Терней - Органическая химия I (1125892), страница 40
Текст из файла (страница 40)
19. Каждый из приведенных ниже катионов способвн перегруппировываться в более стабильный катион. Нредложите структуру поретруппированпого катиона, учитывая только один 1,2-перенос. Ю 9 а) СН,СН(СН»)СНСН, д) СН ОСН СНС(СН ) Н1 Ю б) (СН»)»ССНСН» е) С,Н,— СН,— СН, (С»Н» — фенильпая группа) 9 Ж в) СН»СН»СН»СНСН(СН»)С(СН»)» ж) С»Н» СН(СН») СН» Ю сэ г) СН~=СНСН,СНСН СН з) С»Н» — С(СНз)» — СН» 5.7. ПО МЕХАНИЗМУ КАКОГО ТИПА БУДЕТ ОСУЩЕСТВЛЯТЬСЯ РЕАКЦИЯ: 8н1 ИЛИ 8„2? В этом разделе мы рассмотрим некоторые факторы, определяющие, по какому из механизмов — 8н1 или 8н2 — протекает конкретная реакция замещения. 1.
Характер углеродного скелета — индуктивный, резонансный и стерический эффекты. Реакция замещения протекает по Ян1-механизму только в случае тех соединений, которые могут давать достаточно стабильные катионы! Как правило, триалкилметильные или резонансно стабилизированные катионы обеспечивают преимущественное протекание реакции типа 8ы1 по сравнению с 8ы2-замещением. Влияние числа алкильных заместителей на относительные скорости сравниваемых реакций проиллюстрировано в табл. 5-4.
Из данных таблицы видно, что увеличение числа алкильных заместителей облегчает реакцию 8ы1 и затрудняет 8ы2-реакцию. Это отражает то обстоятельство, что 8н2-реакция наиболее чувствительна к стерическим факторам, а реакция 8ы1 — к электронным факторам. Увеличение числа алкильных заместителей экранирует атом углерода, связанный с уходящей группой, и это, конечно, затрудняет 8ы2-процесс. Однако те же заместители стабилизируют положительный заряд на атоме углерода, несущем уходящую группу, и это благоприятствует процессу 8н1. Правило чПервичные галогениды реагируют по механизму Б»12, а третичные — по механизму Як1» является весьма полезным. Однако, как боль- АлкилГАлоге!1идьь РеАкции нуклеОФильного ЗАмен1енпя 201 Таблица 54 Сравнение относительных скоростей реакций ЯН1 и Яь12 ВВг+10 + В1+ВгО (8ь12) ВВг+ НгО -+ ВОН+ НВг (Бь11) Относительная скорость ВН1-реакции относительная скорость ЗН2-реакции 1,05 1 12 1,2 10е 145 1 8 10 а 5 10 а — СН3 — сн,сн, — СН (СН,), — с(си,), шинство правил, оно имеет исключения.
Мы уя«е отмечали (равд. 5.5), что аллил- и бензилгалогениды достаточно легко подвергаются Як$-реакциям. Аналогичным примером может служить хлорметилметиловый эфир СН,ОСН С1, который также подвергается быстрому ЯК1-замещению. Причина такого необычного поведения та же, что и в случае аллилхлорида,— хлорметилметиловый эфир образует резонансно стабилизированный катион. Однако в катионе, образованном из хлорметилметилового эфира, делокализация положительного заряда происходит за счет свободной пары электронов кислорода, а не электронной пары л-связи. о — С1О (~ ® О+, оон, СН.,— Π— СНг — С1 — -+ СНз Π— СНг <-+ СНз О=СНг — '-~ С Н,ОСН.,— ОСН, хворметилме1пиловь й резонансно эФир сп1абилизированный катион Ю' ,ЗО.
