и они еще не все выложены ни слайдами, ни видео. Надеюсь, что они доделают остальные в январе, а я тоже буду стараться довыложить и слайды.
Громадное спасибо! С большим интересом сейчас буду смотреть эти лекции и ждать продолжения так же, как и ответы на многие вопросы здесь…
С праздниками!
АЧ: Хорошо. Спасибо за интерес. Я задерживаю последние три лекции, потому что хочу еще сделать краткое описание слайдов текстом, а это быстро не получается. Но обязательно получится.
А, всё, нашёл ссылку. Извините за беспокойство.
Здравствуйте, Андрей Владимирович, подскажите, пожалуйста, есть мезо-2,3-дибромбутан при его обработке йодидом калия в ацетоне получается транс-бутен-2, а если взять мезо-1,2-дидейтеро-1,2-дибромэтан, то в результате получим цис продукт. Как такое происходит учитывая, что на ключевой стадии отличий нет?
АЧ: Добрый вечер, Кирилл,
Спасибо за вопрос. Это очень интересная история, такая классика, работы Сола Уинстейна, но с продолжением. Постараюсь в ближайшие дни разрисовать, что там происходит, на страничке Ответы.
АЧ: Выложил ответ на страничке Ответы.
Спасибо вам большое, очень познавательно!
АЧ: Да, хорошо что спросили. Занятная химия, стоило немного разобраться.
Доброго времени суток!
Подскажите, почему график зависимости потенциальной энергии (например, бутана) от величины торсионного угла выходит не из начала координат? И в целом он смещен относительно оси абсцис.
Это какой-то минимум внутренней энергии?
АЧ: Добрый день,
Не вполне понятно, о каком графике идёт речь. Если рассматривать конформационный анализ бутана, то речь может идти о зависимости внутренней энергии конформаций от торсионного угла по связям, допускающим внутреннее вращение. В бутане таких связей три, но интерес представляет только средняя связь С-С, потому что только по ней образуются разные конформеры, которые и определяют стереохимическое поведение бутана. Обычно это изображают в виде графика, по абсциссе как раз этот самый двугранный угол, который изменяется от 0 до 360, или от -180 до 180 с обычной для угловых величин периодичностью. Угол ноль соответствует (обычно так, но любой может выбрать другое начало координат) заслоненной конформации с двумя метилами друг напротив друга – это самая невыгодная конфигурация, и ей соответствует максимум. То есть это еще и переходное состояние для перехода из одного гош-конформера в другой. Дальше сканируем угол, и получаем при 60, 180, 300 заторможенные конформации, которым соответствуют гош, анти, гош конформеры. Это минимумы, и это реальные молекулы, находящиеся в тепловом равновесии в реальном веществе бутане. Соответственно при 0, 120,240 имеем заслоненные конформации с максимумами энергии – это переходные состояния для превращения гош-анти, анти-гош, гош-гош.
Вот собственно и всё. Отсюда и имеем понимание того, что реальный бутан это равновесная смесь гош и анти конформеров, в которой преобладает анти. Чтобы знать константы равновесия и соответственно доли конформеров, нужно знать конкретные величины свободных энергий, и это несколько сложнее, чем просто внутренние энергии, но конкретные величины мало кому нужны.
В связи с этим не вполне понятно, о каком смещении относительно оси абсцисс идет речь. Нас интересуют энергии, они по ординате, и энергии это всегда относительные величины, а выбор уровня всегда за вами, какой хотите, такой и выбирайте, потому что реально вы всегда имеете дело с разностями энергий.
Имелось в виду, что в минимуме, который соответствует анти-конформации, потенциальная энергия не равна 0, а имеет какой то запас энергии, из-за чего, видимо, график находится несколько выше горизонтальной оси
АЧ: А с чего энергия должна быть равна нулю и что это вообще значит? Энергии всегда относительны, могут быть хоть отрицательны, хоть положительны, и значение имеют только разности энергий. В конформационном анализе нас интересуют разности энергий конформеров, из этого мы поймем их соотношение в равновесной смеси, или же по другому заселенности конформеров, хотя для этого нужно было бы иметь не оценки внутренних энергий, а термодинамические функции энергий Гиббса, но для оценки сойдут и энергии, в этих вещах всё весьма приблизительно.Ещё нам могут понадобиться величины барьеров превращений конформеров, для оценки скорости превращания, и здесь уже все очень приблизительно. Сами же величины энергий будут разными и сильно в зависимости от метода расчета или экспериментального определения, потому что в работе с энергиями всегда есть произвол выбора точки отсчета, и это ровным счетом никого не волнует, потому что не принято сводить на одной энергетической диаграмме (или в термохимическом цикле) величины, полученные разными методами, а когда поневоле так делать приходится, то сначала правдами и неправдами сводят их к одному уровню отсчета. В термохимии это едва ли не главная проблема – как это сделать корректно – из-за которой многие вещи так и не получается свести вместе. Но в конформационном анализе такой проблемы обычно нет, потому что профили энергии берут из расчета молекулярной механикой или квантовой химией, и в процессе расчета осуществляют сведение к одному уровню отсчета. .
Понятно, большое спасибо!
Обычно считается, что метансульфоновая и трифторметансульфоновая кислоты не проявляют ни свойств окислителей, ни свойств электрофилов. Тем не менее, в реакциях, с которыми мне приходится иметь дело, это не совсем так. Мочевина при нагревании с сульфоновыми кислотами даёт много весёлой чёрной смолы, в то время как трифторуксусная кислота к такому не приводит. Однако, ключевой стадией исследуемого мной процесса является кислотно-катализируемое превращение, и сила кислоты играет решающую роль. В частности, в классическом литературном варианте реакцию проводят в токе сухого газообразного хлороводорода. Однако, не менее важен и температурный режим, поскольку необходимый мне продукт получается только при температурах выше 100 °С, а трифторуксусная кислота при атмосферном давлении кипит при 72 °С.
В связи с этими обстоятельствами у меня возникает вопрос прикладного характера. Какие есть высококипящие сильные кислоты, не способные проявлять свойств окислителей или электрофилов? Желательно, чтобы они были сильнее трифторуксусной хотя бы по константе кислотности в растворе, но можно и как среду рассматривать. Ещё желательно, чтобы можно было с ними работать в стекле, но это уже в некотором роде мечты.
АЧ: Здесь, возможно, есть некоторое, как минимум, терминологическое неоразумение. Высокая кислотность это и есть один из источников электрофильности. Если в молекуле есть пи-связи, то их протонирование приведет к появлению электрофильных центров карбокатионного типа, более или менее стабилизированных, и это дальше ведет к олигомеризации, что и воспринимается как осмоление. Можно сделать вывод, что в Вашем случае это проявляется при увеличении кислотности. MeSO3H и тем более TfOH кислоты довольно сильные, даже в растворе. Как среда TfOH – суперкислота, MeSO3H малость недотягивает, но это очень сильная кислота. Трифторуксусная кислота сильной не является, она протонирует пи-связи только если образующийся карбокатион очень хорошо стабилизирован, иначе мы имеем общий кислотный катализ, которого для некоторых реакций недостаточно. Так что ничего необычного в описанных Вами явлениях нет, и никакой специальной электрофильности от сульфокислот не требует. Да у них и нет ничего. Сульфонилирование может быть электрофильной реакцией, но без дополнительной активации это неактуально.
Если дело в температуре кипения, попробуйте проводить реакции в закрытом сосуде. Маленькие пузырьки хорошего качества, к таких сейчас любят ставить реакции, можно перегревать на сорок-пятьдесят градусов выше температуры кипения. Для загрузок поольше есть такие фирменные толстостенные колбы с завинчивающейся тефлоновой крышкой – тоже можно перегревать на несколько десятков градусов (только экран поставить надо, они иногда взрываются).
Или можно поискать перфторпропионовую кислоту, или даже масляную, но это та еще дрянь. Если реакция терпит воду, то добавлене пнебольшого количества воды к трифторуктусной дает азеотроп, который кипит при 105 градусах.
Если не хватает кислотности, к трифоторуксусной можно добавить немного сильной кислоты, даже серной, или MsOH/TsOH/TfOH. Посредине между трифторуксусной и сульфоновыми все равно нет по кислотности ничего доступного.
Продолжая тему антиароматичности. На мой взгляд, было бы неплохо дополнить рассуждения об “антиароматичности” малеимида ещё и комментарием по поводу “антиароматичности” парабановых кислот (1,3-имидазолидин-2,4,5-трионов). В них, как ни считай электроны, всё равно получится 4n, а значит антиароматика. Но они плоские и дубовые. Понятно, что опять кросс-сопряжение всё рушит, никакой циклической сопряжённой системы там нет, но как пример для образовательных целей – куда более простая и понятная система, чем малеимид.
АЧ: Добрый день, Олег,
А что нового мы узнаем, если рассмотрим парабановую кислоту? Я напомню, что проблемы антиароматичности в контексте малеинового ангидрида нет как таковой – экзоциклические пи-связи, хотя бы одна, уничтожают саму основу ароматичности или антиароматичности: электронное строение таких молекул не имеет отношения к аннуленам Хюккеля, и говорить не о чем. Но есть некая производная проблема – а что если в делокализации можно усмотреть формально ароматические или антиароматические граничные структуры – не влияет ли это как-то на свойства таких молекул. Именно это я разбирал на страничке про тропон и малеимид. Малеимид – очень удобное соединение для такого разговора, потому что имеет хорошо известную и вроде бы аномально высокую реакционную способность в реакции Дильса-Альдера – не объясняется ли это участием антиароматической дестабилизации? Я разобрал тот кейс и показал, что есть более простое объяснение – циклическое напряжение. ДЛя меня тема снята, пока не будут новые данные, например, кто-нибудь умудрится оценить вклад напряжения и покажет, что этого недостаточно для объяснения. Не знаю как, но в принципе, такое исследование можно было бы ожидать. Выйдет, разберёмся.
Парабановая кислота – штука занятная. Конечно, у нее есть 4е граничная структура. Но что в этой молекуле аномального? Относительно высокая кислотность? Но это наверняка можно объяснить просто удачной делокализацией. И что ещё? Думаю, что ничего особенно обобенного там нет. И вообще, этих молекул, у которых найдётся 4е-граничная структура десятки. ДЛя того, чтобы получился полезный разбор нужны более веские основания – всё же что-то сильно необычное в структуре или реакционной способности.
Андрей Владимирович, здравствуйте!
Подскажите, каков механизм декарбонилирования, когда мы в сложноэфирной конденсации с эфиром щавелевой кислоты продукт нагреваем с каталитическим количеством кислоты?
АЧ: Добрый вечер. Ох, противная это история, хотя забавная, и немного забытая. Кислота там не нужна. Декарбонилирование происходит просто при нагревании – это старая фишка ещё со времён главного классика кетоэфирной химии Вислиценуса-отца. Тогда все перегоняли без вакуума, и проcто нашли, что кетоэфиры из конденсации с диэтилоксалатом, уже выделенные и очищенные от кислот и оснований, при перегонке чисто выбрасывают CO где-то выше 150 градусов. Это получается удобнее, чем конденсировать с диэтилкарбонатом, потому что диэтилоксалат намного электрофильнее.
Это просто термическое разложение, причем однозначно доказано, что карбонил выламывается из карбоксила, а не кето-группы, а алкокси переезжает на карбонил. Сейчас мне лень, завтра может схему нарисую.
Спасибо, по возможности, нарисуйте, пожалуйста, схему…
АЧ: Ответил на странице Ответы.
Второй вопрос: насколько сильно кросссопряжение может мешать протеканию реакции Манниха, например, если взять такой дизамещённый алкен, чтобы с одной стороны был метилен, с другой одновременно и донорная группа (амин какой-нибудь или этокси-группа), а с другой акцепторная (карбоксил, карбонил и т.д.)? Можно ли как-то нивелировать действие одной из этих групп (например, донорной, чтобы реакция Манниха шла)?
АЧ:
Простите, но я ни черта не понял. Ещё раз привлекаю внимание к тому, что химия конкретна. Ни одна просто реакция не мешает другой просто реакции. Если есть проблема хемоселективности, надо ее решать конкретно. И что за кросс-сочетание?? Что с чем сочетается? Олефин это не вполне субстрат для кросс-сочетания, нужна или уходящая группа, или магний, бор, олово, цинк. Все это вполне совместимо с кратными связями, как и уходящие группы разные. Манних – это фактически та же альдольная конденсация, только вместо карбонила имин или иминий – опять непонятно, что тут за проблема с кросс-сочетанием. Реакция Манниха, если это не классический кейс с иминиевой солью формальдегида, вообще реакция весьма сложная, с кучей альтернативных путей, там каждый случай надо отдельно разбирать. В общем, если есть конкретный кейс, можете мне на почту прислать структуру, вызывающую восросы, тогда посмотрим.По позднему времени мне померещилось кросс-сочетание вместо кросс-сопряжения. Извиняюсь. Но я пытаюсь придумать случай, где в Маннихе может попасться кросс-сопряжение, но что-то не получается. Со стороны какого из реагентов – нуклеофила (а это в Маннихе или енол, или енамин, хотя возможны более экзотические случаи) или электрофила (а это в Маннихе всегда иминиевая соль или активированный водородными связями или координацией по кислоте Льюиса имин)? Право, поточнее опишите проблему, а я постараюсь впредь быть внимательнее.
Чёрт, я тоже ошибся и перепутал Манниха с Михаэлем. В общем присоединение к 1,4-непредельному карбонилу, только так, чтобы в 3 положении еще донор торчал
АЧ: Ну и пусть себе торчит. Положение 3 – это бета? Уточнение нелишнее, потому то у многих акцепторов Михаэля акцепторы неуглеродные – нитро, сульфонил и т.п. Если это бета, то есть тот углерод, по которому идёт атака нуклеофила, то во-первых, здесь нет кросс-сопряжения. Если там мезомерный донор, то получается идеальная цепь сопряжения донор-акцептор, стабилизирующая исходный олефин, а любая стабилизация исходного уменьшает реакционную способность. Вообще, реакция Михаэля очень непроста, и в ней часто случаются всякие неожиданности. Нужно очень внимательно всегда выписывать механизм и смотреть, хорошо ли стабилизированы интермедиаты, и нет ли альтернативных путей. Поэтому вы нечасто найдёте замещённые хоть по альфа, хоть по бета-положению акцепторы Михаэля в реальных реакциях. Найдёте, безусловно, и есть очень важные частные случаи, но в большинстве работ все будет крутиться вокруг простых винилов с одним акцептором. Еще очень существенную роль играет стерика, на бета-углероде особенно, потому что присоединение нуклеофила обратимо, и в случае стерических препятствий, а уже один метил не подарок, константа равновесия становится плохой, и если нет быстрого продолжения, выводящего интермедиат из равновесия, то всё будет скверно с реакцией Михаэля. Реакция Михаэля это ведь такой общий шаблон реакции, под которые можно подобрать практически бесконечное количество реальных пар реагентов. У нас есть только самые общие идеи, как идёт реакция – мы понимаем обратимость первой стадии, закономерности стабилизации интермедиата, видим продолжение, которое выведет продукт из равновесия, и вот должны в каждом конктретном случае все это собрать и призадуматься – что тут важнее. В наше время очень нелишне было бы посчитать структуры исходных (это даст представление о масштабе стерических проблем) и интермедиата (это даст лучшее понимание стабилизации – вдруг мы что-то на бумаге неправильно оцениваем), тогда будет немного легче понять, отчего это задуманная реакция, вроде вполне банальная, ну никак идти не хочет или идёт с выходом 4 процента
годовых. Химия конкретна.Хорошо, если конкретнее, то вот:
https://doi.org/10.1016/j.tet.2011.09.034
5-метилиденгидантоин, по одну сторону двойной связи слабенький акцептор, по другую слабенький донор.
Реакция Михаэля не идет просто так и только добавление кислоты Льюиса в отдельных случаях исправляет ситуацию. Получается, что можно взять уксусную кислоту или добавить какую-нибудь конкретную кислоту Льюиса типа бромида меди и она поможет присоединить нуклеофил, стягивая на себя электронную плотность, так?
АЧ: В реакциях Михаэля часто применяют активацию и кислотами Бренстеда и кислотами Льюиса. В данной статье я вижу только один пример сопряжённого присоединения – цианид. Реакцию катализируют модным трифлатом меди в водной среде, и все идет неплохо, причем обращаем внимание на то, что енолят, образовавшийся при присоединении цианида успевает присоединиться к второй молекуле метиленгидантоина. То есть не такая уж плохая реакционная способность. Может быть не выдающаяся, как у всяких заправских акцепторов Михаэля, но и неплохая. И в чём тогда проблема?
И кстати CuBr2 лучше не применять. Это неплохой бромирующий агент, и если не сам исходный гидантоин, то промежуточный енолят он пробромирует с удовольствием. Берите инертные кислоты Льюиса.
Здравствуйте! У меня сразу два вопроса. Второй задам отдельно.
Используется ли озонолиз сейчас или это такая же старая химия как и действие на спирты йодоводородной кислотой? Насколько сложно проводить данную реакцию, препаративна ли она?
АЧ: Озонолиз это не старая химия, это в основном химия послевоенная, когда Криге, чудом уцелевший на Восточном фронте, взялся за исследваоние механизма и разобрал там всё. Потрясающе интересно. Я давно мечтаю найти на неё время и аккуратно разобрать. И это невероятно популярная реакция в современном синтезе, потому что она удивительно селективна и можно прогрызть правильную двойную связь в очень сложной молекуле.
Оставим пока, но я поставлю себе в планы с серьёзным приоритетом.
Здравствуйте я меня такой вопрос , какая химя может оставить на метале разводы несмываемые, я переделываю старую дверь и за этого задаю вопрос.
АЧ: Обращаю внимание задающих вопросы, что это образовательный сайт, и вопросы принимаются только имеющие отношение к химии как науке и предмете изучения. Я не против корректных бытовых вопросов, но только в том случае, если можно понять, что конкретно вызвало проблему. Что за дверь, из какого металла (может быть она у Вас титановая или золотая), и что может на неё попасть.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Почему цианоборгидрид натрия селективно восстанавливает имины, но плохо восстанавливает альдегиды и кетоны?
АЧ: Приветствую Вас,
Это отличный вопрос. Если говорить коротко, то конечно восстанавливает и обычную карбонильную группу, в условиях общего кислотного катализа – этот реагент не расщепляется в слабокислой среде при рН около 3, что и позволяет использовать мягкую кислотную активацию восстанавливаемой группы. Поскольку реагент намного более слабый донор гидрида по сравнению с просто борогидридом, для восстановления очень важна такая активация. И тогда понятно, что именно иминная группа, которая из-за большей основности более склонна к такой активации, получает преимущество перед просто карбонильной. Но вы селективно не восстановите имин в присутствии альдегида, а с кетонами ситуация проще, потому что они часто сильно уступают в электрофильности.
Пока так кратко, но я поставлю себе в очередь более подробный разговор про гидридные восстановители. Окисление вот допилю, там просто немного увлёкся, а времени мало.
Спасибо!
Андрей Владимирович, здравствуйте! Вопрос по образованию лактонов, если взять циклогексанон и подействовать на него CF3CO3H, то образуется семичленный цикл – лактон, а можно ли получить лактон, когда в альфа положении от карбонильного углерода находятся заместители? Спасибо!
АЧ: Приветствую Вас,
Это реакция Байера-Виллигера, довольно типичная секстетная перегруппировка. Заместители ей не мешают. Там другая проблема: если замещение несимметричное, то мигрировать могут обе стороны, соответственно получаются два лактона. Часто это совсем неселективно, но иногда бывает только один продукт. Предсказать направление довольно трудно. Это в основном вопрос стереохимии. Нужно сделать конформационный анализ исходного кетона и интермедиата, и постараться увидеть там правильную конфигурацию для миграции, которая идет всегда с тыла относительно уходящей группы. Ну или литературу поискать конкретно по интересующему кетону. Реакция Байера-Виллигера довольно популярна в синтезе, и примеров можно найти очень много.
Добрый вечер, Андрей Владимирович! Возникла необходимость синтеза интермедиатов гликолиза. Требуется субстраты для определения активности ферментов. Подскажите пожалуйста, как синтезировать глюкозо-1,6-бифосфат или фрутозо-1,6-бифосфат из глюкозы/фруктозы? Как селективно присоединить остатки фосфорной кислоты к гидроксильным группам? И как далее окислить фруктозо-1,6-бифосфат до фосфоглицеринового альдегида? Как возможно получить дальнейшие интермедиаты гликолиза: 1,3 – бисфосфоглицерат, фосфоенолпируват. Заранее спасибо!
АЧ: Добрый вечер, Руслан,
Воспрос Ваш – совсем перебор. Помощь в научных исследованиях надо искать у своего научного руководителя, а если Вы и сам такой, то у себя самого, и у коллег, специализирующихся в той же области химии.
Из общих соображений могу сказать, что обычная препаративная химия вряд ли может давать незащищённые фосфорилированные углеводы. Таеие вещи должны делаться ферментативным катализом, используя те ферменты, которые и работают в клетке для селективного фосфорилирования. Все это наверняка есть в продаже, и соответствующие методики в соответствующей химии наверняка есть. То же касается и других фосфорилированных интермедиатов. Это либо покупается, либо делается с помощью ферментов.
Добрый вечер!
Подскажите, почему при получении термодинамических енолятов используют протонные растворители и в основном нуклеофильные основания?
АЧ: В химии очень важна корректность. И очень важно понимать, что вот эти два термина: “кинетический” и “термодинамический” енолят – это такой жаргон, используемый, чтобы сокращённо выражать более сложные и длинные понятия. И если “кинетический” енолят действительно можно получить в прямом смысле этого слова хотя бы в растворе, то под термодинамическим енолятом мы понимаем енолят, образующийся в равновесии при переносе протона от енолизуемого карбонильного соединения как CH-кислоты к основанию сравнимой силы в растворе, обычно в низкой концентрации (ее можно оценить для конкретных оснований по величинам кислотности/основности) только в качестве реакционноспособного интермедиата в реакциях типа альдольной конденсации. Слово “получить” здесь неприемлемо, потому что вы даже не можете говорить о растворе енолята – в таких растворах это только один из компонентов, тем более что немедленно начинаются реакции самоконденсации или конденсации. Вы просто обсуждаете механизмы этих реакций, используя представление об образовании равновесного (равновесие и термодинамика это практически синонимы) енолята. Основания для этого годятся любые, подходящие по силе, а нуклеофильность не имеет значения, потому что это просто будет еще одно равновесие присоединения-отщепления нуклеофила.
