GL_18_Карбоновые к-ты (1125831), страница 9
Текст из файла (страница 9)
При нуклеофильном катализе вначале происходит атака нуклеофила на молекулу сложного эфира, что приводит к реакционноспособному интермедиату RCONu, который затем быстро гидролизуется водой:
В щелочной среде ни один из этих каталитических путей не способен конкурировать с реакцией гидроксильного иона. Общий основной и нуклеофильный катализ может наблюдаться лишь в почти нейтральной среде, где обычные эфиры реагируют очень медленно, поэтому для исследования выбирают более реакционноспособные субстраты, в частности, эфиры фенолов или галогенуксусных кислот. Обычно нуклеофильный катализ наблюдался только для эфиров фенолов.
Хотя общий и нуклеофильный катализ имеют одинаковые кинетические характеристики (обе первого порядка по эфиру и по катализатору), их можно легко различить. Для общего основного катализа применимо каталитическое уравнение Бренстеда (гл.3). Например, для гидролиза этилдихлорацетата наблюдается хорошая линейная корреляция ( = 0,47) логарифма константы скорости с pKa оснований различных типов, включая анилин, пиридины, карбоксилат-ион, анион HPO42-. Очень важно заметить, что в реакции, катализируемой анилином, не образуется дихлорацетанилид, который должен получаться при нуклеофильном катализе, т.к. он не гидролизуется в данных мягких условиях. Скорость реакции в чистой воде укладывается в бренстедовскую корреляцию на ту же самую прямую линию (pKa (H3O+) = -1,75); это означает, что одна молекула воды действует как основание - катализатор, облегчая реакцию второй молекулы:
С другой стороны, при нуклеофильном катализе бренстедовской зависимости между скоростью и pKa не наблюдается. Так, если в реакции гидролиза этилдихлорацетата дианион фосфата (pKa (H2PO4-) = 7,2) и имидазол (pKa BH4) = 7,0) почти одинаково эффективные катализаторы, то при гидролизе n-нитрофенилацетата имидазол в 5000 раз эффективнее HPO42-.
При нуклеофильном катализе проявляется -эффект (гл.9). Так, гидропероксид-ион HOO- как катализатор гидролиза арилацетатов в 400 раз более эффективен, чем OH-, несмотря на то, что pKa (H2O) = 15,7, а pKa (H2O2) - только 11,6.
Иногда при нуклеофильном катализе можно обнаружить интермедиат RCO-B. Подобный интермедиат найден при катализе имидазолом гидролиза n-нитрофенилацетата. При гидролизе 2,4-динитрофенил-бензоата, катализируемом меченым изотопом 18О ацетат-ионом, вначале образуется смешанный ангидрид бензойной и уксусной кислот и, поскольку при его гидролизе ацетильная группа более склонна реагировать с водой, чем бензоильная, определенная часть метки 18О обнаруживается в бензойной кислоте:
Промежуточное образование ангидрида можно обнаружить также с помощью “ловушки”, например, анилина:
18.8.3.б. Внутримолекулярный катализ
Гидролиз аспирина (ацетилсалициловой кислоты) в области рН от 3 до 8 идет значительно быстрее, чем гидролиз изомерного -гидроксифенилацетата. Поскольку в аспирине рКа карбоксильной группы имеет значение 3,4, можно считать, что эта группа в данном районе рН в значительной степени ионизирована. Тогда орто-карбоксилатная группа может оказывать внутримолекулярное каталитическое действие по типу или общего основного или нуклеофильного катализа.
Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют в пользу того, что при гидролизе аспирина осуществляется внутримолекулярный общий основной катализ.
В противоположность аспирину, при нейтральном гидролизе монофенилфталата наблюдается внутримолекулярный нуклеофильный катализ:
Внутримолекулярный катализ характерен для действия ферментов; благодаря ему под действием ферментов гидролиз сложных эфиров протекает в гораздо более мягких условиях, чем в лабораторной колбе. Пример внутримолекулярного ферментативного катализа реакции гидролиза химотрипсином приведен раннее в гл. 3.
