Номер 39, страница 136 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.39. Источником азота в синтезе первичных аминов по Габриэлю является фталимид калия. Какими методами можно снять фталильную группу с азота на финальной стадии синтеза?

Снятие фталильной защитной группы с атома азота на финальной стадии синтеза первичных аминов по Габриэлю является ключевым этапом, который высвобождает целевой амин из N-алкилфталимида. Этот процесс, называемый депротектированием или расщеплением, можно осуществить несколькими способами.

Кислотный гидролиз

Этот метод заключается в нагревании (часто кипячении) N-алкилфталимида с водным раствором сильной кислоты, например, серной ($H_2SO_4$) или соляной ($HCl$). В ходе реакции происходит гидролиз двух амидных связей имидного цикла. В результате образуется первичный амин в виде его аммониевой соли (поскольку реакция протекает в кислой среде) и фталевая кислота.

Общая схема реакции (где R - алкильный или арильный радикал):
$C_6H_4(CO)_2NR + 2H_2O + 2H^+ \xrightarrow{t^{\circ}} R-NH_3^+ + C_6H_4(COOH)_2$

Данный метод имеет существенный недостаток — он требует жестких условий (длительное нагревание с концентрированной кислотой), которые могут повредить другие функциональные группы в молекуле. Для выделения свободного амина из полученной соли требуется дополнительная стадия обработки раствора основанием.

Щелочной гидролиз

N-алкилфталимид также можно расщепить путем нагревания с водным или спиртовым раствором сильного основания, такого как гидроксид натрия ($NaOH$) или гидроксид калия ($KOH$). Происходит нуклеофильная атака гидроксид-иона по карбонильным атомам углерода, что приводит к разрыву амидных связей. Продуктами реакции являются свободный первичный амин и динатриевая (или дикалиевая) соль фталевой кислоты.

Общая схема реакции:
$C_6H_4(CO)_2NR + 2NaOH \xrightarrow{H_2O, t^{\circ}} R-NH_2 + C_6H_4(COONa)_2$

Этот метод, как и кислотный гидролиз, часто требует высоких температур и длительного времени реакции. Отделение амина от водорастворимой соли фталевой кислоты может быть затруднительным, особенно если амин также растворим в воде.

Гидразинолиз (реакция Инга-Манске)

Это наиболее эффективный и широко используемый на практике метод снятия фталильной группы. Он заключается в обработке N-алкилфталимида гидразином ($N_2H_4$) или его гидратом ($N_2H_4 \cdot H_2O$) в растворителе, обычно в этаноле, при нагревании.

Гидразин, являясь очень сильным нуклеофилом, эффективно атакует имидную систему. В результате реакции образуется целевой первичный амин и фталилгидразид — очень стабильный шестичленный циклический продукт.
Общая схема реакции:
$C_6H_4(CO)_2NR + N_2H_4 \xrightarrow{\text{EtOH}, \Delta} R-NH_2 + C_6H_4(CO)_2(NH)_2$
(где $C_6H_4(CO)_2(NH)_2$ — фталилгидразид)

Главное преимущество этого метода — мягкие условия реакции, которые позволяют сохранить в целости даже чувствительные к кислотам и щелочам функциональные группы в молекуле. Кроме того, побочный продукт, фталилгидразид, как правило, плохо растворим в реакционной среде и легко удаляется фильтрованием, что значительно упрощает выделение и очистку первичного амина.

Ответ: Фталильную группу с азота на финальной стадии синтеза по Габриэлю можно снять тремя основными методами: кислотным гидролизом (нагревание с сильной кислотой, например $H_2SO_4$), приводящим к образованию соли амина и фталевой кислоты; щелочным гидролизом (нагревание с сильным основанием, например $NaOH$), в результате которого получаются свободный амин и соль фталевой кислоты; гидразинолизом по методу Инга-Манске (обработка гидразином $N_2H_4$), который является наиболее предпочтительным из-за мягких условий и образования легко отделяемого побочного продукта (фталилгидразида) и свободного амина.