Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков - Биоорганическая химия (1125798), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Лучшие уходящие группы — наиболее слабые основания (а соответствующие им сопряженные кислоты — наиболее сильные). К хорошо уходящим группам относятся галогенид-ионы (уравнения 6.! — 6.4, 6.7 — 6.9). В отличие от галогенид-ионов сильные основания, например гидроксидион НО, алкоксид-ион (дО, амид-ион )д(Н), являются плохо уходяшими группами. Поэтому их прямое нуклеофильное замещение осуществить не удается. В таких случаях используют общий прием, заключающийся в преобразовании плохо уходяшей группы в хорошо уходящую группу.
Для этого обычно переводят в субстрате уходяшую группу (нуклеофуг) в ониевую, чтобы она в дальнейшем отщепилась в виде нейтральной молекулы. В случае спиртов это достигается проведением реакции в условиях кислотного катализа (уравнение 6.5), 168 Рас. 6.(. Реакции алкилировзиия как реакции нуклеофильного замещения 5м.
Уходящей группой в данной реакции является молекула воды, а в качестве субстрата выступает протонированная по кислороду : молекула спирта. В ряде случаев такие ониевые ионы удавалось фиксировать спектральными методами. Аналогично проходит процесс расщепления простой эфирной . связи галогеноводородными кислотами (уравнение 6.6). Уходя' щей группой здесь является молекула фенола (или спирта в саучае диалкиловых эфиров). Н СНь — Π— СеНь = СНь — Π—.
СНт — ! + Сьньсн ьНь Ннтаазнл-натман Н Ммо ЯМН2 — „Я-М-М=Π— Н" с Н Н и-М М1-О н. — Я вЂ” М= — М -Н2О Иам дназонм» Увеличение осноемости и — О чн Протоннраваммма сонат Я~-МЮМ Суботраг Н 20 —.Ю~. увеличение мунлеавмльмастм Нунлеовнл Уходящая группа +~н и — 0 Н -Н' Я вЂ” Он Спирт ) )Вг >С( >Р 171 170 При метилировании аминов $-метилсульфаниевыми солями (уравнение 6.!О) ониевая группировка уже присутствует в сульфониеаой соли. Группы ЬН,)з)Нз,)з)Н)е,(з))зз представляют собой чрезвычайно плохие уходящие группы.
Их замещение даже после превращения в ониевые ионы обычно осуществить не удается. Однако нуклеафильное замещение группы )з)Нз, например на группу ОН, в первичных алифатических и ароматических аминах может быть осуществлено путем их взаимодействия с азотистой кислотой (уравнение 6. ! 1) . Механизм реакции дезаминирования (уравнение 6.(() сложен. Первичный змнн первоначально превращается в ион диазония, уходяшей группой н котором явлнетси молекула азота — одна из лучших уходящих групп.
НО (М=О + Н' — з Н2О + 'М О цветом вылелеиа статна, представляющая собственно рсакцику нуклеофильного заме~ценна. Отметим, что в ионе диазонин, т е. субстрате, претерпевающем нуклеофильное замещение, с атомом углерода связан опять-таки ониевый атом (в данном случае атом азота) Порядок понижении способности уходящих групп (нуклеофугов) замешаться в реакциях нуклеофильного замещения представлен ниже.
я — ( я — вг я-онй я — 01 я-вяй я-Мяз ямнй Понижение слоаобмостм м замещению е реамцмлх ан Оценить относительную силу нуклеофилав и нуклеофугную способность уходяших групп в реакциях алкилироваиия (уравне- 6,1 — 6,10) и тем самым предсказать их направление можно ния,—, и е , на основании величины кислотности сопряжен ных им кислот (см табл 41 и 42) Н к л е о ф и л ь н о с т ь можно определить как способность уклео ильи им частичный полокав взаимодействию с атомом углерода, несуш жительный или полный положительный зар д ( .. р я т. е.
с одство к , углероду). нерпам ). в приближении нуклеофильность изменяется параллельно основиости (см 4.4). Нуклеофил, несущий отрицательный заряд, всегда сильнее своей сопряженной кислоты (нейтральной молекулы). Но мНО 2 и м НР НВ м Нйв В периодах периодической системы нуклеофильность и основ- ность изменяются параллельно, увеличиваясь с уменьшением го способности притягиэлектроотрицательности элемента, т.
е. его вать электроны. Мнймно з Р Мнзм Н20 з НР я нейт альных нуклеофилов наиболее сильными Так, в ряду не тр , во а и фенолы являются ами мины (уравнения 6.7 — бтй). Спирты, д ф спольз юга ладают гор б авдо более низкой нуклеофильностью и и у ви е соответся обычно в реакциях нуклеофильного замещения в вид ствующих анионов (уравнения 6.6 и 6.7).
