Галогенангидриды кислот представляют собой производные карбоновых кислот, в которых гидроксильная группа карбоксильной функции заменена атомом галогена. Общая формула соединений имеет вид R–C(O)–X, где R — алкильный или арильный радикал, а X — атом галогена, чаще всего хлора. Наибольшее практическое значение имеют хлорангидриды, в то время как бром- и фторангидриды применяются реже из-за нестабильности и трудности получения.
Молекула галогенангидрида обладает сильной полярностью за счёт электроноакцепторного влияния атома галогена и карбонильной группы. Это делает данные соединения высокоактивными в реакциях нуклеофильного замещения.
Действие галогенирующих агентов на карбоновые кислоты
Наиболее распространён метод получения хлорангидридов — реакция кислоты с тионилхлоридом SOCl₂, оксихлоридом фосфора POCl₃ или пятихлоридом фосфора PCl₅:
RCOOH + SOCl₂ → RCOCl + SO₂ + HCl
Данный метод ценен из-за лёгкости удаления летучих побочных продуктов.
Использование фосгеноподобных реагентов Применяют дифосген или трифосген, позволяющие мягко переводить кислоты в соответствующие хлорангидриды.
Замещение в ангидридах кислот Галогенангидриды могут быть получены реакцией симметричных ангидридов кислот с хлороводородом или с галогенсодержащими реагентами.
Галогенангидриды — бесцветные жидкости с резким раздражающим запахом, дымящиеся на воздухе вследствие гидролиза парами воды. Плотность и температура кипения зависят от природы радикала R и галогена. Почти все соединения токсичны, многие обладают слезоточивым действием.
1. Гидролиз Галогенангидриды легко гидролизуются водой:
RCOX + H₂O → RCOOH + HX
Реакция протекает бурно, сопровождается выделением паров хлороводорода или другого галогеноводорода.
2. Взаимодействие со спиртами При взаимодействии со спиртами образуются сложные эфиры:
RCOCl + R′OH → RCOOR′ + HCl
3. Взаимодействие с аминами С первичными и вторичными аминами галогенангидриды образуют амиды кислот:
RCOCl + 2R′NH₂ → RCONHR′ + R′NH₃Cl
Реакция используется как основной метод синтеза амидов.
4. Реакции с солями карбоновых кислот Галогенангидриды вступают в реакцию с солями кислот с образованием симметричных и смешанных ангидридов.
5. Взаимодействие с органомагниевыми соединениями Под действием реактивов Гриньяра возможно получение кетонов:
RCOCl + R′MgX → RCOR′ + MgXCl
6. Реакции с гидридами металлов С комплексными гидридами (LiAlH₄, NaBH₄) хлорангидриды восстанавливаются до первичных спиртов через промежуточное образование альдегидов.
Высокая реакционная способность обусловлена хорошей уходящей способностью аниона галогена и сильным электронноакцепторным влиянием карбонильной группы. Механизм большинства реакций — нуклеофильное замещение при карбонильном атоме углерода (S_Nacyl). В ходе процесса нуклеофил атакует электрофильный центр — атом углерода в группе C=O, образуется тетраэдрический интермедиат, после чего уходит галогенид-анион.
Галогенангидриды кислот широко используются как ключевые промежуточные продукты органического синтеза:
Из-за высокой реакционной способности галогенангидриды обладают сильным раздражающим действием на слизистые оболочки и дыхательные пути. При контакте с кожей вызывают ожоги. Работа с ними требует применения вытяжных шкафов, защитных очков и перчаток. В биологических системах они неустойчивы и быстро гидролизуются, однако некоторые производные находят применение в фармакологии для синтеза биоактивных молекул.