|
|
|
Главная --> Справочник терминов Замещения некоторые Реакции замещения. Реакции замещения могут идти с заменой карбонильной группы на другие атомы или группы или с замещением атомов водорода в радикале. Особенно интересными и важными являются реакции замещения карбонильного кислорода. Их можно рассматривать как результат предварительного присоединения реагента, например аминосоединения к карбонильной группе с последующим отщеплением воды или другой молекулы: Реакции присоединения по карбонильной группе и замещения карбонильного кислорода Мы рассмотрим следующие основные группы реакций альдегидов и кетонов: а) реакции окисления, б) реакции присоединения по месту двойной связи карбонильной группы, в) реакции замещения карбонильного кислорода, г) реакции за счет углеводородного радикала и д) межмолекулярные реакции. Реакции замещения карбонильного кислорода. Существует второй тип превращений карбонильных соединений, называемый по своему окончательному результату реакциями замещения в функциональной группе. Речь при этом идет о замещении карбонильного кислорода на различные азотсодержащие остатки (производные аммиака). И здесь первоначально идет присоединение по карбонильной группе, однако реакция не останавливается на этом, затем происходит отщепление воды и образование двойной связи: Схема б) показывает, что из карбонильных соединений можно получать амины, используя в качестве промежуточных продуктов разнообразные вещества, образующиеся при реакциях замещения карбонильного кислорода на азотсодержащие остатки (оксимы, гпдразоны, семикарбазоны), а кроме того, из оксимов (Х- ОН) при перегруппировке Бекмана получать амиды. Природа углеводородного радикала для превращений в схемах а) и б) более или менее безразлична — он может быть алифатическим или ароматическим (правда, диазосоединения как устойчивые вещества можно наблюдать лишь в ароматическом ряду). 4. При нагревании глюкозы с избытком фенилгидразина последний сначала реагирует так же, как с обычными альдегидами, — образует продукт замещения карбонильного кислорода на остаток фенилгидразина. После этого вторая молекула фенилгидразина действует как окислитель, превращая соседний с альдегидной группой гидроксил в СО-группу. Вновь образовавшаяся СО-группа реагирует обычным образом с третьей молекулой фенилгидразина: Все этн методы непригодны для прямого введения фтора в боковую цепь. Для этой целн был разработай универсальный способ замещения карбонильного кислорода на два атома фтора в реакции ароматических и алифатических альдегидов и кетонов с четырехфтористой серой SF.^ Реакции замещения карбонильного кислорода. 1. Реакции замещения Как и при аналогичном методе хлорирования (см. выше, стр. 360 и 363), трсхбромистый и пятибромистый фосфор служат для замещения на бром гидроксильной группы спиртов, фенолов и карбоновых кислот или для замещения карбонильного кислорода альдегидов и кетонов. Все эти методы непригодны для прямого введения фтора в боковую цепь. Для этой цели был разработан универсальный способ замещения карбонильного кислорода на два атома фтора в реакции ароматических и алифатических альдегидов и кетонов с четырехфтористой серой SF4: Производные Сахаров, образующиеся путем замещения карбонильного кислорода азотсодержащей группировкой (оксимы, гид-разоны, озазоны и т. д.), называют традиционными способами. Производные Сахаров, получающиеся в реакциях карбонильной группы со спиртами получают традиционные названия как соответствующие (полу)ацетали и т. д. Реакция замещения карбонильного кислорода. Из Отщепить галоген от ароматического кольца можно и под действием различных восстановительных агентов, среди которых Ph3SnH [421], HI, Sn и HBr, Ph3P [422]. Си и Н2О [423], Zn в присутствии кислоты или основания [424]. формиат натрия и тетракис(трифенилфоссЬин) палладий (PhsPbPd [425], каталитическое гидрирование [426], алюмогидрид лития [427], алю-могидрид лития при облучении светом [428] или при действии ультразвука [429], алюмогидрид натрия [430], боргидрид натрия в присутствии катализатора [431], гидрид натрия [432] и никель Ренея в щелочном растворе [433]; последний метод оказывается эффективным также для фторсодержащих соединений. Не во всех перечисленных случаях реакции идут по механизму элект-рофильного замещения. Некоторые представляют собой нуклео-фильное замещение, а некоторые идут по свободнорадикальному пути. Известны также и фотохимические реакции [434]. Галоген из ароматического субстрата можно удалить и косвенным методом, через превращение в реактив Гриньяра (реакция 12-37) с последующим гидролизом (реакция 12-22). имеющийся в бензольном кольце, часто заметно влияет на легкость протекания любой из перечисленных пяти реакций электро-фильного замещения. Некоторые группы уменьшают активность или дезактивируют бензольное кольцо в отношении последующего замещения, а другие группы обладают активирующим эффектом и делают возможным протекание замещения в более мягких условиях, чем те, которые требуются для замещения самого бензола. Так, бензол можно нитровать смесью концентрированных азотной и серной кислот при 60°СГ но для превращения нитробензола в динитробензол требуется примене- В предыдущих разделах этой главы были приведены примеры влияния строения субстрата на скорости реакций нуклеофильного замещения. Некоторые особые эффекты будут дополнительно