Углубленный курс органической химии. Структура и механизмы. (1125877), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Одной из особенностей резкие подобных напряженных субстратов является нх пониженная склонность к образованию напряженных продуктов. Катнонпьге интермеднаты обычно не дагот продуктов элиминирования за счет преимущественного образования продуктов замещения. Обычными являются перегруппировки. 2-Метиладамантнл-2-п ннтробензоат дает 82$> метилнденадамантана (продукт элиминирования) й 18% 2-метиладамантола-2 (продукт замещения) при гндролизе в 86тз-ном ацетоне. Однако нз 2-пеопентнладамантил-2-и-ннтробеггзоата образуется уже 95$ продукта элиминирования.
Основным продузгтом (83Ъ) из 2-трег-бутиладамантнл-2-л-иитробензоата является перегруппированный аллен (8). Х-синс!+! -ь х-с!!т! х-антс!+! ь х-сн ! Отноипснькст скорость 1 х Относнтсяьння скорость 3,3 ° 10' 3 ° !От 1,1 ° !От СНьСНтСНт— РЬЗОт— СНнСО— Р6СО— Н~С— С Н ОСО— ! О 43 3,3 ° !О' ггзстичиа за наблюдаемое ускорение могут быть ответственны пространственные эффекты, так как понятно, что карбанильная групнз создает меньшее пространственное препятствие для подхода нуклеофнла, чем метнлеповая группа. Полагают также, что возможно значительное стабнлизующее электронное взаимодействие, аналогичное уже описанному для прямого замещения в аллил-н бейзилгзлогенидзх.
Орбиталь р-типа в этом случае будет перекрываться с 11-орбиталью карбонильиой группы. Не все алек!ронаакцспторпые группы приводят к увеличению скорости, в частности сульфопильный н трифтарметнльный заместители умепщпают скорость прямого замещения у соседнего углеродного атома !69), 5,8, СГКРКОХИМИЯ НУКЛКОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ Исследования стереохимнческого направления реакций нуклеофильного замещения успешно используются при изучении механизмов.
Всегда можно сказать, что предложенный механизм никогда не может быть установлен с палпай определенностью. Имеюп!неся данные можно использовать только для выдвижения разумных возможностей нли для того, чтобы исключить механизмы, не соответствующие экспернмен. тальным фактам. Стереохнмия реакций нуклеофильного замещения соответствует почтя 100%-ному обращению конфигурации для первичных н простых вторичных систем !70).
В дальнейшем стереохнмическнй ход реакции мы будем вырзжать в процентах обращения или сохранения конфигурации, понимая под рацемизацней недостающую до 100!а вел;шину. При обсуждении стереохиннт!еского направления нуклеафиль» ного замещения мы должны различать суммарную наблюдаемую стереаспсц!!с!!!!чность и стереоспецпфвчпость стадии действительного замещения Во многих реакциях ирадукт, субстрат или они оба оптически неустойчивы в условиях реакции, поэтому наблюдаемая стереоспецнфнчпосгь ме!!ьше, чем диктуемая механизмом.
Хоро!пим примером является анегало! оптически активнога 2-октилтозилага при 75'С, когда наблюдаемый стсреохимяческнй результат соответствует 93с!р обращения конфнгурзикн через 5 ч (1,4 полупернода жизня), по уменьшается да 407р инверсии а!осле 260 ч (75 полуиернодов жизни). Контрольные эксперименты но! „ззлн, чга как исходный тозилат, так и получаемый ацетат медленно р;цемизуются в условиях реакции, а также, что оптически пеактивнын зпетзт образуется прн присоединении уксусной кис. лоты к октену, образующемуся в конкурирующей реакции злиминиро.
