|
|
|
Главная --> Справочник терминов Активирующих заместителей Прямое арилирование имидазола и бензимидазола галогенари-лами позволяет ввести в положение 1 имидазольного кольца различные арильные радикалы, в том числе не содержащие активирующие заместители [241, 305, 306]. Процесс обычно, за исключением использования динитробромбензола и пикрилхлорида, протекает при длительном [18—30 ч] кипячении реагентов в среде нитробензола в присутствии поташа и однобромистой меди. Выходы N-арил-имидазолов и бензимидазолов колеблются от 45 до 98% в зависимости от применяемого галогенарила. Ниже приведена методика синтеза 1-фенилимидазола арилированием имидазола с помощью бром-бензола [305]. Имеется обзор по N-арилированию N'H-гетероцик-лрв [307]. Сильные электрофилы взаимодействуют с соединениями ряда бензола, содержащими как электронод опорные, так и практически любые электроноакцепторные заместители. Электрофилы второй группы реагируют с бензолом и его производными, содержащими электронодонорные (активирующие) заместители или атомы галогенов (слабо дезактивирующие заместители), но обычно не реагируют с производными бензола, содержащими сильные дезактивирующие электроноакцепторные заместители (-NO2, -SO3H, -COR, -CN и др.). Наконец, слабые электрофилы взаимодействуют только с производными бензола, содержащими очень сильные электронодонорные заместители (+А/)-типа (-ОН, -OR, -NH2, -NR2, -О" и др.). Таким образом, активирующие заместители I рода, которые стабилизируют ареноиневый ион, увелихивают электронную плотность в орто- и жгра-положениях исходных аренов и поэтому являются орто-иара-ориеитантами и ускоряют замещение по сравнению с бензолом. Бензофуран не образует альдегида в условиях реакции Гаттермана [74], однако бенпофурапы, в бензольном ядре которых имеются активирующие заместители, вступают и реакцию, при-че^ адьдегиднан группа входит не R фур5новое кольцо^" i бен^ зольное. При применении цианистого недорода и хлористого водорода в~ отсутствие катализатора из 4.6-диметоксибензофу-рана получается 4,6-диметоксибензофуран-7-альдсгид с выходом 9% (75]. Если же положение 2 блокировать карбэтоксигруппой и применить в качестве катализатора хлористый цинк, то выход соответствующего альдегида увеличится до 72%. Фостер и Робертсон, применяя и качестве катализатора хлористый алюминий, получили 2-карбэтокси-4,б-диметокснбензофуран-7-альде-гид с выходом 90% [75]. Эти исследователи полагают, что н отсутствие блокирующей группы в положении 2 низкий выход альдегида обусловлен чрезмерным осмолением [75]. Однако Кар-рср и его сотрудники получали альдегиды ил бензофуранос, в которых положение 2 не было блокировано, применяя к качестве катализатора хлористый цинк [42, 51]; выходы в работе не указаны. активирующие заместители (помимо карбонильной группы) при- жащие активирующие заместители в ядре, дают в качестве продукта реак- Катион нитрозония является слабым электрофильным агентом, поэтому он способен взаимодействовать только с соединениями, имеющими в ароматическом ядре активирующие заместители. Так, ароматические углеводороды не подвергаются непосредственному нитрозированию; лишь фенолы и третичные жирноаро-матические амины легко нитрозируются азотистой кислотой. Нитрозогруппа обычно вступает в ш/>а-положение по отношению к гидроксилу или аминогруппе. Так, например, из К,]\-диметил-анилина при нитрозировании в мягких температурных условиях гладко и быстро образуется ге-нитрозо-К,К-диметиланилин. На практике, при взаимодействии амина с азотистокислым натрием •и соляной кислотой получается желтая соль, имеющая, по-видимому, хиноидное строение. Обработка соли раствором соды приводит к образованию свободного основания в виде зеленых листочков: Положительно заряженный конец диполя или карбениевый ион являются активными электрофильными агентами, способными взаимодействовать с бензолом или с производными бензола, имеющими в ядре активирующие заместители; ароматические соединения с дезактивирующими заместителями в ядре в реакции Фриделя — Крафтса не вступают. В качестве катализатора реакции алкилирования ароматических соединений спиртами и олефи-нами часто используют минеральные кислоты: плавиковую, серную или фосфорную. Действие кислот сводится к образованию «Активирующие заместители» [9], т. е. группы, увеличивающие электронную плотность в пиридиновом цикле в результате как индуктивного, так и ме-зомерного влияния, приводят к ускорению процессов электрофильного заме-*: например, 4-пиридон нитруется в положение 3 с промежуточным об-протонированной по атому кислорода соли [10]. Для того чтобы понять активирующее влияние заместителя в этом случае, полезно рассмотреть процесс как электрофильную атаку по протонированному субстрату, аналогичному фенолу. Электрофильная атака непротонированного i лучшим образом иллюстрируется аналогичной реакцией по фрагменту. Диметоксипиридины также нитруются через предварительное образование катиона, однако так происходит не всегда: