ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие закономерности реакций нуклеофильного замещения из "Биоорганическая химия" Показанное распределение электронной плотности обусловливает реакционную способность этих соединений. В их молекулах имеется основный (1) и может присутствовать кислотный (2) центры, определяющие их кислотно-основные свойства. Наличие электрофильного центра (3) предопределяет возможность нуклеофильной атаки. Поэтому Данные соединения являются потенциальными субстратами в реакциях нуклеофильного замещения 5л . [c.167] Наконец, наличие в некоторых соединениях слабого СН-кис-лотного центра (5) приводит к тому, что при действии сильных оснований эти соединения могут быть субстратами в реакциях отщепления Е. Все это свидетельствует о широком диапазоне реакционной спцсобности рассматриваемых соединений. Основное внимание в настоящем разделе будет уделено реакциям нуклеофильного замещения. [c.168] В ходе реакции нуклеофильного замещения атакующий реагент (нуклеофил) отдает субстрату свою пару электронов, за счет которой образуется связь между атомом углерода субстрата и нуклеофилом, а уходящая группа (нуклеофуг) отщепляется со своей парой электронов. Данный процесс можно рассматривать также как алкилирование нуклеофила. [c.168] В приведенном уравнении реакции намеренно не обозначены заряды нуклеофил и нуклеофуг могут быть заряжены отрицательно или быть нейтральными, а субстрат и продукт — либо нейтральны, либо заряжены положительно. Конкретные примеры реакций нуклеофильного замещения рассмотрень выше (уравнения 6.1—6.11). В суммарном виде на рис. 6.1 приведены реакционные частицы, непосредственно принимающие участие собственно в стадии нуклеофильного замещения некоторых реакций алкилирования. [c.168] Для успешного осуществления реакции нуклеофильного замещения необходимо, чтобы уходящая группа (нуклеофуг) была более стабильной, имела меньшую энергию по сравнению с атакующим нуклеофилом. Лучшие уходящие группы — наиболее слабые основания (а соответствующие им сопряженные кислоты— наиболее сильные). К хорошо уходящим группам относятся галогенид-ионы (уравнения 6.1—6.4, 6.7—6.9). В отличие от галогениД-ионов сильные основания, например гидроксид-ион Н0 , алкоксид-ион НО , амид-ион NH2, являются плохо уходящими группами. Поэтому их прямое нуклеофильное замещение осуществить не удается, В таких случаях используют общий прием, заключающийся в преобразовании плохо уходящей группы в хорошо уходящую группу. Для этого обычно переводят в субстрате уходящую группу (нуклеофуг) в ониевую, чтобы она в дальнейшем отщепилась в виде нейтральной молекулы, В случае спиртов это достигается проведением реакции в условиях кислотного катализа (уравнение 6.5). [c.168] Уходящей группой в данной реакции является молекула воды, а в качестве субстрата выступает протонированная по кислороду молекула спирта. В ряде случаев такие ониевые ионы удавалось фиксировать спектральными методами. [c.169] Аналогично проходит процесс расщепления простой эфирной с1вязи галогеноводородными кислотами (уравнение 6.6). Уходящей группой здесь является молекула фенола (или спирта в случае диалкиловых эфиров). [c.169] Группы SH, NHa, NHR, NRa представляют собой чрезвычайно плохие уходящие группы. Их замещение даже после превращения в ониевые ионы обычно осуществить не удается. Однако нуклеофильное замещение группы NHa, например на группу ОН, в первичных алифатических и ароматических аминах может быть осуществлено путем их взаимодействия с азотистой кислотой (уравнение 6.11). [c.170] Механизм реакции дезаминирования (уравнение 6.11) сложен. Первичный амн й первоначально превращается в ион диазония, уходящей группой в котором является молекула азота — одна из лучших уходящих групп. [c.170] Цветом выделена стадия, представляющая собственно реакцию нуклеофильного замещения. Отметим, что в ионе диазония, т е. субстрате, претерпевающем нуклеофильное замещение, с атомом углерода связан опять-таки ониевый атом (в данном случае атом азота). [c.170] Порядок понижения способности уходящих групп (нуклеофу-гов) замещаться в реакциях нуклеофильного замещения представлен ниже. [c.170] Оценить относительную силу нуклеофилов и нуклеофугную собность уходящих групп в реакциях алкилирования (уравне-ч 6.1—6.10) и тем самым предсказать их направление можно основании величины кислотности сопряженных им кислот л. табл. 4.1 и 4.2). [c.171] Нуклеофильность можно определить как способность взаимодействию с атомом углерода, несущим частичный поло-1тельный или полный положительный заряд (т. е. сродство к лероду). В первом приближении нуклеофильность изменяется раллельно основности (см 4.4). [c.171] Нуклеофил, несущий отрицательный заряд, всегда сильнее оей сопряженной кислоты (нейтральной молекулы). [c.171] в ряду нейтральных нуклеофилов наиболее сильными являются амины (уравнения 6.7—6.9). Спирты, вода и фенолы обладают гораздо более низкой нуклеофильностью и используются обычно в реакциях нуклеофильного замещения в виде соответствующих анионов (уравнения 6.6 и 6.7). [c.171] Однако нуклеофильность не всегда изменяется параллельно основности. Например, в группах периодической системы сверху вниз основность ослабевает, в то время как нуклеофильность возрастает. Так, тиолят-ионы RS в соответствии е предсказаниями теории ЖМКО (см. 4.4.2) более нуклеофильны (но менее основны), чем алкоголят-ионы R0 , а для галогенид-ионов обычный порядок нуклеофильности следующий. [c.171] Это связывают с тем, что в меньших по размеру нуклеофилах заряд более сконцентрирован и поэтому они лучще сольватированы молекулами растворителя, которые препятствуют взаимодействию нуклеофила с субстратом. В результате тиосоедииения более активны в реакциях с алкилгалогеиидами и способны в ряде случаев выступать в качестве нуклеофильных реагентов по отношению к кислородсодержащим субстратам. [c.171] Вернуться к основной статье