Терней - Органическая химия I (1125892), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Так, бромид-ион не будет реагировать ни с метанолом с образованием метилбромида, ни с этапом с образованием метилбромида или этилбромида. Эти три реакции представлены ниже: 182 глАвА з водные серной кислоты: 0 !! НΠ— 8 — ОН !! о серная кислота о о !! !! НзС вЂ” 8 — ОН НзС вЂ” 8 — 0' !! !! 0 0 метансульфо- метансульфонат-ион * кислота (отличная уходящая группа) Н Н Н Н ! ! ! ! С вЂ” С 0 С вЂ” С 0 !! l~ ~~ !! СНз С С 8 ОН СНз С С 8 0 / !! !! С=С 0 С=С 0 ! ! Н Н Н Н и-толуолсульфокислота и-толуолсульфонат-ион или ~ тозилат-ион (ВОТз) (отличная уходящая группа) Ряд уменьшения способности быть уходящей группой: Н 1-1 ! ! С вЂ” С l~ 3 СНз80з —, СНз — С С вЂ” 80з — )1 — )Вт — ) Н,Π— )(СНз)з8 — )С1 — )!'— С=С ! ! Н Н Многие процессы замещения протекают в живых организмах.
В то время как в лабораториях химики в качестве уходящих групп часто используют галогениды и производные серной кислоты, в организме человека реакции замещения протекают с другими уходящими группами. Среди наиболее часто встречающихся в живых системах уходящих групп — фосфатная группа ОР(ОКОН),. Ниже показан гидролиз фосфорного эфира: 0 0 ! !! но ! !! — С вЂ” 0 — Р— ОН вЂ” + — С вЂ” ОН + НΠ— 1' — ОН ! ! ! ! ОН ОН зфир,'фосфорной спирт фосфорная кислоты кислота Студенты иногда спрашивают: «Откуда я знаю, какой атом в сложной структуре будет атакован нуклеофилом3» Наиболее простой ответ звучит так. '«Ищите углерод, несущий лучшую уходящую группу, потому что при прочих равных условиях именно этот углерод наиболее легко будет подвергаться атаке».
На основании этого заявления совершенно ясно распределение продуктов реакции, представленной ниже. Бром, являющийся лучшей уходящей группой, чем хлор, быстрее замещается иодид-ионом. ацетон Вг СНзСНзСНз С1+ 18 ~ 1 — СН СНзСН С1)Вг СНзСН СНз 1 0 !! Обычно группу — 8 — записывают как — 8(0) —. Так, метансульфокислота мо!! 0 жет быть записана как СНз8(0)зОН, а серная кислота — как Н08(0)зОН илп 8(0)з(ОН)з. АлкилгАлогенидьь РеАкции НУклеоФильного аАмищения 183 9. Любое из перечисленных ниже соединений потенциально может вступать в реакцию нуклеофильного замещения.
Для каждого случая укажите $) уходящую группу и 2) строение этой группы сразу же после отщепления. а) СнзснзснзОЯ(0)зснз г) (Снз)зснснзсн»О(снз)з 63 б) СН ОБ(0 ) ОСН д) (СН ) ССН»СН 0(СН )С Н в) СН»СН ОН е) (Снз)45~ 10, Назовите основной продукт (или продукты) реакции каждого из соединений в задаче 9 с избытком нодида натрия, растворенного в ацетоне.
0 сн,с1 !! — — — + СН»С вЂ” 0 — СН + С1Е' медленно О !! СнзС О б о !! снзовоснз ацетат-ион (н уклеоф ил) 0 0 !! (! сн,— с — о — сн,+Оояосн, !! О быстро метилацетат О том, насколько разнообразно использование ЯК2-реакций, можно получить представление из данных, приведенных в табл. 5-3. Однако широкое распространение — это не основное преимущество реакций типа ЯК2.