Катион СН,— Π— С11, имеет два положительно заряженных атома: углерод, связанный с двумя атомами водорода, и кислород. (Это результат резонансной стабилизации положительного заряда.) Однако при взаимодействии с зтим катионом нуклеофил реагирует с атомом углерода, а не кислорода. Объясните причину того, что иуклеофил атакует углерод, а ве кислород. (Примечание. какой продукт следовало бы ожидать, если бы пуклеофил атаковал кислород? Нарисуйте для него структуру Льюиса. «1то вы можете сказать об активированном комплексе, ведущем к этому продукту?) Од Снг В-К вЂ” СН.;-СН.,— С1 —  — К ~ С1О г(р сн Образующийся циклический продукт является весьма реакционноспособным и в свою очередь склонен к раскрытию кольца при взаимодействии 2. Характер углеродного скелета — участие соседней Группы. Если в одной и той же молекуле имеются хороший нуклеофил (например, О, Я или У) и уходящая зруппа и они разделены двумя атомами, то может произойти внутримолекулярное замещение уходящей еруппы.
В результате этой Як2-реакции образуется трехчленное кольцо. В примере, показанном ниже, Х вЂ” внутренний нуклеофил, «чи — внешний нуклеофил. 202 глАвА а с другой молекулой нуклеофила: о+ясцг  — Х~' ~ Хи -+ й — Š— СНг — Снг — Хи о СНг Характерный пример участия соседней группы мы находим в реакциях горчичного газа (бис-(2-хлорэтил)сульфида или иприта). Гидролиз этого соединения показан ниже. Горчичный газ отличается сильным кожно-нарывным действием и является токсичным при концентрации в воздухе 1 м. д. (миллионная доля).
Его высокая реакционная способность и токсичность связаны с эффектом участия соседней группы. СНг С! — СН,— СН,— З Снг —,С1 -+ С1-Снг — Снг — Ь'. ~ С18 СН. Снг горчцчньш газ ,Р,СН, ОН, С1СнСН вЂ” Ь: ~ Й вЂ” — + С1 — СН,СН,— Б — Снг — Снг — ОН -но СН~ Способность к легкому раскрытию кольца при нуклеофильной атаке делает трехчленные кольца сильнейшими алкилирующими агентами. Зто свойство успешно используется в лекарственных препаратах типа хлорамбуцила — азотного иприта, применяемого при лечении хронического лимфолейкоза (белокровия). Детальный механизм действия этих препаратов пока еще не выяснен, однако обязательное наличие двух хлорэтильных групп (С1 — СН,СН,— ), присоединенных к атому азота, позволяет думать, что действие препарата обусловлено «сшиванием» компонентов клетки.
Большая часть наших знаний о поведении 1п чего таких лекарственных препаратов основана на раннем изучении горчичного газа! Н Н С1 — СНЙ вЂ” Снг С=С О М вЂ” С С СН2 Снг Снг С О Н С1 — СН,— СН, С вЂ” С Н Н хлорамбуцил (хлорбутин) Милеран (диметилсульфонат 1,4-бутандиола) обладает алкилирующими свойствами и является антинеопластическим агентом (неоплазм — любой ненормальный рост ткани).
Хотя это соединение имеет два центра для нуклеофильной атаки, оно не подвергается внутримолекулярному нуклеофильному замещению, поскольку в нем отсутствует нуклеофильный центр. Милеран используется главным образом для лечения хронического миелолейкоза (белокровия). О О 1! !! НЯС 8 О Снг Сня СНя СНг О Б СН3 1! 1! 0 О милеран 1миелосан) АлкилгАлогенидьь РеАкции нуклеОФильного зАмещения 203 Участие соседней группы приводит к интересному стереохимическому результату. Замещение, осуществляющееся с участием соседней группы, протекает с сохранением конфигурации~ Такого типа процесс с участием соседней группы представляет собой две последовательные Як2-реакции. Поскольку каждая из зтих реакций идет с обращением конфигурации, то две такие инверсии должны привести к продукту, имеющему ту же конфигурацию, что и исходное вещество.
Ниже это показано в общем виде: В Зн2 н-Ф вЂ”" » н"-+н — ', н-) — х Хн и, х К, две инверсии приводят к сохранению конфигурации Интересным примером участия соседней группы является гидролиз аниона ф)-2-бромпропионовой кислоты в присутствии иона серебра. Общий результат показан ниже: Реакция протекает с сохранением конфигурации хирального атома углерода, н з ней участвует отрицательно заряженный кислород.
