Главная --> Справочник терминов


Кинетически контролируемым В конкретном случае 2-метилциклогексанона кинетически контролируемым продуктом реакции является 151, а термодинамически контролируемым — 150. В результате углубленного исследования лих, казалось бы, частных вопросов химии енолятов удалось в дальнейшем разработать общий препаративный метод селективного алки-лирования по одному из альтернативных положений кс-тонов, не требующий трудоемкого разделения изомерных силиловых эфиров. В этом методе получение силиловых эфиров из кинетически контролируемых енолятов достигается путем обработки исходного карбонильного соединения возможно более сильным и пространственно затрудненным основанием с немедленным «гашением» получающихся енолятов триметилхлорсиланом. Напротив, для получения силиловых эфиров термодинамически контролируемых енолятов можно использовать более обычные основания (например, El3N), а перед введением си лидирующего агента следует увеличить время выдержки реакционной смеси или прогреть ее для достижения равновесия. В применении к 2-метилциклогексапопу это привело к следующим результатам 45:

На основании этих данных удалось разработать методики, который позволяли с высокой селективностью получать силиловые эфиры как кинетически контролируемых енолятов, так и их термодинамически более стабильных изомеров. Так, если проводить енолизацию кетона 181с помощью сильного и сте-рически затрудненного основания, такого, как бис-триметилсилиламида лития (BSA) при возможно более низкой температуре с немедленной обработкой реакционной смеси триметилхлорсиланом, то енольный эфир 182а получается с чистотой более 90%. Если же использовать для енолизации более слабое основание, триэтиламин, и проводить реакцию при нагревании, то с такой же чистотой можно получить изомерный продукт 182Ь (см. схему 2.83) [25Ь].

ры атакующего криптооснования. Для кинетически контролируемых реакций восстановления существует правило, что доля экваториального спирта тем больше, чем менее объемны реагент и заместители в ^-положении. Преимущественное образование аксиального спирта наблюдается при больших размерах криптоосно* вания и заместителя в ^-положении

Эти закоиомериостн справедливы только для кинетически контролируемых реакций (см. разд. В.3.2). Если условия реакции способствуют образованию термодинамически контролируемых продуктов, то необходимо принимать в расчет изомеризацию, которая приводит к значительному изменению соотношения между орто-, мета- и пара-*продуктами (см., например, сульфирование и алки-лированне по Фрнделю — Крафтсу).

Обычные правила ориентации соблюдаются здесь поэтому только до тех пор, л ока «процесс протекает при кинетически контролируемых условиях (см. разд. В,3.2). Следовательно, реакция должна быть вовремя прервана, что удастся только в том случае, если скорость реакции можно поддерживать небольшой, т. е. если .работают при мягких условиях (при низкой температуре н с малыми количествами катализатора) (см. общую методику). Напротив, при термодинамическом контроле, т. е. при более высоких температурах, продолжительном времени реакции и больших количествах катализатора, алкилнроваиие замещенных ароматических соединений часто приводит преимущественно к жега-замещенным продуктам. Например, при метилировании толуола метилхло-ридом образуется при 0°С 27%, при 55 °С 87% я при 106 °С 98% л-ксилола. Кроме того, имеет место дезалкилированне и переалкилироваиие, особенно при примсшелни сильнодействующих катализаторов. Если обрабатывают, например, n-ксилол хлоридом алюминия, то наряду с о- и л-кснлоламя получают также бензол, толуол, трнметнлбеизол и др. При алкилировании в присутствии серной или фтористоводородной кислот, трнфторида бора или других мягких катализаторов эти побочные реакции наблюдаются в незначительной степени.

На основании этих данных удалось разработать методики, который позволяли с высокой селективностью получать силиловые эфиры как кинетически контролируемых енолятов, так и их термодинамически более стабильных изомеров. Так, если проводить енолизацию кетона 181 с помощью сильного и сте-рически затрудненного основания, такого, как бис-триметилсилиламида лития (BSA) при возможно более низкой температуре с немедленной обработкой реакционной смеси триметилхлорсиланом, то енольный эфир 182а получается с чистотой более 90%. Если же использовать для енояизации более слабое основание, триэтиламин, и проводить реакцию при нагревании, то с такой же чистотой можно получить изомерный продукт 182Ь (см. схему 2.83) [25Ь].

