|
|
|
Главная --> Справочник терминов Апротонного растворителя ходном состоянии этот заряд более делокализован, чем в исходном соединении, и повышение полярности растворителя замедляет реакцию. Между протонными и апротонными растворителями даже примерно одинаковой полярности существуют различия. SN! -Реакции неионизированных субстратов быстрее идут в протонных растворителях, которые могут образовывать водородную связь с уходящей группой. Примерами протонных растворителей могут служить вода, спирты и карбоновые кислоты, а к полярным апротонным растворителям относятся диметил-формамид (ДМФ), диметилсульфоксид [323], ацетонитрил, ацетон, диоксид серы и гексаметилфосфортриамид (Me3N)2PO (ГМФТА), называемый также гексаметилтриамидофосфатом [324]. апротонному растворителю. Это может иметь практическое синтетическое значение. В обзорах [325] приводятся перечни реакций типов I и III, в которых переход к полярным апротонным растворителям приводит к снижению продолжительности реакции и улучшению выхода продукта. Реакции типов II и IV значительно менее чувствительны к различиям между протонными и апротонными растворителями. 3. Во многих случаях на направление атаки оказывает влияние природа растворителя. Чем более свободен нуклеофил, тем больше вероятность его атаки более электроотрицательным атомом, но чем в большей степени этот атом связан либо с молекулами растворителя, либо с положительными противоионами, тем выше вероятность атаки менее электроотрицательным атомом. В протонных растворителях степень сольватации с участием водородных связей более электроотрицательного атома выше, чем степень сольватации атома, обладающего меньшей электроотрицательностью. В полярных апротонных растворителях сольватация обоих атомов невелика, но такие растворители весьма эффективно сольватируют катион. Таким образом, в полярном апротонном растворителе более электроотрицательная часть нуклеофила свободнее от взаимодействия как с растворителем, так и с катионом, поэтому переход от протонных к полярным апротонным растворителям часто приводит к возрастанию роли атаки более электроотрицательным атомом. Примером может служить атака [3-нафтолята натрия на бензилбромид, в результате которой в диметилсульфоксиде образуется продукт О-ал-килирования с выходом 95%, а в 2,2,2-трифтороэтаноле — продукт С-алкилирования с выходом 85 % {364]. Изменение природы катиона от Li+ к Na+ и К+ (в неполярных растворителях) также способствует увеличению выхода продукта О-алкилиро-вания за счет продукта С-алкилирования [365], что аналогично использованию краун-эфиров, которые хорошо сольватируют катионы (т. 1, разд. 3.2) (в этом случае ион К+ делает нуклеофил более свободным, чем ион Li+) [366]. Однако нуклеофильностъ в огромной степени зависит от сольватации (см. 9.2.4). Приведенные в табл. 9.9 данные по нуклеофильности получены, к сожалению, в протонной среде - метаноле. При переходе от метанола к диполярным апротонным растворителям (ДМФА и др.) ряд нуклеофильности галогенид-ионов изменяется на обратный F" > СГ > Вг" > Г, в целом же ряд нуклеофильности в ДМФА очень сильно отличается от ряда нуклеофильности в протонных средах (9.2.4). Измерение скоростей Sfj2-реакций в газовой фазе с помощью ионного циклотронного резонанса к биполярным апротонным растворителям-НДВС степень соль- lg(/vV//H)) или Ig hi от ill. Приведенные в табл. 1.6.4 константы определены для реакции SN2 в водно-ацетоновых растворах. Переход от одного растворителя k другому вследствие различной сольватации меняет относительную нуклеофилыюсть. Особенно заметно такое изменение при переходе от протонных к апротонным растворителям, Во всех случаях под нуклеофилыюстью понимают характеристику химической частицы, оцененную из кинетических данных. Однако нуклеофильность в огромной степени зависит от сольватации (см. 9.2.4). Приведенные в табл. 9.9 данные по нук-леофильности получены, к сожалению, в протонной среде — метаноле. При переходе от метанола к диполярным апротонным растворителям (ДМФА и др.) ряд нуклеофильности галогенид-ионов изменяется на обратный F~ > СГ > Вг~ > Г, в целом же ряд нуклеофильности в ДМФА очень сильно отличается от ряда нуклеофильности в протонных средах (9.2.4). Измерение скоростей Sjy2-реакций в газовой фазе с помощью ионного циклотронного резонанса показало, что в отсутствие