подробно рассмотрены в последующих разделах. В этой разделе обсуждается роль пространственных эффектов в реакциях нуклеофильного замещения. Реакции с хорошими нуклеофилами в растворителях с низкой ионизующей способностью зависят от структурного типа углеродного атома, у которого происходит замещение. Реакция этого типа наиболее близки к реакциям прямого замещения, они замедляются пространственными затруднениями в переходном состоянии. Относительные скорости реакций алкилхлоридов с иодид-ионом в ацетоне составляют: метил- 93, этил- 1,0 и изопропил- 0,0076 [62]. Это соотношение скоростей является примером случая, когда доминирует пространственный эффект. Статистический анализ скоростей для 18 групп реакций нуклеофильного замещения субстратов типа XCH2Y, где" Y —уходящая группа и X —Н или алкил, показал, что пространственное влияние X является наиболее важным фактором [631, В табл. 5,3 приведены некоторые данные, относящиеся к этому аспекту. Заместители в ароматическом кольце субстрата относительно мало влияют на скорость процесса по сравнению с их влиянием на аналогичные реакции электрофильного замещения; некоторые парциальные факторы реакции замещения фенильными радикалами приведены при формулах (34) — (36). Более высокую реакционную способность орто- и пара-положений можно объяснить способностью заместителя X делокализовать неспаренный электрон [в (37)]. Однако возможно также, что циклогексадиенильный радикал является плохой моделью переходного состояния для экзотермического присоединения реакционноспособных радикалов типа Me- или Ph-, когда в переходном состоянии можно ожидать слабого связывания. Данные по ориентации в различных субстратах коррелируют с рассчитанными энергиями локализации [ЗЗа]. Заместители в арильном радикале оказывают вторичный эффект как на реакционную способность по отношению к субстрату, так и на соотношение изомеров за счет полярных эффектов, например n-NCbCeHi- реагирует с нитробензолом медленнее, чем гс-СН3СбН4-. Были рассчитаны величины р Гаммета для реакций замещения большим количеством замещенных арильных и других радикалов [ЗЗа]. Некоторые нуклеофильные реагенты могут расщеплять циклическую систему изотиазолов, бензизотиазолов и их кватернизован-ных производных. Такие заместители в положении 5 изотиазола, как галогены, легко подвергаются нуклеофильному замещению [63, 123, 124, 126] при действии цианидов, гидроксидов, алкоксндов и ряда родственных нуклеофилов. Например, 4,5-дибромизотиазол реагирует с алкоксидами с образованием 5-алкокси-4-бромизоти-азолов, что иллюстрирует относительную чувствительность к нук-леофильной атаке положений 4 и 5. Галогены в положении 4 по реакционной способности напоминают аналогичные заместители в бензольном кольце и подвергаются замещению при действии цианида меди(1). Наблюдался и межгалоидный обмен в положении 4 [125]. Галогены в положении 3, даже активированные, менее реак-ционноспособны, и попытки замещения могут сопровождаться расщеплением кольца [125]. Показано, что метилсульфонильная группа замещается легко; например, изотиазол (255) при взаимодействии с аминами или спиртами дает продукты типа (256) [125]. В табл. 2.2.3 собраны типичные для галогенаренов реакции нуклео-фильного замещения. Некоторые из них подробнее рассматриваются в других местах. На ферроцене и его производных были проведены разнообразные химические реакции *. Такая молекула ведет себя как обогащенная электронами ароматическая система а для нее легко осуществляется большинство типичных для ароматических соединений реакций замещения. Некоторые примеры реакции показаны па схеме 5.11, Однако такие реагенты, как галогены, которые являются сильными окислителями, реагируют по окислительно-восстановительной схеме, с измененном степени окисления н координационной сферы атома железа. Однако реакция не всегда протекает так легко, как обычно полагают. Это связано с тем, что скорость дейтерирования Стрингирования) не всегда много выше скорости конкурирующих реакций [3-5]. Фактически в основе реакции лежит очень высокая скорость обмена литий-галоген: реакции н-бу-тиллития с арилгалогенидами в присутствии тритированной воды ведут к появлению тритиевых меток в ароматическом кольце [6]. Этот метод остается одним из лучших для получения соединений, меченных изотопами водорода в специфических положениях и с очень высокой степенью замещения. Некоторые примеры дейтерирования показаны в табл. 9.2. Некоторые более ранние примеры приведены в Основной литературе, А, где также приведена литература по получению тритиевых меток. Недавно описанный пример такого получения приведен ниже [7]: На ферроцене и его производных были проиедеиы разнообразные химические реакции *. Такая молекула ведет себя как обогащенная электронами ароматическая система а для нее легко осуществляется большинство типичных для ароматических соединений реакций замещения. Некоторые примеры реакции показаны па схеме 5.1!, Однако такие реагенты, как галогены, которые являются сильными окислителями, реагируют по окислительгго-восстановнтельной схеме, с изменением степени окисления и координационной сферы атома железа.  Заполнения поверхности Заполненные катализатором Запрещается оставлять Зарубежных исследователей Загрузочного устройства Заслуживает рассмотрения Заставляют предполагать Заторможенная конформация Затрудняется вследствие |
- |
Навигация