Есть и другая проблема – в случае несимметричных кетонов, енолизуемых в обе стороны. Тогда термин “кинетический енолят” мы применяем к менее замещенному, и можем его конкретно получить количественным депротонированием кетона стерически затруднённым сильным основанием типа LDA.
Термодинамическим енолятом в этом случае жаргонно называют второй енолят – более замещённый (ещё иногда возникает проблема диастереомерии, но сейчас это не важно). Такой енолят тоже можно именно получить количественно, но не депротонированием, а например, расщеплением силилового или ацетильного эфира такого енолята. Такой способ не является кислотно-основным равновесием и никак не относится к терминологии депротонирования, а эпитет “термодинамический” применяют только чтобы показать, что такой енолят имеет такую же структуру, что и тот, который образуется в равновесии.
Что касается протонных растворителей для равновесного депротонирования, то это не обязательно. Обычно в таких случаях берут в качестве основания алкоголяты, а их удобно брать в растворе соответствующего спирта. Но с тем же успехом можете взять и другой растворитель, в котором растворяется основание, а сопряжённая кислота основания будет исполнять роль перносчика протона.
Спасибо!!
Здравствуйте!
А обработка иодоводородной кислотой спиртов с получением алканов – это хороший препаративный метод или тут есть свои подводные камни?
АЧ: Это история химии, глубокая архаика, традиционная ценность. Если вам дороги экспонаты из музея истории химии, то вперед. Старые химики очень ценили эту реакцию, потому что она во многих случаях прямо проявляет скелет сложного органического вещества, обрывая с него гидроксилы, метоксилы, и часто даже и другие группы. Это сначала нуклеофильное замещение, а дальше свободнорадикальная реакция по механизму. Результаты почти непредсказуемы Но выходы мизерные, всегда смеси, условия жесткие. Препаративно реакция бесполезна. В последние сто лет вы её не увидите в работах ни по синтезу. ни по исследованию строения, потому что появились нормальные методы и того и другого. Если вам нужно отчекрыжить гидроксил, есть куча методов, через ионное гидрирование, гидрогенолиз, реакцию Бартона-МакКомби, замещения на галоген и гриньяр с протолизом и хрен знает что ещё, всё селективно, если нужно и стереоселективно.
Спасибо!
Доброго времени суток, Андрей Владимирович?
Возможно, немного странный вопрос и не совсем связанный с химией, но все же: почему кротилы и кротоны так называются?
АЧ: Добрый вечер. Посмотрите на страничке про альдольную конденсацию внизу на вкладке про альдольно-кротоновую самоконденсацию. Все эти названия (кротоновые альдегид и кислота, кротонат, кротиловый спирт и радикал кротил) происходят от одного корня, а он из кротонового масла, и далее к растениям рода кротон.
А вообще история довольно запутанная. Кротоновое масло никакой кротоновой кислоты не содержит – это была ошибка фармацевтов из первой половины 19 века, тогда было очень модно пытаться выделять вещества из лекарственных растений, но техника эксперимента и анализа была весьма примитивна. Ни одно более-менее современное исследование кротонового масла не находит в нём кротоновой кислоты или ее производных. Весьма известный немецкий химик Гойтер в 1870-х с немного уже более продвинутой техникой эксперимента обнаружил в кротоновом масле гомолог кротоновой кислоты, которую назвал тиглиновой (латинское название Кротона слабительного Croton tiglium L).
Забавно, что и само название кротон тоже результат путаницы. Кротоновое масло часто путали с касторовым – оба невероятно горькие и имеют слабительное действие, чем пользовались итальянские фашисты, которые любили издеваться над оппонентами, предлагая тем выпить за здоровье дуче стаканчик касторового масла (пересмотрите Амаркорд, там есть такая сцена). Оба растения попали в Европу из дальних стран, поэтому их путали. Кротон назвали кротоном потому что спутали семена этого растения с семенами клещевины, из которой добывали касторовое масло, а семена клещевины немного смахивают по форме на клещей, по-гречески как раз кротос. Название клещевины по-лытыни Ricinus – а это как раз клещ, только по-латински, ну и собственно русское название клещевина это просто перевод латинского. фактически получается что оба растения названы одинаково, только одно использует греческий, а другое – латинский корень. В ботанике таких фокусов немало. Так это подобрал Линней, когда делал ботаническую номенклатуру вслед на зоологической, а к растениям в отличие от животных Линней относился довольно прохладно и напорол в названиях множество ошибок и путаницы. Название закрепилось, никто не стал пересматривать, так мы и живем с растением, которое перепутали с другим, из которого якобы выделили кислоту, которую перепутали с другой. А мы ещё к этому добавляем путаницы, называя кротоном очень популярное комнатное растение, которое тоже не кротон, а кодиеум, правда ботанически растения близки, и некогда название кротон использовалось как синоним.
Нельзя не заметить, что и действие касторового и кротонового масла только поверхностно похоже, а действующие вещества в них разные, и довольно сложные.
Но кротоновое все же содержит хотя бы тиглиновую кислоту. Но и здесь есть вопрос – скорее всего сами семена кротона и её не содержат, а такие низкомолекулярные компоненты появляются в результате выдерживания семян на воздухе (ферментации) и тиглиновая кислота это просто результат разложения и окисления весьма непростых компонентов семян. Так или иначе, кротоновое масло обладает ясно выраженным раздражающим и даже нарывным эффектом, и это очень легко отнести как раз к действию сопряженных непредельных кислот, акцепторов Михаэля – все активные акцепторы Михаэля имеют слезоточивое, раздражающее, нарывное действие, и хуже того, они канцерогенны. По этой причине кротоновое масло давно не используется в медицине.
Путаницу усугубляет и еще одно обстоятельство. В литературе кротоновым маслом называют не только настоящее масло, выжатое или экстрагированное из семян, но и эфирное масло, точнее масла растений рода кротон, а их десятки или даже сотни в тропиках. И в этих эфирных маслах как положено, одни терпены и никаких следов никаких непредельных кислот.
Большое Вам спасибо за подробный и интересный ответ!
АЧ: Не за что. Я люблю копаться в названиях соединений, растений, улиц, городов и т.п. Очень неожиданные бывают повороты.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Хотел бы вновь обратиться к вопросу региоселективности замещения в ароматике.
Стоит ли, на ваш взгляд, удивляться замещению водорода именно в пара положении к карбонильной группе в 2,5-диметоксибензальдегиде в реакции с йодом и нитратом серебра.
На первый взгляд, если собрать ориентирующие эффектызаместителей, можно было бы ожидать замещения в 3, а не 4 положении, а тут вон как!)
«Увидено» в этой статье: 10.1039/C4OB00493K
Благодарю за возможность задавать вопросы на вашем сайте.
АЧ: Добрый вечер, Герман,
А я благодарю за вопросы, хотя не всегда успеваю отвечать, особенно когда ответ получается немаленький, как с предыдущим. Вопросы это отличный способ узнать, что кажется проблемой, а это всегда интересно и часто выводит на всякие обобщения, иногда неожиданные.
Ваш вопрос проще и отвечаю сразу. Во-первых, в электрофильном ароматическом замещении не надо собирать эффекты ориентации. Практически всегда ориентацию определяет доминирующий ориентант. Если есть мезомерный донор, то он. Если есть несколько мезомерных доноров то фенолят перешибет любого амина, который перешибет алкокси, который перешибет любого галогена, а из галогенов самый сильный ориентант фтор, который перешибет другие галогены. Соответственно мезомерный донор перешибет индуктивного донора. А донор перешибёт акцептора.
В данном случае есть метокси, который перешибет альдегида. Поскольку метокси два в пара-положении, то ориентация будет в первом приближении орто к любой из метокси. Выписываем возможные продукты:
Теперь дополнительные соображения, при прочих равных заместители будут стараться избегать становиться в ряд по трое и совсем плохо по четверо. Это отлично работает для крупных входящих групп типа брома или иода (с хлором работает плохо) – это банальная стерика и больше ничего. С вторым кандидатом есть ещё отягчающее обстоятельство – акцептор в орто-положении. Это довольно слабый фактор, который выплывает только при прочих равных, чоответственно здесь его можно в расчет не принимать, и так все плохо. Рассматриваем продукты и убираем плохие. Остается ровно то, что получилось.
Эта схема очень хорошо работает в огромном количестве случаев, хотя с химией всегда могут быть исключения. Но это будет большой редкостью, и имело бы какое-то объяснение.
Итого: получили ровно то, что ожидалось.
Большое спасибо за ответ!
Андрей Владимирович, здравствуйте!
Почему реактивы Коллинза, Кори (CrO3 в пиридине и т.п.) не затрагивают при окислении другие функциональные группы (в частности, кратные связи)? С чем связана такая избирательность?
Заранее спасибо за ответ!
АЧ: Это общий вопрос к тому, почему реагенты селективны – в данном случае хемоселективны – затрагивают только определенные реакционные центры. Это всегда определяется механизмом реакции. В частности, реагенты 6-тивалентного хрома это, с точки зрения органики, что-то типа ацилирующих реагентов (здесь это можно назвать хромилирующими, но так не говорят) – они образуют смешанные эфиры хромовых кислот со спиртовыми группами, и дальше эти производные претерпевают внутримолекулярную реакцию, в которой водород из-под гидроксила переносится на хромовый остаток. А с двойной связью такие производные хрома просто не реагируют – механизма нет. Вас какие-то конкретные реагенты интересуют или вообще?
АЧ: Если вы ждёте более подробного ответа на этот вопрос, наберитесь немного терпения, ответ будет, в перспективе пары недель, сочиняю.
АЧ: Пара недель превратилась в несколько месяцев, но зато страничка получилась вполне информативная, я туда запихал много всего полезного и занятного.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Большое спасибо за ваш сайт, он очень полезен даже нам, занимающимся комплексами металлов и металлоорганикой.
Вопрос про номенклатуру: если нет главной цепи, а, скажем, лиганд образован циклами и гетероциклами, как выбирать, кто главный и с чего начать нумерацию? Например, у нас в ходу вот такой силандиамин Me2Si(NHPbt)2, где Pbt — это 2-фенил-1,3-бензотиазол; азот связан с положением 2 фенильного заместителя (если считать, что с положением 1 связан бензотиазол). Как правильно назвать вот этот заместитель Pbt? Должны ли мы при выборе главного (гетеро)цикла заместителя выбирать тот, который связан с аминогруппой в данном случае (то есть, тот, который -ил)?
Коллеги предлагали варианты для Pbt = 2-(фен-2’-ил)-1,3-бензотиазол или 2-(1,3-бензотиазол-2-ил)фенил ; ChemDraw для этого заместителя даёт название 2-(benzo[d]thiazol-2-yl)phenyl.
Тут же вопрос, для таких тиазолов нужно ли обязательно указывать что они 1,3-тиазолы, или в этом нет необходимости (как делает ChemDraw); а если указывать, что они 1,3-, то нужно ли обозначать место сочленения с бензольным кольцом [d], ведь другого варианта для 1,3-тиазолов нет?
АЧ: Добрый вечер, Николай, спасибо за добрые слова. Делать что-то полезное очень оптимистическое занятие. Не могу себе отказать в этом удовольствии. Кстати о комплексах – у меня ведь есть и второй сайт, как раз про комплексы, но правда в контексте катализа.
Ваш лиганд выглядит так?
Тогда это, во-первых, силан – именно это основа. Всё остальное заместители. Называем сложный заместитель: это 2-замещенный фениламино, заместитель просто бензтиазол-2-ил, если хотите указать гетероатомы, это можно, хотя ИЮПАК сохраняет основные традиционные названия, в том числе тиазол это 1,3-тиазол по умолчанию. Но пусть будет так, тогда собираем название
бис(2-(бенз-1,3-тиазол-2-ил)фениламино)диметилсилан. Указывать связь, по которой конденсированы кольца не надо, потому что это и так однозначно, а ИЮПАК не требует избыточных локантов.
ИЮПАК допускает и альтернативные названия, но они все будут более громоздкие и неуклюжие.
Здравствуйте, Андрей Владимирович! Как объяснить, что замещенный ацетилен при гидрировании в жидком аммиаке в присутствии натрия дает транс-алкен? Спасибо огромное за ваш труд!
АЧ: Ой, а разве это не описано? Я точно это расписывал во всех подробностях. Надо поискать.
АЧ: Проклятье! Простите, пожалуйста. Давно написано, но застряло в черновиках. Вообще давно почти готова новая версия страницы про ацетилены, но чтобы допилить нужна еще неделя-другая, а взять негде. Поэтому много материала зависло. Но я на днях материал по гидрированию выложу на старой странице. Не сегодня только.
АЧ: Выложил развёрнутый ответ на странице про Алкины – внизу появился раздел про гидрирование.
Есть у Хараша реакция с хитрым пероксидом и бромидом меди (I), можно ли её применять для енолизуемых альдегидов и кетонов или с этим будут сложности (может какие-то сложности в плане стабилизации получаемого радикала)?
https://doi.org/10.1021/ja01536a062
АЧ: В этой реакции нет ничего хитрого кроме того, что это нечто историческое, из тех времен, когда плохо понимали, как идут реакции, и что там могут делать соединения переходных металлов. Вообще для начала удивляет заявка на стереоспецифичность реакции, в которой нет никакой стереохимии, из чего мы узнаем, что в 1958 году в джаксе редактор не в курсе, что такое стереоспецифичность, как впрочем и сам Хараш и Джордж Сосновски. Имеется в виду, видимо, региоселективность. Вообще эта статья имеет отношение только к истории химии, ничего полезного для современной работы в ней нет. Химия не стоит на месте, и как бы ни был велик Хараш, а это так и есть, но это химик первой половины прошлого века, наделавший много работ, которые давно потеряли актуальность. Свободнорадикальное замещение, в том числе и в присутствии соединений меди, конечно, известно, но сейчас это делается немного на другом уровне и эксперимента, и понимания.
Здравствуйте! Известно, что циклопентадиенильный анион ароматичен, там это достигается засчёт того, что образуется ионная связь. А возможны ли случаи, когда ароматичность достигается вследствие ковалентной связи? Моё предположение лишь таково, что для этого нужно иметь какую-то длинную, малоэнергетичную связь, так ещё и сильно исказить привычную геометрию (чтобы эта связь была орбитальна в пи-кольцевом сопряжении), но тогда другая связь при этом атоме, например, углерода, должна быть ей перпендикулярна, получается.
АЧ: Эти рассуждения мне вообще не очень понятны. Циклопентадиенильный анион ароматичен именно как анион, и это не имеет отношения к противоионам – что там за катион, натрий, литий, калий, цезий, кальций, и т.п., хотя ряд невелик, потому что скоро начнутся уже кординационные соединения сендвичевого типа, которые тоже считаются ароматическими с точки зрения циклопентадиенильного лиганда. Причём тут ионная связь и с кем эта связь?
А начиная со второй строчки вопроса я вообще не в состоянии интерпретировать текст. Как Вы себе представляете ароматичность, достигаемую вследствие ковалентной связи? Какой ковалентной связи, с чем, причём тут ароматичность и вообще я не вполне уверен, что Вы достаточно хорошо разобрались с тем, что такое ароматичность. Или формулируйте вопросы корректнее, или мы вряд ли сможем достичь взаимопонимания, необходимого для того, чтобы я смог понять, что требуется объяснить.
Забыл саму статью прикрепить, извините за оплошность:
doi.org/10.1021/jo00834a051
АЧ: На этот вопрос отвечу несколько позже и в более развёрнутом виде на странице Ответы, так как нужно сделать несколько рисунков.
АЧ: Развернутый ответ выложил на странице Ответы.
Огромное спасибо!
И ещё один вопрос:
есть статья, в которой упоминаются дегидрогидантоины и получение одного из них; так вот, там брали N-хлорогидантоин и элиминировали HCl триэтиламином. Какова природа такого элиминирования, разве поляризация связи не смещена в сторону азота в данном случае, давая на азоте условный дельта-минус?
АЧ: Вопросы простые, но отвечу позже, завтра-послезавтра, сейчас совсем нет времени, извините.
Может ли енол какого-нибудь карбонильного соединения присоединять HBr в уксусной кислоте?
АЧ: Конечно да, и мы это отлично знаем. Енол – это сильнодонорный олефин, активированный к электрофильному присоединению. Поэтому что HBr, что любая другая более-менее сильная кислота протонируют двойную связь с образованием мезомерно-стабилизированного катиона, обратимое депротонирование которого дает кето-форму.
ТО есть мы имеем дело с кислотным катализом кето-енольной таутомерии, и совершенно один черт какую кислоту использовать. Хотите HBr – ради богов. У меня на сайте немало написано про кето-енольную таутомерию, в том числе и с кислотным катализом.
Я понимаю, что процесс вполне себе равновесный, но что если оставить какое-нибудь енолизующееся карбонильное соединение надолго в смеси HBr-AcOH? Я вполне могу наивно предположить следующее: а не может ли HBr присоединиться к этому сильнодонорному олефину? Причем можно предположить два варианта (если исключить самоконденсацию енола с кетоном): продукт присоединения по Харашу – не всегда же мы проводим кислотный катализ, избавляясь от вообще всех перекисей, понимая под перекисью здесь вполне доступный кислород воздуха; даже если и избавиться от кислорода, вот равновесно присоединится HBr по правилу Марковникова, а затем в кислой среде на получившуюся гидроксильную группу сядет протон, отщепится вода, произойдет Е1-элиминирование. Причем взять специально какой-нибудь 4-метокси-ацетофенон, чтобы самоконденсация шла медленно. Возможно ли такое?
АЧ: А что, простите, вы ожидаете получить при присоединении HBr к енолу? Вы не пробовали не словами это описывать, а просто схему реакции написать – что получится, устойчиво ли это, нужно ли это и так далее. А что касается свободнорадикального присоединения и эффекта Хараша, то он наблюдается только тогда, когда скорость электрофильного присоединения меньше скорости радикального. Это ровно то, что происходит с терминальными алкенами, но уже с дизамещенными алкенами обычное электрофильное присоединение быстрее и Хараш просто не работает. Тем более это будет с енолами, которые настолько сильно активированы к электрофильному присоединению, что радикальное там рядом не стояло.
Здравствуйте!
Задам несколько вопросов по отдельности.
Расскажите, пожалуйста, возможно ли, а если возможно, то хорошо ли протекает реакция Sn2 в тех случаях, когда на одном атоме углерода есть две уходящих группы (например, дибромметан)?
АЧ: Химия конкретна, поэтому надо обсуждать конкретные соединения или хотя бы родственные соединения. Две уходящие группы на одном углероде – это галогены. Все остальное или неустойчиво или очень непросто сделать (непросто не значит невозможно, но нужно думать про такие случаи отдельно). А два галогена – хлора, брома или иода – пожалуйста, вполне такие соединения реагируют в SN2 с разными нуклеофилами, и так собственно и получают разные дизамещенные метаны (или гомологи), причем второе замещение часто идет легче первого, так что остановиться на монозамещенном не очень просто. Используйте обычные способы активации анионных нуклеофилов – полярные растворители, межфазный катализ. Неплохо заходит и старинный способ – использование серебряных солей нуклеофилов. Если галоген фтор, то просто так реакции не идут, но как ни странно два фтора заместить проще чем один, если субстрат выдерживает сильные кислоты – в таких условиях можно, например, делать гидролиз гем-дифторзамещенных – уходящий фторид протонируется и отваливает в виде HF. Этот немного странный метод иногда всплывает в синтезах разных кетонов (нам он не понадобится, потому что мы всё равно не сможем делать дифторпроизводные).
Здравствуйте!
А будет ли пост/лекция про нобелевку по химии за этот год? За прошлый вы так, к сожалению, и не выложили, очень хотелось бы послушать. 🙁
АЧ: Добрый вечер,
Нет, про это не будет. Я про органику, а не вообще про всё, а квантовые точки это чистая неорганика с точки зрения материала, и фотофизика во всём остальном. Более того, я довольно долго занимался всякими органическими флуорофорами и оптическими материалами, и вечно была эта проблема – что ни напишешь, кто-то из рефери обязательно заметит: Нафига вы этой ерундой занимаетесь, ведь есть же квантовые точки, они умеют всё. Приходилось каждый раз терпеливо прояснять, что нет, далеко не всё, и есть ещё место и другим материалам. Так что я ненавижу квантовые точки. Но это действительно очень крутая вещь, и нобелевка за дело. И хотя наука – дело совершенно общечеловеческое, но всё же здорово, что в химии у нас наконец второй лауреат. Только вот у кого у нас. Вопрос непраздный, но всё же есть повод так сказать. А это хорошо, потому что говорит нам одну простую вещь: в любой жизни есть место нобелевке, поэтому может даже и в нашей есть, но это мы узнаем сильно нескоро.
Насчёт прошлого года и правда получилось скверно. Я просто не справился с обработкой тех лекций для выкладки, не успел, других дел полно. Но я восполню это в этом году, лекция ещё раз будет прочитана и теперь уж точно выложена; собственно я ровно сейчас и занят вёрсткой этой страницы.
Андрей Владимирович, здравствуйте!
Иногда в реакциях с кратными связями (которые, по сути, являются избытком электронной плотности) происходит взаимодействие с анионами или другими электроноизбыточными частицами. Почему они вступают в реакцию, а не отталкиваются друг от друга (ведь электростатику никто не отменяет…)?
Заранее спасибо за ответ и за ваш превосходный сайт!
АЧ: Добрый день и спасибо за добрые слова.
Увы, я не совсем понял Ваш вопрос. Химия конкретна. С какими кратными связями, какие электроноизбыточные частицы?