сольватации рад нуклеофильности совершенно -непохож на тот, который приведен в табл. 9.9. Таким образом, достаточно четко определить понятие «нуклеофильность» чрезвычайно трудно, и нуклеофильность зависит не только от природы самого нуклеофила, но также и от природы субстрата и растворителя. Применяют также «индикаторные» формы драйерита, изменяющие Окраску с синей на красную, когда осушающее действие полностью исчерпано. Это достигается нанесением на поверхность гранул сульфата кальция 3,5 — 5% безводного хлорида кобальта. Синяя соль кобальта индифферентна к апротонным растворителям, нерастворимым в воде (бензол) или частично растворимым в воде (дпэтиловый эфир), но вымывается растворителями, смешивающимися с водой, как протонными (этанол, уксусная кислота), так и апротонными (ДМФЛ, ДМСО, триглгш). Несмотря на то что по механизму растворения краун-эфиры подобны этим диполярным апротонным растворителям в различных органических реакциях, как подробно описано в гл. 2 и 3, они отличаются тем, что в качестве растворителя выступает только одна молекула краун-соединения, такого, как краун-эфир или криптанд. Это позволяет растворять неорганические соли в неполярных или малополярных растворителях, таких, как бензол, гексан, галогениро-ванные углеводороды, и проводить реакции в растворе в присутствии каталитического количества краун-соединения или в количестве, стехиометричес-ком по отношению к неорганической соли. Несмотря на то что по механизму растворения краун-эфиры подобны этим диполярным апротонным растворителям в различных органических реакциях, как подробно описано в гл. 2 и 3, они отличаются тем, что в качестве растворителя выступает только одна молекула краун-соединения, такого, как краун-эфир или криптанд. Это позволяет растворять неорганические соли в неполярных или малополярных растворителях, таких, как бензол, гексан, галогениро-ванные углеводороды, и проводить реакции в растворе в присутствии каталитического количества краун-соединения или в количестве, стехиометричес-ком по отношению к неорганической соли. Применяют также «индикаторные» формы драйерита, изменяющие Окраску с синей на красную, когда осушающее действие полностью исчерпано. Это достигается нанесением на поверхность гранул сульфата кальция 3,5 — 5% безводного хлорида кобальта. Синяя соль кобальта индифферентна к апротонным растворителям, нерастворимым в воде (бензол) или частично растворимым в воде (дпэтиловый эфир), но вымывается растворителями, смешивающимися с водой, как протонными (этанол, уксусная кислота), так и апротонными (ДМФЛ, ДМСО, триглгш). Многочисленны предложения по получению мезитилена дегид-роконденсацией ацетона. В качестве катализаторов этой реакции рекомендовали смесь серной и фосфорной кислот [108], соляную кислоту в присутствии апротонного растворителя, например, N-ме-тилпирролидона [109], соли и оксиды тантала [НО] или ниобия [111] на носителях, алюмомолибденовые катализаторы, промоти-рованные палладием [112], и др. [1, с. 221]. Реакцию, как правило, проводят в газовой фазе при 200—500 °С и объемной скорости 0,3—1,0 ч~', нередко при повышенном давлении. Глубина превращения ацетона за проход составляет около 50%, селективность реакции зависит от катализатора и условий процесса. Побочным продуктом процесса является оксид мезитила. Самые вы- Эти карбокатйоны, согласно правилу Корнблюма, должны реагировать с анионом натрийацетоуксусного эфира по месту с наибольшей электронной плотностью — атому кислорода, давая 0-производное енольной формы ацетоуксусного эфира. Гетеролиз диметилсульфата становится возможным потому, что образующийся при этом анион (98) стабилизируется путем рассредоточения избыточной электронной плотности по трем атомам кислорода, а чрезвычайно активный карбокатион +СН3 в какой-то мере стабилизируется благодаря сольватации его молекулами апротонного растворителя. Кислотность или основность может также меняться при переходе от протонных растворителей к апротонным, поскольку при этом меняется характер сольватации анионов (понятно, что в апротонном растворителе невозможно образование водородных связей) [121]. Этот эффект может быть очень резко выражен; так, в диметилформамиде пикриновая кислота сильнее, чем НВг [122], хотя в воде НВг намного сильнее. Подобное явление может быть связано с размерами ионов: большой