18_2005(nucleo_aliphatic) (Лекционный курс)
Описание файла
Файл "18_2005(nucleo_aliphatic)" внутри архива находится в папке "Лекционный курс". PDF-файл из архива "Лекционный курс", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "органическая химия" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Лекция 18Алифатическое нуклеофильноезамещение Errando discimus Мы учимся на ошибках Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углеродав алкилгалогенидах, как метод создания связи углерод-углерод,углерод-азот, углерод-кислород, углерод-сера, углерод-фосфор(получение алкилгалогенидов, спиртов, тиолов, простых эфиров,нитросоединений, аминов, нитрилов, сложных эфиров и др.). Классификация механизмов реакций нуклеофильного замещения.Основные характеристики SN1, SN2 реакций.
Энергетическийпрофиль реакций. Реакции SN2-типа. Кинетика, стереохимия,вальденовское обращение. Реакции SN1-типа. Кинетика, стереохимия, зависимость SN1процесса от природы радикала, уходящей группы, растворителя.Карбокатионы, факторы, определяющие их устойчивость. Понятиеонуклеофильности.Факторывлияющиенануклеофильность, нуклеофильность и основность. α-Эффект.Влияние природы радикала и уходящей группы субстрата, природынуклеофильного агента и растворителя на скорость SN2 реакций.Принцип ЖМКО. Метод межфазного переноса и его использование в органическомсинтезе.1ROR + Hal1RSR + Hal1RCN + Hal1Hal + R Hal'RHal + Hal'ROH + RHalROR + HHalHOH + RHalROH + HHalRO + R HalRS + R HalCN + R HalДва механизма алифатического нуклеофильного замещенияRNuZNu: +R+ Zнуклеофуг уходящая группаSN1 механизм мономолекулярныйСначала отщепляетсяуходящая группаH HPhClHPhSHДалее присоединяетсянуклеофилPhH HPhSPhClSN2 механизм бимолекулярныйH HPhSPhClПрисоединение нуклеофила и отрывуходящей группы происходит одновременноH HPhSPhЭнергетический профиль SN1 замещенияЭнергетический профиль SN2 замещенияК.ИнгольдЭ.
ХьюзMeIMeSMe + IскоростьскоростьMeSконцентрация MeIконцентрация MeSNav = k2[MeSNa][MeI]медленноOHBrбыстростадия 2: реакция карбокатионаскоростьскоростьстадия 1: образование карбокатионаконцентрация tBuBrOHконцентрация NaOHv = k1[t-BuBr]скорость реакции не зависит от концентрации нуклеофилаXRXRXRXструктураMeтипметилпервичныйSN1 реакция ?не идётне идётдахорошоSN2 реакция ?хорошохорошодане идётHHHRвторичныйRRтретичныйMeX + Nu--MeNu + XO-нуклеофилpKa сопряжённой кислотыСкорость SN2реакцииHO-15.7 (H2O)быстроRCO2-~ 5 (RCO2H)приемлемоH2O- 1.7 (H3O+)медленноRSO2O--7 (RSO2OH)медленноГалоген X в MeXpKa сопряжённой кислоты HX Скорость реакции cNaOHF+3очень медленноCl-7среднеBr-9быстроI- 10очень быстроОтносительные скорости реакции (H2O = 1) нуклеофилов с MeBr-Нуклеофил AcO ClСкорость--PhO--PhSHO4900 1100 2000 1.2*10 5*107Скорость реакции (105k, s-1) нуклеофилов с PhCH2SPh2-Нуклеофил AcO ClСкорость3.9-4.0PhOHOPhS-3.874107--Скорость сольволиза в 50% водном этанолеCl0.07SN2Cl0.12SN1, но плохоCl2100Cl1.0S N1130000SN1 аллильныйтретичный7700SN1 бензильныйClPhSN1 прекрасноClтретичныеспиртыаллиловыеспиртыHBrBrOHHBrBrOHHOHбензиловыеспиртыBrстабильныекарбокатионыСтадия 1: образование карбокатионаH2 OHOHOH2Стадия 2: присоединение нуклеофила к карбокатионуBrBrBrУстойчивые карбокатионыOH+OH+Hрассеченная конформацияПолучение тритиловых эфировPhClPh +RCH2OHPhPhPhOPyRPhTrClPhClPhHOPhRPhPhPhOHNCCl4AlCl3PhClPhPhRСтабильные