Имиды карбоновых кислот

Некоторые имиды

Ими́ды карбо́новых кисло́т — соединения, содержащие группу -CO-NR-CO-, диацилпроизводные аммиака (R = H) или аминов[1]. Ациклические имиды — производные монокарбоновых кислот также называют диациламинами, большое значение в синтетической химии имеют циклические имиды дикарбоновых кислот.

Синтез

Ацилирование аммиака и аминов

Ацилирование первичных аминов, аммиака или солей аммония является классическим и исторически первым методом синтеза циклических имидов из ангидридов двухосновных кислот. Так, реакция фталевого ангидрида с водным аммиаком ведет через образование аммонийной соли фталевой кислоты к фталимиду с выходом 95-97 %[2]:

Аналогично синтезируют и сукцинимид из янтарного ангидрида[3], и N-алкилфталимиды[4], и N-сукцинимиды[5]. Синтез проходит в достаточно жестких условиях, при температурах 100—200 °C на финальных стадиях.

Для ацилирования аминов ангидридами в более мягких условиях используют катализ кислотами Льюиса.

В качестве синтетических эквивалентов аммиака в синтезе циклических имидов могут использоваться формамид и мочевина.

Взаимодействие циклических ангидридов дикарбоновых кислот и самих кислот с формамидом в N-метил-2-пирролидоне приводит к образованию имидов, реакция идет с отщеплением муравьиной кислоты[6], в случае мочевины как синтетического аналога аммиака реакцию проводят в эвтектической смеси холинхлорида и мочевины[7].

Ацилирование амидов

Амиды монокарбоновых кислот могут быть ацилированы до имидов различными ацилирующими агентами — хлорангидридами и ангидридами карбоновых кислот:

R^1CONH₂ + R^2COX ${\displaystyle \to }$ R^1CONHCOR^2 + HX

и сложными эфирами енолов[8]:

R^1CONHR^2 + CH₂=C(CH₃)OCOR^3 ${\displaystyle \to }$ R^1CONR^2COR^3

N-ацетоацетилкарбоксамиды могут быть синтезированы ацилированием амидов дикетеном в присутствии триметилсилилйодида, которые образуют in situ O-триметилсилильный эфир енола, который выступает в роли ацилирующего агента[9].

Из-за пониженной нуклеофильности амидного по сравнению с аминным азота прямое ацилирование амидов ангидридами карбоновых кислот идет в жестких условиях (катализ серной кислотой при нагреве[10]), однако использование эфирата бромида магния MgBr₂•Et₂O в качестве активатора позволяет проводить ацилирование в более мягких условиях[11].

Перегруппировка Мумма

Имиды образуются при перегруппировке изомерных им ацилимидатов (изоамидов):

Исходные ацилимидаты могут быть синтезированы различными методами — в частности, ацилированием серебряных солей карбоновых кислот имидоилхлоридами[12] и через взаимодействие нитрилилидов, образованных in situ из нитрилов и диазосоединений с карбоновыми кислотами[13].

Окисление N-алкиламидов

Имиды могут быть синтезированы окислением N-алкил и N-бензиламидов различными окисляющими агентами:

R^1CONHCH₂R^2 ${\displaystyle \to }$ R^1CONHCOR^2

Окисление может проводиться пероксимоносульфатом калия в присутствии бромида калия и при облучении светом, предполагается, что реакция проходит по радикальному механизму с фотохимическим образованием радикалов брома из Br₂, образующегося при окислении бромида[14].

Реакционная способность и химические свойства

Свойства и реакционная способность имидов сходны со свойствами амидов карбоновых кислот. Индуктивный эффект двух ацильных заместителей при атоме азота обуславливает большую кислотность атома водорода NH-группы, снижает нуклеофильность атомов азота и карбонильного кислорода, а также повышает электрофильность карбонильных атомов углерода ацильных групп по сравнению с амидами.

Реакции NH-группы

Имиды образуют соли со щелочными металлами, стабильные в спиртовых растворах, и которые легко алкилируются по атому азота алкилгалогенидами. Алкилирование калиевой соли фталимида алкилгалогенидами с последующим гидролизом образовавшегося N-алкилфталимида является классическим методом синтеза первичных аминов по Габриелю:

Имиды взаимодействуют с альдегидами и кетонами с образованием соответствующих аминокарбинолов:

R'CONHCOR'' + R'''CHO ${\displaystyle \to }$ R’CON(CHR'''OH)COR'

и в присутствии аминов вступают с ними в реакцию Манниха в качестве «кислотных» компонент:

R’CONHCOR'' + CH₂O + (CH₃)₂NH ${\displaystyle \to }$ R'CON(CH₂N(CH₃)₂)COR'

Имиды, подобно амидам, взаимодействуют с галогенами или гипогалогенитами с образованием N-галогенимидов, более стабильных, чем N-галогенамиды. Наиболее стабильны циклические N-галогенимиды, некоторые из которых (например, N-бромсукцинимид) используются в органическом синтезе в качестве источников галогена.