например, 2-аминопи-бромируется по положению 5 в кислой среде без предварительного [11]. В том случае, если активирующие заместители присутствуют в С(2) пиридина, атака электрофилами идет по положениям С(з) и С<5), а если такие оказывают такое же влияние на легкость электрофильной атаки, как и в случае бензола. Сильные электроноакцепторные заместители приводят к еще большей инертности пиридинового цикла, в то время как активирующие заместители, такие, как амино-, гидрокси- или даже алкильные группы, облегчают электрофильное замещение и делают его возможным даже в протонированном пиридине, т. е. через образование дикатионного интермедиа-та. Галогенные заместители, которые ослабляют основные свойства пиридина и незначительно дезактивируют пиридиновое кольцо к реакциям с электрофилами, действуют иначе — приводят к повышению концентрации непротонирован-ного пиридина в реакционной смеси. По отношению к ароматическому кольцу реакционный путь ?д представляет собой электрофильное ароматическое замещение (гл. 11). Можно предсказать, что заместители в кольце, активирующие эту реакцию (разд. 11.3), будут ускорять, а дезактивирующие— замедлять реакцию по этому пути. Такое предсказание подтверждено рядом исследований. /г-Нитропроизводное L-грео-36 подвергается сольволизу в 190 раз медленнее, чем 36, что сопровождается значительно меньшим сохранением конфигурации: в полученном ацетате было 7 % трео- и 93 % эритро-изо-мера [114]. Отношение скоростей двух путей реакции при аце-толизе «-ZC6H4CH2CH2OTs при 90 °С представлено в табл. 10.1 [115]. Для всей этой серии значения ks относительно постоянны, как и должно быть, поскольку на этот путь реакции влияние оказывает эффект поля довольно удаленного заместителя Z. Значительное изменение происходит в значении &д при переходе от активирующих заместителей к дезактивирующим. Это можно рассматривать как довольно убедительное доказательство того, что участие арильных групп существенным образом зависит от их природы. Для ряда групп, например для п-нитрофенильной, в некоторых растворителях, например в уксусной кислоте, анхи- Ароматическое нуклеофильное замещение, протекающее по механизму ЗнАг, ускоряется в присутствии электроноакцептор-ных групп, особенно в орто- и пара-положениях к уходящей группе [44], и тормозится в присутствии электронодонорных групп. Такое влияние, конечно, противоположно влиянию тех же групп на электрофильное замещение, а причины аналогичны обсуждавшимся в т. 2, разд. 11.3. В табл. 13.1 приведен перечень групп, расположенных приблизительно в порядке их активирующей или дезактивирующей способности. Сильное активирующее действие оказывает атом азота в гетероциклических соединениях, особенно в а- и у-положениях, и еще в большей степени четвертичный атом азота [48]. К примеру, в качестве субстратов часто используют 2- и 4-хлоропиридины. Гетероциклические N-оксиды легко атакуются нуклеофилом по положениям 2 и 4, но кислород обычно теряется в этих реакциях [49]. Группу N2+ очень редко намеренно используют для активации реакции, но иногда случается, что при диазотировании таких соединений, как n-нитро- или n-хлороанилин, группа в пара-положении по отношению к диазониевой группе замещается на ОН из растворителя или на X из ArN2+X~ к удивлению и разочарованию исследователя, пытающегося заместить диазоние-вую группу, не затрагивая группу в пара-положении. В качестве активирующей группы чаще всего используют нитрогруппу, а наиболее распространенные субстраты 2,4-динитро- и 2,4,6-тринитрофенилгалогениды (называемые также пикрилгалогени-дами) [50]. Ароматическому нуклеофильному замещению вполне гладко подвергаются также полифторобензолы, например CeFs [51]. В реакциях ЗнАг производные бензола, не содержащие активирующих заместителей, как правило, не используются в качестве субстратов, так как два дополнительных электрона в молекуле 1 находятся на разрыхляющей орбитали (т. 1, гл. 2). Активирующие группы, оттягивая электронную плотность, способны стабилизировать интермедиа™. Если бы стабильность получающегося олефина действительно вносила главный вклад в движущую силу реакции, то-различие в скоростях отщепления должно было бы быть незначительным. На самом же деле соединение XXXIII отщепляет галогеноводород намного легче, чем XXXII, Таким образом, главное влияние карбонильного заместителя состоит, по-видимому, в увеличении кислотности, т. е. подвижности атомов водорода, связанных с соседним атомом углерода. В кетобромиде XXXIII, в отличие от XXXII, протон теряется соседним с карбонильной группой атомом углерода. Показано, что в большинстве-случаев облегчение отщепления под действием электронооттяги-вающего заместителя проявляется значительно сильнее, если заместитель находится не в а-, а в (^-положении, Влияние подобных активирующих заместителей проявляется зачастую настолько сильно, что приводит к отщеплению обычно не отщепляющихся групп, таких, как OR или NHa. Если бы стабильность получающегося олефина