Синтез ментола

      Восстановление  по Меервейну-Понндорфу используется при синтезе левомицетина, мезатона, фетанола и ряда других препаратов: 

      

3. Восстановление гидридами  металлов

 

      Гидриды металлов, особенно алюмогидрид лития (LiAlH₄) и боргидрид лития LiBH₄ или натрия NaBH₄, обладают сильными восстановительными свойствами и используются для восстановления полярных соединений, имеющих двойные связи углерод - гетероатом.

      А) Алюмогидрид лития – комплексное солеобразное соединение с формулой Li^ÅAlH₄^-, которое медленно растворяется в эфирах с образованием новых коплексов – эфиратов.

      Алюмогидрид лития восстанавливает:

       

 

      карбонильные соединения, карбоновые кислоты и все их кислород и галогенсодержащие производные до спиртов, азотсодержащие производные и алифатические нитросоединения – до аминов, а также галогениды и спирты - до углеводородов.

      По  легкости восстановления субстраты  можно расположить в следующем  порядке: альдегиды > кетоны > эфиры > ангидриды > кислоты > нитрилы > амиды > нитрогруппы.

      Алюмогидрид лития восстанавливает практически все связи углерод-гетероатом, но не двойные связи углерод-углерод. Такая селективность позволяет восстановить функциональные группы в ненасыщенных углеводородах.

      Восстановление  протекает в мягких условиях и обычно с высокими выходами. Добавление к алюмогидриду лития эквимолярного количества хлорида алюминия значительно увеличивает его восстанавливающее действие, что, по-видимому, связано с образованием гидрида алюминия и хлорида лития.

      Восстановление  алюмогидридом лития протекает в безводной среде, как правило, в эфире. Вместо диэтилового эфира в качестве растворителей можно использовать тетрагидрофуран, дибутиловый эфир, морфолин и др. Применение этих растворителей позволяет проводить восстановление при более высокой температуре, чем в диэтиловом эфире. Для увеличения растворимости субстрата эфиры иногда смешивают с бензолом или толуолом.

      Работа  с алюмогидридом лития требует особых мер предосторожности. Важно избегать контакта алюмогидрида лития с водой, так как это вызывает бурное разложение продукта с выделением немедленно воспламеняющегося водорода. Тщательное обезвоживание растворителей является обязательным условием для работы с алюмогидридом лития.

Алюмогидрид лития применяют:

а) для восстановления этилового эфира себациновой кислоты с лучшим выходом, чем в других методах (в синтезе противогрибкового препарата декамин):

      б) в одном из способов синтеза пиримидиновой  компоненты витамина В₁:

      

      в) в синтезе октадина:

      

3.Восстановление  соединениями серы

 

В промышленности применяются редко, т.к. имеются более удобные восстановители и утилизация сточных вод, содержащих вредные соединения серы (сероводород), вызывает серьезные трудности (недостаток). Впервые сульфид для этой цели применил Н.Н.Зинин, получивший анилин при восстановлении нитробензола сульфидом аммония.

3.1. Восстановление нитросоединений до аминов сульфидами щелочных металлов

 

      Для этих целей используют - сульфид и полисульфиды натрия Na₂S_n (n = 2, 3…) и гидросульфид (сульфгидрат) натрия NaHS.

      Полисульфиды натрия получают нагреванием раствора Na₂S с рассчитанным количеством серы:

      

      Схемы реакций восстановления сульфидами щелочных металлов:

      

      

      

      

      При восстановлении нитросоединений сульфидом натрия возрастает щелочность среды, что благоприятствует образованию азокрасителей и снижает выход целевого продукта и ухудшает его качество.

      Восстановление  трисульфидом Na₂S₃ проходит с выделением серы, освобождение от которой представляет значительные трудности.

      Восстановление  гидросульфидом и дисульфитом натрия значительно удобнее, однако, их приходится приготавливать перед использованием, насыщая водный или спиртовый раствор едкого натра рассчитанным количеством сероводорода либо сплавлением сульфида натрия с серой.

Методика  восстановления. К нагретой до температуры 80-90°С или до кипения эмульсии или суспензии нитросоединения в воде постепенно, при сильном перемешивании приливают 15-25% раствор сульфида. Избыток сульфида должен составлять 20-40% (при полном восстановлении), а при частичном восстановлении – не более нескольких процентов. Длительность восстановления сильно зависит от температуры и обычно составляет несколько часов. 
 