ион (О2Ы)зСбН2О~ лучше сольватируется молекулами диметилфор-мамида, чем маленький ион Вг~, тогда как в протонном растворителе, например в воде, Вг~ лучше сольватируется маленьким неэкранированным протоном [123]. Кислотность или основность может меняться даже при переходе от одного апротонного растворителя к другому. Например, по отношению к 2,4-дини-трофенолу порядок силы оснований имеет вид: Bu3N>Bu2NH> >BuNH2 в хлорбензоле, Bu2NH>Bu3N>BuNH2 в бензоле и Bu2NH>BuNH2>Bu3N в дибутиловом эфире [124]. На кислотность или основность оказывает также влияние ионная сила растворителя, так как в зависимости от нее меняются коэффициенты активности. Первоначально найденное решение, хотя и было достаточно общим и надежным, оказалось все-таки не очень удобным. Смысл его сводился к следующему: смесь енолятов, образующихся при взаимодействии несимметричных кетонов, например 1-метилциклогексанона (181), с такими основаниями, как триэтиламин в среде апротонного растворителя, обрабатывали триметилхлорсиланом — электрофшюм, атакующим еноляты исключительно по атому кислорода. Получаемую при этом смесь региоизомерныхтриме-тилсилиленолятов (например, 182а и 182Ь, схема 2.83) разделяли перегонкой, после чего из индивидуальных изомеров действием метиллития получали in situ соответствующие литиевые еноляты 181а и 181Ь, взаимодействие которых с требуемым электрофилом приводило к получению чистых региоизоме-ров 183а и 183Ь. При получении аллилфениловых эфиров, 2-замещенных 2,2-ди-нитро-1-алкиловых эфиров и арилоксиацетонов для ускорения реакции добавляют йодистый калий; в последнем случае наблюдается повышение выхода с 20 до 90% и более [б]. Для реакции Вильямсона действие апротонного растворителя (диметилсульфоксид) не сравнивалось с действием других растворителей, но можно ожидать, что нуклеофильность алкокси-аниона в этом растворителе будет повышаться и скорости замещения будут возрастать, особенно для пространственно затрудненных фенолов [7] Первоначально найденное решение, хотя и было достаточно общим и надежным, оказалось все-таки не очень удобным. Смысл его сводился к следующему: смесь енолятов, образующихся при взаимодействии несимметричных кетонов, например 1-метшщиклогексанона (181), с такими основаниями, как триэтиламин в среде апротонного растворителя, обрабатывали триметилхлорсиланом — электрофилом, атакующим еноляты исключительно по атому кислорода. Получаемую при этом смесь региоизомерных триме-тилсилиленолятов (например, 182а и 182Ь, схема 2.83) разделяли перегонкой, после чего из индивидуальных изомеров действием метиллития получали in situ соответствующие литиевые еноляты 181я и 181Ь, взаимодействие которых с требуемым электрофилом приводило к получению чистых региоизоме-ров 183а и 183Ь. Методика Б. Смесь 10 ммоль 1-хлоралкансульфономорфолнда, 10 ммоль альдегида или кетона в 10 мл бензола добавляют по каплям в течение 30 мин при 10— 15 °С к смеси 10 мл 50%-ного NaOH, 0,06 г ТБАХ и 1 мл гексаметапола (добавка диполярного апротонного растворителя очень активирует реакцию в двухфазной системе), перемешивают 2 ч при комнатной температуре, выделяют оксираны обычным путем. В апротонных растворителях нет атомов водорода, способных к образованию водородных связей, и этот тип сольватации не может осуше-, ствляться. В результате электроны аниона становятся более доступными для реакции. Важна полярность рассматриваемого апротонного растворителя, так как если растворитель характеризуется низкой диэлектрической проницаемостью, то растворенные ионные соединения, скор ее всего существуют в виде ионных пар или агрегатов ионов: Ацилирование енолят-ионов кетонов ангидридами и галогенангидридами кислот осуществляется в полном соответствии с принципом ЖМКО по атому кислорода. Однако такое направленне реакции характерно только в том случае, когда раствор щелочного енолята медленно прибавляется к избытку ацилирующего агента в растворе ТГФ, ДМЭ или диполярного апротонного растворителя. замене полярного апротонного растворителя на протонный [12, 62]. ного апротонного растворителя протонным, чем реакции с заме-  Ароматического альдегида Ароматического субстрата Ароматическому субстрату Ароматическом замещении Асимметрическое восстановление Асимптотически приближаются Ассоциатов макромолекул Атактических полимеров Атмосфере инертного |
- |
Навигация