|
|
|
Главная --> Справочник терминов Происходит нуклеофильное Механизм этих реакций присоединения достоверно не установлен. Изображение реагента как RMgX[RMgX-2(C2H5)2O в эсЦире! является чрезвычайно упрощенным, да и образующиеся в ходез реакции промежуточные соединения трудно идентифицировать, аи разнообразие образующихся продуктов не допускает проостогоэ объяснения [3]. Принято считать, что происходит координ:аци?* между атомом магния и атомом кислорода карбонильной группы,, после чего происходит нуклеофильная атака группы R на атом уу1 рода карбонильной группы которой происходит нуклеофильная атака по атому галогена. Фтор-и хлортиофены, как правило, инертны, но бром- и иодпроизводные реагируют с н-бутиллитием почти мгновенно при —70 и даже при •—100 °С в эфирном растворе, образуя равновесные смеси, положение равновесия в которых почти нацело сдвинуто в сторону соответствующего тиениллития (табл. 19.1.10а). Если возможно протекание реакции по нескольким направлениям, то при —70 °С всегда преимущественно идет обмен галогена на металл, а не металлиро-вание; обмен сс-галогена предпочтительнее, чем обмен р-галогена, причем при подходящих температурах обмен иода на литий идет значительно легче, чем обмен брома (см. табл. 19.1.Юа). Одновременно можно провести селективный обмен одного, двух или большего числа атомов галогена. Если атом лития в процессе обмена вступает в положение цикла с не самой высокой кислотностью, например в р-положение, то реакционная смесь, которая при —70°С стабильна, в процессе нагревания до комнатной температуры под- ; вергается сложной последовательности процессов металлирования' и равновесного обмена галогена на металл, в результате чего образуется смесь продуктов, имеющих атом лития в наиболее кислотных центрах (см., например, схемы 26—28). Эта перегруппировка напоминает кине-замещение бромтиофенов под действием амидов, металлов (см. разд. 19.1.6.2). В частности, 2,4-дибромтиофен при Механизм образования гидрополисульфидаминов может быть представлен следующим образом. В присутствии аминно-го ускорителя происходит нуклеофильная атака молекулы серы, приводящая к раскрытию кольца В приведенных выше резонансных формулах отмечена пониженная электронная плотность в положениях 2, 4 и 6; положение 5, хотя и изолированное от атомов азота кольца, будет испытывать меньшую потерю электронного заряда путем индукции. Нуклеофильные реагенты должны поэтому атаковать положения 2, 4 и 6, а электрофильные реагенты—положение 5, но менее легко, чем в бензоле. Опытное подтверждение этих принципов весьма ограничено, так как пиримидин и его гомологи представляют собой химическую редкость. Пиримидины всегда получают лабораторными синтезами, которые дают замещенные соединения; реакции последних более сложны, хотя и подчиняются тем же основным принципам. Следует, однако, указать на получение 2-амино- и 2,4-диамино-6-метилпиримидинов из 6-метилпиримидина и амида натрия [107]. При кипячении 2-аминопиримидина с фениллитием в толуоле происходит нуклеофильная атака в положение 4 и образуется 2-амино-4-фенилпиримидин [108]. В конкурирующих реакциях замещения между 2 и 4 (или 6) положениями электронные эффекты сильно способствуют замещению в положение 2 [хотя статистический фактор положения 2 благоприятствует реакции в положении 4 (или 6) в незамещенном пиримидине]; это должно быть эквивалентно большему резонансному участию структур V и VI, чем структура VII. Примеров электрофильного замещения пиримидина или его простейших гомологов известно очень немного; однако (как будет указано ниже) в тех случаях, когда в молекуле присутствуют активирующие группы (например, ОН, NH2), атака пиримидиновых производных всегда направляется в положение 5. Окисление хиназолина в пиримидин-4,5-дикарбоновую кислоту и легко протекающее декарбоксилирование ее в пиримидин-5-карбоновую кислоту [109] совершенно аналогичны соответствующим реакциям пиридинового ряда и иллюстрируют сопротивление пиримидинового ядра окислению, обусловленное электронной недостаточностью. В буферных водных растворах азида натрия при реакции с имидохлоридами происходит нуклеофильная замена хлора азидной группой и водой, приводящая к образованию 1,5-дизамещенного тетразола и соответствующего амида [117, 118] В приведенных выше резонансных формулах отмечена пониженная электронная плотность в положениях 2, 4 и 6; положение 5, хотя и изолированное от атомов азота кольца, будет испытывать меньшую потерю электронного заряда путем