Пояснения к синтезу

Реакции электрофильного замещения водорода в кольце ароматических аминов имеют ряд особенностей, обусловленных наличием у атома азота неподеленной электронной пары. С кислотами, которые используются в качестве электрофильных реагентов, амины реагируют, прежде всего, как основания с образованием солей:

Из двух форм  свободного амина I и его соли II  первая содержит сильный электронодонорный заместитель -NH₂, а вторая – сильнейший электроноакцептор  группу -NH₃⁺.

Электрофильное замещение в солях типа II происходит значительно медленнее, чем в молекулах свободных аминов I. Ориентирующее действие амино- и аммонийной группы также различно: группа NH₂ – сильный орто-пара-ориентант, а группа -NH₃⁺ направляет электрофильные частицы в мета-положение.

В сильнокислой среде (в концентрированных кислотах: серной, соляной и т.п.) равновесие (1) почти полностью сдвинуто вправо при условии, что ароматическое ядро не содержит сильных электроно-акцепторных заместителей R. Из-за дезактивирующего влияния группы -NH₃⁺ сульфирование анилина до сульфаниловой кислоты при комнатной температуре не происходит. Для сравнения можно указать на то, что при действии концентрированной серной кислоты на фенол последний легко превращается в смесь орто-, пара-сульфокислот и 2,4-дисульфокислоты фенола.

Следует, однако, отметить, что даже в сильнокислых растворах очень активные электрофильные реагенты и окислители способны взаимодействовать со свободным амином, присутствующим в этих условиях в ничтожной концентрации. Например, концентрированная азотная кислота энергично окисляет анилин (в форме I) и в то же время реагирует с его солью (форма II), образуя некоторое количество мета-нитроанилина. При действии концентрированной азотной кислоты на анилин образуется много продуктов осмоления и следы мета-нитро­анилина. Для получения из анилина п-нитроанилина, п-броманилина и т.п. приходится прибегать к методу “защиты” аминогруппы, а точнее к ее временной дезактивации путем ацилирования.

Например, п-нитроанилин получают следующим образом:

Превращения анилина в сульфаниловую кислоту включают в себя стадии (5 – 7), аналогичные превращениям (2 – 4) с тем отличием, что в случае сульфирования анилина все последовательные реакции проходят в одном сосуде и промежуточные вещества не выделяются.

Большинство сульфокислот очень хорошо растворяется в воде. В отличие от них сульфаниловая кислота, как и другие ароматические аминосульфокислоты, сравнительно малорастворима: в 100 мл воды при 20 С может раствориться только около 1 г кислоты. Аминосульфокислоты в кристаллическом состоянии существуют в форме биполярных ионов, которые также называют внутренними солями или цвиттер-ионами. Образование биполярного иона происходит в результате внутримолекулярного взаимодействия аминогруппы, обладающей слабо-основными свойствами, с сульфогруппой, кислотные свойства которой по силе сопоставимы с серной кислотой:

Органические соединения, образующие биполярные ионы, имеют очень прочные ионные кристаллические решетки. Энергии, выделяющейся при гидратации частиц VI, недостаточно для компенсации энергетических затрат, необходимых для разрушения кристаллической решетки сульфаниловой кислоты. Это и является причиной малой растворимости сульфаниловой кислоты в воде.