В общем виде, во всех реакциях схема простая. При сближении частиц возможность реакции определяется балансом и электростатики, и ковалентных взаимодествий. Оба этих типа взаимодействия довольно короткие, если только речь не идет о двух настоящих ионах, когда электростатика сильна и начинает работать сильно раньше ковалентных взаимодействий. Если речь не идет о ионах (оба реагента), а ион только один реагент, или ни одного, тогда это намного более слабые ион-дипольные или диполь-дипольные взаимодействия с очень крутой зависимостью от расстояния, очень быстрым спадом. Поэтому если есть потенциал ковалентного взаимодействия, то он успевает зацепиться и начать развиваться, а энергии в ковалентных взаимодействиях обычно больше, что и позволяет молекулам начать процесс перестройки связей, то есть собственно реакцию. Реакции обычно идут в растворах, то есть в жидкой фазе, где молекулы и так сталкиваются во всех возможных ориентациях, то есть достигают близкого контакта, преодолевая электростатическое отталкивание, и те взаимные ориентации, которые соответствуют орбитальным взамиодействиям, и развиваются дальше уже как реакция.
А потенциал ковалентного взаимодействия мы и оцениваем с помощью волшебных слов нуклеофил-электрофил, в разных вариантах, в том числе с помощью понятий о граничных орбиталях (нуклеофил = ВЗМО – электрофил = НСМО) и их взаимодействиях. И когда анализируем возможность какой-то реакции, оцениваем электрофильность и нуклеофильность разными качественными и полуколичественными способами, в том числе и по ВЗМО/НСМО и тогда и приходим к выводам, возможна или нет реакция, и даже оцениваем, хорошо ли она пойдёт.
Вот так это выглядит, если кратко, и в самом общем виде. Но химия конкретна и надо разбирать конкретные реакции.
Спасибо!
Если на конкретных примерах, то почему можно присоединять, например, спирты к алкинам? Ведь у алкинов тройная связь, где достаточно высокая электронная плотность, а у спиртов – неполноценные пары электронов на кислороде, тоже “концентрация минуса” большая. Как спирту удается прорваться через этот “тор” из двух пи-орбиталей двойной связи, а не оттолкнуться от нее?
Или, например, присоединение MnO4(-) к алкенам.
АЧ: Сейчас на странице Ответы появится развёрнутый ответ на этот вопрос.
Большое Вам спасибо за подробный ответ!
Здравствуйте!
А Вы не скажите, пожалуйста, почему при реакции кокосульфата натрия с лимонной кислотой выделяется углекислый газ?
АЧ: Ну, это дерьмище какое-то, а не кокосульфат, видимо, импортозамещение. При производстве кокосульфата после сульфирования спиртов из кокосового масла, образующиеся эфиры серной кислоты тщательно нейтрализуют, скорее всего бикарбонатом натрия. В продукте хорошего качества гидрокарбоната оставаться не должно. А если это дерьмо кое-как сделано, то может остаться и будет шипеть при добавлении кислот. Но тогда уже вопросы более серьёзные возникнут к качеству – если уж нейтрализовать нормально не смогли, то и сам процесс сульфирования мог быть сделан кое-как. А ведь это ингредиент косметики.
Здравствуйте, почему трет-бутильный радикал стабильнее, чем фенил-радикал? В трет-бутиле третичный атом стабилизируется за счёт +I эффекта трёх групп СН3, а в фениле возможна делокализация электрона по кольцу. Как понять, кто более стабилен в этом случае?
АЧ: Добрый вечер,
В Вашем вопросе немало путаницы. Во-первых, индуктивный эффект не имеет никакого отношения к стабилизации радикалов, потому что радикалы это электронейтральные частицы, в которых атом с неподеленной парой не имеет ни избытка, ни недостатка электронной плотности. И индуктивный эффект ничем его порадовать не может – не нужно этому атому просто смещения электронной плотности за счет поляризации. Есть только один случай, когда полярные эффекты (а так называют любые эффекты, связанные со смещением плотности и перераспределением заряда в частице; индуктивный эффект – типичный полярный) стабилизируют радикалы – это так называемый каптодативный эффект, когда на атоме с неспаренным электроном есть сразу и донорный и акцепторный заместитель. Но это редкий случай, и там много своих заморочек и непоняток. Оставим это.
В большинстве случаев радикальные частицы стабилизируются за счет делокализации или гиперконъюгацией (сопряжением пи и сигма-орбиталей), или обычным сопряжением (пи-пи делокализация). Трет-бутильный радикал стабилизирован гиперконъюгацией – сопряжением пи-орбитали с неспаренным электроном и связывающих гибридных сигма-орбиталей C-H связей.
Фенильный радикал не имеет очевидных путей делокализации. Обычное сопряжение с ароматической пи-системой не работает, потому что орбиталь, на которой находится неспаренный электрон (часто коротко говорят – спин, просто имея в виду, что главной характеристикой неспаренного электрона является спин; поэтому когда мы коротко говорим – в такой-то частице делокализован спин, то имеем в виду именно делокализацию неспаренного электрона) находится в плоскости кольца, и перпендикулярна (или ортогональна, что одно и то же; первое слово обычно относят к очевидной геометрии, а второе еще имеет более строгий математический смысл ортогональности векторов в общем смысле этого термина). Ортогональные орбитали не взаимодействуют по определению. В фенильном радикале можно увидеть возможность для гиперконъюгации с C-H связями – орбитали коллинеарны, и вполне могут взаимодействовать, но геометрически они смотрят немного в разные стороны, поэтому хоть и взаимодействуют, но это довольно слабое взаимодействие.
Поэтому даже с точки зрения стабилизации радикала выигрывает трет-бутильный – у него больше возможностей для гиперконъюгации – целых девять CH-связей, хотя нужно учитывать вращение вокруг связей CC и взаимное расположение в конформерах трет=бутильного радикала, но всё равно возможностей больше, чем в фенильном.
Но это еще не всё. Когда говорят о стабильности радикалов, имеют в виду не некоторую абсолютную стабильность с строгим термодинамическим определением, потому что это просто бесполезно. В химии, и это относится не только к радикалам, под стабильностью часто имеют в виду немного другое. Это чертовски тонкий момент, который путает многих и является причиной противоречий – стабильность всегда относительна, и для оценки стабильности используют какую-нибудь простую реакцию. Стабильность радикалов обычно оценивают по переносу атома водорода (часто используют аббревиатуру HAT – hydrogen atom transfer) от молекулы с C-H связью к радикалу. Такой процесс по определению обратим, но в большинстве случаев идет в одну сторону – и тот радикал, который образуется в такой реакции и является более стабильным. И вот в реакции фенильного радикала с изо-бутаном образуется бензол и трет-бутильный радикал, и это в этом направлении экзотермическая реакция. А в обратном эндотермическая и в заметной степени не идущая.
Из этого мы делаем вывод, основанный на эксперименте, – трет-бутильный радикал более стабилен, чем фенильный. И из того же делаем и второй вывод – связь CH в бензоле более прочная, чем связь CH в изобутане. И даже есть повод для обобщения: связь sp2-гибридного углерода с водородом обычно прочнее, чем связь sp3-гибридного атома углерода с водородом. Подтверждение этому можно увидеть и том, что связи с sp2-C немного короче, чем связи с sp3-C.
В общих чертах такая схема работает и позволяет удовлетворительно предсказывать, какой радикал отщепит какой-то атом водорода в другой молекуле. Или наоборот не отщепит.
Увы или слава богам, но химия сложнее таких схем. Скептики сразу начинают ехидно спрашивать, а почему мы оцениваем стабильность углеродных радикалов именно относительно переноса атома водорода. А что будет, если использовать другие элементы. И так далее. Но нам на 3 курсе это незачем, потому что мы практически исключительно в радикальных реакциях рвем именно связи C-H.
Пойдет ли гидролиз крахмала добавлением азотной кислоты вместо серной?
АЧ: Ну и вопросы у вас, милостивые государи! В химии важно понимать а) свойства веществ и б) природу реакций. ТОгда сами ответите на такие вопросы за десять секунд.
Гидролиз крахмала это реакция полисахарида с водой. Чтобы реакция шла за разумное время, ей нужен катализ. Самый полезный катализ из простых, неэнзиматических, в таких случаях – кислотный, катализ протонными кислотами. Поскольку речь идет о водных средах, то можно сказать, что протоном (точнее, ионами гидрония или по- старому, гидроксония), то есть нас интересует только рН среды и больше ничего (растворы разбавленные, поэтому рН является адекватной мерой кислотности). Чем больше кислотность (меньше рН), тем быстрее. Но – в сильнокислой среде уже глюкоза неустойчива, как и другие углеводы, происходит и эпимеризация и дегидратация в фураны. Поэтому нельзя перебрать с рН. Гидролизуют очень аккуратно, держат рН около 3, даже выше, а низкую скорость при такой слабокислой среде компенсируют быстрым нагреванием. В общем получается все равно не очень чистая глюкоза, поэтому давным-давно перешли на энзиматический гидролиз, очень мягкий и аккуратный.
Но если держаться кислотного гидролиза, то нужна любая сильная кислота, для доведения рН до 3-4. Можете сами прикинуть концентрацию. Будет немного, около 1% или даже меньше.
Азотная кислота в разбавленном водном растворе это просто еще одна сильная кислота. И если соблюсти рН, то действовать будет так же. Но – азотная кислота это довольно серьезный окислитель. Углеводы (альдозы) окисляются азоткой при нагревании до альдаровых (сахарных) кислот – это когда и верх и низ карбоксилы. Это старая и очень полезная химия. Но для окисления концентрация должна быть повыше. Иными словами приблизительно 1%-ной азоткой при нагревании гидролиз пойдет так же как другими сильными кислотами сравнимой молярной концентрации (серная – сильная кислота только по первой ступени, поэтому рН разбавленного раствора одинаковой молярной концентрации серной и азотной кислоты будет приблизительно одинаков). И всё же азоткой гидролизовать глюкозу не будут, все равно побоятся окисления, хотя если не ошибиться с концентрацией, то окислением можно пренебречь.
Еще раз здравствуйте!
Как работают и как работать с ионообменными смолами?
АЧ: Ещё раз здравствую, да и Вы тоже не хворайте, а здравствуйте,
Но здравие здравием, а скоро придется ввести ограничение: вопрос должен быть хотя бы минимально конкретным. «Расскажите обо всём или хотя бы о чём-нибудь» – это не ко мне. Любителей попусту болтать на любые темы нынче легионы, вот к ним и обращайтесь. Ионообменные смолы в общем это бесконечная тема.
Поэтому просто кратко. Ионообменные смолы – это полимеры, практически всегда сшитые, в молекулы которых введены ионные группы. Если анионные, например, сульфонатные SO3–, то это катиониты (катионо-обменные смолы). Если катионные, например, четвертичные аммонии, то это аниониты (анионо-обменные смолы). Самый распространённый полимер для таких смол это сополимер стирола и дивинилбензола (ДВБ). Стирол полимеризуется в линейный полимер (там есть всякие дефекты, но это неважно), а линейные полимеры растворяются в подходящих растворителях. Если в полимер стирола ввести ионные группы, такой полимер будет, как и почти любое ионное вещество, медленно, но верно растворяться в воде, и просто не будет работать как стационарная неуносимая фаза. Поэтому добавляют к стиролу немного дивинилбензола, он встраивается в цепочки, но из-за второй винильной группы цепляет другую растущую цепочку, так получаются сшивки между цепочками, а полимер (крупиинка полимера, гранула полимера) фактически становится одной огромной молекулой (реально всё же не одной, но это тоже неважно, в любом случае молекулы огромны и перепутаны друг с другом). Смеху ради можно сказать на такие гранулы – вот молекулы лежат, щас я чайную ложку молекул возьму и прямо их все пощщитаю, типа, на счётах. Такой полимер не может ни в чём раствориться (в физическом смысле, безусловно, можно найти какую-нибудь агрессивную жидкость, которая этот полимер расщепит или окислит в маленькие молекулы). Вместо этого он вбирает некоторое количество растворителя внутрь, так как цепочки лежат неплотно, растворитель немного всё это распирает, всё это хозяйство увеличивается в объёме, – набухает. Это рабочее состояние всех таких полимеров – набухший гель. Если в сухом состоянии это были такие крупинки, гранулки, то в набухшем частички увеличиваются в объёме, и становятся упругими, мягкими, но не слипшимися, и растворитель свободно проходит между ними.
Получают такие смолы (смола, по-английски resin – это вполне допустимое короткое название для полимерных материалов любого типа, хотя многие из них ни на какие смолы в бытовом смысле близко не похожи; а говорить на полимеры – смола – модно и выдаёт в вас большого специалиста, а вовсе не братца Кролика) или прямо какой-то химией с уже готовым полимером. Например, тот самый сополимер стирола и дивинилбензола (это невероятно популярный полимер с такой кучей разных применений, что диву даёшься), содержит много бензольных колец, которые можно просульфировать (скорее сульфохлорировать и потом гидролизовать, это более аккуратная реакция) и получить сульфированный полимер. Конечно, количество и положения сульфогрупп в нем будут совершенно случайны, но это не всегда плохо. А можно пронитровать, потом восстановить и кватернизовать и получить четвертичные аммонии. Но если есть желание получить более понятный материал с известным количеством и положениями групп, то лучше к смеси стирола и ДВБ добавить замещённый стирол (их много есть просто в продаже, например, сульфированнй стирол). Совсем стирол заменять на замещённый не надо – будет бессмысленный неработающий избыток ионных групп, и работать такой материал будет плохо, да и с полимеризацией будут проблемы.
И вот, такие смолы с ионными группами и есть ионообменная смола. Чаще всего применяют сульфированную, это катионит, есть куча марок, и наших (обычно КУ) и фирменных, особо собаку съела на ионитах фирма Дау (Dow Chemical Co) из США, которая их выпускает уже лет сто, настолько, что фирменные названия типа дауэкса и амберлиста стали нарицательными, а всяких марок и типов с разными группами и структурами там бесчисленное количество на все применения.
Любой ионит перед применением подвергают набуханию в растворителе задуманной работы (обычно в воде), и зарядке нужными ионами. Катионит, напрмиер, часто заряжают ионами натрия, для чего просто выдерживают с водными раствором NaCl по инструкции. Это можно сделать и в колонке типа хроматографической, или просто в колбе.
Для чего используют? Поскольку я отвечаю за органическую химию, забудем про водоподготовку и умягчение воды (катионит в натриевой форме связывает ионы магния и кальция, замещая их в потоке на ионы натрия, когда емкость исчерпывается, катионит снова обрабатывают раствором NaCl и так много раз, в промышленных установках такие циклы повторяют автоматически), или ионообменную хроматографию для разделения ионов. В органике ионообменные смолы чаще всего используют как катализаторы, чаще всего кислотные, для чего берут сульфированный катионит и заряжают его протонами, просто промывая раствором сильной кислоты. Такие гранулы обладают кислотностью и катализируют обычные кислотно-катализируемые реакции, например, этерификацию. После реакции катионит просто отфильтровывают, и возможно используют много раз, хотя это не так просто, особено если реакции разные, ведь смола сорбирует немало органики, которая будет пачкать следующие реакции. Удобно? Не то слово! Когда это работает, это обожают технологи, потому что не образуется кислых жидких отходов, а это большая проблема. Всегда ли можно заменить обычный кислотный катализатор (серную, толуолсульфоновую, трифторметансульфоновую и т.п. кислоту) катионитом в H-форме? Увы, нет. У таких реакций часто бывает проблема с кинетикой, потому что каталитические центры локализованы на поверхности гранул, их не так много, к ним молекулы еще должны подплыть диффузией, и это весьма дорого обходится в смысле кинетических параметров. Если реакция не очень быстрая в растворе, то с катионитом она вообще может не пойти. К тому же не стоит преувеличивать кислотность таких пришитых кислот, хоть это и сульфокислоты. Впрочем, великий химик Джордж Ола в своё время придумал катионит, в котором сульфогруппы приделаны к перфторированному полимеру, назвал это Nafion-H, и это весьма сильная кислота (но не суперкислота!), которая катализирует в том числе и перегруппировки, и реакции Фриделя-Крафтса и многое другое. Дорогая только чертовски, впрочем ее можно регенерировать и использовать много раз.
А основной катализ можно? Можно, если уже анионит зарядить гидроксид-ионами или каким-то другим анионным основанием. Но это работает плохо, используется редко, в работе капризно, и случаев реального применения мало.
Вот собственно кратко всё. Просто от себя добавлю, что катализ катионитами вещь полезная, но в целом это удивительно скучная химия, в основном паханая-перепаханная, хотя, конечно, сейчас полимерная химия набрала совершенно удивительные обороты и фигачит новые полимеры, в том числе и ионообменные, со страшной скоростью. Там точно есть что-то новое и интересное. Как-то точно надо решать проблему плохой кинетики, диффузии, ведь группы внутри гранул обычного полимера не работают, и нужно работать над пористостью и прочими интригующими вещами.
Спасибо!
Здравствуйте!
Зачем после синтеза метилиодида из диметилсульфата с иодидами нужно промыть раствор содой? Видно образование пузырьков, значит выделяется CO2, но каким образом в перегонный куб попадает кислота? Неужели HI образуется?
АЧ: Приветствую.
Самое общее правило в органике в препаративной работе – вы при обработке реакционной смеси и экстракции продукта в органическую фазу (иногда продукт сам отделяется и образует органическую фазу), должны отмыть этот органический раствор от кислот или оснований, которые в ней могут быть растворены. Если этого не сделать, то при дальнейших процедурах выделения продукта (упаривание растворителя, перегонка) кислота или основние сконцентрируются и могут быть причиной разложения продукта, особенно во время нагревания во время перегонки. А иногда кислоты или основания бывают летучими, перегоняются незаметно вместе с продуктом, и дальше при хранении становятся причиной разложения. Получили бесцветную жидкость “перегонялась в точке, показатель преломления как в таблице”, запаяли в ампулу, положили на полку, через месяц достаём, а там чёрная смола. Это обычная история с образцами, полученными в практикумах.
Как понять, кислота или основание могут образоваться в продукте во время обработки. Смотрим на конкретную реакцию и думаем.
Реакция диметилсульфата с иодистым натрием. Образовался иодистый метил и метилсульфат натрия (натриевая соль полуэфира серной кислоты). Ни то ни другое не кислота и не основание. Но диметилсульфат вряд ли израсходовался на 100%. В органике крайне редко делают реакции с чистой стехиометрией (всегда что-то в избытке, а кроме того, в органике чистота реактивов редко бывает выше 95%, чаще меньше), и реакции не идут со 100%-ной конверсией, скорости реакций сильно замедляются ближе к концу и их просто прерывают раньше, чтобы не ждать сто лет ради ещё пяти процентов.
Итак, в смеси почти наверняка остался диметилсульфат. Как только в смеси появится вода, а она появится, потому что вам надо отмыть продукт от солей, этот диметилсульфат начнет гидролизоваться. Гидролизуется он медленно, но верно. Результат – сильная кислота (метилсульфокислота или уже даже серная, а поскольку там еще мог остаться и иодид, то и иодистоводородная, которая как раз летучая). Если не отмоете их и будете перегонять, с хорошей вероятностью кислота попадет в продукт, и если это HI, начнется свободнорадикальное разложение. Для подстраховки, кстати, метилиодид при хранении стабилизируют чем-то типа серебряной проволочки (у вас есть?).
Но есть и еще проще проблема. Диметилсульфат у вас прямо из магазина Aldrich-Fluka-Merck? Свежайший? Вряд ли. Скорее всего, это нечто, что стояло под тягой полсотни лет и немного заплесневело. Так там уже и без всякой реакции полно всякой кислой дряни, и все это вы потащите в реакцию.
Поэтому моем от кислоты, тщательно и правильно. Я надеюсь, ваши преподаватели научили вас это делать так как это нужно делать, потому что иначе промывка ничего не даёт. Моем, сушим, перегоняем, храним в холодном месте без доступа света, если есть серебряная проволочка, добавляем.
И во всякой следующей препаративной реакции думаем, что может остаться в продукте, кислота или основание, и тщательно отмываем соответственно.
Это общее правило каждый добросовестный препаративный химик соблюдает неукоснительно, просто на автомате.
Здравствуйте!
Не подскажете, почему ксантан, хотя растворим в воде, собирается в комки, а если всыпать ксантан в глицерин, то он хорошо распределится?
АЧ: Доброй ночи,
Это не такой простой вопрос, как может показаться. И в воде ксантан растворим не вполне, по крайней мере то, что получается, нельзя назвать истинным раствором – это не жидкость, в которой плавают молекулы растворенного вещества.
Ксантан, или ксантановая смола это полисахарид, и очень интересный. В некотором смысле это модифицированная целлюлоза. Целлюлоза, как известно, в воде нерастворима вообще, потому что представляет собой линейные цепи полимера глюкозы, склеенные друг с другом водородными связями. В молекулах ксантана к целлюлозе сбоку пришиты короткие кусочки небольших олигосахаридов, часть из которых несет карбоксильные группы. Поэтому это больше не ниточки, это трехмерная структура, сшитый полимер, боковые ответвления не дают целллозным цепочкам склеиваться друг с другом. Молекулы огромны и перейти в раствор в полном смысле этого слова не могут. Но поскольку там чёртова тьма гидроксильных групп, с молекулами воды это взаимодействует отлично. И именно вода входит в эти молекулы, а не молекулы в воду. И войдя, распирает эту сетку, расталкивает цепочки и сшивки – это называется набуханием. В результате образуется система, которую принято называть гелем – масса молекул сшитого полимера, распертого молекулами воды. Структура полимера такова, что туда может поместиться очень много воды, и в конце вы получите систему, в которой воды по массе больше чем полимера, она образует частично внутри области вполне жидкой фазы, все это гибкое, находится в непрерывном тепловом движении, и может с виду показаться раствором. Но это не раствор, а именно гель, но при большом количестве воды он приобретает текучесть, становится похож на жидкость, только вязкую. Поэтому ксантан используют как загуститель, когда надо у водной системы создать вязкость, тягучую консистенцию, заставить, например, какие-то легкие штучки типа блесток парить в толще, не падая на дно – ведь им для этого придется не молекулы жидкости расталкивать, а буквально пропихиваться через набухшую сетку полимера.
