Алкилирование амина - Amine alkylation

Алкилирование амина (амино-дегалогенирование) является разновидностью органическая реакция между алкилгалогенид и аммиак или амин.^[1] Реакция называется нуклеофильное алифатическое замещение (галогенида), и продукт реакции представляет собой более замещенный амин. Этот метод широко используется в лаборатории, но в меньшей степени в промышленности, где спирты часто являются предпочтительными алкилирующими агентами.^[2]

${\displaystyle {\ce {\underbrace {H-\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!\!\!:} _{{primary\ or \atop secondary} \atop amine}}}+\underbrace {\ce {R3X}} _{{\text{halogeno-}} \atop {\text{alkane}}}{\ce {->}}\underbrace {\ce {:\!\!\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!-R3}} _{\begin{matrix}{{{\text{alkyl-}} \atop {\text{substituted}}} \atop {\text{amine}}}\\{\ce {(secondary \atop or\ tertiary)}}\end{matrix}}+{\ce {\underbrace {HX} _{halogen \atop acid}}}}$

Когда амин представляет собой третичный амин, продукт реакции представляет собой соль четвертичного аммония в Реакция Меншуткина:

${\displaystyle {\ce {\underbrace {R3-\!\!{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N}}}\!\!\!\!:} _{tertiary \atop amine}}}+\underbrace {\ce {R4X}} _{{\text{halogeno-}} \atop {\text{alkane}}}{\ce {->\underbrace {\underbrace {R3-{\overset {\displaystyle R1 \atop |}{\underset {| \atop \displaystyle R2}{N+}}}\!\!-R4} _{{quaternay \atop ammonium} \atop cation}+\underbrace {X^{-}} _{halide \atop anion}} _{quaternay\ ammonium\ salt}}}}$

Амины и аммиак обычно достаточно нуклеофильны, чтобы подвергаться прямому алкилированию, часто в мягких условиях. Реакции осложняются тенденцией продукта (первичный амин или вторичный амин) реагировать с алкилирующим агентом. Например, реакция 1-бромоктана с аммиаком дает почти равные количества первичного амина и вторичного амина.^[3] Поэтому для лабораторных целей N-алкилирование часто ограничивается синтезом третичных аминов. Исключением является аминирование альфа-галогенкарбоновых кислот, которое позволяет синтез первичных аминов с аммиаком.^[4] Внутримолекулярные реакции галогенаминов X- (CH₂)_п-NH₂ дать циклический азиридины, азетидины и пирролидины.

N-алкилирование - это общий и полезный путь получения солей четвертичного аммония из третичных аминов, поскольку избыточное алкилирование невозможно.

Примерами N-алкилирования алкилгалогенидами являются синтез бензиланилина,^[5] 1-бензилиндол,^[6][7] и азетидин.^[8] Другой пример можно найти в дериватизации цикл.^[9] Промышленно, этилендиамин производится алкилированием аммиака с 1,2-дихлорэтан.

Анилин и родственные арильные производные

Традиционно ариламинирование представляет собой сложную реакцию, для которой обычно требуются «активированные» арилгалогениды, например, с сильным электроноакцепторные группы такие как нитрогруппы орто или параграф к атому галогена.^[10] Для арилирования аминов неактивированными арилгалогенидами Реакция Бухвальда-Хартвига является полезным. В этом процессе комплексы палладия служат катализаторами.^[11]

Алкилирование спиртами

В промышленности большинство алкилирований обычно проводят с использованием спиртов, а не алкилгалогенидов. Спирты менее дороги, чем алкилгалогениды, и при их алкилировании не образуются соли, удаление которых может быть проблематичным. Ключом к алкилированию спиртов является использование катализаторов, которые делают гидроксильную группу хорошей уходящей группой. Самый большой масштаб N-алкилирование - это производство метиламинов из аммиака и метанол, что дает примерно 500 000 т / год метиламин, диметиламин, и триметиламин. Реакция является плохо селективной и требует разделения трех продуктов. Многие другие промышленно значимые алкиламины, опять же в больших масштабах, производятся из спиртов. Эпоксиды являются еще одним классом безгалогенидов N-алкилирующие агенты, полезные при производстве этаноламины.^[2]

Альтернативные методы алкилирования

Для лабораторного использования N-алкилирование часто бывает неселективным. Было разработано множество альтернативных методов, таких как Делепин реакция, который использует гексамин. В Габриэль синтез, включая использование эквивалента NH₂⁻относится только к первичным галогенидам алкила.^[12]

использованная литература

1. Марш, Джерри (1985), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (3-е изд.), Нью-Йорк: Wiley, ISBN  0-471-85472-7
2. Эллер, Карстен; Хенкес, Эрхард; Россбахер, Роланд; Хёке, Хартмут (2005). «Амины алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a02_001.
3. Органическая химия Джон Макмерри 2-е изд.
4. Органический синтез, Сб. Vol. 1, стр.48 (1941); Vol. 4, стр. 3 (1925). Ссылка на сайт
5. Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, стр.102 (1941); Vol. 8, стр.38 (1928). Ссылка на сайт
6. Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, стр.104 (1988); Vol. 54, стр.58 (1974). Ссылка на сайт
7. Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, стр.106 (1988); Vol. 54, стр. 60 (1974). Ссылка на сайт
8. Organic Syntheses, Coll. Vol. 6, стр.75 (1988); Vol. 53, стр.13 (1973). Ссылка на сайт
9. Орг. Synth. 2008, 85, 10-14 Ссылка на сайт
10. Органическая химия 4-е изд. Моррисон и Бойд.
11. Дж. Ф. Хартвиг, "Химия органических переходных металлов: от связывания до катализа" Университетские научные книги, 2010 г. ISBN  978-1-891389-53-5.
12. Эрвитхаясупорн, В. (2012). «Синтез и реакционная способность силсесквиоксанов, индуцированных нуклеофилами азота с перегруппировкой клеток». Неорг. Chem. 51 (22): 12266–12272. Дои:10.1021 / ic3015145. PMID  23134535.