02 - (2004) (1125801), страница 89
Текст из файла (страница 89)
В общем виде цепную реакцию ол),1 можно представить следующей схемой, где Х вЂ” уходя- О щая группа, а Хц — нуклеофильный агент: АгХ + е — ~ АгУ, „,„в Таблица )5.2 Примеры вуллеофильвого ароиатвзеевого замегиевив во мелавизиу ялл! ° С,Н,И ~ ~ ИС,Н, [»»1 )чн ( .) ! Е 2. г ~ С! + ! с,н,и»» ~ ~ гс~, вю )чнз( ига.) зс Н О (КО),Р-ОК вЂ” о» Н,С l ~ Р— ОК (55%) 00+ Ь ф )чн,( из .) ОК 3.нзС г ~ )+ Для многих из приведенных в табл. 15.2 соединений трудно предложить какой-либо рациональный альтернативный способ 585 Ниже приведены некоторые наиболее типичные и важные примеры реакций, в которых реализуется этот механизм замещения галогена на самые разнообразные группы.
В качестве нуклеофильных агентов используются енолят-ионы, тиолят-ионы, карбанионы, амид-ион, анионы различных фосфорорганических соединений, анионы К)Э, где Э = Я, гле, Ьп, и другие нуклеофилы, но не алкоксид- или феноксид-ионы (табл. 15.2). Продолжение табл. 152 СН7 0 О сн о о 69 и О и „ /-~~' н и 13 НЗС / х вг +СН2-с-сн-с-СНЗ вЂ” Нзс СН2-с СН2-с СНЗ ХН7(жидк) сн, сн, (82%) О СН, СН7 14. Сй, ( ССН, 0~~!С вЂ” О н,с' кн,й~ок .М,„., г 0 (99%) (в ~н,в к~ > ям ~нйнсн >, (87%) )ЧН,(жидк) сн, / ~ сн, сн, хн, К //ч) хн, -- ~ч сн, 16. (64%) П Н7С -~ 7 — 1 е КР(скн5)7 — — ~ Нзс -~ ~) Р(скн5)7 (88%) // ф )чн,( д .) о !8 1 + (С7Н!0)!РОК вЂ” — м / Р— Осзн5 (90%) Р ос н 8С4Н7 19- 1. 1~ (+ скнЯчд (72-85%) )ч с! )ЧН7(жилк) 587 получения. Это обстоятельство сыграло важную роль в быстром развитии метода ароматического нуклеофильного замещения.
Как уже отмечалось выше, некоторые реакции, для которых характерен механизм отщепления — присоелинения с образованием аринов в качестве интермедиата, в присутствии подходя!пего восстановителя изменяют механизм на Юдл!1, что отражается в изменении состава продуктов реакции. Так, например, при взаимодействии ор7ио-броманизола с амидом калия в жидком аммиаке образуется 95% мел!а-анизидина (см. табл. 15.1), что определенно указывает на образование дегидроанизола в качестве промежуточного продукта.
Та же самая реакция в присутствии металлического калия как инициатора цепного ион-радикально- го процесса приводит к орто-анизидину в качестве единствен- ного продукта реакции: 15 3 МЕХАНИЗМ Ялл1 В АЛИФАТИЧЕСКОМ НУКЛЕОФИЛЬНОМ ЗАМЕЩЕНИИ Механизм радикально-нуклеофильного замещения реализуется и для некоторых случаев замещения у насыщенного атома углерода. Исторически лара-нитробензильные производные л ХОзС6Н4СНзЕ были первыми соединениями, для которых был обнаружен Глл1-подобный механизм замещения уходящей группы 7.
под действием самых разнообразных нуклеофильных реагентов (Н.Корнблюм, 19б5). Анионы нитроалканов представляют собой типичные амбидентные нуклеофнлы (см. гл.22, ч.З), которые могут алкилироваться как по углеродному, так и по кислородному центру: К1,,г г С-алкилирование О~~2~ О-алкилирование 538 В реакцию Хлл1 вступают не только арилгалогениды, но и ряд других ароматических субстратов. Для солей арендиазония этот механизм будет рассмотрен ниже в разделе 15.8, Алкилирование анионов нитроалканов под действием разнообразных алкилгалогенидов, аллилгалогенидов и бензилгалогенидов протекает по Ял2-механизму с участием исключительно кислородного центра этих амбидентных анионов (О-алкилирование), например; О (СНз)тС вЂ” Х + п-ХСьН4СНзС1 О ~сн,),~м ДМФА; 0'С ОСНзСьН4 — Х-и (СН3)з~Х ОН + Х СНО О (Х = Н, С1, Вг, СХ, С, А1)г, Сгз) К Однако пара-нитробензнлхлорид в реакции с натриевой солью 2-нитропропана образует продукт С-алкилирования с выходом 92% и только 6% продукта О-ачкилирования.