индукции. Нуклеофильные реагенты должны поэтому атаковать положения 2, 4 и 6, а электрофильные реагенты—положение 5, но менее легко, чем в бензоле. Опытное подтверждение этих принципов весьма ограничено, так как пиримидин и его гомологи представляют собой химическую редкость. Пиримидины всегда получают лабораторными синтезами, которые дают замещенные соединения; реакции последних более сложны, хотя и подчиняются тем же основным принципам. Следует, однако, указать на получение 2-амино- и 2,4-диамино-6-метилпиримидинов из 6-метилпиримидина и амида натрия [107]. При кипячении 2-аминопиримидина с фениллитием в толуоле происходит нуклеофильная атака в положение 4 и образуется 2-амино-4-фенилпиримидин [108]. В конкурирующих реакциях замещения между 2 и 4 (или 6) положениями электронные эффекты сильно способствуют замещению в положение 2 [хотя статистический фактор положения 2 благоприятствует реакции в положении 4 (или 6) в незамещенном пиримидине]; это должно быть эквивалентно большему резонансному участию структур V и VI, чем структура VII. Примеров электрофильного замещения пиримидина или его простейших гомологов известно очень немного; однако (как будет указано ниже) в тех случаях, когда в молекуле присутствуют активирующие группы (например, ОН, NH2), атака пиримидиновых производных всегда направляется в положение 5. Окисление хиназолина в пиримидин-4,5-дикарбоновую кислоту и легко протекающее декарбоксилирование ее в пиримидин-5-карбоновую кислоту [109] совершенно аналогичны соответствующим реакциям пиридинового ряда и иллюстрируют сопротивление пиримидинового ядра окислению, обусловленное электронной недостаточностью. В буферных водных растворах азида натрия при реакции с имидохлоридами происходит нуклеофильная замена хлора азидной группой и водой, приводящая к образованию 1,5-дизамещенного тетразола и соответствующего амида [117, 118] Механизм реакции нитрилов с алюминийорганическими соединениями точно не установлен. Перегруппировка образующихся первоначально комплексов (при мольном соотношении реагентов 1:1)*84,185 может идти межмолекулярно. При этом происходит нуклеофильная атака мигрирующей группы на атом углерода нит-рильной группы другой молекулы179»186: реагенту). Применение растворителей с различной диэлектрической проницаемостью не влияет на скорость реакции — по-видимому, элиминирование заряда несущественно в переходном состоянии стадии, определяющей скорость реакции. Эти данные исключают механизм, аналогичный механизму, по которому образуются продукты из эпоксидов, и свидетельствуют о протекании процесса, изображенного на примере соединения XLVII. В этом случае происходит нуклеофильная атака фосфором атома серы. Предполагают, что удаление серы органическими соединениями лития проходит так, как это показано для соединения XLVIII [143]. Однако из сохранения геометрии исходного гетероцикла вытекает, что время существования предполагаемого промежуточного продукта должно быть очень малым (если он вообще существует). Нуклеофильная атака углеродных атомов пиридиновых колец облегчается наличием электроноакцепторных заместителей (например СООН, стр. 60) и затрудняется наличием электронодонор-ных заместителей (например NH2, стр. 64). В солях пиридиния влияние сильных электроноакцепторных заместителей, связанных с атомом азота [например — SO3~~, —C6H3(NO2)2, —CN, 4-пиридил], настолько велико, что может происходить раскрытие цикла (см. стр. 61—65). С N-алкилзамещенными этого обычно не происходит. Нуклеофильная атака облегчается для пиридинов, ионов пиридиния или пирилия и пиронов, конденсированных с бензольными кольцами. Ароматичность при образовании первичного продукта присоединения у монобензопроизводных и линейно аннелированных дибензопроизводных снижается меньше, чем у незамещенных моноциклических соединений. Бензопиридины также имеют меньшую склонность к реароматизации (например, при реакции с металло-органическими соединениями). Бензольные кольца, конденсирован- Другой метод синтеза кольца основан на циклизации продуктов взаимодействия а-галогенокарбонильных соединений с амидами или тиоамидами. Этим наиболее распространенным методом получения тиазолов мы обязаны Ганчу. Реакцию проводят не только с тиоамидами, но также и с тиомочевинами, тиосемикарбазидами и другими соединениями, содержащими структурный фрагмент -N—C=S. Родственные синтезы тиазолов были приведены в гл. 4, табл. 4.6. В процессе реакции происходит нуклеофильная атака атомом серы по галогенозамещенному атому углерода; образующийся в результате ациклический интермедиат в некоторых случаях удалось выделить. Образование такого интермедиата показано на рис. 8.17, в на примере синтеза 2,4-дифенилтиазола по методу Ган-ча. Для получения тиазолов реакцию обычно проводят в этаноле или подобном растворителе. 