Углубленный курс органической химии. Структура и механизмы. (1125877), страница 74
Текст из файла (страница 74)
рой порядок по амину. Полагают, что функция основания состоит в де. протоннровании тетраэдрическо1о иптермедната, имеющего характер биполярного иона )20). Депротоинрованне облегчает распад тетраэдрического интермедиата, так как повы1пенная электронная плотность на атоме азота благоприятствует отрыву аннопа.
н О 0 + ьн1,,Н в:. н — 'х-сои' нн э к'хсок и'.хсц ь -ок' л и" и и 0 8.5, ГИДРОЛИЗ АМИДОВ Д я гндролкза аминов до карбааовьтх кислот н аманов иеобходит2!). б се, хсесткпе условия, чем для гндролнза сложных эфиров ! )]. П ичин со-гонт в том, что электронодшюрвый азотный заместит с ель сообщает значительную стабилизацию основному состоянию с ар к боннльной группой, что теряется в переходном состоянии, приводящем к тетраэдрическому интермедиатут О О )! ! + КС-ХКа т-э- КС=МЬ Полагают, что гидролнз в основной среде протекает по механизму, аналогичному Вэс2-мехатщзму гидролнза сложных эфиров )22); 0 О" КСХИК+ ОН ч=е КСХИК ! ОН 0 0 0 КСХНК + И ~~ КСХИтК вЂ” ~ КСОИ+ Н2ХК ! ОН ОН КСООН+ ОН и:в- КСОО.
+Нао Принципиальное различие заключается в худшей, по сравнению с алкоксндами, снособиости амид-ионов выступать в качестве уходящих групп. В результате протонвровапие атома азота предшествует распаду авз тетраэдрического интермедиата. Обмен между карбонильным кислородом и водок оказывается значительным, поскольку возврат тетраэдрического интермедната к исходным реагеитам протекает быстрее, чем разложение с образованием продуктов.
При гидролизе некоторых амндов распад тетраэдрического ннтермедната в направлении прямой реакции может проходить через образование днаниона [23!: о О" ЯСНА,"+ "ОН ~ КСННй' ) ОН О О М6ДЛФЙБО КГНГ!К'+ ОН вЂ” ~ КСННК' 1Н 0 ! ЯСИНА' — + КСОО +ННй' ЖНй'+ НаО + Ц ЫН~+ ОН Зтот путь, отличный от механизма гидролиза сложных эФиров, также отражает худшую способность к уходу анниной фупкцин по сравнению с алкоксид-ионами. Участие днаниона подтверждают кинетические исследования и изотоппые эффекты растворителей, в соответствии с чем предполагается осуществление определяющего скорость переноса протона [24[, В этих условиях реакция имеет но гидроксид-иону более вы.
сокий порядок, чем первый; это согласуется с механизмом, включаю. щнм дианнон. Механизм каталнзнруемого кислотой гндролиза амидов включает атаку' протонированпого амида молекулой воды. Важной особенностью химии амидов является то, что карбонильиын кислород, оказывается наиболее основным в молекуле амида. Присутствует очень незначительное количество И-протоннрованной формы [25, 26!. Фактором, который способствует стабильности О-протоннровапной формы, является способность этой формы к делокализации и-орбнтали по всей Π— С вЂ” Х-системе: это способствует делокализации положительного заряда. В Я« протонированной форме такая делокализации невозможна. Наиболее вероятный механизм гндролиза включает присоединение молекулы иоды к О-протоннровапному амиду с последующим,распадом тетраэдрического ннтермеднатаг эОИ ОН ОН +ОИ ! !+ !! К!ННа+НаО ч: в йСННэ ч,=е ВСЕ ч:~ ЯСОН+ ХН ~ КСООН++ХН э! ! 'ОН, В процессе катализируемого кислотой гндролиза амндов обмена кислорода с водой почти не происходит [27).