1ЗЗ Реакции замещения, протекающие через определяющую скорость стадию нонизацин, очень медленно идут с а-галогенкетонами, альдегн. дами, сложными зфнрамн. пптрнламн и родственпымн соединениями. Элекчроноакцепторные сво!й!с!ва таких заместителей сильно дестабилизируют промежуточный кзрбениевый ион. Однако замещение по механизму прямого замещения протекает очень легко. Зтн реакции протекают во много раз быстрее, чем прямое замещение в аналогичном алкилгалогеннде, как видно н! следующих данных па влиянию а.заместителей 169)! нанни.
Когда же стереохнмяческое направление истинного процесса замещения было рассмотрено с учетом этих реакций, приводящих к потере оптической активности, было найдено, что при замещении происходит стерсоспецифнчное обращение конфигурации 1701. Метод определения стереохимического направления реакции нуклеофильного замещения можно проиллюстрировать на примере 2-октнлтозилата: СН,(СН,1ч "-.— сн„(си,1з.
=* ' ~~я-ОТз сн („гд '1 1,+о,ч +очо г (сн,сн ] ы' оло Аесыоиоииин Н Н вЂ” (сн,1,сн, СН,(СНг1ч 4 о~~1 — Олс дсо — ~и сиз сн, эо о'! о-о,яо'1 йи о (+)-2-Октнлицего1 омоет токую же конфигурацию, как и октанол- . -2 так как его мс>л по пол1 цггь гы спирта реакцией, не затрагивающей хн- ральный цсн1р.
Весь гроцесс спирт- тознлат- ацетат должен, таким образом, протекать с су ямарным обращением конфигурации, поскольку образуется 1' — )-2.октилацетат. Образование тознлата из спирта проис- ходит без затрагивания хирального центра, так что обращение конфи- гурации должно происходить на стадии нуклеофнльного замещения. Сравнения вращений (1-)-аистята н ( — )-ацетата количественно харак- теризует стереохимню реакции как 1007о-пое обращение коггфигурации при замещении тозилат-иона ацетат-ионом, Отметим, что сопоставле- ние конфигураций и величин вращения в этой,последовательности ре- акций не требует знания абсолютных конфигураций. Хиральный суб- страт пе должен быть обязательно оптическн чистым, т.
е, представлять собой только одни энаптиомер. Стереохимп геское направление реакции можно определить, сравнивая знаки и величины вращения относнтель. яым, а пе абсолютным путем. На самом деле использованный в при- мере октапал-2 имел только 117о-ную оптическую чистоту.
Аналогично найдено, что зганоляз 2-акгнлтознлата протекает с пол. ным обращением конфигурации (71): Н Н Н = (снг)исн, си, сн сн ои ~! г пииидии г) сн,сн,он сн Ьо+ где'1 ч о'глг) (и„-г,го ) Стереохимия реащщй нуклеофильного замещения изучена для суб- стратов различной сложности — от первичного алкила до трнарилме.
~ода; типичные примеры собраны в табл. 0.4. Хнральный И-бутапол-1 и его производные имеют небольшие, по измеримые величины оптиче. ского вращения и предсгаоляют собой ценные субсграгьг для изучения озжного случая замешсния в первичных системах, Пример (1) о табл. 5.4 иллюстрирует стереоспецифичное обращение, наблюдаемое зня 10-бутлл-1-и-бромбензолсульфопата даже в реакции с таким сла- 'ым отклеофнлом, как муравьиная кислота. Это обращение свидетель- сы»,; о высокой степени участия растворителя на стадии замещения гзу М к О «« Ы» «» 'й о к И «« О О О О О О 1О О к О « О 'О О Ф м к Р. м « О й о о о о О Ф О л к « Ю «« к Ю О Ъ~ а з О ««к О л л «- С««Ч Ф$ к к КОК ккк О.О.О «««« '$ ЬО Ока :О 'О Н Н.Н Ж О«3 о О.» оо Фо оио ы= осз0 оо- р~ кккк КО»а К Х О" к к» к О х х" ко к ~,%к ~.
