Базы данных
База данных понятий
Сульфонамиды, или амиды сульфоновых кислот RSO2NR2, в зависимости от числа заместителей у атома азота классифицируют как незамещенные RSO2NH2, моно- RSO2NHR1 и дизамещенные RSO2NR1R2. Моно- и дизамещенные называют также соответственно первичными и вторичными сульфонамидами. Обычно аренсульфонамиды являются стабильными бесцветными твердыми веществами, но некоторые алкансульфонамиды представляют собой маслообразные жидкости. Многие сульфонамиды имеют промышленное значение, а производные п-аминобенлолсульфонамида широко используются в борьбе с микробными инфекциями.
Незамещенные и монозамещенные сульфонамиды являются слабыми кислотами. Дисульфонамиды значительно более сильные кислоты. Являясь кислотами, незамещенные и монозамещенные сульфонамнды образуют соли, которые часто растворимы в основаниях. На этой растворимости основан тест Хинсберга для распознавания первичных, вторичных и третичных аминов. Первичные и вторичные (но не третичные амины) реагируют с бензолсульфонилхлоридом в водном основании с образованием соответствующих сульфонамидов. Сульфонамиды, полученные из первичных аминов, растворяются в основании, а сульфонамиды на основе вторичных аминов не растворяются. Однако растворимость в основании зависит от размера молекулы амина. Бензолсульфонамиды, полученные из циклогексил- и циклогептиламинов, не растворяются в 10%-ном растворе гпдроксида натрия, но растворяются в 10%-ном растворе гпдроксида калия.
Методы получения сульфонамидов
Обычно сульфонамиды получают обработкой сульфонилхлоридов аммиаком, первичными или вторичными аминами в присутствии основания. В качестве побочного продукта обычно образуется дисульфонамид, особенно в тех случаях, когда в реакции используется недостаточное количество амина.
Иногда сульфонамиды получают из арилсульфонатов; в этом случае замещение нуклеофилом — амином происходит у атома серы а не у ароматического углеродного атома. Незамещенные сульфонамиды образуются при гидролизе сульфонилизоцианатов, при восстановлении сульфонилазидов или при обработке сульфинилхлоридов гидроксиламином.
Под действием некоторых оснований незамещенные и монозамещенные сульфониламиды превращаются в нуклеофилы, которые могут участвоватьво многих реакциях замещения и присоединения, в результате которых могут быть получены новые сульфамиды.
Циклические сульфонамиды (сультамы) с размером цикла большим 3, стабильны. Четырехчленные сультамы часто синтезируют реакциями циклоприсоедииения, а пяти- и шестичленные циклы — путем внутримолекулярного N-алкилирования; например, Cl(CH2)4SO2NHC6H5 циклизуется под действием ацетата натрия. Под действием алкоксид-иона N,N-диарил-п-толуолсульфонамид может расщепляться, образуя диариламин. Дисульфониламины, которые иногда образуются в качестве нежелательных побочных продуктов в синтезе монозамещенных сульфонамидов, можно получать обработкой анионов сульфонамидов сульфонилхлоридом.
Сульфонамиды получаются также при окислении сульфенамидов и сульфинамидов.
Реакции сульфонамидов
Гидролиз сульфонамидов обычно проводят в кислом растворе, скольку связь сера—азот не разрывается под действием оснований. Наиболее часто используют концентрированные соляную и серную кислоты. Если освобождающимся амином является анилин и гидролиз проводится в среде серной кислоты, то часто происходит сульфирование анилина. Разрыв связи углерод-азот происходит в тех соединениях, из которых легко образуется карбокатион. Например, из N-трет-бутил-п-толуолсульфонамида в соляной кислоте образуются трет-бутилхлорид и п-толуолсульфонамид.
Водные растворы оснований гидролизуют сульфонамиды только в жестких условиях или в тех случаях, когда часть молекулы содержащая азот, является очень хорошей уходящей группой. При сплавлении замещенных бензолсульфонанилидов с 80%-ным гидроксидом натрия анилин образуется только в тех случаях, когда заместителями были группы 2-NO2, 4-NO2, 3-NO2 или 2,4-(NO2)2; выходы при этом колеблются от средних до плохих, однако анилин не образуется совсем, если заместителями были метильные группы в положениях 2, 4 и 6 или водород. При этом никакие сульфоновые кислоты не были выделены. Аналогично ведут себя N-метилбензолсульфонанилиды с теми же заместителями, хотя, по-видимому, «уходящая» способность азота в этих соединениях увеличивается. Вероятно, эти процессы происходят путем атаки гидроксид-ионом атома углерода с последующим разрывом связи углерод — сера. При нагревании с алкоксидами, например с изопентоксидом натрия, N,N-диалкил-, N,N-диарил- или аралкилбензолсульфонамиды легко расщепляются в амины. Возможен также обмен одной аминогруппы на другую. Например, п-толуолсульфонанилид получается при нагревании п-толуолсульфонамида с гидрохлоридом анилина; известно большое число других примеров.