Чем глицерин отличается от воды? Глицерин это полярная жидкость, довольно вязкая сама по себе, и тоже с сильно ассоциированными друг с другом молекулами – работают динамические водородные связи, которые относительно легко рвутся и вновь образуются. Для ксантанового полимера глицерин – очень удачная жидкость, она точно так же как вода проникает в промежутки между углеводными звеньями, образуя водородные связи. Полимер точно так же набухает. Но происходи это быстрее, чем с водой. Глицерин по свойства молекул ближе к углеводам (в общем он и есть углевод, спирт от любой из двух треоз) и быстрее заполняет пространство внутри полимера. Вода особенно сначала делает это медленно, поэтому вначале и образуются такие склизкие комки – когда гидратация прошла только с поверхности частички полимера. В глицерине ксантан быстрее набухает, а благодаря близости показателей преломления (опять – здесь важна природа молекул), кажется, что частички становятся прозрачными, исчезают. Но это все равно гель, а не раствор. И тоже вязкий.
АЧ: С утра посмотрел работы по структуре ксантана, и должен внести несколько уточнений. На основные выводы ответа они не влияют, но точность всегда лучше неточности. Первое – молекулы ксантана это разветвлённый, но не сшитый полимер. Это действительно по структуре модифицированные цепочки целлюлозы. Модификация боковыми олигосахаридами (поскольку ксантан это продукт биосинтеза, а не случайной полимеризации, его структура довольно регулярна, боковые цепочки одинаковы, хотя степень полимеризации у отдельных молекул разная) препятствует слипанию цепочек в пачки, как у обычной целлюлозы. Тем не менее, есть возможность слипания двух таких цепей, если боковые цепи отгибаются в сторону – получается такая “толстая шерстяная нитка” (метафора моя), димерный или двухниточный (double-stranded – термин взят из структуры ДНК) от которой во все стороны торчат волоски боковых углеводов.
То что ксантан несшитый полимер безусловно помогает его молекулам отделятся друг от друга, если жидкость предоставляет им возможность водородных связей (и вода, и глицерин годятся). Можно ли считать такую систему раствором? Полимерные химики используют это понятие, если молекулы полимера отделены друг от друга в жидкости, чем напоминают молекулы обычного растворенного вещества, или как говорят, силы адгезии сильней сил когезии – взаимодействие отдельных молекул с растворителем суммарно сильнее взаимодействия молекул растворителя друг с другом и молекул полимера друг с другом. Здесь надо понимать еще и то, что вода в этом смысле хуже как растворитель чем глицерин, потому что у воды очень велика сила когезии, молекулы воды очень сильно взаимодействуют друг с другом и не любят, когда в эту гармонию кто-то лезет. Поэтому вода медленнее взаимодействует с ксантаном, чем глицерин – это более сложный процесс.
И не стоит забывать ещё и про размер. Средний размер молекул ксантана около 100 нанометров. Каждая облеплена молекулами воды или глицерина, образующими непрерывную фазу с соседними молекулами растворителя. Такая штука условно говоря плавает, подвержена тепловому движению. Но размер таков, что это больше напоминает не раствор, а дисперсную систему. В хороших коллоидных растворах (напрмиер, хрестоматийном коллоиде золота) размер частичек всего несколько нанометров. Если несколько десятков, это уже считается крупным и не очень устойчивым золем. Сотня нанометров – это уже микросуспензия, потому что частички такого размера склонны самопроизвольно падать на дно, седиментировать. Безусловно, углевод это не металл. Плотность частичек почти не отличается от макроскопической плотности жидкости, поэтому седиментировать им смысла нет. Здесь самое главное – можно ли считать такую систему гелем? Гель – это скорее намного более крупная и трехмерно сшитая молекула полимера. Целый макроскопический кусок (гранула) такого полимера может быть одной молекулой (примеры нам отлично известны, это, например, сшитые полиакриламидные гели, используемые для поглощения воды, и собственно это не что иное, как органическое подражание трехмерной сетке диоксида кремния, силикаГЕЛЯ). Поэтому там не может быть ничего кроме набухания, раствор, даже такой, как у несшитых полимеров, невозможен. В случае ксантана, если концентрация побольше, система будет себя вести как гель, потому что отдельные набухшие молекулы будут сцепляться друг с другом водородными связями. Но если это очень сильно разбавить, молекулы разойдутся. Скорее всего, это должно сопровождаться значительным снижением вязкости и увеличением текучести, но тут надо искать данные по реологии системы ксантан-вода и ксантан-глицерин и много всего ещё.
Всё остальное, написаннное ночью, вполне адекватно и изменений не требует. Ксантан – очень интересная и необычная штука, неслучайно ее так любят исследовать и применять.
Спасибо!
Подскажите, каким образом триметиламин реагирует с раствором хлорида натрия.
АЧ: Вот и я тоже думаю – каким же образом триметиламин может взаимодействовать с раствором хлорида натрия? И кто вообще это придумал? Очевидно, что триметиламин растворяется в воде, и будучи неплохим основанием, частично и равновесно даёт ион триметиламмония и смещает рН в щелочную область. Ионы натрия и хлорида благополучно остаются в том же растворе, и в первом приближении никак не влияют на поведение триметиламина. А если покопаться чуть поточнее, то выяснится, что растворимость триметиламина в присутствии сильного электролита снижается, но собственно и все – немного смещается кислотно-основное равновесие и больше ничего.
Право, это из той же оперы, что и странная идея про экстракцию каких-то комплексов. Откуда вы это берете? Источники информации должны быть понадёжнее, что всегда можно проверить проверив информацию по другим источникам. Хорошая информация всегда есть в разных местах. Сомнительная – только в одном. В каком?
Здравствуйте!
Скажите, пожалуйста, как так получается, что изоамиловый спирт может экстрагировать йодидные комплексы серебра, ведь одно – органическое, а другое – неорганическое?
АЧ: Прямо скажем, странный вопрос. Во-первых, что такое “иодидные комплексы серебра”, и откуда известно, что они экстрагируются изоамиловым спиртом?
Во-вторых, что бы это ни было, почему бы ему не экстрагироваться? Противопоставлять органику и неорганику – дело неблагодарное. Это очень формальная характеристика вещества, вообще скорее филологическая, чем сущностно химическая. И органических и неорганических веществ необозримые количества, и свойства их изменяются настолько широко, что всегда можно найти самые диковинные сближения между с виду совсем никак не связанными веществами.
Толковый химик вообще никогда не будет зацикливаться на том, органическое вещество или неорганическое. Нужно разбирать структуру, а для анализа растворимости понимать, как устроено твердое вещество (кристаллическая решетка, если она есть) и какие взаимодействия можно ожидать при переходе молекул в раствор (и ещё не всегда очевидно, что образуется именно раствор, а не что-то упорядоченное).
Алифатические спирты – очень хорошие растворители для множества самых разных веществ, в том числе неорганических. Они довольно полярны, имеют гидроксилы, способные быть и донорами, и акцепторами водородной связи, и хорошо взаимодействовать по нескольким разным механизмам. Если у серебра действительно есть более-менее устойчивые иодидные комплексы, то у таких комплексов будет а) значительная координационная ненасыщенность, то есть они смогут принимать дополнительные донорные лиганды, и почему бы и не те же спирты; б) иодиды способны взаимодействовать и через водородные связи (слабые, но все же, для растворимости даже слабые взаимодействия вполне работают из-за огромного избытка растворителя над растворенным веществом) и через так называемые галогенные связи с теми же атомами кислорода. Возможны и еще более непростые эффекты, потому что иодид серебра это очень непростое вещество, тут даже комплексы никакие не нужны. Обсуждать это стоило бы серьёзно, если бы были надежные данные по такой растворимости, но я их что-то не вижу.
Неорганика вообще часто неплохо растворяется в самой разной органике. Даже с виду очень простая. Например, самые простые соли лития типа хлорида отлично растворяются и экстрагируются из водного раствора в самые разные органические растворители, включая те же бутиловый или изоамиловый спирт. Этим очень активно пользуются при отделении катионов лития от натрия и калия и в анализе, и в промышленном выделении лития. С виду хлорид лития – самое простое неорганическое вещество, какое только можно придумать. Но на деле всё сложнее, происходит очень сложная агрегация и такие агрегаты уже переходят в органику, взаимодействуя и как кислоты Льюиса и через другие взаимодействия. И так далее.
К слову об ортоэфирах, какая история у приставки орто- в этих эфирах? Всё ли гладко в получении этих эфиров реакцией Вильямсона, ведь наверняка в таких условиях может получаться карбен :CCl2?
АЧ: Историю проследить будет непросто. Я попробую на досуге. Но из общих соображений это в ранней химии была такая идея. На современный лад я бы ее переиначил вот как: если есть два ряда кислородных кислот, то тот, которая соответствует более полной степени гидратации соответствующего ангидрида называется орто- – эта приставка несет смысл “правильная, соответствующая ожиданиям”. Бывает и второй ряд – неполная гидратация, как бы мы сейчас сказали – с координационно ненасыщенным элементом. Такую кислоту называют с приставкой мета – то есть просто другая, следующая в ряду, менее ожидаемая.
В ранней химии еще совершенно не понимали закономерностей структуры и просто смотрели валентность и стехиометрию, и когда реально обнаруживали два ряда кислот у элемента (не только кислот, но и солей или производных типа эфиров) – радовались как дети, и давали им эти приставки. С химией углерода понятно получилось так, что сначала обнаружили угольную кислоту и карбоновые кислоты – соответствующие неполной гидратации. Их можно было бы называть мета-, но это не прижилось. Зато когда нашли второй ряд, соответствующий полной гидратации, с удовольствием назвали его орто-. И не стоит забывать, что уже с 1860-х стали здорово смотреть и сравнивать элементы одной группы, и бывало так, что у более нижнего элемента преобладала орто-форма, а у второго периода – мета-форма.
Что касается карбена, то и хорошо, что образуется, наверняка образуется. Синглетные карбены с огромной скоростью реагируют со спиртами, это вообще одна из самых быстрых реакций, поэтому наверняка это и есть механизм алкоголиза хлороформа.
Здравствуйте!
Расскажите, пожалуйста, про реакцию Бодру-Чичибабина. Можно ли этой реакцией получать кетоны из триэтилортацетата или других ортоэфиров карбоновых кислот?
АЧ: На страничке про карбоновые кислоты: методы и задачи на вкладке альдегиды из производных муравьиной кислоты можете уже прочитать про реакцию Чичибабина-Бодру.
Это старая реакция, довольно малополезная в наше время. хотя для простых альдегидов ее иногда применяют. Сейчас все же слишком много других методов синтеза альдегидов, куда более надежных. Скорее это такая историческая реакция, одна из первых появившихся для только что открытых гриньяров. Распространять ее на другие ортоэфиры – занятие довольно бессмысленное – там реакции быдут заведомо намнного медленнее, а сами рто-эфиры не так уж доступны, в отличие от триэтилортоформиата, который является весьма дешевым и легкодоступным реактивом, очень широко применяемым в синтезе.
Здравствуйте!
А как протекает реакция этилхлорформиата с фенолом в присутствии пиридина и что это за реакция?
АЧ: Как обычная этерификация. Хлороформат – это производное угольной кислоты, наполовину хлорангидрид, наполовину эфир. Это такое историческое название, не без путаницы. По-русски кислоту называют хлоругольной, а её эфиры хлорформиатами. Сама хлоугольная кислота неустойчива, её эфиры вполне устойчивы, хотя и отвратительно агрессивны (если с маленькими заместителями и летучи), напоминают фосген и по запаху, и по действию. Этерификация хлорангидридом требует добавления основания, а на самом деле нуклеофильного катализатора, пиридина – посмотрите на страничке про методы в карбоновых кислотах.
Так получают смешанные эфиры тех же фенолов, и например, когда исходный эфир не этиловый, а третбутиловый, это называется Boc. А если бензиловый, то Cbz, бывают и другие. Это такие защитные группы для гидроксила, довольно хлипкие впрочем.
Не может ли в этой конкретной реакции с фенолом образовываться продукт орто-присоединения?
АЧ: Это маловероятно, хотя в количестве нескольких процентов не исключено, так, что обнаружить это сможет только кто-то сильно озабоченный. Не бывает органических реакций без побочных. Но вообще орто-замещение в фенолах это почти всегда вторичный процесс, происходящий, ели атака электрофила по кислороду обратима в условиях реакции. Тогда атака по углероду, которая необратима в тех же условиях понемногу перетягивает продукты в эту сторону. В данном случае сложные эфиры фенолов в очень мягких условиях ацилирования вполне устойчивы, ацилирование в этих условиях можно считать необратимым. Поэтому можно не париться про орто-ацилирование (здесь – карбоксилирование).
Здравствуйте, Андрей Владимирович! У меня несколько вопросов:
1) Почему перед использованием сорбент с С18 цепочками должен быть подготовлен и увлажнен с помощью смеси органического растворителя с водой?
2) Для чего нужен сополимер полидивинилбензола с N-винилпирролидоном (сорбент Oasis HLB), если он удерживает и полярные, и неполярные молекулы?
3) Почему после сорбции бисфенола из воды на этом сорбенте бисфенол смывают смесью метанола с водой, а не, например, просто метанолом? А другие органические соединения ведь тоже попадут вместе с бисфенолом в раствор? Получается, получиться отделиться только от полярных молекул?
АЧ: Милостивый государь, доброй ночи! У меня встречный вопрос – Вы меня ни с кем не перепутали? Тут об органической химии идёт речь, а не о хроматографии. Некоторые простые соображения, возможно, завтра-послезавтра напишу, потому что я некогда встречался с сорбентами подобного типа, но вообще в любом деле надо искать специалиста, а не общие соображения, которыми вымощена дорога на свалку истории.
АЧ: Найдём 10 минут на эту совершенно постороннюю тему. Хроматография впрочем чрезвычайно важна для органической химии, и она не стоит на месте. Сначала несколько общих вещей.
Здесь почти все вопросы связаны с обращённо-фазовой хроматографией – это когда сорбент из высокополярного и снабжённого кислотными и/или основными центрами вещества (силикагеля, окиси алюминия и т.п. – это нормально-фазовая хроматография, к которой мы привыкли) превращают наоборот в нечто малополярное. Обычные (нормально-фазовые) сорбенты сильнее удерживают полярные вещества (а также те, у которых тоже есть кислотные или основные центры). Элюируют обычные сорбенты органическими растворителями, с очень простой закономерностью, грубо говоря, чем полярнее тем сильнее (а точнее есть общеизвестный элюотропный ряд растворителей по силе элюирования). Часто применяют градиентное элюирование – от плохого элюента к лучшим. Плохими элюентами в обычной хроматографии считаются неполярные углеводороды. Соответственно и элюирование происходит от менее полярным к более полярным (а также содержащим кислотные центры, кислые протоны и т.п.)
В обращенно-фазовой хроматографии берут сорбент с малополярной поверхностью. Но прямо такой сорбент найти трудно, поэтому берут хроматографический силикагель и пришивают к поверхности длинные углеводородные хвосты. Стандарт – октадецилсилил (ODS, C18). Элюируют высокополярными жидкостями, обычно метанолом или ацетонитрилом. В градиентном элюировании портят их не малополярными жидкостями, а водой. В этом типе хроматографии плохой элюент – вода (иногда буфер). Порядок элюирования обратный – сначала более полярные, потом менее. Совсем малополярные вещества выходят последними, когда элюируют уже почти чистым растворителем без воды.
Первый вопрос – зачем при подготовке сорбента используют водный растворитель. Подготовка сорбента – приведение его в максимально равновесное состояние для работы с элюентом. Поскольку элюент почти всегда содержит воду, сорбент необходимо «приучить» и к воде тоже. Сначала сорбент замачивают в основном элюенте – это приводит к тому, что хвосты С18 максимально распрямляются, и образуют такую плотную щётку, которая работает как жидкая неполярная фаза – она должна быть насыщена основным элюентом. Но никакое пришивание хвостов полностью не закрывает саму поверхность, а это силикагель (иногда частично прикрытый – endcapped – маленькими группами типа триметилсилилила), и эта остаточная поверхность должна быть гидратирована – достигнуто равновесие с водой. Иначе при движении элюента свойсва сор,ента будут меняться, а это всегда ухудшает эффективность разделения (пики хвостят и уширяются, плывут времена удержания).
Второй вопрос про особую фазу, не модифицированный силикагель, а полимер, на основе малополярной ароматической и полярной гидрофильной компонент. Здесь это фирменный сорбент Оазис ГЛБ. Такой сорбент применяют не для хроматографии, а для подготовки проб. Реальные пробы – всякие жидкости типа сточных вод или биологических жидкостей содержат много всякой дряни, от солей до биополимеров. И в этих жидкостях надо определять какую-нибудь органику типа лекарств или органических поллютантов. Если сразу все это дерьмо колоть в хроматограф, дорогущие колонки придется менять каждый день, да и точность определения из-за забивания сорбента дерьмом будет невелика. Поэтому пробы готовят, обычно с помощью твердофазной экстракции на какой-нибудь обращённо-фазовый сорбент, вот как раз типа этого сополимера. Такие сорбенты не всегда имеют неполярную фазу из насыщенных алкилов, но часто это например, полимер, содержащий ароматические кольца. Такой полимер будет иметь сродство не просто к малополярным веществам, а скорее к малополярным, но ароматическим или ненасыщенным – это дает некоторую долю более специфической сорбции, например, тоже ароматических молекул. То есть это скорее не просто обращённая фаза, а фаза со специфическим сродством к более узким классам соединений.
Пропускают через слой сорбента анализируемую жидкость – органика сорбируется, а всякую дрянь просто отмывают водой или сильноводным элюентом – органику это не смывает. Заодно происходит относительное концентрирование. Потому все сорбированное вымывают тем элюентом, который пойдет в хроматограф (или делают промежуточный смыв с концентрированием). Поскольку сорбент тоже обращённофазовый, его элюируют типичными растворителями для такой хроматографии, то есть тем же метанолом с добавлением воды. Количество воды подбирают по анализируемому веществу – смывание должно быть количественным, но есть возможность небольшого фракционирования, похожего на градиентное элюирование – чтобы смыть не все, а что-то малополярное осталось на сорбенте. Чем меньше растворенных веществ в пробе, тем больше точность определения нужного. Но надо понимать, что на этой стадии (пробоподготовки, твердофазной экстракции) нет задачи разделения – эту задачу будет решать хроматография, а сейчас важно максимально упростить задачу хроматографии, убрать всякую дрянь, повысить концентрацию определяемого вещества и т.п. Поэтому конечно будет смывать не только определяемое вещество, но и другие компоненты. А сотав элюента подбирают разработчики методики разделения и определения чисто экспериментально.
Здравствуйте!
Стоит ли какая-то история за реакцией Нефа? Неочевидно с первого взгляда, что при подкислении соли нитросоединения получится карбонильное соединение.
АЧ: Конечно, это очень интересная реакция. И что занятно – она у меня давно написана, года два назад. Я планировал страничку про алифатические нитросоединения и довольно далеко в ней продвинулся, но не доделал и отложил. Так и сидит в черновиках.
Я на днях посмотрю этот черновик и решу, выложить ли только Нефа в ответах, или может быть все же страничку в том виде как она есть. Там нет Анри, собственно поэтому я ее и отложил, это скучно, и дело завяло, что-то интереснее всплыло.
АЧ: Выложил страничку про алифатические нитросоединения, где есть и реакция Нефа.
Спасибо!
А про реакцию Анри отдельную страничку будете делать?
АЧ: Когда-нибудь обязательно. Но прогноз неутешительный. Очередь длинна, жизнь коротка. Посмотрим.
какая степень окисления углерода в циклопентене?
АЧ: А самим слабо прикинуть? Посмотрите на страничке про валентность в конце есть описание, как считать степени окисления в органике. Это не просто, а очень просто.
У циклопентена (а также у всех остальных циклоалкенов есть sp3-углероды, на каждом по два водорода, значит -2. И sp2-углероды, на каждом по одному водороду, значит -1.
Здравствуйте!
Может ли металлил хлорид реагировать с нуклеофилами не только через реакцию Sn2, а, например, через двойную связь с последующим отщеплением хлора и образованием более термодинамически выгодного алкена? Если да, то насколько это выгоднее?
АЧ: Вопрос довольно туманно сформулирован. Могут ли аллильные галогениды реагировать не по обычному SN2, то есть с тыловой атакой нуклеофила на тот углерод, который несет уходящую группу? Да, конечно, есть альтернативный путь реакции – атака на дальний от этого центра атом углерода двойной связи, при этом двойная связь перемещается на соседнее положение с одновременным уходом уходящей группы. Происходит аллильная перегруппировка, и образуется изомер нормального продукта. Такой механизм обычно называют SN2 штрих, тоже считают согласованным (и конечно есть и SN1-версия с образованием делокализованного аллильного катиона, который конкурентно связывает нуклеофил на один из концевых атомов аллильной системы – именно этот механизм лежит в основе конкуренции 1,2- и 1,4-присоединения электрофилов к диенам).
Аллильная перегруппировка (или аллильный сдвиг, allylic shift) в нуклеофильном замещении аллильных субстратов это совершенно обычное осложнение. И его очень трудно нормально описать а тем более предсказать, поэтому мы на 3-м курсе на этом не останавливаемся, иначе просто закопались бы без шансов выплыть. Хороших закономерностей там нет. Обычно, поскольку это согласованный механизм, управляет стерика, и это легко понять. Но, увы, это не так просто, потому что стереохимия двух центров принципиально разная: один самый обычный тетраэдрический углерод, но второй это плоский тригональный углерод с пи-системой и подходом сверху или снизу. Поэтому тут нельзя просто сравнить количество заместителей, и сказать – вот тут меньше, туда идём. Результат – это дико мутная область, которую обычно описывают как сумму накопленного опыта. Если вам это нужно по работе – разберетесь, или просто эксперимент сделаете. А так просто это разбирать – смысла не очень много.
Не знаю, специально ли Вы взяли металлилхлорид, или случайно попался, но в этом случае аллильная система симметрична, и различить по продуктам механизм не получится, пока не введете какую-нибудь изотопную метку. Соответственно термодинамика к этому отношения вовсе не имеет никакого.
Если Вы имели в виду что-то другое, уточните вопрос.
Хорошо, с металлил хлоридом опешил. Что если 3-хлор-бутен-1 ввести в реакцию Sn2, какое примерно соотношение продуктов можно ожидать? Можно ли как-то реакцию сместить в одну или другую сторону?
