Лекция 18 Алифатическое нуклеофильное замещение
advertisement
Лекция 18 Алифатическое нуклеофильное замещение Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода в алкилгалогенидах, как метод создания связи углерод-углерод, углерод-азот, углерод-кислород, углерод-сера, углерод-фосфор (получение алкилгалогенидов, спиртов, тиолов, простых эфиров, нитросоединений, аминов, нитрилов, сложных эфиров и др.). Классификация механизмов реакций нуклеофильного замещения. Основные характеристики SN1, SN2 реакций. Энергетический профиль реакций. Алифатическое нуклеофильное замещение R Nu Z Nu: + + Z R S N1 ме ханизм Сна ча ла отще пляе тся уходяща я группа H H Ph Cl H PhS H H H Да ле е присое диняе тся нукле оф ил Ph PhS Ph Cl S N2 ме ханизм H H PhS Ph Cl Присое дине ние нукле оф ила и отрыв уходяще й группы происходит одновре ме нно H H PhS Ph Энергетический профиль SN1 Энергетический профиль SN2 К.Ингольд Э. Хьюз Заряженные нуклеофилы 1 ROR + Hal 1 RSR + Hal 1 RCN + Hal 1 RHal + Hal' RO + R Hal RS + R Hal CN + R Hal Hal + R Hal' Незаряженные нуклеофилы ROH + HBr 1 R OR 2 + HI RBr + H2O 1 2 R I + R OH RHal + ROH ROR + HHal RHal + HOH ROH + HHal MeS Me I MeS Me + I v = k2[MeSNa][MeI] O-нукле о ф ил pKa с о пряжё нно й кис ло ты Ско ро с ть S N2 ре акции HO - 15.7 (H2 O) быстро RCO 2 - ~ 5 (RCO 2 H) прие мле мо H2 O - 1.7 (H3 O +) ме дле нно RS O 2 O - 0 (RS O 2 OH) ме дле нно Гало ге н X в Me X pKa с о пряжё нно й кис ло ты HX Ско ро с ть ре акции c NaOH F +3 оче нь ме дле нно Cl -7 сре дне Br -9 быстро I - 10 оче нь быстро ме дле нно OH Br ста дия 1: обра зова ние ка рбока тиона быстро ста дия 2: ре а кция ка рбока тиона v = k1[t-BuBr] OH тре тичные спирты а ллиловые спирты H Br Br OH H Br Br OH H OH бе нзиловые спирты Br ста бильные ка рбока тионы Ста дия 1: обра зова ние ка рбока тиона H2O H OH OH2 Ста дия 2: присое дине ние ка рбока тиона к нукле оф илу Br Br Br Отно с ите льные с ко рос ти ре акции (H2 O = 1) нукле о ф ило в с Me Br Нукле о ф ил AcO- Ско ро с ть 900 Cl1100 PhO2000 HO- PhS- 1.2*104 5*107 Ско ро с ть ре акции (10 5 k, s -1 ) нукле о ф ило в с PhCH2 S Ph 2 Нукле о ф ил AcO- Cl Ско ро с ть 3.9 4.0 - PhO- HO- PhS- 3.8 74 107 X R X R X R X с труктура Me тип ме тил пе рвичный S N1 ре акция ? не идё т не идё т да хорошо S N2 ре акция ? хорошо хорошо да не идё т H H H R вторичный R R тре тичный Скорость сольволиза в 50% водном эта ноле сое дине ние Cl 0.07 S N2 Cl 0.12 S N1, но плохо S N1 пре кра сно Cl 2100 Cl 1.0 S N1 130000 S N1 тре тичный 7700 S N1 бе нзильный Cl Ph относите льна я скорость Cl OH + OH + H bisected conformation OH OH2 + HBr -H2 O Br- - Br Br Br 80% HBr Br 100% HO 20% Получение тритиловых эфиров Cl Py + RCH2 OH O R TrCl Cl HO R O H N R Получение триарилметанов Cl CCl4 AlCl3 CHCl3 AlCl3 Ph H Ph Ph Стаб ильные карб о катио ны как инте рме д иаты в S N1 ре акциях Тип ка тиона Приме р 1 Приме р 2 алкильный про с то й тре тичный (хорошо) t-Bu ка тион тре тичный (не та к хорошо) i-P r ка тион Me Me Me3C Me2CH = Me = H Me Me с о пряжё нный бе нзильный а ллильный H H H с таб илиз иро ванный ге те ро ато мо м кислородом (ион оксония) H MeO а зотом H H Me2N MeO H H H H Me2N H H R OH NaH спирт O Me I R а лкоголят-ион OH O NaOH (MeO)2SO2 ф е нол R O O Me S Me O O OMe ме тиловый эф ир OMe + диме тил сульф а т а низол O O S Me O O ста бильный сульф а т-а нион хороша я уходяща я группа H Nu H ре аге нты X (-) Nu (-) X H Nu H H пе ре хо д но е с о с то яние H + X про д укты П.Вальден (1895г.) Разные стереохимические результаты SN1 и SN2 H OH H SOClF H H2O OH SbF5 (+)-(S)-вт ор-бута нол HO HO H 50% H (+)-(S)-вт ор-бута нол = H2O: H2O: ра це миче ский вт ор-бута нол вт ор-бутил ка тион HO H (-)-(R)-вт ор-бута нол = 50% HO H 50% S R 50% Вальденовское обращение конфигурации при SN2 H OH O Cl S O (+)-(S)-вт ор-бута нол O O O O S H O N TsCl пара-толуол сульф онилхлорид пиридин (+)-(S)-вт ор-бутил пара-толуол сульф она т [(+)-(S)-вт ор-бутил тозила т] O Bu4N CH3CO2 DMF S N2 ре а кция O O S H O H2O HO H O H (-)-(R)-вт ор-бута нол оптиче ски а ктивный вт ор-бутил а це та т Р АЦЕМИЗ АЦИЯ SN 1 H OH (+)-(S)-вт ор-бута нол H H OH H2O SOClF SbF5 ра це миче ский (-+)-вт ор-бута нол вт ор-бутил ка тион TsCl пиридин H OTs Bu4N AcO DMF AcO H NaOH H2O HO H (-)-(R)-вт ор-бута нол SN2 ИНВЕР СИЯ Отно с ите льные с ко ро с ти S N2 ре акции алкил хло рид о в с ио д ид ио но м Алкил хло рид Отно с ите льная с ко рос ть 200 MeCl Cl Me O вторичный а лкил хлорид; ме дле нно из-за сте риче ских за трудне ний 79 а ллил хлорид; π-сопряже ние в пе ре ходном состоянии 200 920 Cl на име не е за труднё нный а лкил хлорид 0.02 Cl Cl Ко мме нтарии бе нзил хлорид; π-сопряже ние в пе ре ходном состоянии лучше че м в случа е а ллил хлорида сопряже ние со свободной эле ктронной па рой кислорода ускоряе т ре а кцию O Cl 100 000 сопряже ние с ка рбонильной группой боле е эф ф е ктивно, α-ка рбонил га логе ниды на иболе е ре а кционноспособные