Это определенно указывает на изменение механизма реакции. Действительно, акцепторы электронов ингибируют реакцию С-алкилирования, а доля продукта О-алкилирования при этом сильно возрастает. Так, в присутствии 0,2 эквивалента 1,4-динитробензола как акцептора электрона выход продукта С-алкилирования уменьшается с 92 до 6%, а выход продукта О-алкилирования возрастает с 6 до 88%. Это позволяет предположить, что О-алкилирование анионов нитроалканов действительно протекает как Ял2-замещение у насыщенного атома углерода, тогда как для С-алкилирования реализуется альтернативный ион-радикальный цепной процесс, аналогичный Глл1-механизму для замещения в ароматическом ряду: о,м (','~-сн,анен,~смо, ~Сн,~,СМо,~~О,М-~' ~~-аН, Г ч© О ОзХ-~~ х)-СНзС1 — в ОзХ-~ )-СНз + С1 сн ОзХ-Я СНз + (СН5)зСХОз — а ОтХ-с~ у-СНз — С вЂ” ХОз О Г~~ ' 05 1 СНз 589 СН, 02Х у Х СН2 — С вЂ” МО2 + 02Н /' СН2С( а СН, СНз а о,л-Я.сн,с — лс, + (о,л-~~-сп,с~~ ' СН, Анион-радикал конечного продукта 2-(4-нитробензил)-2-нитропропана был обнаружен с помощью ЭПР-спектроскопии.
Конкуренция между Ялл1 и Юл2-механизмами в значительной степени зависит от природы уходящей группы (табл. 15.3). Уходящие группы — мягкие основания Льюиса — способствуют Ял2-механизму замещения, тогда как жесткие основания Льюиса в качестве уходящей группы делают предпочтительным Хлл1-механизм. Таблипа 15.3 Направление реаипнн л-1ЧОхСсН4СНхХ с аииоиом 2-иигропропана в ДМФА в зависимости от природы уходлглей группы Х Помимо анионов нитроалканов в качестве нуклеофильных агентов в алифатическом Хлл1-замещении могут быть исполь- О О зованы тиолят-(КБ ), нитрит-, сульфинат-(К502 ), цианидионы, а также енолят-ионы.
В этом случае в качестве интермедиатов также были зафиксированы соответствующие анионрадикалы. Наиболее важной особенностью алифатического ион-радикального замещения является возможность замещения у третичного атома углерода. Известно (см. гл.9), что третичные алкилгалогениды инертны в реакциях Хл2 и вместо этого подвергаются элиминированию по механизму Е2. Однако третичный пара-нитрокумилхлорид п-ХО2СеН4С(СН,)2С! и его производные легко взаимодействуют с самыми разнообразными нуклеофильными агентами по Юлл1-механизму; 590 СН3 ! Сн,— С вЂ” СН(СООС2Н5)2 СН, СН, ! ! СН вЂ” С вЂ” С вЂ” ХО 3 ! 2 СНЗ (90%) (90%) ХО, ХО, В О СН СН 3 ! СН вЂ” С вЂ” ХО СН3 ХО (94%) СНЗ С1 СН3 — С вЂ” СХ (85%) ХО ХО, ХО, СН ! СН,— С-802С,Н5 СНЗ ! СН3 — С-ХК К (95%) ХО2 (90%) ХО, Все эти реакции проводились в ДМФА или ДМСО при УФ- облучении.
Помимо пара-нитрокумилхлорида в такие реакции вступают и другие соединения с третичным атомом углерода: 4-(1-ме/ тил-1-нитроэтил)пиридин Х С(СН3)2ХО2, эфиры а-нитрокарбоновых кислот, а-нитронитрилы, 1,1-динитроалканы и циклоалканы, геминальные галогеннитроалканы (Н.Корнблюм): ХО 2 в ДМФА; Ь' ! <сн,Нс — снос,н, + <сн,Нсно, ~сн,ос-с<сон, ХО2 СООС2Н5 (95%) СХ СХ СН, ХО2 / в ДМФА; 2/о С вЂ” Х02 + ~снс,с-но, СН (84%) 591 ХО2 ХО, В; —,,НО ДМФА' М Ф (89%) 1~О2 СН, О Ь 1 (СН(С(НОЬ + СНБО СНВОВ-С-НО (8(Н( ДМФА, 25'С ~~3 /и (СНМ>ВС-НО, О О (46%) 'О ДМФА 20 С С(СНз)2 ! ХО2 О Ь(( (СНз)2С-ХО2 + СН-СООС2Н5 — — м (СНз)2С вЂ” СН-СООС2Н5 Вг СХ ДМФА, 25'С ХО2СХ (78%) Приведенные выше реакции лежат в основе синтеза поли- функциональных соединений, а также а,1)-непредельных нитрилов, сложных эфиров, кетонов и нитросоединений после отщепления НХО2 при нагревании в ГМФТА при 120 'С.