действительно вносила главный вклад в движущую силу реакции, то различие в скоростях отщепления должно было бы быть незначительным. На самом же деле соединение XXXIII отщепляет галогеноводород намного легче, чем XXXII, Таким образом, главное влияние карбонильного заместителя состоит, по-видимому, в увеличении кислотности, т. е. подвижности атомов водорода, связанных с соседним атомом углерода. В кетобромид& XXXIII, в отличие от XXXII, протон теряется соседним с карбонильной группой атомом углерода. Показано, что в большинстве случаев облегчение отщепления под действием электронооттяги-вающего заместителя проявляется значительно сильнее, если заместитель находится не в а-, а в р-положении. Влияние подобных активирующих заместителей проявляется зачастую настолько сильно, что приводит к отщеплению обычно не отщепляющихся групп, таких, как OR или NHa. Реакция в некоторой степени напоминает бимолекулярное нук-hHoe замещение (5м2) у алифатических соединений. Она протекает в целом также бимолехулярно, причем образование анио-г.а 1L ипляется самой медленной стадией. Однако анион II в отличие пт продуктов при 8к2-реакциях и по аналогии с о-комплек-сом при электрофилыюм замещении оказывается не переходным состоянием, а подлинным промежуточным соединением. Скорость реакции зависит поэтому как от плотности электронов иуклеофиль-ного агента (здесь это ОНе ), так и от оттягивания электронов от реакционного центра ароматического кольца. Появление положительного заряда у реакционного центра происходит под вЛняч пнем активирующих заместителей (в приведенном примере это нйт-puipvtiiia в пара-положении) и под действием атакуемой группы (хлор) Согласно вышеизложенному, галогены в активированных мрожггнческих структурах могут быть заменены в общем с воз-(>астаю!цен легкостью в последовательности I В качестве первого примера рассмотрим влияние сильных активирующих заместителей для орто- и мета- или иард-замещения в анизоле. Для орто-замещения в анизоле две граничные формулы представляют собой вторичный карбокатион, а третья - третичный, где положительный заряд дополнительно стабилизирован за счет участия неподеленной пары 2р-электронов атома кислорода ОСНз-группы с образованием оксонневой структуры: Особые трудности встречаются при синтезе 1-{р-нитробснзил)-3,4-дигидроизохинолина. о-Питрофепилацетамиды, в TOW случае если п их ядре не содержится активирующих заместителей, обычно не удается перевести в 3,4-дигидроизохинолины [52, 55, 100, 101], хотя и известен один пример успешного осуществления реакции этого типа [53]. Напротив, для активированных о-нитро-феннлацетамидоп известно большое число удачных синтезов. Некоторые исследователи полагают, что циклизацию можно осуществлять только под действием пятихлористого фосфора в хлороформе при комнатной температуре [102]; по другим данным с рапным успехом можно пользоваться и более обычным реагентом— фосфорным ангидридом [103, 104]. в ядро при наличии активирующих заместителей как аминогруп- лизация иминов приводит к тетрагидроизохинолинам в отличии от циклизации амидов, при которой образуются дигидропроизводные. При протонировании имина генерируется электрофильная частица, аналогичная возникающей в реакции Манниха. Поскольку электрофильность таких соединений существенно ниже электрофильности интермедиатов, образующихся при синтезе Бишлера— Напиральского, для замьпсания цикла необходимо присутствие сильных активирующих заместителей, причем в определенных положениях бензольного кольца. Медьорганаческие соединения, по-видимому, участвуют [90] в известном с давних пор процессе конденсации ароматических галогени-дов — реакции Ульмана [91]. Эта реакция идет при нагревании двух ароматических галогепидов в присутствии медной бронзы. Реакционная способность изменяется в ряду: иодяды > бромиду 7> > хлориды. Ре-зкции с иодидами и бромидами обычно осуществляются при -~-200°С., Эту реакцию можно успешно использовать для синтеза несимметричных биарнлов. Большое число примеров реакций Ульмапа приведено в работе [91], несколько примеров представлены на схеме 5.8. Наилучшие ВЫХОДЫ в этой реакции получают тогда, когда один из ароматических галогенидов содержит нитрогруппу. В отсутствие таких «активирующих» заместителей' выходы редко бывают хорошими, часто около 20—30%. В качестве первого примера рассмотрим влияние сильных активирующих заместителей для орто- и мета- или пара-замещения в анизоле. Для ор/яо-замещения в анизоле две граничные формулы аренониевого иона представляют собой вторичный карбокатион, а третья — третичный, где положительный заряд дополнительно стабилизирован за счет участия неподеленной пары 2/»-электронов атома кислорода ОСН3-группы с образованием оксониевой структуры:  Алифатических производных Алифатических углеводородах Абсорбента подаваемого Алифатическим углеводородам Алифатическом углеводороде Алкильные заместители Алкильных радикалов Алкильными заместителями Алкиламинное восстановление |
- |
Навигация