Поскольку в реакции принимает участие тетраэдрический ннтермедиат, то отсутствие обмена тре. бует, чтобы распад протекал исключительно с элимнннрованием азот- содержащего заместителя, Зто требование оказывается приемлемым, поскольку ампногруппа является наиболее осноэноц и поэтому оказывается преимущественным местом протонированпя в тетраэдрическом интермедиате. Протопирование атома азота приводит к образованию лучшей уходящей группы, чем амид-ион, а именно нейтральной моле- кулы аммиака, и мо)кио ожидать, что зе удаление более предпочти» тельно, чем гидрокснд-иона. 8,6. АЦИЛИРОВАНИЕ НУИЛЕОФИЛЬНЫХ ИИСЛОРОД- И АВОТСОДЕР)КЯЦИХ ГР2НИ О 0 !1 Дсон+ Ц'он ч=ь Цсой'+ Н о Для направления процесса в сторону прямой реакции обычно псполь зуют большой избыток спирта, необходимо также удаление образую.
шейся воды. В некоторых случаях этого можно достичь путем азеатрапной перегонки. Второй рассмотренной ранее реакцией, о которой нужно напомнить прн обсуждении методов ацилировапия, является амииолиз сложных эфиров. Эта реакция приводит к образованию амидов путем 1!-ацилн. рования: 0 О 1! ДСОк'+ Ц'ЪН~ ч йСО1ЧНЦ" + й'ОН Константа равновесия этой реакции обычно велика, однако реакция протекает довольно медленна. В наиболее общих методах О- и М-ацилирования применяют более реакционноспасобпые апилирующие агенты, чем сложные эфиры илн карбоиовые кислоты. В частности, с большинством незатрувяениых гидроксид- или аминагрупп быстро реагируют ацилхлориды и ангидрщы кислот с образованием соответственно эфиров и амидов и'ОН -1- йСС! ч. О .!! КРОЙ'+ НС1 1! ЙСОП'+ ЦСООН 0 1! ЙСМНй'+ НС1 О !! ЦСЫНД'+ ЦСООН Й'ОН+ ВСО),0 — Ф О 1! Й МНс+ йСС) й'НН, + (ЦСО),Π— ~ ° Хорошо известны общие механизмы этих процессов '1281'.
Нуклеофиль~ иая частица присоединяется па карбонильной группе с последующим Превращения спиртов путем О-ацилиравания в сложные эфиры и аминов путем М-ацнлирования в амиды принадлежат к фуидамеиталь ным органическим реакциям. Данные реакции являются обратными по сравнению с тидралитнческнмн Процессами, рассмотренными в предыдущих разделах. Важное значение имеет также зцнлированне нуклеофильного углеродного атома, но эта тема будет рассмотрена позднее — в гл. 2 книги 2, где чожио будет подчеркнуть синтетические аспекты реакции. Хотя в предыдущих двух разделах этой главы уделялось внимание гидролитическнм процессам, были рассмотрены и два механизма, приводящие к О- и Ы-ацилированню. При обсуждении каталнзируемого кислотой гидралнза сложных эфиров было отмечена, что данная реакция обратима.
Таким образом, спирты можно ацилнровать реакцией с карбоиовыми кислотамв-, элиминированнем галогеиа или карбоксилатиой группы. Реакционно. способными ацплирующими агентами галогениды и ангидриды кислот являются нз-за комбинации индуктивного эффекта галогена или кислородного заместителей !это облегчает иуклеофильную атаку) и способности тетраэдрического ннтермедпата к легкому отщепленню относительно хорошо уходящих групп О О О НРХН+ НСХ вЂ” ДСХ НСХк1+ НХ Н'ХН В Х = Нз1, СООН Ацнлировапие спиртов проводят обычно в присутствии органических оснований, например пнрндина. Основание может служить для двух целей. Оно является акцептором образующихся в реакции протонов и предотвращает возникновение высокой концентрации кислоты. Пиридин принимает также непосредственное участие в реакции в качестве нуклгоФильяого катализатора: о о ХСС! -1- З Х; '! — е кС вЂ” Х' ')+ СГ о о- о 1 р Д'ОН+ НС вЂ” Х' ~' ДС вЂ” Х' х — ч НСОЯ'+ НХ' /~ ~=/ дон По отношению к карбоннльному центру ацилхлорида пнридин является более реакционноспособиым иуклеофилом, чем спирт.
В свою очередь, образующийся продукт — нон ацилпнрндиния — по отношению к спирту является более реакционноспособным, чем первоначальный ацнлхлорид. Поэтому существуют необходимые для иуклеофильного катализа условия и апилирование спирта с помощью ацнлхлорида протекает быстрее в присутствии пиридина, чем в его отсутствии. К данным, подтверждающим этот механизм, принадлежат спектроскопические наблюдения ацетилянридиииевого иона [291. В ярисутствкн более сильных третичных алифатических аминов, например трпэтиламииа, вступает в действие другой механизм.