      Достоинства метода: продукт реакции выделяется легче, технология проще, коррозия оборудования значительно меньше, большая селективность, чем при использовании чугунной стружки. Метод позволяет  избирательно восстанавливать одну нитрогруппу  в полинитросоединениях, не затрагивая остальные, либо все нитрогруппы, а в нитроазосоединениях восстанавливать нитрогруппу, не затрагивая азогруппы.

      Недостатки: производство опасное, требуется особая герметизация оборудования, экологические трудности. 
 
 
 
 
 
 
 

      4. Восстановление ароматического  кольца ведут при 150 ± 30°С и давлении выше 70 атм, например, в синтезе ментола из тимола:

      В аналогичных условиях восстанавливают  производные пиридина:

      

      Не  смотря на сильные отличия условий  восстановления, следует отметить, что ароматические кольца восстанавливаются  наиболее трудно: при 70-100 атм и температурах выше 100^оС. Остальные функции - при давлении до 30 атм и температурах ниже 100^оС. 
 
 

      5. Восстановительное аминирование (реакция альдегидов и кетонов с аммиаком и водородом в присутствии никеля Ренея) используется в синтезах асалина, изопротана, бутамида, бензамона, фенамина и др.:

Метилбензилкетон, 12-15% водный аммиак и никель Ренея нагревают в автоклаве и при 60-65°С пропускают водород 1 час под небольшим давлением. Затем водород вытесняют азотом, катализатор отфильтровывают под слоем водного аммиака, фильтрат упаривают и получают техническое основание фенамина. Выход продукта 90-91%.

      Карбонильная  и карбоксильная  группы более устойчивы к восстановлению, чем алкены и алкины. Продуктами реакции являются соответствующие спирты. Для получения спиртов пригодны почти все упомянутые выше катализаторы.

      Возможно  каталитическое восстановление карбонильной группы до метиленовой (ср. метод Клемменсена).

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.2. Выбранные реакции

Для нашей цепочки  мы выбрали две основные стадии:

1.        Реакция алкилирования по Фриделю-Кравтсу- является одной из известных реакции алкилирования. И широко известной в промышленном производстве.

        Алкилирование алкилгалогенидами: - используется наиболее широко. В нашем случае проводиться при прибавлении

 йодизопропила в присутствии кислот Льюиса(мы выбрали AlВr3 – самый активный из Апротонных кислот).

          (CH3)2CHJ мы выбрали т.к нам необходимо приссоеденить к

М-крезолу карбакатион - изопропил в орто положение относительно ОН заместителя.

RJ , обеспечивает для этого  нужный нам продукт в составе 49%. 

 

    
 
 

      Механизм  реакции алкилирования аренов по Фриделю-Крафтсу представляет собой обратимое электрофильное замещение (S_E):

 
 

      Скорость  реакции определяется устойчивостью s-комплекса. Электронодонорные заместители в ядре, стабилизирующие s-комплекс, ускоряют реакцию, а электроноакцепторные - дестабилизируют s-комплекс и затрудняют  реакцию 

•         Направление реакции в мягких  условиях определяется устойчивостью s-комплекса (кинетический контроль) и выполняются правила ориентации.

2. Восстановление ароматического кольца при 150 ± 30°С и давлении выше 70 атм. синтез ментола из тимола:

 

      Восстановление бензола и его гомологов многими сильными восстановителями, легко превращающими обычные этиленовые связи в одинарные, например крепкой иодистоводородной кислотой, идет лишь с большим трудом.

Поэтому мы выбрали  метод в ктором в присутствии мелкораздробленных металлов ( никель, платина, палладий) ароматические углеводороды легко присоединяют шесть атомов водорода и переходят в соединения ряда циклогексана.

К тому же:

      Активность никелевых катализаторов испытывалась восстановлением бензола .В этих работах было установлено, что высокая активность катализатора достигалась при минимальном агрегировании атомов никеля. 
 
 

Вывод: В ходе работы мы постадийно разобрали синтез ментола.

Определили достатки и недостатки каждой реакции.

И в итоге  подобрали наиболее подходящие и понравившиеся для данного синтеза.