АЧ: Да какая разница? Повторю ещё раз – аллильные системы чрезвычайно сложны для какого-то разумного обобщения. Это же будет зависеть и от нуклеофила и от условий. В общем случае будет конкуренция SN2/SN2’/SN1/SN1′, а для SN2/SN2′ будете еще иметь альтернативу путей реакции с ранним и поздним переходными состояниями. В одном будет доминировать стерика, которую придется реально моделировать, во втором – добавится еще термодинамика. Поэтому Вы нигде не найдете обобщающих обзоров или книг по региоселективности аллильного замещения. Когда-то этим пытались заниматься, но быстро завяли.
Это химия. Если в конкретной работе есть такой вопрос, то пути два. Или подробно изучить прецеденты по литературе. В нормальном мире для этого есть реаксис или сцыфиндер. В мире традиционных ценностей двигайте в библиотеку, как мы сорок лет назад, там стоят еще наверняка тома бейльштейна и кемикал абстрактс. Учитесь пользоваться, и если не задохнётесь от пыли, то наберете за пару месяцев некоторое количество ссылок. Изучив их Вы поймёте, что потратили время и надышались пылью зря, потому что ссылки как-то совсем беспардонно противоречат друг другу. Но зато приобщитесь к традиционным ценностям, одной из которых и является хорошая пыль.
Тогда просто начнете сами делать реакции в своих условиях и со своим нуклеофилом, поняв простую вещь – в случае, когда продукта только два, реакцию проще сделать, чем гадать, как она пойдёт. Сейчас ведь ещё ЯМР есть, хотя это и не совсем традиционная ценность, так что скорее всего, через некоторое время придется вернуться к старой доброй фракционной перегонке и старому доброму показателю преломления.
Другой органической химии у меня для Вас нет. Может у кого-то есть, поищите.
Здравствуйте!
Можно ли как-то и, если можно, то как, прогнозировать растворимость тех или иных веществ в разных растворителях, отталкиваясь от структуры этих веществ?
АЧ: Конечно можно. И это делает любой профессиональный химик, работающий руками в препаративной химии, постоянно и почти инстинктивно – всё время нужно принимать решения – из чего перекристаллизовать, чем экстрагировать, полностью ли перешло вещество, какой растворитель брать для реакции, чем элюировать, чем высаживать и т.д.
Если коротко, то дя этого нужно представлять себе основные взаимодействия между веществами, и подбирать растворитель так, чтобы взаимодействия соответствовали (или наоборот, не соответствовали – для перекристаллизации и высаживания). Взаимодействий основных немного: водородные связи, полярность, гидрофобность, ароматический стекинг, галогенная связь, основность, кислотность.
По этим признакам и потому что важнейшей жидкостью в химии является вода, вы сначала делите вещества на гидрофобные и гидрофильные, а гидрофильные – на легкорастворимые в воде (или смешивающиеся с водой) и немного растворимые с водой (частично смешивающиеся). Легкорастворимые обычно содержат ионные группы (прямо соли) или очень полярные группировки с высокой степенью разделения заряда. Просто растворимые – группы с кислыми протонами, способные хорошо образовывать водородные связи (гидроксильные группы, особенно в виде вицинальных диолов, которые по влиянию на гидрофильность почти эквивалентны настоящим ионным группам). Дальше вы смотрите на молекулу и оцениваете размер ее гидрофобной части (самое гидрофобное – это насыщенные углеводородные части; умеренно гидрофобны ненасыщенные фрагменты и ароматические кольца, галогены, двухвалентная сера) и соотношение гидрофильной и гидрофобной части. Если гидрофильного много, а гидрофобного мало, вещество скорее всего легкорастворимо в воде. Если наоборот – оно сохраняет умеренную растворимость и это говорит о том, что например, его можно перекристаллизовать из водного растворителя, или наоборот, нужно быть особенно тщательным при экстракции из воды – вместо обычных трех раз может потребоваться пять-шесть и более полярным растворителем.
Дальше начинаются более тонкие вещи. Ионные вещества (настоящие соли), например, почти всегда совсем нерастворимы в эфирах и кетонах (эфир, ацетон).
Гидрофильные вещества, даже умеренно – нерастворимы в насыщенных углеводородах (пентан, гексан, петролей), но растворимы почти во всем остальном (ароматика, хлорорганика, эфиры, кетоны, нитрилы и т.д.).
Ароматика (бензол, толуол, хлорбензол, нитробензол) обладает способностью специально растворять большие полициклические ароматические соединения, которые почти нерастворимы во всем остальном.
Хлорорганика несмотря на собственную малополярность, но из-за так называемой галогенной связи обладает способностью растворять, хотя бы умеренно, даже сильнополярные (и часто даже и ионные) вещества, поэтому ее (дихлорметан, хлороформ, дихлорэтан, трихлорэтилен) так любят для экстракции – она почти никогда не подводит, хотя для сильнополярных веществ экстрагировать нужно долго,а лучше всего даже непрерывно. Она же, из-за той же связи галоген-пи-система хорошо тянет ароматику.
Вещества, обладающие некоторой основностью (азотистые и т.п.) хорошо относятся к растворителям с кислыми протонами (спирты, карбоновые кислоты).
Если в соединении есть металл, ионный или ковалентный, нужно брать кординирующие растворители, обладающие льюисовой основностью – эфиры (эфир, ТГФ, диметоксиэтан, диглим, диоксан и т.п.), нитрилы (ацетонитрил, или более высокие нитрилы, если там еще есть большая гидрофобная малополярная часть).
Есть и всякие специальные растворители с особыми свойствами. Например, нитрометан и другие небольшие нитроалканы потрясающе растворяют полярные и ионные вещества и при этом не смешиваются с водой.
Диметилсульфоксид хотя бы немного растворяет практически всё – от ионных веществ до совсем гидрофобных – поэтому его так любят для массового тестирования веществ и для ЯМР, но смешивается с водой и непригоден для экстракции.
Ну а дальше идет личный опыт каждого практикующего химика. Чем дольше работаешь, тем больше понимаешь, что в чём растворяется. И что обязательно найдется вещество, которое сможет удивить, отказавшись следовать любым рецептам. В химии ни одно правило не бывает совсем универсальным, потому что возможности вариации структуры молекул и их взаимодейтсвий бесконечны.
Как пользоваться правилами Вудварда-Хоффмана?
АЧ: Ой, только не это! Рисовать надо много, толку мало. Это же везде разобрано во всех видах, что я могу тут еще добавить. Я положу себе закладку, если в каком-то будущем найдётся свободное время, может быть. Но у меня гора недоделанных страниц в очень высокой степени готовности, но на которые времени не находится, что лучше я одну-две доделаю, чем эту общеизвестную систему буду в сотый раз описывать.
Почему тропон и трополон ароматичны, а малеимид неароматичен, хотя по той же логике должен быть антиароматичным?
АЧ: Ну простите, это очевидные вещи, которые разбирают буквально везде. А на второй вопрос Вы найдёте ответ, если просто прочитаете мою страничку про ароматичность или ответ на вопрос, почему антиароматичность можно ожидать только у малых циклов.
Если Вас не устраивают обычные объяснения, напишите, что конкретно Вам кажется сомнительным.
АЧ: И ещё – про малеимид, а заодно малеиновый ангидрид, бензохинон и т.п. Все эти вещи не могут быть ароматическими и антиароматическими в прямом смысле этих слов, так как не имеют циклической делокализации (по причине наличия экзоциклических кратных связей, которые мешают перемещать кратные связи в цикле в смысле структур Кекуле – а из этого следует, что все кратные связи в таких циклах локализованы). Другое дело, что некоторые граничные структуры (с поляризацией карбонилов) имеют признаки антиароматической делокализации. Это не антиароматичность в прямом смысле слова, а некоторый, довльно слабый дестабилизирующий фактор. Возможно, именно этим объясняется аномально высокая реакционная способность всех этих соединений, например, в реакции Дильса-Альдера и не только. Но это утверждение не имеет прямых доказательств.
Спасибо за ответ!
1. Если было бы поле для рисования, было бы удобнее.
2. Вот как я понимаю свой вопрос: у тропона есть граничная структура, где есть поляризация карбонила, из-за чего эта структура ароматична (6 электронов, плоская, связи усреднены); не может ли быть у малеимида (и подобных соединений) такой же граничной структуры, где одновременно оба карбонила поляризованы, либо один карбонил поляризован, а другой карбонил находится в виде “енола” [HO-C=N] (не могу вспомнить, как такие фрагменты называются)? Может ли малеимид приобрести структуру пиррола с двумя гидроксилами?
АЧ: Поля для рисования не будет. Можете письмо обычное написать, если хотите приложить что-то графическое. Вопрос я понял, и скажу по секрету, немного уже начал набрасывать ответ, потому что увидел в вопросе одну вещь, которую действительно стоит обсудить. Найду еще немного времени на днях, закончу.
Здравствуйте!
Почему в реакции Тиффено-Демьянова протекает с миграцией C-C связи, а не с образованием эпоксида? Или всё же можно сместить как-то эту реакцию в сторону образования последнего?
АЧ: Потому что это не что иное как разновидность пинакон-пинаколиновой перегруппировки. Почему при дегидратации диола не получается эпоксид? Потому же и при дезаминировании аминоспирта не получается эпоксид. Это одна и та же реакция, идущая через перегруппировку на оксокарбениевый ион. Это намного выгоднее, чем образовать напряжённый эпоксид. И сам эпоксид кислотами немедленно раскрывается ровно так же.
Здравствуйте!
Вписывается ли гибридизация орбиталей (метод валентных связей) в теорию МО или где-то есть расхождения?
Спасибо за ответы на предыдущие вопросы, очень интересно было читать.
АЧ: С таким же успехом можно спросить, вписывается ли санный спорт в чемпионат мира по футболу. Ответ простой – не вписывается, это разные виды спорта.
Так и тут. Во-первых, нет никакой теории МО, а гибридизация орбиталей относится к методу валентных связей как бублик к выхлопной трубе. Надеть можно, только непонятно зачем.
МО – это метод приближенного решения уравнения Шрёдингера, вполне хорошо реализованный. ВС – то же самое, только плохо реализованный и в общем не нужный никому, кроме нескольких сильно упорных деятелей, которые десятилетиями пытаются из этого что-то выдоить (некоторое количество статей и диссертаций выдоить получилось, а больше вроде бы ничего).
В методе МО и всех его надстройках, а также в методе функционала плотности вы получаете в принципе одно и то же – набор молекулярных орбиталей. Вот их вы и используете. Это довольно неприятное занятие для молекул хоть немного сложнее метана и бензола, потому что МО обычно включают в себя кучу атомных орбиталей с совсем периферийных атомов, все это дико захламляет картинку и мешает её разглядывать. Поэтому существуют чисто математические фокусы, позволяющие преобразовывать оригинальный набор МО в орбитали, более аккуратно локализованные на привычных нам фрагментах – такие орбитали проще разглядывать и они даже неплохо напоминают что-то такое, что мы из общих соображений рисуем.
Что касается гибридизации, то это просто совершенно тупая сумма атомных орбиталей – за гибридизацией не стоит ничего осмысленного ни в какой теории или методе. Если в какой-то МО на каком-то атоме оказались одновременно вклады и s и p -, а это случается нередко – вон посмотрите, что я тут на днях написал про нитрование на страничке Ответы – там есть такой пример – то вы и увидите нечто очень похожее на восьмерку с разными лопастями, как мы обычно гибридную орбиталь и рисуем. В электронной структуре всегда рулит симметрия, и для сигма-связей, а также МО, которые их обслуживают, s-АО и p-АО вдоль связи соответствуют симметрии и поэтому практически всегда входят в соотвесттвующие МО, создавая впечатление гибридной орбитали. Но – это только для второго периода. В периодах ниже s- и p-орбитали сильно разнятся и по энергии и по протяженности (а также внутренней начинке), поэтому там они обычно не входят в состав одной МО, и впечатление гибридизации пропадает.
АЧ: Забавно, я пролетел глазом по страничке и сразу несколько раз наткнулся на словосочестание “теория МО”. Это то, что называется устойчивым словосочетанием, въелось. В общем-то это не важно, теория так теория, но уместно спросить – а в чём теория? Просто привыкли мы так это называть. Ещё раз повторю – это не теория, а приближенный математический метод решения уравнения. Который дает приближенное представление о реальной вещи – уровнях энергии электронов в молекуле. И мы как-то довольно ловко насобачились этими приближенными решениями пользоваться в мирных целях – чтобы судить о других реальных вещах, свойствах молекул и реакционной способности. Обратите внимание здесь на главную засаду – мы не можем в полном смысле этого слова рассчитать эти свойства и параметры реакционной способности, а можем только получить некоторое приближенное представление о них. В принципе, именно это можно было бы назвать теорией – вот такое утверждение: знание МО (а есть некоторый объективный критерий предела этого метода, поэтому МО не являются произвольным следствием конкретного метода расчета, а в некотором смысле этого слова вполне объективны) дает нам хорошее приближение к свойствам и поведению вещества, составленного из молекул, подвергшихся вычислениям. Теорией это высказывание делает то, что мы можем как подтверждать, так и опровергать его, делая расчеты и сравнивая их с тем, что мы пытаемся объяснить.
Спасибо!
АЧ: Да, пожалуйста, извините за несколько задорный тон ответа. Это не значит что вопрос какой-то не такой, вопрос отличный и совершенно понятно, откуда идущий. К сожалению, в учебной литературе отношение к всем этим квантовым наворотам, типа МО и ВС, очень неадекватное. Всё это относится к дискуссиям более чем полувековой давности, которые в корректной литературе давно преодолены как неактуальные, но продолжают переписываться без какой-либо попытки осмысления в разных вторичных пособиях. Придется как-то с этим жить, понемногу самостоятельно разбираясь в том, что этого заслуживает. Я буду в дальнейшем стараться на новых страничках больше уделять внимания разбору МО и всего, что касается строения и электронной структуры, отделяя всякие глупости от содержательных вещей.
Здравствуйте!
Можно ли как-то увидеть разницу между ковалентной и ионной связью с помощью диаграмм молекулярных орбиталей?
Почему TiCl4 и SnCl4 – жидкости?
АЧ: Разделю на две части. По поводу МО ионных и ковалентных связей. Здесь есть одно досадное противоречие, которое несколько усложняет задачу. Чисто теоретически ничего не может быть проще. Ионная связь – это не химия, а физика, просто электростатическое притяжение зарядов. Поэтому у настоящей ионной связи нет представления в МО. Порядок ионной связи равен нулю. Порядок связи очень просто выясняется из молекулярных орбиталей – просто находите все орбитали, отвечающие за связывание между интересующими атомами (орбитали должны быть занятыми, а между атомами должна быть одинаковая фаза, а не узел), суммируете заселенности и получаете порядок связи. Программы расчетов делают это автоматически. Он вполне может быть дробным, может быть меньше единицы, но он не должен быть равен нулю. Вообще, если у нас ионная пара, то не должно быть МО, одновременно включающих атомы разных ионов. Допольнительно можно еще прикинуть расстояния между атомами. Ионная связь – это сумма ионных радиусов или больше. Если меньше, то либо есть вклад ковалентности, либо у нас проблемы с величинами ионных радиусов.
В реальности все это работает плохо. Причин тому миллион. Поэтому вы можете, например, озадачиться таким вопросом – существует ли молекула NaCl, чего проще. Понятно, что речь идет о газовой фазе, вакууме. В конденсированных фазах такой молекулы нет. В вакууме всяческие спектроскопии показывают наличие таких частиц. Но что это – молекула или просто ионная пара, слипшиеся ионы? Можете попробовать поискать литературу по этой проблеме. Убедитесь, что однозначный ответ дать чрезвычайно сложно – требуются расчеты очень высокого уровня, сильно за пределами того, что мы называем теорией МО и даже всякими надстройками, которые все же позволяют с кучей оговорок рассуждать о МО. В конце концов, обрушив на несчастную “молекулу” всю вычислительную мощь, вроде бы получается, что это ионная пара, а не молекула. Но сомнение остается. Хотя бы потому что атомы и ионы это не жесткие шарики, и не существует поверхности атома – плотность нигде не кончается, в том числе она продолжается и за пределами ионного радиуса. Безусловно, реальным химикам до таких проблем дела нет, но для теоретической химии вопросы остаются.
С ионами сложнее проблем будет еще больше. Большиснтво расчетных методов имеют мерзкую привычку завышать ковалентность. Опять потребуются сильно выходящие за уровни МО уровни теории. Где к чёрту летит всякая наглядность результатов.
Еще одна проблема уже более практическая. В химии мы имеем дело обычно с довольно сложными системами – с растворами или чем-то еще того сложнее. И если у нас, например, возникает вопрос типа такого – ацетат кальция построен как взаимодейсвующие ионы, или это все же настоящий комплекс с координационными связями и т.д. Но ясно, что нас интересует не абстрактное нечто гордо бороздящее межзвёздное пространство, а вещество в растворе – нас интересует, напрмиер, реакционная способность, потому что мы, например, решили, что это хороший источник ацетат-ионов или кислотный катализатор или еще что-то. Но как только мы этот ацетат кальция положим в раствор, мы быдем вынуждены считаться с тем, как это переходит в раствор, как взаимодействует с растворителем, с другими компонентами реакционной системы, образует сложные агрегаты и т.д. В этом месте вы потеряете всякую надежду докопаться до отдельных взаимодействий на уровне ионный/ковалентный.
Это большая проблема в химии, на самом деле. Хороших и простых ответов почти никогда нет. Поэтому мы сплошь и рядом видим ситуации, когда люди просто не заморачиваются ионностью/ковалентностью, и например, рисуют в явном виде связи даже со щелочными металлами (например, BuLi рисуют как Bu-Li, а не Bu(-)Li(+)), потому что для их конкретных целей это просто не важно. Химия намного сложнее, чем иногда кажется.
АЧ: Про жидкие тетрахлориды олова и титана. Это любопытная история, совсем не ограничиваюшаяся этими соединениями. Скажем так: почему галогенпроизводные элементов в высоких степенях окисления (от 4 и выше) очень часто бывают не кристаллическими, а жидкими,а иногда и газообразными; и даже если они твердые, то легкоплавкие и летучие. Уж совсем знаменитый, в том числе и печально, пример – шестифтористый уран, который многие считают даже газом, но это всё же кристаллическое вещество, но невероятно летучее.
При этом это часто молекулы с большой молярной массой, с очень сильно поляризованными (но не ионными) связями, и что самое страшное – в серединке у таких молекул почти всегда находится чрезвычайно реакционноспособный, сильно координационно ненасыщенный атом с немаленьким зарядом.
Но чудес не бывает. Когда мы спрашиваем себя, почему некое вещество не хочет кристаллизоваться, или кристаллизуется, но очень легко плавится, и очень легко летит это однозначно свидетельствует о том, что у молекул этого вещества нет возможности образовать более-менее прочные межмолекулярные взаимодействия с такими же молекулами. Вроде должны же быть? Спрашиваем себя – какие? Центральный атом почти всегда кислота Льюиса и очень часто сильная (современная химия разрешила нам использовать это прилагательное с кислотами Льюиса), и это почти всегда ярко отражается на свойствах таких соединений – они жадно связывают другие лиганды, например, воду – многие дымят на воздухе как ненормальные. Причина разная – у соединений переходных металлов это очевидная координационная ненасыщенность (у тетрахлорида титана счет электронов – восемь, у титана минимум два свободных координационных места (формально даже пять, но у атома титана нет столько места вокруг). У соединений главных групп – гипервалентность, острое желание добить к.ч. до октаэдра.
Но в чистом веществе нет других лигандов. Есть другие молекулы того же. И чтобы взаимодействовать нужно образовывать мостиковые связи – трёхцентровые. Они всегда слабее обычных ковалетных. Возникает обычная термодинамическая проблема – что выгоднее, оставить только двухцентровые ковалентные связи, или часть их ослабить переведя в трехцентровые мостиковые, и получить еще некоторую выгоду на увеличении координационного числа. Это всегда вопрос баланса. Есть молекулы, для которых это невыгодно, а есть те, для которых это выгодно. Возьмите какую-нибудь мощную книгу по химии элементов, того же Гринвуда-Ёрншоу или Виберга-Виберга-Холлемана, где аккуратно сведены свойства и структуры соединений, и прогуляйтесь по высоковалентным фторидам и хлоридам элементов – увидите оба варианта, часто даже в одной группе, причем ниже будут чаще встречаться димеры и олигомеры с мостиками (летучие твердые вещества), а выше будут чаще попадаться летучие жидкости.
Никаких других опций для галогенпроизводных нет – либо мономер, либо олигомеризация через мостики. У высоковалентных соединений не бывает ионных связей даже с галогенами, по очевидной причине – вы ободрали атом и увеличили очень сильно эффективную электроотрицательность, поэтому даже фторид не сможет рядом с таким атомом удержать свои электроны и противостоять обратному смещению электронной плотности, то есть ковалентности. Есть еще один способ – передать один или два галогенида такой же молекуле, насытив ее координационную сферу, и оставшись катионом или дикатионом – тогда мы получим ионное соединение, кристаллическое. Но это редко бывает потому что тот, у кого отнимают, становится еще более ненасыщенным и жадным и требует свое обратно. В кристалле иногда бывает, что можно получить компенсацию за счет энергии ионной решетки. Я думаю, что такие примеры есть, но их мало, и что-то я сейчас ничего вспомнить не могу.
И еще одно важное обстоятельство. Допустим, у нас не получается образовать мостики – невыгодно. А почему сами такие молекулы не пакуются в кристалл – они же часто весьма симметричные, тяжёлые. А потому что кристаллы образуются за счет взаимодействий, отвечающих за притяжение (это или разные виды электростатики, в том числе всякие модные сигма-дырки, если у нас нет никакой ковалентности. а ее уже нет, мы уже от нее отказались). Но такие молекулы всегда устроены одинаково – в середине атом с возможностями, но мы (мы – это другие молекулы) его не видим, потому что он окружен атомами галогенов,, которые очень хорошо экранируют серединку. Нам кажется. что четырех атомов для этого мало. Посмотрите. как это будет выглядеть, если представить атомы ван-дер-ваальсовыми радиусами – и увидите. что серединка в лучшем случае просвечивает в щёлочки между внешними шарами – и кто в эту щёлочку протиснется? А нам и некому – есть только такие же молекулы. Экранирование работает великолепно особенно в верхних периодах даже маленькими фторами. Есть совершенно поразительная молекула гексафторида серы, где добраться до атома серы просто невозможно – этой газ, которым можно дышать и который спокойно булькает через горячую щёлочь. Другие молекулы этого типа не такие поразительные, но тоже экранированием защищают себя хотя бы от димеризации.