Показано, что прк взаимодействии дейтернрованного по кислороду метанола с ацилхлорицом в присутствии триэтиламина некоторое количество дейтерия вводится в а-положение к карбопильиой группе сложного эфира. О О О 1! вни !! СН~СНзСНзСС1+ Снзо11 ~' СнрСНзСНзСОСнз+ СНзСНзСН ОСИз лиан ! Ь Зтв ззъ На основании этого предполагается, что некоторое количество сложного эфира образуется через кетеиовый интермеднат 1301: О + ЦСН~СС!+ ЕЗ~Х вЂ” + ХСК=С=О+ Е!зХН+ С! О ДСН=С= О+ Снзо!т — -~ НСЙСОСНэ !з Кетены легко присоединяют пуклеофплы по зр-углероднаму атому. Взаимодействие ацнлгалогснидов с третичными аминамн в отсутствие нуклеофилов является общим способом получения кегепов «311.
Кинетические нсследованяя взаиьюдействия спиртов с ацилхлорнЛами в полярных рас:зорптелях в отсутствии основных катализаторов обычно показывают первый нлн второй порядок реакции по спирту 132]. Предложено переходное состояние, в котором вторая молекула спирта действует в качестве акцептора протона: 0 о- о Ц Н-С вЂ” С1 — з" Коня 1 НССт — ь ОСОК + С! н'о т над' оп' Ц О о ннн' з, к 1 ясон з- н'и=с=ни' — нсо-с=ни' < "ни' от ыни' г1 о з ь „, н к1зос хя — ~" нс —,Оус — нп — ~ нсынн Ф и ыясхнн' ихннз н"мн, На первой стадии происходит присоединение карбоновой кислоты по связи С=-ГЧ карбоднимнда с образованием О-ацилированного производного мочезнны. Данное производное является резкцнонноспособным ацилирующнм агентом.
тзк как обладает значительной способностью к злнминнроваипю мочевины с образованием очень устойчивой карбонильной группы амида 1331. В отсутствие амина кислота превращалась бы в ангидрид при взаимодействии со второй молекулой кислоты, играющей роль нуклеофнла, При взаимодействии карбоновых кислот с трифторуксусным ангидридом образуются рсакинояноспособяые ацътяруюшие агентьг, которые особенно полезны при зцилнровании затрудненных спиртов и фенолов: СООН он сн, СНг НзС СНз — 1 НгС вЂ” СΠ— ' 1 — СН~ Нас СНз Помимо хлорангипридов и ангидридов кислот сугцествует ряд дру. гих типов соединений, являющихся реакционносцособными ацилнрующими агентами. Многие из них были разработангя для облегчения проведения синтеза полипептпдов, где необходимы мягкие условия ацилировапия н высокая селектнвпосы.
Роль реакций ацилнрования в синтезе полнпептядоз будет обоз ждсна в г.т. 11 книги 2„однако применяемые методы уместно кратко рассмотреть уже здесь, поскольку зги реагенты можно эффскгнвно применять для ацнлирования более простых соединений. Важной группой реагентов для превращения карбоновых кислот в активные ацилирующие агенты являются карбодиимиды.
Наиболее часто применяется дициклогексилкарбоднимнд. Механизм реакции сле- дующийг Активный ацилирующпй агент можно представлять себе как прохоиироваиный смешанный ангидрид ~34~, или продукт диссоциация ангидрида до иона ацилня и трнфторуксусной кислоты [351: О о НО О я 1!1 ЙСОССРв — ЙСОССР® о о 1 (~ н' Цсо~ Скт ===а РС О+ СРтСООН Любой из этих механизмов объясняет, почему яе происходит трифторацетилированне пуклеофала. Протонироваине ангидрида происходит, вероятно, по менее обедненному электронной плотностью карбоняльному кислороду, а не по карбоннльиой группе, соседиея с очень электроноакцепгорной трнфторметильной группой. Аналогично расщепление несимметричного ангидрида должно пропсходнть с образованием более устойчивого иона ацнлня; ион трифторацетилия был бы более неустойчивым.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