карбокатионы как интермедиаты в SN1 реакцияхТип катионаалкильныйпростойвторичный (не так хорошо)i-Pr катионтретичный (хорошо)t-Bu катионMeMeMe3CMe2CH= Me= HMeMeсопряжённыйбензильныйаллильныйHHHстабилизированныйгетероатомомкислородом(ион оксония)HMeOазотомHHMe2NMeOHHHHMe2NHHРазные стереохимические результаты SN1 и SN2HOHSO2ClFHHH 2OOHSbF5(+)-(S)-втор-бутанолрацемическийвтор-бутанолвтор-бутил катионHOHOH50%=H2O:HS(+)-(S)-втор-бутанол50%H2O:HOH=50%HOH50%R(-)-(R)-втор-бутанолВальденовское обращение конфигурации при SN2H OHO ClSO(+)-(S)-втор-бутанолOOO OSH ONTsClпара-толуолсульфонилхлоридпиридин(+)-(S)-втор-бутилпара-толуол сульфонат[(+)-(S)-втор-бутил тозилат]OBu4NCH3CO2DMFSN2 реакцияO OSH OH2OHOHO H(-)-(R)-втор-бутанолоптически активныйвтор-бутил ацетатSN 1РАЦЕМИЗАЦИЯH OH(+)-(S)-втор-бутанолHSO2ClFH OHH2OSbF5рацемический(-+)-втор-бутанолвтор-бутилкатионTsClпиридинH OTsBu4NAcODMFAcO HNaOHH2OHO H(-)-(R)-втор-бутанолSN2ИНВЕРСИЯHNuHреагентыX(-)Nu(-)XHNuHHпереходное состояниеH+ XпродуктыП.
Вальден (1895г.)Относительные скорости SN2 реакции алкил хлоридов с иодид иономАлкил хлоридОтносительная скоростьMeCl200наименее затруднённый алкил хлорид0.02вторичный алкил хлорид; медленно из-за стерическихзатруднений79аллил хлорид; π-сопряжение в переходном состоянииClClClMeO200920Clбензил хлорид; π-сопряжение в переходном состояниилучше чем в случае аллил хлоридасопряжение со свободной электронной парой кислородаускоряет реакциюOCl100 000сопряжение с карбонильной группой более эффективно,α-карбонил галогениды наиболее реакционноспособныеSN2 реакция аллил бромидаROстабилизацияпереходного состояниявследствие сопряженияс π аллильными электронамиORBr( -)ORHHBr(-)SN2 реакция бензил бромидаORROBr(-)ORстабилизацияпереходного состояниявследствие сопряженияс бензольным кольцомHHBr( -)OBrSN 2OONNHHNα-аминокетонБензил хлорид для которого характерен SN1 механизмNuClMeONuMeOMeOБензил хлорид для которого характерен SN2 механизмNuClONONuSN2ONOСтруктурные вариации для SN1 и SN2 реакцийТип электрофильного атома углеродаSN1 реакцияSN2 реакцияметил (CH3-X)не идёточень хорошопервичный алкил (RCH2-X)не идётхорошовторичный алкил (R2CH-X)идёттретичный алкил (R3С-X)очень хорошоне идёталлильный (CH2=CH-CH2-X)идётхорошобензильный (ArCH2-X)идётхорошоα-карбонил (RCO-CH2-X)не идётотличноα-алкокси (RO-CH2-X)отличнохорошоα-амино (R2N-CH2-X)отличнохорошоидётXскорость нуклеофильного замещенияBrBr1Br7101010Влияние нуклеофила на протекание реакцииОтносительные скорости (H2O = 1) реакции с MeBr в EtOHНуклеофил XpKa HXОтносительная скорость-101.2*105BrCl--95.0*103-71.1*103F-+30I-Нуклеофильность - кинетическое понятие,Основность - термодинамическое понятие. Нуклеофильность возрастает при переходе каниону HO->H2O возрастает для нуклеофилов одной природы сувеличением основности HO->PhO->AcO->TsO возрастает в периоде CH3->NH2->OH->F возрастает в группе I- >Br- >Cl- >F возрастает при уменьшении сольватации α-эффект (NH2NH2, NH2OH, HOO-)Уравнение Свена-СкоттаНуклеофилnСН3ОН0,0рKaсопряженнойкислоты-1,7NO3-1,5F-n=lg(knu/kMeOH)НуклеофилnNH2OH6,6рKaсопряженнойкислоты5,8-1,6NH2NH26,67,92,73,45(CH3CH2)3N6,710,75СН3СОО-4,34,74CN -6,79,3Сl -4,4-6(CH3)2S5,3-5.2I-7,4-10NH35,59,24HOO -7,811,6N3 -5,84,72(CH3CH2)3P8,78,7C6 H5 O -5,89,9C6H5S-9,96,6Вr -5,8-8C6H5Se -10,7СН3O -6,315,7НО -6,515,7.