2,4-Дизамещенные оксазолы могут быть получены аналогичным способом из а-галогенокетонов и амидов, но этот процесс требует более высоких температур, а выходы довольно посредственные. Реакция а-галогенокетонов с формами-дом (синтез Бредерека) была уже упомянута в разд. 8.2 как метод получения имидазолов, но в присутствии кислоты интермедиаты могут циклизоваться в оксазолы, как показано на рис. 8.17, б. Примером реакции, в которой по механизму 5N2 последовательно происходит нуклеофильное замещение сначала атома галогена, а потом группы О—>-Х, является реакция Арбузова, которую часто ошибочно называют перегруппировкой (в том случае, когда реагирует триэтилфосфит, эта реакция действительно похожа на перегруппировку): Растворы солей диазония следует использовать немедленно для дальнейших превращений, так как они легко подвергаются гидролизу, давая фенолы. С хорошим выходом получаются фенолы при нагревании растворов диазониевых солей. При этом происходит нуклеофильное замещение диазогруппы по Sv 1 механизму: чаях в реакцию можно с успехом ввести арильиые и винильные субстраты, указывает на то, что простой Зн-процесс — это не единственный здесь механизм. Одна из возможностей состоит в том, что реагенты вначале вступают в обменную реакцию ArX + RM-^-RX+АгМ, а затем уже происходит нуклеофильное замещение. Известно, однако, множество доказательств того, что большинство реакций сочетания с участием металлооргани-ческих реагентов с простыми алкильными группами идут по свободнорадикальному механизму. Среди таких доказательств следующие: наблюдение ХПЯ в реакциях алкилгалогенидов с простыми литийорганическими реагентами [1048] (т. 1, разд. 5.8), детектирование свободных радикалов методом ЭПР [1049] (т. 1, разд. 5.8) и образование 2,3-диметил-2,3-дифенилбутана при проведении реакции в присутствии кумола [1050] (этот продукт образуется, когда свободный радикал отщепляет водород Возможны два пути реакции. Вначале может образоваться цианогидрин, а затем происходит нуклеофильное замещение (т. 2, реакция 10-48), либо в первую очередь идет присоединение аммиака или амина, дающее амин (реакция 16-13), к которому и присоединяется цианид натрия (реакция 16-51) [534]. В первой стадии происходит нуклеофильное присоединение: нуклеофильный реагент, гидроксиламин, имеющий атом азота с неподеленной электронной парой, присоединяется к электронодефицитному атому углерода карбонильной группы, затем происходит компенсация зарядов внутри молекулы, а в следующей стадии — отщепление молекулы воды. Механизм восстановления кислот и их функциональных производных известен лишь в самых общих чертах. Общую схему восстановления этих соединений можно представить следующим образом. По-видимому, вначале происходит нуклеофильное присоединение гидридного эквивалента по карбонильной группе с образованием алкоголята А: Естественно, что при восстановлении соединений, имеющих свободный водород, происходит также его замещение металлом. При гидролизе соответствующего алкоголята А образуются альдегиды. На второй ступени восстановления происходит нуклеофильное замещение с участием второго гидридного эквивалента и образуется алкоголят Б. Гидролиз его приводит к образованию спиртов. И лишь в случае амидов возможен гидрогенолиз связи С-О в алко- происходит нуклеофильное замещение (л//-гибридизованный атом углерода в RZ, лр2-гибридизованный атом углерода в R-C(O)-Z и т.д.). Нуклеофильность следует отличать от основности как понятия чисто термодинамического, количественно описывающего константу равновесия взаимодействия нуклеофила с протоном. Образование ацилгалогенида из карбоновой кислоты и хлористого тнонила представляет собой двухстадийный процесс. Первоначально из RCOOH и SOCb образуется смешанный ангидрид, во второй стадии происходит нуклеофильное замещение у ацильного атома углерода под действием хлорид-иона. реакции происходит нуклеофильное присоединение спирта к протони- механизму ВАС2, происходит нуклеофильное присоединение к карбо-  Продолжительном нагревании Прекращении перемешивания Пиридазин пиримидин Продуктах термического Продуктами образуется Продуктами окисления Пиридиновые основания Продуктами термического Продуктам присоединения |
- |
Навигация