О О и о-о <1 ж -Й Б о-о к к О И к К О » 6 к к О, «' » О К О О О к О О к к к «,' О Ф 3 Ф « «О ж о Ы сз Ф о-о У о ж о ж о ж й и — о х о ««к" 43 к Ок О К „к О к к Ь О, СР Б ~до У" ж о ж О 3 о х м Ф Ф 33 Ф М М О ° 4 о о и ;й о-О о Ю М ю ~й 4~ Ж о о — о сФ .е а — о — О Й о .й о ьи М ,Ь Ф о $ $ о а -оо-3 ж о о Ж о а — о О о — 4 НОк Ноя РОИз — + Ц~ОВз — 0 Π— Ц вЂ” "" 0 О-Р:.О О 1 ~„("- | » н,о 1 о н,о и -н' ~я -и' сн, К СН (СН,),ОН, КОН+НОВ В прису1ствнн 0,06 М занда натрия н октавол-2 и октилазяд образуются с полным обращением конфигурации.
Ясно, что слабо нуклеофильный дноьсап ие может эффективно конкурировать с очень сильным нуклеофнлом — азид-ионом н рацемнзацня исключается. На основании этих результатов н соответствующих кинетических исследований полагают, что иптермедиатом, определяющим скорость реакция, является тесная ионная пара н что замещение аниона в тесной конной паре происходит с|ереоспецнфично с обращением конфигурации (741, хоа н находится в полном соответствии с механизмом прямого замещения, включающим пеигакоордннационное переходное состояние или интермедиат. Неопеитильные системы обычно ннертны в реакциях нуклеофильного замещения, Как первичные системы, они не ооразуют устойчивых карбенневых ионов, а трет-бутильный заместитель эффективно препятствует атаке с тыла.
Скорость замещения, например, брома в иеопеитнлбромнде при действии ноднстого калия в ацетоне в 470 раз меньше скорости соответству1ощей реакции юбутилбромида [731. В условиях, способствующих нопнзацнн, обычно протекает перегруппировка, и получают продукты, производимые от трет-амильного катиона. Реакции замещения пеопентпл~ознлата можно провеств без скелетной перегруппировки, используя хорошие нуклеофилы а гексаметнлфосфортризмиде как растворителе, Использование оптически активного )д-пеонентнлтозялата позволяет определить стереохнмическое направление процесса. При этом наблюдалось полное обращение конфигурации в соответствии с механизмом прямого замещения уходящей группы (пример (2) табл. 5.4) . Высокое, но не 100%.ное обращение конфигурации наблюдалось прн ацетолизе хиралыюго И-бензнлтозилата (пример (3)).
Уменьшение стереоспецкфпчностн объяснено рацемпзацпей субстрата в условиях реакции. Замещение в бензилтознлате можно рассматривать как протекающее непосредственно в субстрате нлн в тесной ионной паре. Пример (4) соответствует упоминавшимся данным о стереохимни ацетолнза 2-октнлгозилзта. Выше мы видели, что после поправки на процессы рацемнзации суострата н продукта, а также на присоединение уксусной кислоты к октецу в условиях реакция стадия замещения протекает стереоспецифнчпо с обращением конфигурации.
Пример (5) иллюстрирует значение сольвзтацин промел<уточных ионных пар в реакциях нуклеофилыюго замещения вторичных субстратов. В водном дпоксане промежуточная ионная пара может быть сольватироваиа молекуламп воды нлн дноксана. Продукт с обращенной конфигурацией образуется в результате сольватации водой, в то время как сольватацня диоксаиом не может привести к устойчивому продукту. Последующие стадии сольватации могут привести к симметричной сольватацни илн атаке водой с фронта с замещением диоксана, Наблюдаемый.результат в образование частично рацемнзованного окгаиола-2: Нуклеофильное замещение в циклогекснльных системах протекает очень медленно и часто сопровождается значительной долей элиминирования, При использовании субстрата, меченного дейтернем (пример (о)1, установлено, что стереохимня реакций здесь аналогична стерео- химин превращений других вторичных систем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