Сульфонамиды не восстанавливаются при каталитическом гидрировании, а также алюмогидридом лития, за исключением некоторых дизамещенных соединений, которые восстанавливаются в амин и тиол или сульфиновую кислоту. Под действием борогидрида натрия в гексаметаполе N-алкилдисульфониламины превращаются в алканы. При действии бромистоводородной и иодистоводородной кислоты, а также цинка в соляной кислоте и лития или натрия в амине или спиртовых растворителях происходит восстановительное расщепление сульфонамидов с образованием аминов и производных серы(II). Под действием окислителей связь сера—азот не разрывается, но в нескольких случаях происходил разрыв связи углерод — азот с образованием синтетически полезных соединений.
Под влиянием сульфонильной группы связи азот—водород становятся более кислыми; это обсуждалось выше при рассмотрении алкилирования и арилирования по атому азота. Хлорангидриды и ангидриды карбоновых кислот и их ароматические эфиры ацилируют сульфонамиды с образованием N-ацилсульфониламидов. Сульфонамиды присоединяются также к активированным кратным связям. При присоединении к акрилонитрилу, катализируемом основанием, образуются моно- или дицианэтилированные аддукты в зависимости от числа кислых водородных атомов. При взаимодействии незамещенных сульфонамидов с азотной кислотой образуются нитрамиды, а с азотистой кислотой — сульфоновые кислоты. Поскольку кристаллические сульфонамиды можно легко очистить, то в результате этой реакции получают чистые сульфоновые кислоты. Из монозамещенных сульфонамидов образуются N-нитрозопроизводные; N-нитрозо-N-метил-п-толуолсульфонамид используют для получения диазометана действуя на него щелочью.
Кислотность α-C—Н-связей в сульфонамидах может быть обнаружена лишь при отсутствии атомов водорода у атома азота. N,N-Диарил- или N-алкил-N-арилбензолсульфонамиды перегруппировываются в о-аминодиарилсульфоны при обработке литийорганическими реагентами. Эти реакции происходят путем металлирования обоих ароматических колец, одного в орто-положение к атому серы и другого в орто-положение к атому азота. Под действием последнего карбанионного центра происходит замещение у атома серы с образованием сульфона. Наблюдались и другие реакции карбанионов, стабилизированных сульфонилыюй группой.
Хорошо известны N-хлор- и N,N-дихлорсульфонамиды, представляющие собой стабильные соединения. В качестве антисептических средств широко применяют натриевую соль N-хлор-п-толуолсульфонамида (хлорамин Т), N,N-дихлор-п-толуолсульфонамид (дихлорамин Т) и натриевую соль N-хлорбензолсульфонамида (хлорамин В). N,N-Дихлорсульфонамиды легко получают хлорированием незамещенных сульфонамидов в присутствии основания. При обработке их гидроксидом натрия образуются натриевые соли N-хлорсульфонамидов, которые можно также получить взаимодействием незамещенного сульфонамида с гипохлоритом натрия. Хлорамин Т устойчив в воде. При нагревании его с разбавленным основанием образуется п-толуолсульфонамид, а при обработке кислотой он диспропорционирует в дихлорамин Т и п-толуолсульфонамид.
Известны также соответствующие N-бром- и N,N-дибромпроизводные сульфонамидов, получаемые аналогичными методами. Однако при их синтезе возможно отщепление сульфонамидной группы с замещением ее на бром.
N,N-Дихлорсульфонамиды, а также бромпроизводные, присоединяются к олефинам. Эти производные сульфонамидов используют в качестве галогенирующнх агентов. Ацетанилид можно хлорировать в п-хлорацетанилид действием дихлорамина Т, а анизол превращается в п-броманизол при обработке N,N-дибромбензолсульфонамидом. N,N-Дихлорметансульфонамид реагирует с циклическими простыми эфирами и углеводородами с образованием продуктов внедрения по связи углерод—водород; например, при взаимодействии его с тетрагидрофураном образуется N-тетрагидрофурилметансульфамид. Полагают, что эти превращения происходят без участия свободных нитренов. Из сульфидов под действием N-хлорсульфонамидов образуются сульфимиды, аналогично ведут себя производные фосфора, мышьяка и сурьмы. Хлорамин Т можно использовать для превращения 1,3-дитиоланов и 1,3-дитианов в соответствующие карбонильные соединения, а также для аминировання в аллильное положение и для цис-гидроксиаминировання.