Здравствуйте, Андрей Владимирович!
Не так давно в книге Ингольда «Теоретические основы органической химии» увидел данные о том, что коричная кислота и 2-фенилнитроэтилен при нитровании (вроде бы в условиях ничего необычного не было, ссылку на работу, цитируемую в книге прикреплю) дают очень малое количество продукта мета-замещения (~2%).
В связи с этим вопрос: разве этиленовый фрагмент не будет выступать эдаким мостом для переноса мезомерного акцепторного влияния карбоксильной и нитро-группы?
Или не стоит под таким углом эти системы рассматривать и дело в совершенно других эффектах?
Отдельное спасибо за вашу работу над сайтами!
J. Am. Chem. Soc. 1948, 70, 3, 1191–1193
Вот ссылка на оригинальную работу.
Спасибо за добрые слова. Да, это любопытная история, и вполне достоверная. Есть еще несколько работ, в которых этот эффект воспроизводится. У меня есть одна гипотеза, почему это работает именно так. Собственно я всегда это говорю, выражая в виде такой максимы: мезомерный эффект не может быть дестабилизирующим. Сопряжение может и часто бывает дестабилизирующим, а мезомерный эффект нет.
Но чтобы не быть голословным, мне надо посчитать несколько структур. Некоторое время это займет. Тогда напишу.
Спасибо!
АЧ: Ответил весьма подробно, потому что с запасом и на вырост, на страничке Ответы.
Спасибо за очень подробный разбор этого интересного эффекта!
Здравствуйте!
Объясните, пожалуйста, наглядно, как работает уравнение Гаммета(-Тафта), и зачем (кому?) оно вообще нужно?
АЧ: Простите, а наглядно это как? Вот же в тупик поставили. Наглядно объяснить, как работает уравнение. Которое на деле вовсе никакое не уравнение.
Вообще это дикая тоска, хоть наглядно, хоть ненаглядно. Давно надо было что-то написать по этому поводу, потому что это очень полезная штука. И столь же бесполезная. Это великий прорыв в органической химии. Который стал причиной одного из величайших провалов, просто эпического масштаба.
Я подумаю. Быстро не обещаю, а что самое главное, это точно будет коротко. Но и вас прошу всё же объяснить мне, что значит “наглядно”. А то может и браться не стоит.
Подразумевалось спросить у вас, чтобы вы на каких-то примерах показали, как это все работает.
Хорошо, я понял. Наберитесь тогда терпения, возможно, и правда настало время уделить этому внимание. Попробую в некоторой перспективе найти несколько дней для этой темы.
Здравствуйте!
Почему при образовании “кротона”, который протекает в основных условиях (Е1cb механизм) из “альдоля”, наиболее кислым оказывается протон, из которого получается карбанион, а не протон на спиртовой группе альдоля? Неужели и тут термодинамика решает, что ей лучше пойти именно по пути образования карбаниона, а не просто образовать соль, или мы просто греем посильнее в данном случае, чтобы утащить из реакционной сферы воду, чтобы сместить равновесие? Обьясните, пожалуйста.
АЧ: Приветствую! Кротон – это растение семейства молочайных, даже целый род. Кротоновая кислота оттуда.
Про элиминирование и место депротонирования. Еще раз повторяю – это уже в куче мест было – протон отщепляется из всех мест с хотя бы минимально сравнимой кислотностью. OH-кислотность от CH-кислотности в енолизуемом положении отличается не более чем на пять единиц рК. Да даже и десять не трагедия. Это просто значит что в равновесии енолята на пять-да даже пусть десять порядков меньше чем алкоголята. Число Авогадро видели когда-нибудь? Поделите-ка его на десять миллиардов. Сколько осталось? Сдается мне что дофига по сравнению с этим числом – сущий мизер.
Поэтому у вас в системе есть енолят и есть алкоголят. Алкоголят ни во что не превращается, просто находится в равновесии. А енолят вступает в элиминирование и уходит из своего равновесия. Это выгодно, только тогда когда при этом получается сопряженная с карбонилом и еще с чем-нибудь типа фенила двойная связь – цепь сопряжения. Енолят выходит из своего равновесия депротонирования. Равновесие подкачивает еще – и это туда же. Возникает канал выхода из равновесия в конкретный продукт – дегидратации альдоля. Все туда в конце концов и свалится.
Если альдоль простой, и двойная связь будет сопряжена только с карбонилом, это обычно не работает. Выгода элиминирования меньше, скорость реакции сильно меньше, а при очень малом содержании енолята в системе это дает пренебрежимо малую скорость реакции.
Вывод: во все случаях конкурентного депротонирования из нескольких мест, может выиграть то, которое имеет продолжение в виде выгодной и формально необратимой реакции, даже если разность в кислотностях составляет много единиц рК (все равно разумное количество, так как скорости реакция всегда зависят от концентраций, и если концентрация слишком мала, никакая выгодность не вытащит такой путь.
АЧ: Более подробный ответ на странице Ответы.
Здравствуйте!
Можно ли как-то повысить нуклеофильную способность у амидов (первичных/вторичных), имидов и мочевин? Синтез Габриэля наталкивает на мысль, что как нуклеофил фталимид калия неплох, ещё вы говорили про диформиламид натрия, но тут речь про соли этих соединений; легко ли, например, снять протон с мочевины и пустить получившуюся соль в реакцию SN2 с чем-нибудь?
АЧ: Во-первых, как нуклеофил фталимид калия очень плох – он сильно делокализован, и даже по критерию основность-нуклеофильность не проходит; NH-кислотность фталимида весьма высока, фталимиды натрия и калия получаются просто действием щёлочи на фталимид, и даже водой толком не гидролизуются. Метод Габриэля – старинная химия 1895-го года использует жестокий способ делать реакцию – без растворителя смешивают фталимид калия и галогенпроизводное и просто жучат всё это пламенем горелки пока дым не пойдёт. И используются только самые активные в SN2 субстраты типа бензилгалогенидов и галогенкарбоновых кислот. Большого значения метод Габриэля давно не имеет, но его бережно сохраняют ради нескольких удобных методик. Никаких особенно более культурных методов делать эту реакцию нет, апротонные полярные растворители ее несильно ускоряют, так как анион сильно делокализован и от сольватации зависит слабо. С диформиламидом похожая история – опять только активные субстраты, и реакция в смеси формамида-диметилформамида с хорошим и длительным нагреванием.
Амиды, имиды, мочевины – очень слабые нуклеофилы. Алкилировать можно только через депротонирование, и это несложно, потому что кислотность довольно приличная. Эти реакции малопопулярны, потому что опять сильно ограничены субстратами, опять тот же набор в основном. Методик и протоколов опубликовано немало. Обычно это что-то типа межфазных условий, щелочь или более сильные основания, растворители типа ДМСО, нагревание. Выходы скромные, всегда есть опасность разложения амида или мочевины сильным основанием. В этой химии в общем предпочитают сразу сделать нужный амид или мочевину, тем более что методы отлично отработаны и исходных полно. Есть обширная химия не алкилирования, а арилирования амидов и мочевин, с помощью комплексом переходных металлов, палладия и меди, но алкилирование так не делается.
Доброго времени суток;
спасибо, было очень интересно про амбидентные нуклеофилы!
>В конкурсе на самую идиотскую статью всех времен и народов это, я уверен, один из самых достойных претендентов на второе место (почему на второе – потому что первое занято).
А кем занято первое?
И как скоро можно ожидать лекцию по нобелевке 2022?
АЧ: Спасибо за высокую оценку странички. Я давно собирался, но откладывал, потому что радости мало в этом вздоре копаться. Но как всегда бывает и для себя кое-что занятное нашёл, в основном из серии “как тесен мир, а химия ещё теснее”. Да уж теперь и отделался, что не может не радовать. Так что спасибо, что подвигли меня на это.
Насчет первого месте, во-первых, в этом конкурсе как на международной олимпиаде по химии семьдесят три первых места, сто тридцать вторых, а сколько третьих до сих пор сосчитать не могут. Придет время расскажу о некоторых кандидатах.
Над лекцией работаю. Закопался, потому что параллельно несколько вещей всплыло и вообще у меня новая идея появилась. Пока не скажу какая. Но больше никаких прогнозов по времени, но точно работаю, и точно время выхода неумолимо приближается.
Добрый день, Андрей Владимирович.
Почему в органической химии принято писать именно схемы реакций, а не их уравнения?
АЧ: В Москве сейчас полвторого, поэтому Доброй ночи. Что значит принято и кем принято. Если речь идет о профессиональных химиках, занимающихся исследованиями или разработкой промышленных процессов, то пишут и схемы и уравнения. Схемы реакций пишут, когда нужно придумать или коротко описать путь синтеза и вас интересует, какие соединения и какими способами превращаются друг в друга. Вас интересует исходное и продукт, и над стрелкой условное обозначение основных реагентов, иногда с важными деталями (соотношения, загрузки катализаторов, растворитель, основные условия) – если вы уже знаете эти детали; или без них, если только начинаете планировать и пока ничего не знаете, кроме того, что и из чего хотите получить.
Уравнения обязательно пишут, когда приступают к реальному выполнению синтеза, потому что вам нужно посчитать загрузки реагентов, избытки, и т.п. Хороший химик обязательно сам проверяет весь расчет по стехиометрии (которая берется из уравнения), даже если методика взята из лучшего препаративного мануала типа СОПа, или статьи какого-нибудь солнцеликого светилы, типа Вудварда. Ошибки есть всегда и запоротый синтез из-за опечатки – ваша проблема, а не Вудварда. Себя самого надо проверять, что уж там.
В органике правда есть малоприятная проблема того, что вы не всегда знаете стехиометрию. Вы точно знаете исходное и конечное, а вот сколько нужно реагентов знаете не всегда. Вы не можете рассчитать количества катализаторов и вспомогательных веществ. Да и в окислительно-восстановительных реакциях в органике стехиометрия известна не всегда. В таких случаях уравнение это исходное = конечное, а все остальное берется из методики и просто масштабируется по загрузке исходного.
Расскажите, пожалуйста, про амбидентантные нуклеофилы, и можно ли, скажем, получать реакцией SN2 (или каким-то более изощренным способом) изонитрилы и изоцианаты, используя цианиды и цианаты металлов?
АЧ: Сколько лет я откладывал эту дурацкую тему. Догнали. Но может и неплохо, проще отделаться и забыть. Вот, целую страницу новую накатал. Читать только если правда интересно. В меню, где нуклеофильность. Ссылку наверх ставить не буду. Потому что чем меньше будут забивать себе голову этой мутью, тем лучше.
Андрей Владимирович, вот есть много всяких разных слабо или ненуклеофильных именно органических оснований, от DIPEA, HDMS до DBU и протонных губок, а в чем собственно отличие, где эти штуки хороши, а где можно и триэтиламином/пиридином обойтись?
АЧ: Это интересная тема, но пока отложу более подробный рассказ. Очень кратко. Во-первых, основания в органке бывают анионные и неионные. Про анионные более-менее всё понятно – движемся от кислородных (предел это трет-алкоголяты в ДМСО), к азотным (амиды, где-то до pK44), куда-то сюда вклинивается гидрид калия (но не натрия) для шибко смелых, и углеродным – литийорганика, литийорганика с комплекссобразователями, дальше чем ближе к свободному карбаниону тем сильнее, но совсем близко подобраться невозможно. Где-то на полтиннике дело заканчивается. Алканы и циклоалканы, кроме малых, напрямую депротонировать невозможно и это вроде бы непреодолимо на Земле в колбах.
Неионные. В основном это производные азота, хотя есть и другие атомы с хорошей основностью, но это экзотика. Неионные производные углерода – это карбены, там хороший диапазон основности, но это немного экзотика.
Азотные от слабых совсем типа пиридина (pK 5). 2,6-дизамещенные пиридины и диалкиламинопиридины – до 10. Третичные алифатические амины до 12-13. Еще чуть больше всякие каркасы типа хинуклидина. Стерически затрудненные третичные амины типа Хюнига (DIPEA) это там же. Дальше дырка, а после 20-22 начинаются амидины и гуанидины. Самое популярное основание здесь DBU (около 24). На этом обычные основания заканчиваются и начинаются супероснования – Веркаде (фосфорное основание), фосфазены (азотные) и всякие аналоги – pK можно довести почти до 40, но кровавыми трудами и очень большими и труднодоступными молекулами. Эта химия впечатляет тем, что про нее хочется читать, но самому делать не хочется.
Ионные отличаются от неионных тем, что а) у них есть противоион, и это иногда мешает; б) они растворимы только в полярных или координирующих растворителях, а если учесть ограничения по собственному депротонированию растворителя, то диапазон неприятно быстро упирается в эфиры (ТГФ, ДМЭ, диглим и т.п.) и работать приходится быстро и при минусах. в) преимущество в том, что можно подраскачать апротонным полярным растворителем типа ДМСО, но это только до рК 30-32, дальше ДМСО сам превращается в сильное основание, и работает как ограничитель где-то на уровне 34.
Неионные отличаются от ионных удобством работы. Но на рК не влияет растворитель (только надо учитывать, что шкалы рК в разных растворителях разные, и например, шкала в ацетонитриле почти на 5 единиц больше, что иногда вызывает недоразумения, когда сравнивают рК ионного основания в воде или ДМСО и неионного в ацетонитриле – кажется, что неионные сильно сильнее, и ща мы ацетиленовый протон снесем – чёрта с два! Зато диапазон растворителей очень большой, часто годятся даже углеводороды, ацетонитрил очень удобная штука, совсем непригодная для ионных; даже банальный дихлорметан имеет немаленький диапазон устойчивости к основаниям, потому что альфа-элиминирование довольно далеко.
Основания нужны для а) количественного депротонирования кислот, и для этого надо хорошо понимать величины рК, птому что понадобится запас минимум в 5 единиц и в данной среде;
б) для основного катализа – и это безбрежное море, здесь рК должно быть грубо сравнимо с тем, что нужно раскачать, можно даже меньше, но максимум на 4-5 единиц, а результат будет сильно зависеть от кинетики.
в) для E2-элиминирования, и здесь основность не помешает, поэтому, например, DBU так популярно в элиминировании – ещё и нагреть хорошо можно, DBU малолетуче.
Во многих случаях для основания важно подавлять нуклеофильность. Нуклеофильность дает другие реакции – замещение, реакции по карбонилу, другие присоединения. Если есть проблема с такими побочными, а она есть в каждой второй реакции, нужно предпочесть стерически затрудненное основание – лутидин или ди-тБу-пиридин вместо пиридина; основание Хюнига или тетраметилпиперидин (ТМП) вместо триэтиламина. DBU сам считается достаточно малонуклеофильным, хотя там бывают проблемы, но можно поднагреть, что часто смещает равновесия в сторону самого тупого – депротонирования.
Упоминалась еще протонная губка. Это скорее диковина, чем нечто полезное. Основность протонной губки невелика, только чуть выше триэтиламина. У нее есть одно класное свойство, которое иногда очень может пригодиться – она и правда сжирает протон. Дело в том, что большинство оснований в протонированной форме очень здорово делятся этим протоном водородными связями с другими реагентами. Как правило это ерунда, но бывает, что ищут ситуации, когда водородные связи надо максимально убрать. В протонированной губке протон закрыт с двух сторон азотами, и у него больше нет возможностей участвовать в зругих водородных связях. В общем, именно поэтому это соединение (при совсем невыдающейся основности) снискало такую славу – Протонная Губка(трейдмарк) – не в стоге нашли, передний край. Вообще, протонных губок очень много, это такой класс неионных оснований, эта, которая с большой буквы, просто первая и самая знаменитая. Везде надо быть первым, даже в губках.
Пока всё. Однажды напишу подробнее, но не очень скоро, но скорее всего в этом году.
АЧ: У меня большая просьба не задавать вопросы в виде уточнения каких-то очень старых вопросов. Чёрта-с два найдёшь, где это.
АЧ: Вот последний вопрос. Я его выудил с какого-то дна.
— Андрей Владимирович, есть ли какой-то доступный и несложный способ сделать NaHMDS, чтоб прям в дырявом ведерке и с протекающими капельными воронками (я утрирую)? —
Отвечаю. Нет, ни в разбитом корыте, ни в утятнице, ни в старой перечнице сделать силазид натрия не получится. Я вообще его никогда не делал, но делал литиевый, причем в 1980-х, то есть почти в ржавом ведре. Получилось неплохо. Красивые и необычные кристаллы, очень удобные в работе. Но литий это не натрий, литиевый силазид делается с помощью обычной литийорганики, не помню, что это было, були или фели. И это обычная работа, не намного сложнее хорошего гриньяра.
Но для натриевого силазида металлирующий реагент подобрать сложнее. Скорее всего это амид натрия, все остальные содирующие (это термин такой, вполне теперь встречается) реагенты труднодоступны, потому что нужно очень сильное основание, гидрид не годится, нужны или чистый RNa (основания Лохманна-Шлоссера не годятся) или действительно амид. Возможно, хотя я сильно не уверен, можно попробовать in situ натрийорганику, которая образуется при действии натрия на что-то типа стирола. Но хорошо ли отделится силазид от олигомеров, которые при этом получаются, я не знаю. Достоинством (и проблемой) силазидов является их легкая растворимость почти во всем, включая углеводороды, отмыть поэтому невозможно.
С амидом натрия, даже если это культурная суспензия в минеральном масле, работать трудно и опасно. Никаких вольностей он не простит, посуда и реактивы должны быть отличного качества.
Проблема еще в том, что последние лет тридцать-сорок щелочные силазиды никто не получает – их просто покупают готовые, они очень удобны, или кристаллические, или растворы. В нормальном мире это вообще не проблема. Их намного проще транспортировать, чем литийорганику – никаких проблем с пирофорностью, а в твердом виде вообще не опаснее соды. Они еще и отлично хранятся, и при необходимости их даже можно перегнать (но нужен хороший вакуум). Поэтому никто, скорее всего, я не проверял, не озаботился улучшением и упрощением методики (оригинальная методика 1961 года). Для оборудованной лаборатории с хорошей сухой камерой в производстве реактивов амид натрия – удобный и дешевый реагент.
Спасибо!
С запихиванием вопроса в реплаи вышло случайно, т.к. писать с телефона неудобно, форма для вопросов находится в самом конце страницы, и пришлось листать в самый низ, а я видимо задел “Уточнить вопрос”, и форма внизу пропала/заменилась на форму для реплая. Я это понял вот только как вы ответили.
АЧ: Я добавил сверху кнопу, которая будет быстро переносить на форму вопросов. Посимпатичнее потом сделаю, сейчас лень. Вообще эту страничку хорошо бы переверстать, но у меня нет хороших идей, и я нигде не видел прототип, которому хотелось бы подражать.
Андрей Владимирович, с новым учебным годом! Скажите, возможно ли проводить реакцию Sn2 с такими субстратами, где есть две хороших уходящих группы при одном атоме (дихлорметан, например, или этиловый эфир дибромуксусной кислоты)? Можно ли проворачивать Sn2 с субстратами, где есть хорошая уходящая группа при двойной связи (винилтозилат, например)?
АЧ: С новым учебным годом лучше поздравлять тех, кто не имеет к учебному году, ни новому, ни старому никакого отношения. В противном случае, это все равно что поздравлять лошадь с тем, что карета подана.
На второй вопрос сразу: ни в коем случае мы не говорим про SN2, если углерод не sp3. У винильных, фенильных, ацетиленильных производных тоже есть нуклеофильное замещение, но по совершенно другим механизмам и в совершенно других условиях. Теория SN2-замещения там не работает. Так что если у вас есть винилтозилат, а это довольно труднодоступное соединение, то делать с ним замещение можно, но не так как мы это делаем с алкилтозилатами. И это будет очень плохой субстрат, склонный к конкурентному замещению по атому серы. Так что мороки много, толку мало.
На первый вопрос – да, конечно, и таких реакций немало. Но надо очень хорошо понимать, что получается в результате замещения, и какие у этого свойства и вообще устойчиво ли это. К тому же дигалогензамещенные могут реагировать с теми нуклеофилами, которые являются еще и сильными основаниями, через альфа-элиминирование и образование карбена, и его дальнейшие реакции. В общем, здесь потребуется нечто большее, чем просто общие соображения. Но никаких принципиальных запретов нет, хотя это не самые лучшие субстраты в основном по стерическим причинам.
Спасибо!
И ещё вопрос – выложите ли вы лекцию про прошлогоднюю нобелевку?
АЧ: Да, надеюсь до конца января. Застрял немного.
АЧ: У меня вопрос к последнему задавшему вопрос – вот этот:
Здравствуйте. После прочтения статьи про резонансные структуры захотелось задать соответствующий вопрос. У Вас там сказано: (цитирую) “Результат будет противоположным – в реальной структуре будет преобладать вклад аниона с минусом на менее замещённом атоме, потому что во второй структуре индуктивные доноры дестабилизируют минус.”. Но разве, когда на углероде будет заряд (-), он не будет, наоборот, отдавать электронную плотность, так, что метильные группы будет акцепторами?
А как Вы умудрились запихать его куда-то в конец этого треда, да ещё и зарыть в реплаи?
АЧ: Отвечаю. Вопрос странный. Я советую хорошенько ещё раз ознакомиться с электронными эффектами. Важно понять, что они просто описывают те реальные смещения электронной плотности, которые уже произошли в молекуле, можно сказать, в момент ее появления на свет. Дальше там уже ничего не смещается, как это можно понять по Вашему недоумению, Вы мыслите это как будто так, что плотность сначала куда-то сместилась, а потому окружающие группы почесали репы, решили, что как-то нехорошо получилось, и стали её, плотность дополнительно между собой тасовать. Чем-то этот процесс выборы напоминает в одной незадачливой стране.
