Лекция 18 Алифатическое нуклеофильное замещение

реклама
Лекция 18
Алифатическое нуклеофильное
замещение
Š 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
Скачать