Синтезируя некое соединение, важно быть уверенным, что новая функциональная группа входит только в определенное место молекулы. Лоекольку входящая группа замещает отщепляющуюся группу у одного и того же атома, реакция типа ЯКЫ оказывается очень полезной, когда необходимо однозначно основать строенп~ встречным синтезом Чем., однако, задачу 46), например СН си,-с-си,сис1-еле сиссиат ~сел, — ь ! Н сн ! — э сн,— с — сн,сн(осн,) — сн, — сн„ ! Н сн но не СНз — С вЂ” СН,— СНз — СН(ОСН,) — СНз 1 или любой другой изомер ВВЕДЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП С ПОМОЩЬЮ РЕчАКЦИИ 8К2. Существование широкого диапазона потенциальных нуклеофилов и уходящих групп позволяет широко использовать Ян2-реакции в органическом синтезе. Фактически почти любая функциональная группа, обладающая свободной электронной парой, может служить при определенных условиях нуклеофилом.
Даже если функциональная группа обладает низкой нуклеофильностью, как, например, ацетат-ион (СН СОО), она может быть все равно использована в реакциях ЯК2-типа, поскольку можно подобрать такое атакуемое соединение, которое содержит очень хорошую уходящую группу. Для иллюстрации ниже приводится синтез метилацетата СН»С(О)ОСН» двумя различными способами. Кроме того, в этом примере мы встречаемся с использованием очень мощного метилирующего агента — диметилсульфата СН»ОЯ(О)зСН» — соединения, которое легко отдает нуклеофилу метильную группу. 184 гллвА б Таблица б-3 Взаимное превращение функциональных групп н реакциях Вы2" Нуклеофил + субстрат — + продукт + уходящая группа 1 + СН,С1 — ~ СН,1 +С1 метилхлорид метилиодид н = со + сн,оя(оНосн, — сн,сн + сн,оно1,оо диметилсульфат ацетонитрил 0 НО0 + Н,С вЂ” СН, — НΠ— СН,СН, О0 этиленоксйд анион этиленгликоля Ю "В ОЯ=Ы=М0+ СН,С1 — СН,— М=М=ПР + С10 азид-ион метил азид е (С,Н,)зРСНз 10 иодид метилтрифенилфосфоп и и (СзНз)зР + СНз1 — + трифенилфосфин О 0 СНз — С вЂ” 0 + СЕ1зСНз1 — + ацетат-ион атил иодйд Рн~ + СНзВг — — э фосфид-ион Н вЂ” С= — С0+ СНСНВг —— ацетиленид-ион СНз — Я вЂ” СНч + С1 — С1 диметилсульфйд ~п 1 + СНз Π— СНз СН, ион триметилоксония — — + СН1 + Сн — Π— СН диметиловый эфир Атом, атакуемый нуклеофилом, напечатан жирным шрифтом.
Если имеются эквивалентные центры атаки, то они также выделены. ниже соединений может быть синтезировано по Яы2- исходного соединения и нуклеофила, которые нрпве- О !! н) С Н~с — ОСН,С Н, о) (В)-СНзСН(ОСН )СН СН и) (сн,),ы~с10 р) СЕ1з — СНСНзСЕ1зСН=СН, СН вЂ” СН с) О СН,— СН СН,— СН, т) 0 О СН,— СН 11. Каждое из приведенных реакции. Предложите комбинации дут к указанным веществам.
а) СН,ОСН, б) СНзС1 в) СН,ВН г) СнзЯНз д) СН,ОН е) СНзСНзРНз ж) СН ОСНзСН з) СН,ОС(СН,), и) Снзсн~сХ к) СнзБснзс(снз)з л) (Снз)з"г1 м) Н вЂ” С=С вЂ” СН СНз СН СН ОС(0)СНз -!- 10 этилацетат РНзсНз + Вг0 метил фосфин Н вЂ” С = — С вЂ” СН,СНз + Вг'~ атил ацетилен С1 СНз Я СНз ~ С1 е хлорид хлордиметилсульфонпя АлкилгАлогеешды. РеАкции ИУклеОФильного зАмещения 185 Использование реакций замещения для превращения функциональных групп мы рассмотрим на примере одного из первых, реально осуществленных синтезов тиралгина — физиологически активного природного соединения.