Он действует как внутренний нуклеофил и замещает бром по механизму 8к2. Это — первая стадия, идущая с обращением конфигурации. (Ион серебра координируется с ат,.1мом брома и способствует его отщеплению.) Промежуточный продукт называется лактоном; Н ««ОО Н,С~~ ' Г Н"., /~ С вЂ” С вЂ” » „~с — С=О+ АдВг нс ' .Вг'~ О ОА лактпон АЙ ОО Нзс~."~ Г А,О Вг На следующей стадии вода атакует лактон, осуществляя вторую ЯК2- реакцию. Второе обращение конфигурации приводит к той же конфигурации, что и у исходного вещества. Н ~О Н О 'С вЂ” — С=Π— -» НЗС4ь С вЂ” С НзС / О Н О~ .
О О Н Н Н На конечной стадии от положительно заряженного атома кислорода отщепляется протон. Поскольку имеется большой избыток воды, можно принять, что вода играет роль основания, которое удаляет протон. О '1зС» "'С С .+ НхС»» С~ +Н ~ф О® ~Р Н вЂ” О ОО Н Н О Н ОО Н,С~~ С' Вг О анион ~5)-2-бромпропионовой кислоты Н ОО ~ Нэс~~с Ад НО О анион ~5)-молочной кислоты 204 глАвА а Обычно не принято давать детали механизма стадии опгщепления ггротона, которая завершает последовательность реакционных спгадий.
Эта последняя стадия может быть написана следующим образом: Н О Е-1 н-"е~, н-" н Если участие соседней группы осуществляется на лимитирующей стадии, то скорость реакции может существенным образом увеличиться. Этот эффект называется анхимерным содействием. Интересным примером этого является гидролпз неопентплтозилата (структура тозилатной группы, сокращенно Тз, показана ниже): СН 1 С11з — С вЂ” СНз — О'Е 8 011 н,о —. СЦз — С вЂ” С11.— С11з 1 Сцз 2-метил-2-бутан ол неопептилтозилат Π— 8 — ~~ ~~ — СН О При гидролизе неопентилтозилата получается 2-метил-2-бутапол, а не нвопентиловый спирт. Это наблюдение наряду с другими позволяет предположить, что в большинстве случаев неопентил-катион не образуется.
Полагают, что в вышеприведенном примере миграция метил-анион«, происходит одновременно с отщеплением тозилат-иона. Это приводит к образованию 2-метил-2-бутил-катиона без образования первичного неопентил-катиопа. ЦС ® """С вЂ” С "".ц ЕЕзС ~ц гп репгичный капшон Почему перегруппировка сопровождает ионизацию? Почему она пе происходит после ионизации? Ответ на эти вопросы состоит в том, что энергия активации ниже для ионизации, сопровождаемой перегруппировкой, чем для образования первичного катиона с последующей перегруппировкой. Понижение энергии активации является результатом распределения возникающего положительного заряда между двумя углеродными атомами, один из которых является тризамещенным.
Действительно, можно считать, что миграция метил-аниона способствует ионизации. Реакции, в которых мигра- Н,С Н Нзс Н Н С..., и( — (» — «11 ( .:«1( — (» з 3 НзС ОТз НзС ОТз неопенпшлгпозолав начонаегпся ионозаЧпя ,СНз ~„„.,ц — - Н С .„С' — С'""' Н з ~з+ зд НзС ОТз акпшвпрованный комплекс АлкплгАлогкнидьь ввАкции н~клвофильного зАмнщвния 205 цпя протекает синхронно с ионизацией и увеличивает их скорость, называют анхимерно ускоренными. Зтп п другие данные позволяют предполо."кить, что простые первичные катионы ВСН ® образуются в растворах лишь в исключительных случаях.
3. Природа растворителя. В реакциях, протекающих по механизму 8к1, образуются как катионы, так и анпоны. т1ем в болыпей степени выражена способность растворителя стабилизировать аниоп и катион, тем более вероятно осуществление 8ь~1-реакции. К числу растворителей, способствующих 8к1-реакции, относятся вода, водноорганические смеси, содержащие болыпое количество воды, и муравьиная кислота. В качестве растворителей для 8~ 2-реакций обычно используют ацетон и этанол.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
