GL_15_Нуклеоф-ое зам-ие аром (1125825), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

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 R₃Э^-, где Э = Si, Ge, Sn, и другие нуклеофилы, но не алкоксид- или феноксид-ионы (табл. 15.2).

Таблица 15.2

П
римеры нуклеофильного ароматического замещения по механизму S_RN1

1
.

2
.

3
.

4.

5
.

6
.

7
.

8
.

9
.

1
0.

1
1.

12.

1
3.

1
4.

1
5.

16.

1

7.

1
8.

19.

Для многих из приведенных в табл. 15.2 соединений трудно предложить какой-либо рациональный альтернативный способ получения. Это обстоятельство сыграло важную роль в быстром развитии метода ароматического нуклеофильного замещения.

Как уже отмечалось выше, некоторые реакции, для которых характерен механизм отщепления – присоединения с образованием аринов в качестве интермедиата, в присутствии подходящего восстановителя изменяют механизм на S_RN1, что отражается в изменении состава продуктов реакции. Так, например, при взаимодействии орто-броманизола с амидом калия в жидком аммиаке образуется 95% мета-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-радикального процесса приводит к орто-анизидину в качестве единственного продукта реакции:

В реакцию S_RN1 вступают не только арилгалогениды, но и ряд других ароматических субстратов. Для солей арендиазония этот механизм будет рассмотрен ниже в разделе 15.8.

15.3. МЕХАНИЗМ S_RN1 В АЛИФАТИЧЕСКОМ

НУКЛЕОФИЛЬНОМ ЗАМЕЩЕНИИ

Механизм радикально-нуклеофильного замещения реализуется и для некоторых случаев замещения у насыщенного атома углерода. Исторически пара-нитробензильные производные п-NO₂C₆H₄CH₂Z были первыми соединениями, для которых был обнаружен S_RN1-подобный механизм замещения уходящей группы Z под действием самых разнообразных нуклеофильных реагентов (Н. Корнблюм, 1965). Анионы нитроалканов представляют собой типичные амбидентные нуклеофилы (см. гл. 22, ч.3), которые могут алкилироваться как по углеродному, так и по кислородному центру:

Алкилирование анионов нитроалканов под действием разнообразных алкилгалогенидов и бензилгалогенидов протекает по S_N2-механизму с участием исключительно кислородного центра этих амбидентных анионов (O-алкилирование), например:

Однако пара-нитробензилхлорид в реакции с натриевой солью 2-нитропропана образует продукт C-алкилирования с выходом 92% и только 6% продукта O-алкилирования. Это определенно указывает на изменение механизма реакции. Действительно, акцепторы электронов ингибируют реакцию C-алкилирования, а доля продукта O-алкилирования при этом сильно возрастает. Так, в присутствии 0,2 эквивалента 1,4-динитробензола как акцептора электронов выход продукта C-алкилирования уменьшается с 92 до 6%, а выход продукта O-алкилирования возрастает с 6 до 88%. Это позволяет предположить, что O-алкилирование анионов нитроалканов действительно протекает как S_N2-замещение у насыщенного атома углерода, тогда как для C-алкилирования реализуется альтернативный ион-радикальный цепной процесс, аналогичный S_RN1-механизму для замещения в ароматическом ряду:

Анион-радикал конечного продукта 2-(4-нитробензил)-2-нитропропана был обнаружен с помощью ЭПР-спектроскопии.

Конкуренция между S_RN1 и S_N2-механизмами в значительной степени зависит от природы уходящей группы (табл. 15.3). Уходящие группы – мягкие основания Льюиса – способствуют S_N2-механизму змещения, тогда как жесткие основания Льюиса в качестве уходящей группы делают предпочтительным S_RN1-механизм.

Таблица 15.3

Направление реакции п-NO₂C₆H₄CH₂X с анионом 2-нитропропана

в ДМФА в зависимости от природы уходящей группы X

Помимо анионов нитроалканов в качестве нуклеофильных агентов в алифатическом S_RN1-замещении могут быть использованы тиолят- (RS^-), нитрит-, сульфинат- (RSO₂^-), цианид-ионы, а также енолят-ионы. В этом случае в качестве интермедиатов также были зафиксированы соответствующие анион-радикалы.

Наиболее важной особенностью алифатического ион-радикального замещения является возможность замещения у третичного атома углерода. Известно (см. гл. 9), что третичные алкилгалогениды инертны в реакциях S_N2 и вместо этого подвергаются элиминированию по механизму E2. Однако третичный пара-нитрокумилхлорид п-NO₂C₆H₄C(CH₃)₂Cl и его производные легко взаимодействуют с самыми разнообразными нуклеофильными агентами по S_RN1-механизму:

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-метил-1-нитроэтил)пиридин PyC(CH₃)₂NO₂, эфиры α-нитрокарбоновых кислот, α-нитронитрилы, 1,1-динитроалканы и циклоалканы, геминальные галогеннитроалканы (Н. Корнблюм):

Приведенные выше реакции лежат в основе синтеза полифункциональных соединений, а также α,β-непредельных нитрилов, сложных эфиров, кетонов и нитросоединений после отщепления HNO₂ при нагревании в ГМФТА при 120ºС.

15.4. БИМОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ

ПРИСОЕДИНЕНИЯ – ОТЩЕПЛЕНИЯ S_NAr

Этот механизм является весьма распространенным и хорошо изученным. Такой способ замещения наиболее типичен для соединений, содержащих один, два или три сильных электроноакцепторных заместителя: NO₂, NO, RSO₂, N₂⁺, CN, активирующих присоединение нуклеофильного агента, от чего сам процесс называется реакцией активированного ароматического нуклеофильного замещения (символ S_NAr, Дж. Баннет, 1958).

В табл. 15.4 приведены некоторые примеры реакций активированного ароматического нуклеофильного замещения с участием самых разнообразных нуклеофильных агентов OH^-, OR^-, SR^-, RNH₂, R₂NH, NH­₂NH₂ и др.

Таблица 15.4

Реакции активированного ароматического нуклеофильного замещения

1 .

2.

3 .

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

1 2.

13.

С вязывание нуклеофильного реагента, как и при электрофильном замещении, первоначально происходит на счет межмолекулярного взаимодействия, ведущего к образованию ковалентной связи в σ-комплексе. Таким образом, S_NAr-механизм формально подобен S_EAr-механизму электрофильного ароматического замещения, различие между ними заключается в том, что в S_NAr-процессах субстрат является акцептором, а атакующая частица – донором пары электронов. Для S_NAr-механизма также характерно образование σ-комплекса в качестве интермедиата, только в отличие от электрофильного замещения он несет не положительный, а отрицательный заряд. Анионные σ-комплексы часто называют комплексами Мейзенгеймера, который в 1902 г. выделил в индивидуальном виде комплекс (VIII) 2,4,6-тринитрофенетола с метилат-ионом. Этот же комплекс образуется в реакции 2,4,6-тринитроанизола с этилат-ионом:

15.4.1. АНИОННЫЕ σ-КОМПЛЕКСЫ

Согласно рентгеноструктурным данным, в симметричном комплексе, изображенном формулой IX, 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. Валентный угол αC(6) – C(1) – C(2) равен тетраэдрическому (109º), а угол β в перпендикулярной плоскости составляет 100º. Распределение длин связей, представленное в формуле IX, указывает на значительную деформацию правильного шестиугольника и соответствует значительному вкладу пара-хиноидной структуры: связи C(2) – C(3), C(5) – C(6) и C(4) NO₂ сильно укорочены по сравнению со связями C(3) – C(4), C(4) – C(5) и C(2) – NO₂:

Характеристики

Список файлов книги