Но нет, смещение происходит один раз с учетом баланса эффектов. Этот баланс важно уметь оценивать (на глазок, как всё в химии). Когда речь заходит про мезомерию, мы считаем это более сильным способом смещения плотности, рисуем все возможные граничные структуры, и дальше на глазок оцениваем их вклад в реальную. Наибольший вклад дают те структуры, которые имеют больше причин для стабилизации зарядов на атомах, а это очень легко оценивается во-первых, по электроотрицательности (минусу лучше на более электроотрицательном атоме, а плюсу – на более электроположительном). И во-вторых, по дополнительным немезомерным эффектам, а мы собственно ничего кроме индуктивного больше не знаем. Индуктивные доноры дестабилизируют минус и стабилизируют плюс, и наоборот. Это простая и довольно эффективная схема, которая позволяет на глазок оценить вклады граничных структур.
Метильные группы являются индуктивными донорами. Они дестабилизируют минус, как и положено донорам.
Возможно, Вы где-то нашли рассуждения о том, что иногда метилы могут делокализовать избыток электронной плотности по механизму поляруемости. Это крайне спорная вещь, которая проявляется только как очень тонкий эффект там, где всё остальное отыграно. Да и обычно явления, которые пытаются объяснить таким способом, легче объясняются чем-то другим (гиперконъюгацией, регибридизацией, сольватацией, стерикой). Для оценки вклада граничных структур это совершенно бесполезный эффект, так как его заведомо не будет видно (даже если он есть) на фоне куда более сильного смещения за счёт мезомерии.
Добрый вечер, уважаемый Андрей Владимирович! Уже несколько моих писем Вам осталось без ответа. Может быть, они попадают в спам? Воспользовался этой страничкой, чтобы связаться с Вами и прояснить ситуацию.
Вопрос, возможно, не по адресу, но я его задам: есть банка с H3PO3 (фосфористой кислотой), USSR grade, даже не обводненной вроде. Как бы вы её (кислоту) чистили от примесей (меня пугает неиллюзорное наличие H3PO4 там)? Дальше я буду из него варить всякие фосфорорганические штуки, не хочется получить 0.0% продукта на первой же стадии…
АЧ: Старинная фосфористая кислота почти наверняка содержит фосфорную. Проще всего было бы ее выкинуть и найти свежую, какого-нибудь более вменяемого grade. Не думаю, что её легко очистить, потому что она по свойствам не сильно от фосфорной отличается. Вроде бы её можно перекристаллизовать, но это наверняка то ещё занятие, и точную методику искать придётся долго. Впрочем, я бы посоветовал поискатьво всех издания Брауэра и Неорганических синтезов. Если там есть методика получения фосфористой кислоты, то может быть и процедура очистки.
Я бы вообще сначала посоветовал сделать пробный синтез с этой и посмотреть, что получится. Если в одной реакции ничего не выйдет, это, право, не трагедия. В химии неудачи случаются нередко, и если Вас это пугает, то возможно, Вы ещё не поняли, что это за профессия. К тому же, мне немного странно, что за производные получают из самой фосфористой кислоты, обычно берут ее эфиры обеих форм, которые легко найти чистыми, да и очистить можно, или тригалогениды фосфора.
В любом случае, если хотите что-то конкретное делать в препаративной работе и возникают сложности, всегда ищите людей, у которых есть конкретный опыт работы именно с этим веществом. В химии плохо работают так называемые общие соображения, потому что у каждого вещества свой норов, и кто-то уже, возможно, с этим справился своими руками, осталось только найти кто.
Доброго дня!
Что, кстати, думаете насчет недавней нобелевки по химии? Есть ли что интересное поведать на этот раз?
АЧ: Добрый вечер. Хорошая нобелевка, своевременная. У меня было заблуждение – я считал, что в одни руки двух не дают, и это якобы прописано в завещании Нобеля. Но это оказалось неверно, и тогда проблем нет. Тем более, что остряки намекают, что Шарплессу дали не две нобелевки, а две полу-нобелевки, а значит одну полную, и тем более проблем нет.
Писать ничего не буду. Я недавно на эту тему выдал лекцию, и когда этот курс лекций закончится (где-то в середине декабря), я просто выложу ту лекцию на сайт, сделаю страничку и выложу. Придется набраться терпения, если это интересно.
Здравствуйте! Как вообще реакция превращения терминального алкина в интернальный работает (и наоборот)? Неужели у терминального протона алкина pKa больше, чем у протона в по соседству с алкильной группой?
АЧ: Нет, конечно, кислотность терминального протона намного больше, чем пропаргильных. Но так работает равновесие. Вы сами можете это понять, если просто представите себе равновесие между ацетиленами – териминальным и интернальными (и еще алленами), а не между карбанионами. У меня где-то это очень подробно расписано, скорее всего, где-то в черновикахю На днях посмотрю, насколько это готово, и может быть выложу, хотя бы частично.
“более редкие случаи пока не обсуждали:
3) Y– + RX+, например Вг– + R4N+ = RBr + R3N;
4) Y: + RX+, например R3N + R’SR”2 = R3NR’+ + SR”2”
Доброго времени суток, расскажите, пожалуйста, всегда ли четвертичные аммониевые соли будут вступать в реакции SN2 или тут тоже есть какие-то ограничения? Вообще расскажите, пожалуйста, когда эти типы реакций выше можно использовать. Спасибо!
АЧ: Нет, конечно, никто не отменял того, что амин – плохая уходящая группа, поэтому просто так четвертичные амонийные соли в качестве субстратов для замещения не используют. Такая группа отлично замещается, только если субстрат особо активированный к замещению, а это все в основном в химии гетероциклов (пирролов, индолов и т.п.) или переходной металлоорганики типа ферроцена. Здесь мы это не будем рассматривать.
В обычной химии скорее иногда можно встретить побочные реакции, в которых расщепляются четвертичные аммонийные соли, например, использованные в виде межфазных переносчиков. Вот, к примеру, старая проблема – почему нельзя получить чистый фторид тетрабутиламмония (продажная соль всегда содержит пару молекул гидратной воды) или гидроксид тетрабутиламмония (только водный раствор): при полном удалении воды что фторид, что гидроксид фактически в условиях межфазного переноса становятся сильными нуклеофилами и основаниями и расщепляют тетрабутиламмоний и в замещении, и в элиминировании. Ну и невозможно не заметить, что если не в замещении, то в конкурирующем элиминировании кватернизованные амины очень полезны, потому что в этом суть элиминирования по Гофману в методе исчерпывающего метилирования (это когда амины метилируют иодистым метилом и затем расщепляют нагреванием с влажной окисью серебра (если что, напоминаю, что представление о том, что гидроксид серебра – сильное основние – типичный и очень заразный миф, это не так). В теме Амины у меня эта реакция рассмотрена и мы ее применяем, а лет сто назад она была совершенно невероятно популярна.
Другое дело кватернизованный сульфоний: сульфид замещается довольно легко, как минимум потому что связь углерод-сера намного слабее связей между элементами второго периода. Замещение в кватернизованных сульфониях встречается не просто часто, а очень часто, особенно в современной химии. Реакций и методов таких пропасть. Например, синтез эпоксидов реакцией илида из кватернизованного ДМСО с кетонами. Эта реакция завершается внутримолекулярным SN2 замещением диметилсульфида.
Пока подробнее писать не буду, но, возможно, сильно позже, подсоберу фактуры и напишу с реакциями.
Доброго времени суток! Как наглядно понять что “Гриньяр завёлся”, кроме как наблюдая за градусником, погруженным в раствор?
Заранее спасибо за ответ.
АЧ: Во-первых, на химфаке запрещено произносить слово “градусник”. Это не градусник, а специальное термометрическое оборудование, сокращённо термометр. И не перепутали ли Вы доктора Гриньяра и доктора Айболита, который “и ставит, и ставит им грудусники”. Гриньярам ставить градусник, то есть термометр совершенно бесполезно. Когда гриньяр заводится, эфир почти моментально начинает кипеть, и это видно без всякого термометра.
Признаки запуска гриньяра очевидны – начинает шевелиться магний (я часто советую в момент запуска не включать мешалку – это создает локальную высокую концентрацию алкилгалогенида, в этом месте гриньяр заводится, и тогда его уже е остановить), и появляются пузырьки – локальное разогревание на поверхности стружинок нагревает эфир. Если использовали иод для активации, в момент запуска рыжая окраска раствора на глазах уходит, обесцвечивается. И эфир начинает кипеть. В этот момент надо быть готовым даже немного охладить смесь, если перестает справляться холодильник (ставьте хороший обратный холодильник, не “три шарика”). Если справляется – пусть кипит, но следующую порцию галогенпроизводного добавляйте только когда немного уймётся кипение. Обращайте снимание на цвет раствора над магнием – у алифатических гриньяров серовытый оттенок, у ароматических – коричневый. Это проявляется почти сразу, как только начинает образовываться гриньяр.
Если не заводится, обратите внимание не появилась ли белая взвесь – это признак сильно мокрого эфира, в котором, скорее всего, ничего запустить не получится.Если взвеси нет, но гриньяр всё равно не заводится, значит вы взяли слишком много эфира – в некоторых дурацких методиках его льют в диких количествах. Когда эфир совершенно сухой и все собрано тщательно, посуда сухая, прожаренная в сушильном шкафу – гриньяры можно запустить в разбавленном растворе и это даже хорошо. Но если эфир не идеальный, а посуда была сыроватой, гриньяр так не запустите. Лучше взять меньше эфира вначале, чтобы получить в момент запуска концентрации побольше. А разбавите потом, добавляя последние порции галогенида.
Хорошо, а с ранее упомянутым реактивом Нормана дела так же обстоят или все немножко хитрее?
В некотором смысле даже проще. Но ТГФ должен быть реально сух, и надо умудриться при переливании и загрузке реагентов не промочить его. Если ТГФ хорош, то гриньяры завариваются проще, чем в эфире, хотя бы потому что в ТГФ вы можете слегка подогреть смесь для запуска (феном лучше всего, если нет фена, то тёплой банькой – не включайте нагрев у мешалки!). И если не запускается, добавьте немного, процентов пять иодистого метила. Если и тогда не запускается, у Вас не ТГФ, а помои.
Доброго времени суток. Вот есть винилбромид, из которого можно сварить Гриньяр. Однако вот незадача, в ампуле, в которой он запаян, видны большие куски белой массы, вероятно, продуктов полимеризации. Температура кипения этого вещества 16 градусов. Как можно очистить это вещество, не взорвав/сжигая лабораторию? Как вообще работают с такого рода низкотемпературными ЛВЖ?
АЧ: Добрый вечер. Мне кажется, у Вас проблема. Если стоит задача взорвать или сжечь лабораторию, а под руками только ампула протухшего винилбромида, то задача кажется невыполнимой. А чем Вам так лаборатория насолила? Может, пусть живёт.
Из винилбромида, начнём с того, делают не гриньяр, а реактив Нормана. В нашей стране (и нигде больше) так называют гриньяры из винилгалогенидов, потому что их не могли получить ни сам Виктор Гриньяр, ни другие химики почти полвека, пока другой французский учёный Анри Норман не догадался в 1954 году заварить не в эфире, а в ТГФ – этот растворитель как раз тогда входил в моду среди быстро размножавшихся в это время как кролики металлооргаников – ТГФ оказался просто уникальным растворителем для этой науки. В этом растворителе гриньяры (или реактивы Нормана) завариваются очень легко, с небольшой активацией кристалликом иода, и иогда с добавлением небольшого количества метилиодида. Как работать с ТГФ, как его чистить и как сделать так, чтобы он не нахватал обратно всю ту воду, которую из него несколько дней удаляли, и как не взорваться на перекиси – надеюсь, Вам известно. Если нет, обязательно проконсультируйтесь с теми, кто это делать умеет.
Про винилбромид и как с ним работать. Это зависит от того, что точно требуется сделать. Если нужен просто винильный гриньяр для какой-то препаративной реакции, и в этой реакции можно использовать избыток гриньяра, тогда просто декантируйте жидкость с этой белой дряни – это, видимо, действительно полимер, хотя не исключено, что тот, кто его запаивал, добавил туда что-нибудь для защиты или доосушивания. Работайте быстро – легколетучие жидкости кипят, быстро охлажадют все вокруг себя, и туда быстро намораживается влага из воздуха. То есть нужно очень хорошо продумать прибор, все акуратно собрать, и продумать свои действия, чтобы всё было под рукой. После немного охлаждаете ампулу, и – обязательно в очках! – быстро ее вскрываете. Дозировать легколетучую жидкость сложно, поэтому советую приготовить раствор в растворителе реакции с некоторым запасом, просто взвешивая колбы до и после. Тогда прикинете объём этого раствора и спокойно его отмерите обычными способами.
Хуже если гриньяр нужен более чистый и в точном количестве. С количество все относительно просто – гриньяры титруют, легко найдёте методики, все более-менее одинаково. Тогда его заваривают с запасом и отбирают нужное количество.
Если винилбромид все же нужно очистить, его придется перегнать. Проще всего это сделать на вакуумной линии – это не совсем перегонка, а скорее перемораживание, но когда вещество очень летуче, а все примеси намного менее летучи (а это ровно этот случай), то это вполне адекватная процедура очистки. От воды она тоже очищает – для гриньяра более чем достаточно.
Если вакуумной линии нет, то можно перегнать с самом обычном приборе для перегонки, но в холодильник придется пустить ледяную воду, а приемник охлаждать чем-нибудь еще похолоднее (смесь лед-соль вполне достаточна, переохлаждать всякими сухими льдами или азотами не нужно – мороки будет больше, а не меньше). Прибор придется собрать очень аккуратно, шлифы должны быть надежными, все соединения закрепить кекам или пружинками – через все неплотности будет намораживаться влага. Очень полезно на вход подать через силиконовую септу очень слабый ток азота или аргона, а на выходе повесить на другой септе через иголочку и тонкую трубочку маленькую барботерку с силиконовым маслом – она будет показывать, что в приборе есть положительное давление (пузырьки выходят, а не входят, но очень медленно два-три в минуту, иначе будет уносить вещество) и не происходит подсос влажного воздуха. И перегоняйте спокойно как любую другую жидкость, подставив еле тёпленькую баньку. В приемник добавьте чуть-чуть любого ингибитора свободнорадикальной полимеризации (гидрохинона, трет-бутилпирокатехина, и т.п.), но если вещество не планируете хранить, а сразу используете после перегонки, можно этого не делать. Перегоняйте медленно, потому что выход идет через маленькое сечение, и любое ускорение чревато вскипанием и вышибанием того, что слабее всего закреплено. После того, как перегонка закончена, быстро снимаете приемник, закрываете его свежей септой и ставите в морозилку. Ничего особенно в самом соединении нет – главная проблема во всех манипуляциях состоитв том. чтобы не наморозить туда влагу. Ни в коем случае поэтому нельзя оставлять даже ненадолго незакупоренный сосуд с таким веществом – оно кипит, охлаждается и намораживает в себя влагу. С точки зрения опасности ничего особенного в жидкостях, кипящих ниже комнатной температуры и даже при небольшом минусе нет – они закипают и сами себя охлаждают. Когда прибор закрыт септой с иголочкой, этого достаточно, чтобы вода туда не намораживалась – диффузия в узком канале против давоения очень медленная. У винилбромида еще и очень тяжелые пары – по мол массе это почти как хлороформ, такие пары сами себя запирают, и если нет перегрева, ведут себя совсем спокойно. Поэтому не опасайтесь, что это вскипит и все разнесет, в том числе ненавистную лабораторию.
Спасибо большое, очень познавательно!
Добрый вечер, Андрей Владимирович. Как определить абсолютную конфигурацию стереоцетров в молекуле Д-гюкозы?( последовательность конфигураций R/S). Когда в в молекуле один хиральный центр, то все понятно, что энантиомеру присваивается R или S конфигурация в зависимости от взаимного расположения четырех заместителей вокруг хирального центра. Для каждого из заместителей вначале определяется старшинство по правилу Кана-Ингольда-Прелога, затем молекулу ориентируют так, чтобы младший заместитель был направлен в сторону от наблюдателя, и устанавливают направление падения старшинства остальных трех заместителей. Это все хорошо. Как применяется это правило, если в молекуле имеется несколько хиральных атомов?
Спасибо за ёмкий ответ на предыдущие вопросы, жду с нетерпением почитать про консервацию альдегидов/кетонов. Пока читал, вспомнил ещё кое-что: ДМСО перегоняют под хорошим вакуумом, но во всех прописях (емнип) сказано гнать ещё неприменно, пропуская в вакуум, инертный газ, для чего такая трата аргона или азота вообще необходима? ДМСО там разлагается что ли по пути или боятся этого остаточного давления или ещё что?
АЧ: Написал я про бисульфитные производные – на страничке ответов. Довольно длинно, но это занятная химия, пусть будет.
Что касается ДМСО, то право, вопрос Ваш странный. Если Вы решили заниматься химией и серьёзно, придётся научиться не бояться трат. Химия – наука дорогая, и сделать её хорошо, особенно в 21 веке можно только если делать основательно и как следует, используя лучшие реактивы и стекло. Иначе будете просто производить грязь и ненадёжные результаты и однажды с этим крупно влипнете.
ДМСО перегоняют в вакууме, как и любые растворители, которые при атмосферном давлении кипят выше 150 градусов. Это делается, чтобы избежать разложения, и чтобы перегнанный растворитель не оказался хуже исходного. Перегонять лучше при таком вакууме, чтобы температура кипения не стала слишком низкой. ДЛя ДМСО это 10-20 мм рт ст. Если ниже – растворитель полетит ниже 70 градусов и очистка достигнута не будет. Прибор придется защитить от влаги, особенно если гоните на водоструе. При перегонке растворителей начисто лучше всегда подавать в прибор через капилляр азот или аргон. Истратите совсем немного, не бойтесь. Зачем? Кислород воздуха всегда плохая вещь, особенно когда булькает через нагретую жидкость. Во-первых, он мокрый – ведь его берут не из баллона, а из атмосферы. Сушили-сушили – и сами же пускаете туда водяной пар из воздуха, а его там немало. Не забывайте, что мы живем не в пустыне (пока не живём), и влажность воздуха редко бывает меньше 70%. Прикиньте сами, сколько вы туда нагоните воды, если будете в капилляр подавать воздух. А ДМСО никогда не гонят над осушителями. Его сушат отдельно, и в колбу для перегонки переносят, оставив осушитель на выброс. Ну и кислород – а это автоокисление. ДМСО не так к этому чувствителен, но многие другие органические жидкости – очень. Поэтому перегонять с поддувом инертным газом – просто хорошая практика.
Добрый день, у меня три разных вопроса, очень интересно зачем и почему:
1) крупицу йода добавляют при изготовлении Гриньяра
2) почему не стоит использовать бисульфит/метабисульфит натрия, а стоит брать тиосульфат при приготовлении йодсодержащей ароматики (вы про это писали как-то)
3) как грамотно подойти к “консервированию” альдегидов метабисульфитом/гидросульфитом натрия (деталь: как-то пробовал бутаналь так спасти, в итоге по ямр получился какой-то неразделимый неприятно пахнущий осадок моего вещества непонятно с чем)
АЧ: 1) Это очень просто. Магний, как и все активные металлы, сверху вседа покрыт окисленным слоем, защищающим металл от дальнейшего окисления. Магний сам по себе – металл очень активный, он самопроизвольно растворяется в спиртах (это метод осушки метанола, но не этанола), а от такого же растворения в воде его защищает только образование слоя гидроксида на поверхности. Соответственно, если мы хотим, чтобы магний реагировал с галогенпроизводными, обычно это защитный слой надо расшевелить, чтобы хотя бы частично открылась поверхность. В этом месте начнется взаимодействие, и дальше дело пойдёт. Когда мы делаем гриньяры, всегда очень хорошо видно, что реакция сразу не начинается, и ее надо расшевелить. У каждого практикующего химика, хотя бы иногда заваривающего гриньяры, есть свои приёмчики. Некоторые самые активные галогенпроизводные типа нормальных алкилиодидов и бромидов, особенно те, что поменьше (MeI, EtBr) сами справляются с этой задачей – мы чуть-чуть подогреваем смесь рукой или тёплой банькой (никогда не включайте нагрев на мешалке, когда завариваете любой гриньяр – с гарантией будете ловить его по всей лаборатории). Более ленивые галогенпроизводные (вторичные, третичные алкилы, ароматические галогенпроизводные, хлорпроизводные) просто так расшевелить очень трудно или почти невозможно. Ещё одна проблема – не совсем сухой эфир. Для гриньяров нужен абсолютный эфир – то есть сначала очищенный от перекиси, подсушенный хрористым кальцием, и свежеперегнанный со всеми предосторожностями, обычно над натриевой проволокой (просто бросить кусочек натрия в эфир и с важным видом перегнатьв приборе со старой хлоркальциевой трубкой – это бессмысленная халтура). В практикумах такого просто никто делать не будет и слава богам – это очень опасно, и мы не хотим, чтобы наши лаборанты, которые и так на вес золота, рисковали жизнью и здоровьем. В практикуме эфир просто сушат хорошей дозой прокаленного хлористого кальция. В таком эфире много воды, но гриньяр в нем запустить можно. ДЛя активации магния используют кучу разных приемов, обысно это чуть-чуть чего-то очень реакционноспособного. Кристаллик иода, капля брома, немного активного маленького галогенпроизводного (иодистого метила, бромистого этила, дибромэтана), отлично работают. У магния защитный слой не такой прочный, как, например, у алюминия, и активирующий реагент диффундирует через слой к поверхности, там начинается экзотермическая локальная реакция, и слой просто ломается, предоставляя доступ основного реагента к поверхности. Дальше дело идет само – мы видим, как магний начинает шевелиться, тепло реакции разогревает эфир до кипения, и дальше только держись – неопытные химики, в первый раз заваривая приличный гриньяр на полмоля-моль, почти всегда отправляют его в потолок – настолько неожиданно ленивая реакция разгоняется до состояния чернобыльского реактора.
2) Про тиосульфат для очистки от иода я дописал примечание в раздел про получение иодпроизводных из солей диазония.