не всегда изменяется параллельно осноаиости Олнако нуклеофильность не в е ть ослабевает, Например, в группах периодической ск й системы свепху вниз осцовнос ят-ионы Яз в соответя как н клеожильность возрастает Тзк, тиолят-ионы в с )К КО ( 4.4.2) более нуклеофильны (но менее стени с пр лс е сказаниями теории М см ЙО , а лля галогенил.ионон обычный порялок поповны), чем алкоголят-ионы ЯО , а лля гало нуклеофильности следующий. то связываниях с гем, что н меньших по размеру нунлеофилах зарял более шом они л чц~е сольватированы молекулани растворителя, б В которые препятствуют взаимод~йс~ю~ нуклеофнлз тиосоединения более ак и р . ео ильных еагентов по отношению к ряде случаев выступать в качестве нуклеофильных реаге кислородсодержащим субсгратам.
СОО НО- О(,-ОР -)) / СОО НО г Сг Н СНз Н Он н СШ сн, р д.гнлаанс прспнснат (О-лан агу Ша.„ларпрапнаннт НО ° Сиз С В на ! н но-онтсна ° в- пчл л Праменгутачнмй ман онаонмм Более детальное рассмотрение влияния различных факторов на протекание реакций нуклеофильного замещения невозможно без учета тонких особенностей их механизма. 66. МЕХАНИЗМ РЕАКЦИЙ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕШЕНИЯ Нуклеофильное замещение может протекать по двум основным механизмам — бимолекулярному (ассоциативному) н моно- молекулярному (диссоциативному). При бимолекулярном механизме атакующая частица постепенно вытесняет уходящую группу. Образование новой и разрыв старой связи происходят одновременно (синхронно).
При мономолекулярном механизме сначала происходит медленная ионизация связи углерод — гетеро- атом в субстрате, а затем быстрая атака реагентом по атому углерода в образовавшейся положительно заряженной частице. Бимолекулярное нуклеофильиое замещение 5л2. По этому механизму обычно происходит образование спирта при обработке первичного алкилгалогенида водным раствором гидроксида натрия средней концентрации.
СНЗСН2' — Вг + МаОН вЂ” СНЗСН2 — ОН + МаВг Атакующая нуклеофильная частица — гидроксид-ион НО постепенно вытесняет уходящую группу бромид-ион Вг . СкорЬсть реакции зависит от концентрации как субстрата СуНаВг, так и реагента )ч(ЗОН. Образование новой связи С вЂ” О и разрыв старой С вЂ” Вг связи происходят одновременно. Процесс является синхронным и включает переходное состояние, в котором отрицательный заряд распределяется между атакующей и уходящей группами. В переходном состоянии три нереагируюшие связи лежат в одной плоскости, а входящая гидроксильная группа и уходящий атом брома расположены на прямой, перпендикулярной этой плоскости. Нуклеофильная атака осуществляется с тыла, и если реакционным центром в субстрате является асимметрический , то имеет место обращение конфигурации.
Напри- атом углерода то нме иг анни. Напри б азуется 0-2-гид~окс~- чи, протекаюш ф урацией, противоположной пропионат — соединение с конфигураци конфигурации ис ходного галогенопроизводного. низм и отекают описанные выше реакции алкиОмз углерода в Организме механизму происходит иуклеоф н клеофильное замеш сп тах.
Реакция типа алкилгалогенидах и спир и состоит из двух осй в синхронным процессом со вой стадии, определяюш " р ей скорость процесса в- ц с бст ата, которая относите льно медленно ) б ' б П корость реакции не зависит т под воздействием среды с о р следующей стадии " г ппы. Поэтому скоро б р у рб н, бр у Примером может служить гидролиз трет- утилхл воды. (СН) Ссй е Н,Π— (СНЗ)ЗСОН ' мрем -Б утмлаамй нремлвутилхлармл спирт изо медленна (СН ) С Сг =--а (СНЗ)ЗС быстРо зз -с~ Н быстра С вЂ” ОН вЂ” (СН ) С вЂ” О т (С"з)з з з Н б иая реакция — замена гилроПо аналогичному механ у р изм п оисходит о рати модействии трет-бутилоао го кснльной группы иа галоге, р н, например при взаимод " ой. Однако в этом случа, е, спирта с концентрированной бр омоволородиой кислот , н клеофнльному замешен ню предшествует быстрое как и в реакции тняа Зл2, у ф хо имое для преврашения протонирование спирта, необход я НО в хорошо уходишую группу — молекулу воды.
173 (СНЗ)ЗСОН + НВг (СН ) СВ, + НВО бистро 3 "1„1 ЗО в В случае оптически активных вецгеств при 5л(.процессах наблюдается рацемизаиия. Карбокатион имеет плоскую конфигурацию, позтпму может быть атакован нуклеофнлом с одинаковой вероятностью с обеих сторон плпскости, в которой лежат три а.связи .трт-гибридизованного атома углерода, чта приводит к образованию равных количеств двух йнантиомеров. В ряде случаев при реализации 5л1-мехаиизма предполагается, что конечные продукты образуются не из свободных карбокатианоп, а из так называемых ианньи пар При этом различают контактные (тесные) и сольватио-разделенные (рыхлые) ионные пары н — х=нех- -н'11 х-- й-+хКпн- Спльаат- Слпбпатле тахт- но-рлзде- нонм ная ленная ионная ипипая пара пара Реакционная способность и+ в контактной и сольватно.разделениой ионных парах отличаетси от реакционной способности свобаднога карбокатиона, чта отражается, например, на стереохимическом результате реакции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
