Одним из важнейших типов реакций ароматических аминов является замещение одного электрофила (обычно - протона) другой электро-нодефицнтной частью. В этих реакциях используют разнообразные электрофильные агенты, и они являются путем получения многих новых замещенных азотсодержащих ароматических соединений. Более того, когда эти реакции применяют к аминам, которые уже содержат один или более заместителей, то для них характерны явления региоселективности (специфичности и направления замещения), выборочной реакционной способности, которые объясняются теорией замещения, основные закономерности которой уже были рассмотрены ранее в отдельных главах.
Ароматические амины содержат кольцо, активированное для разнообразных реакций электрофильного ароматического замещения, среди которых следует выделить:
Статья: Реакции электрофильного замещения в ароматических аминах
- Галогенирование;
- Нитрование;
- Сульфирование;
- Формилирование;
- Нитрозирование.
Эти реакции для ароматических аминов удается проводить в мягких условиях и под действием слабых электрофильных агентов.
Галогенирование
Галогенирования аренаминов находится в зависимости от природы галогена и условий реакции и происходит, как правило, с получением три-галогенаренаминов. Так, при воздействии на анилин бромной воды реакция проходит легко с образованием триброманилина:
Рисунок 1.
Аналогично взаимодействует с анилином йод.
Ход реакций галогенирования подтверждает сильное активирующее влияние аминогруппы на процессы электрофильного замещения.
Для введения одного атома галогена необходимо уменьшить активирующее влияние аминогруппы. Это достигается ее ацилированием с помощью уксусного ангидрида или другого ацилирующего агента.
Рисунок 2.
Характерной особенностью является строгое паpa-ориентирующее влияние ациламиногруппы.
Нитрование
Нитрование аренаминов непосредственным взаимодействием с азотной кислотой не проводят вследствие способности $HNO_3$ окислять аминогруппу. Кроме того, оксиды азота, образующиеся при окислении, способны диазотировать аминогруппу. Поэтому предварительно аминогруппу обязательно защищают:
Рисунок 3.
Для получения мета-нитроанилина используют мета-динитробензол, для восстановления которого применяют сульфиды или гидросульфиды щелочных металлов, которые способны восстанавливать только одну нитрогруппу.
Сульфирование
Сульфирование аренаминов проводят сильноразведенным раствором серной кислоты. При этом образуется в основном смесь орто- и пара-изомеров согласно правилам ориентации:
Рисунок 4.
Однако в таких условиях реакция сульфирования происходит медленно, часто с получением мета- изомера, количество которого возрастает с повышением концентрации кислоты. Это объясняется протонизацией аминогруппы, которая переходит в анилиновую. Считают, что при этом исчезает сопряжение электронной пары азота с бензольным кольцом и аммониевая группа становится мета-ориентантом:
Рисунок 5.
Аналогичная картина наблюдается при нитровании незащищенных аренаминов, где количество мета изомера может быть значительной. Поэтому, как и в предыдущих процессах, сульфирование аренаминов проводят, как правило, с защищенной аминогруппой.
Широкое применение в производстве азокрасителей и лекарственных препаратов приобрела сульфаниловая кислота, которую синтезируют без предварительной защиты аминогруппы в жестких условиях с использованием концентрированной серной кислоты. Сначала образуется гидросульфатная соль анилина, которая при нагревании превращается в фениламид сульфоновой кислоты. Последняя в условиях реакции путем внутримолекулярной перегруппировки дает сульфаниловуб кислоту:
Рисунок 6.
Сульфаниловая кислота содержит одновременно кислотную ($-SO_2OH$) и основную ($-NH_2$) группы. Поэтому она существует в виде цвитер-иона :
Рисунок 7.
в результате чего она слабо растворяется в воде в отличие от аренсульфоновых кислот. Но благодаря своим кислотным свойствам при взаимодействии со щелочами или с содой сульфаниловая кислота образует соответствующие водорастворимые соли:
Рисунок 8.
На основании сульфаниловой кислоты синтезированы большое количество (6000) сульфамидных препаратов, из которых примерно 20 имеют антибактериальные свойства и применяются в медицинской практике.
Один из высокоэффективных сульфамидных препаратов - белый стрептоцид в промышленности получают сульфированием защищенного анилина:
Рисунок 9.
$п$-Анилинсульфоновая (метаниловая) кислота также используется для синтеза лекарственных препаратов. Ее получают реакцией сульфирования нитробензола в жестких условиях с последующим восстановлением нитрогруппы.