15.4. БИМОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ вЂ” ОТЩЕПЛЕНИЯ ЭДАК Этот механизм является весьма распространенным и хорошо изученным. Такой способ замещения наиболее типичен для соединений, содержащих один, два или три сильных электроноакцепторных заместителя: ХО2, ХО, К802, Х2', СХ, активирующих присоединение нуклеофильного агента, отчего и сам процесс называют реакцией активированного ароматического нуклеофильного замещения (символ 5д,Аг, Дж.
Баннет, 1958). В табл. 15.4 приведены некоторые примеры реакций активированного ароматического нуклеофильного замещения с участием самых разнообразных нуклеофильных агентов ОН, ОК, БК, КХН2, КДХН, ХНДХН2 и др Связывание нуклеофильного реагента, как и при электрофильном замещении, первоначально происходит за счет межмолекулярного взаимодействия, ведущего к образованию ковалентной связи в о-комплексе. Таким образом, одд(1г-механизм формально 592 Таблица 15.4 Реаацаа аатиаиооааиаого ароматического ауалеофцльаосо замесаеааа !.О,м ~ ~ с)+ 2. О,М вЂ” ~~~~ — О + 3. ~~ С1+ 4.02Х г н С! + ОН (70%) ° он НО; 150'С )с)О ХО, Н)н) ) г ч Х .) (93%) ,г згилеигликоль; 150 'С 5. ХО, О б.
Он ( ~~ )о + сн-санс н, Чн ' ~ сн-санс н СХ СХ (97%) ° ннснл ар — Ф ~~ — а<сор 32 Н,О 100 130 С (75%) 02 ° снр"н~ ар-Ф ~~-ссн, ГМФТЛ; 100 'С С1 ° с,н,снс ор — сс сн — нс,н, рн> СН ОН; 00 'С 0) 1О. г н С1 + ХО, 20 — 2778 593 7.О2М с ~ С! 8. О)Х г н С1 С! 9. С5Х с ~н 1 снрн ар-с осн, ДМСО СНЗОН; 00 С 02 с,н,унн . с,н -~~~~-с (80%) с,н,нн, а, ° Г ~ нн-с,н, беиаол; 10 'С (90%) — сс с з-н-Ф с (~-нн) С,Н,ОН;И С НО, О, Продолжение табл. !5.4 СаН58)ча; д) 'С о,~ ~ 5 5а,~а СН ОН )чо СН50)ча; 60 'С 2 8 Сана (96%) СН50 2 5 802СГ2 (85%) ХС~ СН ОН Щ.а ° 25 а+ а, а ° 65 ~ ~на~ ДЫ4225; 150 'С ))02 02 п.~а ~ 5 +ан,-иа аа ~ 5 ан- н, С И50Н'8'С ' — (83%) Ы02 НО2 С)Н5 осн НО, О,ы НО, 2 5 СНО ос,н, 15)02 02)Ч СН О 021 1 НО2 ХО, ХО, (521 Н) 594 подобен 58Аг-механизму электрофильного ароматического замещения, различие между ними заключается в том, что в о25Агпроцессах субстрат является акцептором, а атакующая частица — донором пары электронов.
Для Х„Аг-механизма также характерно образование о-комплекса в качестве интермедиата, только в отличие от электрофильного замещения он несет не положительный, а отрицательный заряд. Анионные о-комплексы часто называют комплексами Я. Мейзенгеймера, который в 1902 г. выделил в индивидуальном виде комплекс (У111) 2,4,6- тринитрофенетола с метилат-ионом. Этот же комплекс образуется в реакции 2,4,6-тринитроанизола с этилат-ионом: 25.4д. анионнык а-комндкксы Н3С- Хо (длины связи даны в А) НС— (1Х) Х02 Анионные о-комплексы представляют собой ярко окрашенные солеобразные соединения, стабильность которых достигается участием в делокализации заряда одной или нескольких электроноакцепторных группировок: 0 и 7 Х|3 О~ ХО, Х02 О О / ~ О 0 0 Х02 ХО, Х02 06 Х' '0 Х02 О или б- у ~чб- 0 0 Х02 595 Согласно рентгеноструктурным данным, в симметричном комплексе, изображенном формулой 1Х, все атомы углерода бензольного кольца и атомы азота всех трех нитрогрупп лежат в одной плоскости, а два атома кислорода метоксильных групп находятся в плоскости, перпендикулярной плоскости кольца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