Эта реакция обратима, и при нагревании дициклопеитадиен разлагается с образованием мономера - циклопеитадиена. Реакция Дильса-Альдера с участием циклопеитадиена или другого циклического диена позволяет сформулировать еще одно важное эмпирическое стереохимическое правило, известное как правило Альд ера. В кинетически контролируемых процессах преимуществ енио образуется изомер с эндо-положением заместителя X в диенофиле. Термин "эндо" подразумевает транс-расположение заместителя X и метиленового мостика в бициклической системе. Приставка "экзо" означает их г/ыс-расположение:

Таким образом, восстановление а,р-енонов литием в жидком аммиаке или в ГМФТА представляет собой специфический и оригинальный метод генерирования енолят-ионов насыщенных кетонов в кинетически контролируемых условиях.

Для кинетически контролируемых реакций /сд i= /св (на рис. 1 feA > /св).

руемыми. Как и в случае кинетически контролируемых региоселектив-

Как было отмечено выше (см. разд. 2.5.6), полиядериые углеводороды также подвергаются реакциям электрофильного присоединения — элиминирования. Они вступают в реакции электрофильного присоединения более легко, чем производные бензола. С помощью теории молекулярных орбиталей можно полуколичественно оценить относительные скорости и распределение изомеров для кинетически контролируемых реакций полиядерных углеводородов. Разница в скоростях связана, по-видимому, с изменением л-элек-тронной энергии при превращении арена в аренониевый ион (сг-комплекс) на лимитирующей стадии. Энергию электрона на р-орбитали изолированного 5/э2-углеродного атома обозначают а, а энергию электрона вблизи двух $р2-углеродных атомов, находящихся на расстоянии связывания, обозначают р. Таким образом, для гипотетического циклогексатриена Ел = 6а + бр, а для бензола ЕЛ = 6<х + 8р. Учитывая резонансную энергию бензола (Р — = 76,6 кДж/моль), изменение я-электронной энергии бензола при протонировании составляет

В конкретном случае 2-метилциклогексанона кинетически контролируемым продуктом реакции является 151, а термодинамически контролируемым — 150. В результате углубленного исследования лих, казалось бы, частных вопросов химии енолятов удалось в дальнейшем разработать общий препаративный метод селективного алки-лирования по одному из альтернативных положений кс-тонов, не требующий трудоемкого разделения изомерных силиловых эфиров. В этом методе получение силиловых эфиров из кинетически контролируемых енолятов достигается путем обработки исходного карбонильного соединения возможно более сильным и пространственно затрудненным основанием с немедленным «гашением» получающихся енолятов триметилхлорсиланом. Напротив, для получения силиловых эфиров термодинамически контролируемых енолятов можно использовать более обычные основания (например, El3N), а перед введением си лидирующего агента следует увеличить время выдержки реакционной смеси или прогреть ее для достижения равновесия. В применении к 2-метилциклогексапопу это привело к следующим результатам 45:

быстрее. Такой продукт называют кинетически контролируемым. Однако если реакции обратимы, соотношение продуктов может быть и иным. Если остановить процесс задолго-до достижения равновесия, реакция будет кинетически контролируемой, так как в смеси присутствует больше того продукта, который образуется быстрее. Но если позволить реакции достичь положения равновесия, преобладающим или даже единственным продуктом будет В. В этих условиях продукт С, образующийся первым, претерпевает обратное превращение в А, тогда как более устойчивый продукт В в меньшей степени подвержен обратной реакции. В таких случаях речь идет о термодинамически контролируемом продукте [9а]. Рисунок 6.3, конечно, не отражает все случаи, при которых соединение А может давать два разных продукта. Часто более устойчивый продукт одновременно является и тем продуктом, который образуется быстрее; тогда один и тот же продукт будет и кинетически, и термодинамически контролируемым.