3) Про бисульфитные производные альдегидов постараюсь на днях написать подробнее. Это интересная история, которой по разным причинам брезгуют, как каким-то замшелым старьём, где всё очевидно. Вот вовсе там не всё очевидно, а сама реакция очень полезна в синтезе. Кратко только замечу, что там очень много зависит от бисульфита. Бисульфит из банки не пригоден ни на что, кроме обесцвечивания избытка брома после реакции бромирования. Ни одна серьёзная реакция (нуклеофильное замещение, получение бисульфитных производных, синтез арилгидразинов по Фишеру, реакция Бухерера и т.п.) с бисульфитом “из банки” не идёт. Нужен насыщенный раствор бисульфита натрия, который нельзя получит просто растворением в воде реактивов из банок с наклейкой “бисульфит” или “метабисульфит”. Раствор бисульфита используют еще биохимики, и у них есть пропись, как получить раствор бисульфита из твердого метабисульфита – можете легко найти этот метод в сети, но для целей органики он не работает – мала концетрация. В недружественных странах можно купить готовый именно раствор (40%) бисульфита натрия, но он, во-первых, долго не хранится, а во-вторых, нам прописано импортозамещение – мы не ищем лёгких путей (знать бы ещё куда). Поэтому раствор бисульфита, пригодный для всех этих знаменитых реакций, придется готовить самим, усердно пропуская до полного насыщения диоксид серы в крепкие растворы щелочи или соды, причём придется сильно озаботиться количествами – в таких случаях рекомендуют пропускать сернистый ангидрид, периодически взвешивая колбу, чтобы добиться расчетного привеса. Некоторые старинные умельцы умудрялись делать такие реакции с колбой, сразу установленной на грубые технические механические весы, поставив на вторую чашку гирьку нужной массы.
Подробнее про реакцию напишу, скорее всего на страничке про методы в альдегидах-кетонах.
Добрый день, вопрос, возможно, глупый, но что будет, если попытаться перегнать ДМФА над натрием?
АЧ: Добрый день. Во-первых, прекратите называть вопросы глупыми. Это какая-то странная манера унижаться, видимо, из серии традиционных ценностей и прочих скрепок, когда надо кланяться, бить челом, называть себя презренным рабом или хотя бы покорным слугой. Если вам кажется, что ваш вопрос действительно глупый, зачем его задаете, а если задаете вопрос, значит вам хочется узнать на него ответ, и тогда что в этом глупого?
Ничего хорошего не будет. Я не уверен, что это кто-то реально пытался делать. Вообще, когда что-то нагревают с натрием, просто надо понимать, что натрий это весьма сильный одноэлектронный восстановитель, который с удовольствием сдаст свои электроны всем связям, которые готовы их принять – а это, например, связи с достаточно кислыми атомами водорода, связи углерод-галоген, и всевозможные кратные связи кроме уж совсем простых олефинов. Все карбонильные соединения охотно принимают электрон, одразуются анион-радикалы, которые дальше как-то реагируют или расщепляются. В амидах это произойдет обязательно, дальше все просто развалится, и даже возможно экзотермично, то есть с сопровождением фонтанами, летающими термометрами, и прочими эффектами. С диметилформамидом вообще шутить н принято, иначе вы его никогда не очистите – он сам собой немного разлагается при температуре кипения, особенно если в нем есть что-то кислотное или основное. Поэтому процедуры очистки ДМФА довольно занудные и медленные, например, его перегоняют только в вакууме, и для этого нужно уметь делать “плохой” вакуум – это очень просто если есть маностат, а если его нет, это непросто. Я обычно втыкал тонкую иголку в вакуумный шланг или септу. И гонят его над самыми простыми и инертными осушителями, чтобы не вызвать разложения – иначе перегнанный ДМФА будет хуже чем исходный. Чуть не сказал, что поэтому проще купить готовый сухой и чистый ДМФА, но вспомнил, что в ближайшие полвека нам это не светит.
Кстати, само требование перегонять в легком вакууме, чтобы температура кипения была не больше 100 градусов, накладывает ограничения на перегонку над натрием – попробуйте перенать что-нибудь в вакууме над натрием. Вернее, точно не пробуйте – жидкость тут же вскипит и перебросит – следы воды есть везде, пойдет струйка водорода и при вакуумировании эти пузырьки расширятся и выкинут всю жидкость к черту. Есть одна мерзкая жидкость. которую перегоняют в плохом вакууме над натрием – диглим, и это то еще занятие, не один раз приведшее к плохим последствиям, если это делать хотя бы немного неаккуратно и невнимательно и не продумав все от начала до конца. Другие вещи над натрием при нагревании и в вакууме почти никогда не перегоняют. А без вакуума и при сильном нагревании с натрием вообще шутить нельзя – восстановительное разложение модет случится при повышенной температуре даже с тем вещами, которые так просто с натрием вообще не реагируют.
Для ДМФА вы сами легко напишете, что может быть, если на эту молекулу приклеится электрон – анион радикал расщепится, получится диметиламид натрия и формильный радикал, он оторвет водород, образовавшийся формальдегид еще раз возьмет электрон от натрия и т.д. – в общем получится много молекул с ионными связями, это всегда выгодно, поэтому экзотермичность процесса гарантирована.
Добрый день, Андрей Владимирович.
А откуда идут истоки теоремы о трёх нитроанилинах?
АЧ: Добрый вечер. Никто не знает. Почти наверняка в глубокую древность, к трудам Теофраста, а другие говорят – Плиния Старшего. Правда соответствующие части их сочинений утрачены. Вроде бы Плиний писал этот папирус как раз накануне извержения Везувия, и перечитывал его в самый момент первого взрыва, находясь на Мизенском мысе, и ударной волной рукопись вырвало из его рук и она унеслась в пучины Неаполитанского залива.
В новейшие времена это учение само собой возродилось в думах ведущих органических мыслителей и обрело форму Великой Теоремы о Трёх Нитроанилинах и следствий из неё, которой я с вами и поделился. Руководствуясь Великой Теоремой в последние 120 лет было получено бесчисленное количество производных бензола, что и подтвердило законное место Великой Теоремы среди величайших образцов человеческого гения.
Доброго времени суток, Андрей Владимирович. Вот есть реакция Штрекера, почему там гидролиз так легко протекает из нитрила в кислоту, хотя мы знаем, что гидролиз нитрилов в кислой среде протекает в довольно тяжелых условиях. Можно было бы подумать, что аминогруппа этому как-то способствует, но она даст соль. Может здесь контранион этой соли как-то участвует в процессе гидролиза?
АЧ: Легко гидролизуются в условиях кислотного катализа не только аддукты Штрекера, но и циангидрины. Точная причина этого, насколько я знаю, никогда не изучалась, скорее всего, никому в голову не пришло, что это представляет интерес. Причины может быть две: просто индуктивный эффект акцептора (кислород гидроксила или даже аммоний), увеличивающий электрофильность нитрильного углерода. Или всё-таки содействие гидролизу. Что-то внутримолекулярное придумать можно, причём и нукелеофильное, и электрофильное. Для нуклеофильного содействия – трёхчленные циклы вполне функциональны, а протонирование амино-группы не будет количественным, основность амина рядом с нитрильной группой понижена. Второй вариант содействия – электрофильный, водородная связь на азот от гидроксила или аммония, тоже будет увеличивать реакционную способность. Чтобы судить точнее, кто-то должен это попробовать исследовать.
Доброго времени суток, Андрей Владимирович!
Почему реакции Петасиса нет ни в курсе, ни в методичках, вроде же полезная химия?
АЧ: Ну мало ли полезных реакций в химии? Реакция Петасиса на 3 курсе совершенно лишняя, она требует понимания химии переходных металлов. И ничего по методологии сверх классического Виттига не даёт. Если интересен Петасис, посмотрите на моем втором сайте про переходные металлы, там это разобрано.
Простите, уточню, я имел в виду не реакции с реагентом Петасиса, что, безусловно, лишнее для третьего курса, а реакцию борных кислот с альдегидами в присутствии аминов (https://en.m.wikipedia.org/wiki/Petasis_reaction), там ведь не используются никакие металлоорганические реактивы, разве что борную кислоту из Гриньяра сделать…
АЧ: О, подходящие боги! Ну это совсем экзотика. Вообще это плохая идея тащить всё подряд в базовый курс органики только потому что это где-то успешно применяется. В современной органике только именных реакции уже многие сотни ближе к тысяче и сверх того, а уж просто методов вообще не счесть. И те, кто занимается каким-то методом, всегда уверены, что ничего важнее уже упомянутые подходящие боги не создали и это должен знать каждый. Но мы так не будем делать. Важно понимать концептуальные основы химии, а дальше уж сами наполняйте, чем хотите. Реакция Петасиса в смысле понимания химии мало что даёт – это очередная разновидность нуклеофильного присоединения к карбонильной группе или ее аналогу, иминиевой соли, например. Она неплохо смотрится в контексте модного органокатализа, но там такого многие десятки только основных разновидностей. Закладочку я тем не менее положу, может в некоторой перспективе найду ей место в каком-то более общем контексте.
Спасибо!
Здравствуйте, Андрей Владимирович. Почему в алкилировании или аминировании для синтеза сульфонов, сульфамидов используют только сульфохлориды? Тут такая же аналогия. как и с галогенангидридами, то есть увеличивается δ+ на атоме серы и влияние -I, +M галогена; ? В учебниках как то этот момент особо не проговаривается. Заранее благодарю за ответ.
АЧ: Встречный вопрос – а какая альтернатива? Что ещё Вы могли бы использовать? Пожалуйста, проясните, чтобы я точнее понял суть вопроса.
Например, сульфоновую кислоту или ее соль (или вообще сложный эфир). Тут вылезает подвижный водород, из аминирования получится соль, но возможна ли последующая атака серы… А алкилирование… полагаю, пойдет, подкислим соль/кислоту и сложный эфир (с гидролизом), думаю, без проблем. провожу полную аналогию с карбоновыми
АЧ: К сожалению или к счастью, аналогия с карбоновыми кислотами неверна, не работает. Я приблизительно это описал тут в ответе про химию фосфора – в третьем периоде химия другая. К сере это относится в полной мере. В химии серы и фосфора нет аналогов тетраэдрических аддуктов химии карбонильной группы. Замещение на шестивалентной сере или пятивалентном фосфоре не идет как присоединение-отщепление, как на карбониле. Поэтому вам обязательно нужна приличная уходящая группа на атоме серы или фосфора, чтобы осуществлялось именно замещение. И ничего проще галогена не придумать, хотя при желании что-то придумать другое, например, смешанный ангидрид, можно найти замену.
Добрый вечер,не подскажете где можно посмотреть ваши видео лекции,видел 2 ваши лекции в teach-in, очень понравились?
АЧ: Задайте запрос в яндекс. Есть точно ещё пара лекций, и они где-то выложены. Больше нет. Был один год, когда все лекции на химфаке записывали, и что тогда записалось, то записалось. По переходным металлам я сам аудио-лекции записыываю и они размещены на сайте transmet.avchem.ru. Там только голос, без морды, но зато слайды получше сделаны.
Спасибо большое за ответ!
Доброго времени суток, у̶в̶а̶ж̶а̶е̶м̶а̶я̶ ̶р̶е̶д̶а̶к̶ц̶и̶я̶ Андрей Владимирович! Спасибо за ответ про Лёйкарта и Валлаха!
На одной из страниц вы разбирали основность и нуклеофильность. И вот сказали, что мол есть хорошие нуклеофилы, но при этом они слабые основания, и наоборот, есть отличные основания, но при этом они плохие нуклеофилы.
Вопрос: почему так? Что обуславливает способность отдельных групп частиц быть только хорошими нуклеофилами, а других только хорошими основаниями.
Еще вопрос по той же теме: есть гидрид-ион, почему NaH мы используем зачастую как основание, может ли он быть нуклеофилом при этом? Ведь, как мы знаем, есть так много различных реагентов с гидридом, те же ДИБАЛ-H и NaBH3CN, которые уже вроде как и нуклеофилы, а о их способности к основности немного то ли умалчивается, то ли сознательно не говорится (на третьем курсе).
Здравствуйте. После прочтения статьи про резонансные структуры захотелось задать соответствующий вопрос. У Вас там сказано: (цитирую) “Результат будет противоположным – в реальной структуре будет преобладать вклад аниона с минусом на менее замещённом атоме, потому что во второй структуре индуктивные доноры дестабилизируют минус.”. Но разве, когда на углероде будет заряд (-), он не будет, наоборот, отдавать электронную плотность, так, что метильные группы будет акцепторами?
Доброго времени суток, дорогая редакция. Не без удовольствия прочитал ваш ответ на вопрос про фосфорорганические соединения и их применение, спасибо!
Вопрос: можно ли в реакции Лейкарта-Уоллоха заменить формамид на ДМФА или его замещенные аналогии? А в реакции Эшвейлера-Кларка формальдегид на какое-нибудь другое карбонильное соединение, чтобы вместо метила получить амин с другими заместителями? Есть ли способы повесить лишь одну метильную группу?
Заранее спасибо!
АЧ: Рад, что доставил Вам удовольствие. А Вы всё редакцию ищете? Ищите уж тогда сразу издательский дом. На главной странице сайта написано, кто делает этот сайт, и это полная и исчерпывающая правда.
Реакция Лёйкарта-Валлаха это старинный способ восстановительного аминирования. Метод Эшвайлера-Кларка это просто частный случай реакции Лёйкарта-Валлаха, хотя и с другим диапазоном применения. В обоих методах восстановительным агентом является муравьиная кислота или ее анион, формиат, являющиеся гидридными переносчиками. В общей реакции Лёйкарта-Валлаха используются разные карбонильные соединения, обычно альдегиды, но и активные кетоны тоже. В методе Эшвайлера-Кларка используют только один альдегид – формальдегид. Источники азота тоже разные. В классике Лёйкарта-Валлаха это просто ион аммония или формамид, но в расширенном толковании этой реакции берут разные амины, или такие исочники аминов как диметилформамид (получаются диметиламины). В методе Эшвайлера-Кларка источник азота – любые первичные или вторичные амины. Но поскольку альдегид всегда один и тот же, в этом методе вводят только метилы. Прежде всего потому что если возьмете другие альдегиды, то это будет уже не Эшвайлер-Кларк, а Лёйкарт-Валлах.
Немного позже постараюсь написать более подробный ответ.
Андрей Владимирович, есть ли какой-то доступный и несложный способ сделать NaHMDS, чтоб прям в дырявом ведерке и с протекающими капельными воронками (я утрирую)?
Здравствуйте, Андрей Владимирович. Спасибо за все, что Вы делаете, Ваш сайт и лекции мне очень помогли.
Собственно вопрос: как можно синтезировать высшие циклоалканы, в которых в состав цикла входят 20,30,40,50 и т.д. атомов углерода? Наверняка это имеет смысл, так как что-то подобное могут использовать как молекулярные узлы, в составе ротаксанов.
Заранее благодарю.
АЧ: Спасибо за добрые слова. А почему именно циклоалканы? Но вопрос интересный, постараюсь кратко ответить в ближайщие дни, а себе поставлю в план вообще обсуждение макроциклизации.
Спасибо большое за ответ, было очень интересно
АЧ: Да, мне тоже. Вопрос неожиданно оказался весьма многогранным.
Доброго времени суток. Возможно немного вопрос в сторону, но хочется узнать чего-то и про фосфороорганику, благо и ей есть широкое применение, а говорят о ней не так много. Например, есть такие две реакции – Арбузова и Абрамова, – можно ли где-то о них по-подробнее прочитать? В учебниках о них написано вскользь, а хочется знать, почему у этих реакций не всегда хорошие выходы и какие у этих реакций могут быть подводные камни.
АЧ: Ох, чую, следующий вопрос будет “а можно ли что-то узнать про химию вообще”. Фосфорорганика – огромная наука, очень быстро развивающаяся, там просто невероятно много чудес, самых настоящих, потому что фосфор – это вам не азот (у азота тоже очень увлекательная химия), это элемент из 3-го периода с совершенно другими валентными возможностями. Там вообще всё не так, и лезть туда со знаниями по 2-му периоду всё равно, что научившись играть с котёнком, смело отправиться в вольер со львами, типа, тоже кошки и молоко, наверное, любят, справимся.
Я бы очень хотел однажды сделать небольшой обзор по особенностям химии фосфора, но это как-то совсем из 3-го курса выходит. Надеюсь, до этого дело когда-нибудь дойдёт, материалы собираются понемногу, концепция вырисовывается. Поэтому, если есть совсем конкретные вопросы, задавайте, я подумаю. Но в наше время во-первых, по любой химии есть что почитать, целые полки литературы по любой области. По-английски, конечно, читать надо. Про фосфор это, конечно, не полки, а книжные шкафы, и у некоторых уже ножки подгибаются. И, простите, у любых реакций, даже у реакции нейтрализации, не всегда хорошие выходы, а подводных камней в химии столько, что не устаешь удивляться, где там вообще вода помещается.
Хорошо, можете тогда, пожалуйста, вкратце (или не совсем) рассказать про реакцию Арбузова, зачем она нужна с̶т̶у̶д̶е̶н̶т̶а̶м̶ ̶т̶р̶е̶т̶ь̶е̶г̶о̶ ̶к̶у̶р̶с̶а̶ кроме как для дальнейшего использования в реакции Хорнера-Уодсворта-Эммонса; если этот процесс термодинамический, может ли побочно при присоединении триалкилфосфита к RX от фосфора отвалиться алкоксильный фрагмент с получением трехвалентного фосфора и дальнейшими нуклеофильными превращениями (иначе говоря, почему (RO)3R’P+ X- вроде как стабилен и его можно выделить, хотя может это и отдельный вопрос, не знаю)? Почему для этой реакции обычно берут какие-то галогенпроизводные (бром, хлор, а можно ли взять тозилат, например)? И немного в сторону (не обижусь, если не ответите, просто интересно): работает ли похожая реакция Перкова с производными карбоновых кислот, например, со сложными эфирами (иначе говоря, почему триэтилфосфит с этил хлорацетатом дает продукт реакции Арбузова, а не продукт реакции Перкова или что-то еще сложнее, типа (RO)2P(=O)-C(=O)-CH2Cl) )?
Заранее спасибо!
АЧ: Лучше задавайте вопросы на верхнем уровне, а не в ответах на ответы. И не грузите меня тем, обидитесь Вы или нет, это Ваши проблемы. Чтобы серьёзно написать про химию фосфора, мне нужно сначала доделать страничку про гипервалентность, потому что именно здесь ключ ко всей этой химии, начинающейся с реакции Михаэлиса-Арбузова, и далее к целому кусту родственных реакций, включая реакцию Перкова (это немец, если что, видимо, пруссак, там полно славянских фамилий). Та страничка готова процентов на 80, но увы, я ее не выпущу пока не доделаю полностью, поэтому это все время откладывается. По поводу Вашего вопроса, я подумаю, насколько можно из него достать чисто практические вещи, а общее оставить на потом.
АЧ: Два одинаковых вопроса, один убираю.
Ответ на вопрос про антиароматичность готовится, но может быть с большой задержкой. Скорее всего будет добавлен материал на страничку про ароматичность.
АЧ: А почему Sn – это же будет электрофильное замещение, а не нуклеофильное?
Тогда Se1, и вправду. Бывает ли или такое положение вещей бессмысленно рассматривать как общий случай (м.б. это частный случай чего-то еще?)?
АЧ:Ну хорошо, посмотрим. Но сами посудите, для такого механизма понадобится нечто, что самопроизвольно ионизуется с образованием карбаниона. Карбанион понадобится суперстабилизированный. Или очень выгодный распад. В принципе, попробуйте расписать галоформную реакцию и увидите ровно это – скоростьопределяющий распад тетраэдрического аддукта на CCl3-анион, который быстро подхватит электрофил, протон.
Доброго времени суток. Бывает ли Sn1cb механизм для органич. химии или что-то подобное с уходом “электрофуга” (уж даже не знаю, как это правильно обозначить), образованием карбаниона и присоединением электрофила?
Когда же все таки идет Ade2 (с образованием КК, со всеми перегруппировками и олигомеризацией. Ведь существуют данные о выходе продуктов, где четко видно, что перегруппировка КК есть), а когда согласованный Ade3? Или это зависит от подбора среды для проведения конкретной реакции? Или вообще это два разных подхода к рассмотрению механизма? Естественно, если мы не говорим об образовании ониевых ионов. Да, тема подробно раскрыта на сайте, но мне все же этот момент не совсем ясен.
Заранее )) благодарю за ответ.
АЧ: КК – это карбокатион? Если да, не отвечайте.
Справедливо ли суждение: Если нет betta протона (например, в хлористом метиле, бромистом неопентиле или в бензилбромиде), то засунув сильное основание и слабый нуклеофил (необязательно) , такое как LDA или трет-бутилат калия, пойдет альфа-элиминирование с образованием карбена? Зачем вообще нужны карбены?
За ранее благодарю за ответ. Еще хочу выразить огромную благодарность за то, что вы делаете и сайты, и лекции. Ваше изложение темы , это что то феноменальное! Это очень помогает разобраться в непонятных темах, а также черпнуть много нового. Очень ждем ваши следующие лекции. Правда, большое спасибо, вы делаете очень важное дело.
АЧ: Спасибо за высокую оценку, но “заранее” пишется вместе. Про карбены не обрадую, это огромная тема, я давно хочу сделать отдельную страницу про карбены, но пока это в перспективе. Но на Ваш вопрос кратко на днях отвечу.
Доброго времени суток, дорогая редакция. В теме про ароматичность вы упомянули, что молекула с маленьким циклом от 3 до 5 и замкнутой сопряженной системой, имеющая 4n электронов, называется антиароматической. Вот этот диапазон от 3 до 5 вообще условен, или, если это так, где можно прочертить условную грань между антиароматичностью и неароматичностью.
АЧ: Редакцией меня ещё никто не называл. Ну тогда я и главный редактор и просто редактор, и могу, в случае чего, сам на себя наорать, если допущу какой-нибудь позорный ляп. Удобно.
Мы хорошо знаем про присоединение HBr против Марковникова к олефинам. А к ацетиленам так присоединять бромистый водород можно?
Здравствуйте! Подскажите, не знаете ли вы какого нибудь ресурса или чего-то, где можно почитать про осмоление? Чем может быть вызвано, как избежать, какое-то пояснение процессов?
Добрый вечер, Андрей Владимирович. Возможно не заметил. Тема спирты, галогенирование. Почему при использовании PPh3 и Br2, по сравнению с другими способами) не происходит перегруппировок в случае неопентилового спирта? И вообще, почему эта реакция более стереоселективна? (возможно сморозил глупость по поводу стереоселективности)