Тирамин был обнаружен во многих продуктах питания (например, в сыре), но когда он попадает в организм, то немедленно разрушается сложным белком (ферментом), называемым моноалгинооксидазой (МАО). При разработке схемы синтеза тирамина, приведенной ниже, в качестве исходного соединения мы выбрали и-оксибензиловый спирт. В большинстве случаев выбор пути синтеза целесообразно начинать с конца. Приходится намного меньше вспоминать, если, начав с конечного продукта, задать вопрос: «Как получить данное соединение в одну стадию?» Это в свою очередь ведет к выбору ближайших предшественников конечного продукта, и тот же вопрос возникает вновь.
Обычно после рассмотрения таким способом двух-трех стадий синтеза вопрос оказывается решенным или выбранный синтетический путь становится очевидным. -н,о ХаСХ но — ~~ ~~ — сн,он+ нс1 — но ~ ~~ — сн,с1 — — — ХаС1 но — ~ ~ — сн,сн ' но ~ ~~ — ~сн,~,— нн, ( %/давление тирамии С иитггез тпирамиип: 1. но — ~ ~ — сн,он-~но~ но — ~ ~ — сн,с1~-н,о / 2 (Г а Это превращение осуществляется по механизму Яг11, который будет обсуждаться ниже в этой главе. После того как вы ознакомитесь с 8111-реакциями, вернитесь к данной стадии и подумайте, сможете ли вы объяснить. а) механизм, б) почему это пе Я1,12-реакция и в) почему замещается только одна из двух ОН-групп. Последний вопрос — наиболее трудный из всех, и может оказаться, что правильный ответ на него будет найден только после того, как вы прочтете гл. 23. 2.
но — ~~~ ~~ — сн,с)+ смΠ— но — ~ ~~ — сн,сы+ сР Реакция протекает по механизму 81ч2 и является одним из наиболее удобных методов увеличения длины углеродной цепи на один атом. Цианидион — нуклеофил, а хлорид-ион — уходящая группа. н н 3. но — ~ ~' — сн,— с=н-)-2н — + но — '~~ ' — сн — с — н — 1 Это реакция восстановления, а не нуклеофильного замещения: с помощью 2 молей водорода циапгруппа — С=Я превращается в аминометильпую — СН.,ХН,.
Такой метод синтеза аминов широко используется и будет рассмотрен в т. 2, равд. 21.4. Механизм этой реакции, как, впрочем, и многих других реакций, катализируемых металлами, до сих пор является предметом дискуссий и требует экспериментального исследования. 5.4. РЕАКЦИИ Я,1 Другим основным типом реакций ионного замещения в алифатическом ряду является нуклеофильное замещение, т. е. тоже реакция типа Яы. В этом случае в противоположность реакциям 8„12 на пути превращения 186 глАвА б исходных веществ в продукт образуются два активированных комплекса.
Наиболее важный из этих двух комплексов ведет к одной промежуточной частице, поэтому вся реакция рассматривается как реакция лопололекулярного нуклеофильного замещения и обозначается Ям1. Ям1-Реакция не является согласованным процессом и состоит из двух отдельных стадий. На первой, наиболее важной стадии происходит ионизация исходного соединения (например, алкилгалогенида) с образованием аниона (например, галогенид-иона) и катиона В~). На второй, завершающей стадии образовавшийся катион реагирует с нуклеофилом, давая конечный продукт.
Реакция 8) 1 в общем виде.' медленная стадия адкил-Ь -+ (алкил](~+18 1 — + алиил — Хи Реакция 8~1; превращение 1 ионизация — с — ~ — + (медленно) алкилиодида в алкилбромид: — С® +Р ! ! алкилиодид (исходное соединение) катион (промежуточное соединение) ионное взаи ~ модействие вгв (быстро) — с — Вг ! алкилбромид (продукт реакции) идеализированное превращение иодпда в бромид Весьма полезным для понимания Яы1-замещения является рассмотрение :энергетического профиля (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