При —80 °С бромид-ион BrQ, вероятно, не может быстро отойти от только что образовавшегося карбокатиона и присоединяется к С2, образуя 3,4-дибром-1-бутен. Очевидно, что этот продукт образуется наиболее легко, т. е. быстрее другого, и его называют кинетически контролируемым продуктом реакции.

Почему мы так много внимания уделяем этой реакции присоединения? Причина в том, что она иллюстрирует общее явление, называемое «кинетическим контролем против термодинамического контроля» . Другими словами, мы рассматриваем реакцию, которая может привести к двум продуктам, причем один из них образуется быстрее другого. Продукт, образующийся быстрее, называется кинетически контролируемым продуктом. Другой про-

термодинамически или кинетически контролируемым?

Чаще всего электрофильное присоединение к сопряженным диенам приводит к смесям продуктов 1,2- и 1,4-присоединения, образование которых можно понять, если принять делокализацию заряда в промежуточном ионе карбения (карбкатионе) (уравнение 20). Так, гидробромирование бутадиена ведет [47] к смеси бромидов (21) и (22). При низких температурах бромид (21) образуется быстрее, чем бромид (22), и является кинетически контролируемым продуктом реакции, в то время как (22) более устойчив, чем (21), и накапливается предпочтительно при 40 °С в равновесной смеси в случае термодинамического контроля.

токсипропена. Причина различия в составе продуктов, образующихся при переацетализации и прямом введении ацетальнои группы, не ясна, однако переацетализация часто проводится при сте-хиометрических количествах ацеталя, тогда как для прямого введения этой защитной группы, по-видимому, необходим огромный избыток карбонильного соединения. Это свидетельствует о том, что переацетализация является кинетически контролируемым процессом, тогда как прямое введение ацетальнои группировки контролируется термодинамическими факторами.

Иногда образуются продукты атаки положения 4, а не положения 2. Например, реагент Гриньяра присоединяется но карбонильной группе (схема 40) [65]. Этот процесс, конечно, является кинетически контролируемым. Значение кинетического фактора для определения общего направления реакций, инициируемых нуклео-фильной атакой пиронового кольца, уже обсуждалось в связи с аналогичными реакциями кумаринов (см. разд. 18.2.3.1).

Чем же объяснить сильную зависимость направления течения реакции (по существу направления присоединения бромид-аниона) от температуры? Считают, что при — 80 °С бромид-анион неспособен к достаточно быстрой миграции и остается в том месте, где он образовался, т. е. вблизи развивающегося карбение-вого центра С2, к которому преимущественно и присоединяется. По этой причине продукт 1,2-присоединения-3,4-дибромбутен-1 - образуется быстрее изомерного ему 1,4-дибромбутена-2 и его называют кинетически контролируемым продуктом реакции.

Примечательно, что в условиях кинетически контролируемого процесса взаимодействие по центру С(4) возможно в соответствии с зарядовым контролем, так как после С(9) заряд на этом атоме наибольший. Однако воздействие амина по атому С(2) карбоксилат-аниона, как и 2-этоксикарбонилхромона, не является, очевидно, кинетически контролируемым. Действительно, расчеты модельных соединений показали, что атака нуклеофила по атому С(2) фторированного карбоксилат-аниона приводит к термодинамически более стабильному продукту реакции, чем воздействие на нуклеофильные центры С(4) и С(7). Это следует из сравнения величин энтальпии образования соединений (АН = кДж-Моль_1)[7].

Чем же объяснить сильную зависимость направления течения реакции (по существу направления присоединения бромид-аниона) от температуры? Считают, что при — 80 °С бромид-анион неспособен к достаточно быстрой миграции и остается в том месте, где он образовался, т. е. вблизи развивающегося карбение-вого центра С2, к которому преимущественно и присоединяется. По этой причине продукт 1,2-присоединения-3,4-дибромбутен-1-образуется быстрее изомерного ему 1,4-дибромбутена-2 и его называют кинетически контролируемым продуктом реакции.




Кислотном расщеплении Карбанионы свободные Классических исследований Классификация основанная Клеточных мембранах Клинического применения Кневенагеля конденсация Коэффициенты молекулярной Коэффициенты сжимаемости

-
Яндекс.Метрика