Циклические N-галогенимиды под действием оснований претерпевают перегруппировку Гофмана с образованием изоцианатов. Так, например, реакция фталимида с гипохлоритом в щелочной среде является промышленным методом синтеза антраниловой кислоты:

Реакции по карбонильной группе

Органические имиды широко применяют в синтезе, аминов, аминокислот, пептидов, гетероциклических соединений, например, в синтезе триазолов по Эйнхорну-Бруннеру:

Примечания

1. imides // IUPAC Gold Book  (неопр.). Дата обращения: 6 июля 2011. Архивировано 21 мая 2013 года.
2. PHTHALIMIDE. Organic Syntheses. 2: 75. 1922. doi:10.15227/orgsyn.002.0075. eISSN 2333-3553. ISSN 0078-6209. Архивировано 23 февраля 2022. Дата обращения: 11 сентября 2020.
3. SUCCINIMIDE. Organic Syntheses. 16: 75. 1936. doi:10.15227/orgsyn.016.0075. ISSN 2333-3553. Архивировано 22 октября 2019. Дата обращения: 11 сентября 2020.
4. β-BROMOETHYLPHTHALIMIDE. Organic Syntheses. 32: 18. 1952. doi:10.15227/orgsyn.032.0018. eISSN 2333-3553. ISSN 0078-6209. Архивировано 21 июля 2019. Дата обращения: 11 сентября 2020.
5. Bozdoğan, Burcu; Erşatır, Mehmet; Demirkol, Onur; Akbaşlar, Dilek; Giray, E. Sultan (1 февраля 2017). Simple and efficient synthesis of N-alkyl and N-aryl succinimides in hot water. Synthetic Communications. 47 (3): 217–223. doi:10.1080/00397911.2016.1258479. ISSN 0039-7911. Дата обращения: 12 сентября 2020. (Full text at ResearchGate)
6. Chiriac, Constantin I; Nechifor, Marioara; Tanasă, Fulga (2007). FORMAMIDE, A NOVEL CHALLENGING REAGENT FOR THE DIRECT SYNTHESIS OF NON-N-SUBSTITUTED CYCLIC IMIDES. Revue Roumaine de Chimie. 52 (8–9): 883–886. ISSN 0035-3930.
7. Liu, Luxiao; Zhang, Hong-Yu; Yin, Guohui; Zhang, Yuecheng; Zhao, Jiquan (1 апреля 2020). Synthesis of N-unsubstituted cyclic imides from anhydride with urea in deep eutectic solvent (DES) choline chloride/urea. Chemical Papers. 74 (4): 1351–1357. doi:10.1007/s11696-019-00969-6. ISSN 1336-9075. Дата обращения: 13 сентября 2020.
8. Rothman, Edward S.; Serota, Samuel; Swern, Daniel (1 марта 1964). Enol Esters. II.1a N-Acylation of Amides and Imides. The Journal of Organic Chemistry. 29 (3): 646–650. doi:10.1021/jo01026a031. ISSN 0022-3263. Дата обращения: 12 сентября 2020.
9. Yamamoto, Yutaka (1981). A New Method for Preparation of N-Acetoacetyl-carboxamides. Synthesis. 1981(2): 122–124. doi:10.1055/s-1981-29355. Дата обращения: 13 сентября 2020.
10. Аненко, Д.; Кодониди, И.; Глушко, А.; Чиряпкин, А.; Смирнова, Л. N-ацилирование амида фенилуксусной кислоты - синтез и изучение термодинамических характеристик реакции. Бюллетень науки и практики. 6 (1): 10–13. doi:10.33619/2414-2948/50/01. ISSN 2414-2948. Архивировано 31 октября 2020. Дата обращения: 12 сентября 2020.
11. Yamada, Shinji; Yaguchi, Setsuko; Matsuda, Kaori (21 января 2002). N-Acylation of amides with acid anhydrides by way of dual activation using MgBr2·OEt2. Tetrahedron Letters. 43 (4): 647–651. doi:10.1016/S0040-4039(01)02208-0. ISSN 0040-4039. Дата обращения: 12 сентября 2020.
12. Schwarz, J. S. Paul. (Сентябрь 1972). Preparation of acyclic isoimides and their rearrangement rates to imides. The Journal of Organic Chemistry. 37 (18): 2906–2908. doi:10.1021/jo00983a028. eISSN 1520-6904. ISSN 0022-3263. Архивировано 28 сентября 2021. Дата обращения: 18 сентября 2020.
13. Chen, Jijun; Shao, Ying; Ma, Liang; Ma, Meihua; Wan, Xiaobing (16 ноября 2016). In situ generation of nitrilium from nitrile ylide and the subsequent Mumm rearrangement: copper-catalyzed synthesis of unsymmetrical diacylglycine esters. Organic & Biomolecular Chemistry. 14 (45): 10723–10732. doi:10.1039/C6OB02037B. ISSN 1477-0539. Архивировано 10 марта 2022. Дата обращения: 18 сентября 2020.
14. Mei, Chong; Hu, Yixin; Lu, Wenjun (Август 2018). Visible-Light-Driven Oxidation of N-Alkylamides to Imides Using Oxone/H2O and Catalytic KBr. Synthesis. 50 (15): 2999–3005. doi:10.1055/s-0036-1591575. eISSN 1437-210X. ISSN 0039-7881. Дата обращения: 18 сентября 2020.

Литература

• Имиды // Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. — 2-е изд., вновь перераб. и значит. доп. — Т. 1—2. — СПб., 1907—1909.
• Имиды кислот — статья из Большой советской энциклопедии.