18.8.4. Переэтерификация
Раствор алкоголята натрия или калия в спирте можно использовать для переэтерификации, приводящей к образованию нового сложного эфира (см. предыдущий раздел этой главы).
Механизм этой реакции абсолютно аналогичен основному гидролизу сложных эфиров, единственное различие заключается в том, что переэтерификация представляет практическую ценность только в том случае (18.8.1.б.), когда R1OH и R2OH сильно различаются по значению рКа, например, для превращения ариловых в алкиловые эфиры.
18.8.5. Аминолиз
Аммиак, первичные и вторичные амины при взаимодействии со сложными эфирами образуют незамещенные или замещенные при азоте амиды. Эта реакция протекает в мягких условиях и приводит к амидам с высоким выходом. Она особенно полезна тогда, когда ацилгалогениды или ангидриды трудно доступны, например, при синтезе амидов оксикислот и аминокислот.
Механизм этой реакции подобен другим процессам присоединения - отщепления у ацильного атома углерода.
Третичные амины - пиридин и имидазол катализируют эту реакцию, а одной из лучших уходящих групп является n-нитрофеноксильная в эфирах n-нитрофенола.
18.8.6. Восстановление
Сложные эфиры при взаимодействии с алюмогидридом лития легко восстанавливаются до первичных спиртов (глава 11).
Сложные эфиры менее реакционноспособны по отношению к алюмогидриду по сравнению с альдегидами. Поэтому с этим мощным восстановителем реакцию невозможно остановить на стадии образования альдегида и продуктом восстановления оказывается первичный спирт. К тому же результату приводит восстановление сложных эфиров боргидридом лития.
Боргидрид лития получают реакцией обмена боргидрида натрия их хлорида лития в совершенно безводном этаноле.
Оба этих метода очень широко используются в органическом синтезе. Напомним (глава 11), что боргидрид натрия не восстанавливает сложные эфиры.
Восстановление сложных эфиров алифатических и ароматических кислот комплексными гидридами практически полностью вытеснило старый метод восстановления сложных эфиров алифатических кислот по Буво-Блану действием натрия в спирте.
Циклические сложные эфиры - лактоны при восстановлении алюмогидридом лития образуют диолы.
Сложные эфиры могут быть восстановлены до альдегидов, если в качестве восстановителя использовать реагент, обладающий высокой селективностью. Таким реагентом для пространственно незатрудненных сложных эфиров являются диизобутилалюминийгидрид (ДИБАЛ-Н). Это важный в синтетической практике метод превращения карбоновых кислот через стадию этерификации в альдегиды. Для того, чтобы предотвратить дальнейшее восстановление альдегида до первичного спирта, реакцию проводят при низкой температуре (-60 - (-780) в растворе толуола в инертной атмосфере, поскольку ДИБАЛ-Н воспламеняется на воздухе.
Превосходными агентами для восстановления сложных эфиров до альдегидов являются продукты взаимодействия некоторых спиртов с алюмогидридом лития. Эти реагенты обладают пониженной по сравнению с ним восстановительной способностью и поэтому более селективны. При взаимодействии двух молей монометилового эфира этиленгликоля (метилцеллозольва) с одним молем алюмогидрида лития образуется бис-(2-метоксиэтокси)алюмогидрид лития. Этим реагентом можно селективно восстанавливать сложные эфиры до альдегидов в индифферентной среде.
18.8.7. Взаимодействие с магнийорганическими и литийорганическими соединениями
Сложные эфиры и лактоны реагируют с двумя эквивалентами реактива Гриньяра или литийорганического соединения с образованием третичных спиртов (глава 19).
Так как сложные эфиры менее реакционноспособны по отношению к реактивам Гриньяра или литийорганическим соединениям чем кетоны, реакцию обычно не удается остановить на стадии образования кетона. Это можно сделать только в том случае, когда есть и сложный эфир, и металлоорганическое соединение содержат третичные алкильные группы, затрудняющие последующее взаимодействие стерически затрудненного кетона с трет.-алкиллитием или трет.-алкилмагнийгалогенидом и уменьшающее скорость этой вторичной реакции.
Диалкилкупраты в отличие от Mg и Li-органических соединений не взаимодействуют со сложными эфирами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
