Эффект среды на скорость реакций нуклеофильного

Механизмы реакций нуклеофильного замещения были предметом обширных исследований и обсуждаются в ряде книг [159,251, 252]. Лимитирующая стадия в реакциях замещения в алифатическом ряду может быть моно- или бимолекулярной (5м1 или 5 2). Нуклеофильное замещение в ароматическом ряду, как правило, протекает по двухступенчатому бимолекулярному механизму, причем лимитирующей стадией может быть образование или распад промежуточного соединения. И в случае алифатических, и в случае ароматических соединений часто образуются заряженные комплексы. Во многих случаях изменения величины и распределения зарядов между исходным и переходным состояниями коррелируют с влиянием среды на скорость нуклеофильного замещения в ароматическом и алифатическом рядах [159]. Различные изменения зарядов, теоретически возможные в реакциях нуклеофильного замещения, могут быть причиной влияния мицелл на скорость этих реакций. По имеющимся данным, мицеллы влияют на скорости реакций нуклеофильного замещения в алифатическом ряду только в тех случаях, когда хотя бы один из реагентов заряжен. Однако вполне возможно, что будут обнаружены мицеллярные эффекты в реакциях нуклеофильного замещения между нейтральными молекулами в тех случаях, когда распределение реагентов между мицеллами и объемом растворителя, а также их реакционная способность в этих двух фазах сильно различаются. [c.316]

Следовательно, протонные растворители должны, как правило, ускорять реакции нуклеофильного замещения В частности, именно по этой причине 5к-реакции с участием галогеналканов и эфиров сульфокислот обычно проводят в средах, состоящих полностью или частично из воды, спиртов или карбоновых кислот. Энергия водородных связей в начальном и переходном состояниях часто превышает изменение энергии Гиббса в ходе активации, обусловленное электростатическими эффектами растворителей. С другой стороны, в 8к2-реакции (5.101) атакующий нуклеофильный реагент Y также может специфически сольватироваться протонными растворителями тогда его реакционная способность, а следовательно, и скорость 8к2-реакции будут снижаться. Примеры специфической (электрофильной) сольватации анионов-нуклеофилов и уходящих групп в З -реакциях можно найти в работах [264—269, 581—585] опубликованы также соответствующие обзоры [581, 582]., .... [c.299]

Заместители в положении 5 пиримидинового цикла также оказывают определенное пространственное влияние на протекание различных реакций. Выше указывалось их влияние на величину р/Са, здесь следует отметить затрудненность присоединения по двойной связи Б нуклеофильных реакциях 5-замещенных пиримидинов (что, очевидно, связано с индуктивными и пространственными эффектами). Так, например, при реакции тимидина с производными гидразина или гидроксиламина в щелочной среде скорость модификации значительно ниже по сравнению с соответствующими реакциями для уридина (см. стр. 459 с л. и 467 сл.). [c.203]

Можно сделать вывод, что скорость реакции алкилирования в значительной мере определяется основностью молекул, обладающих неподеленной парой электронов. Однако по существу главным фактором, который необходимо было бы принимать во внимание, является нуклеофильность этих соединений. Хотя нуклеофильный характер таких веществ, как было установлено во многих случаях, изменяется параллельно с их основностью, она зависит также от стерических факторов, эффекта поляризуемости, эффекта ассоциации, электростатических взаимодействий и эффектов сольватации . Этим объясняют и влияние на реакцию алкилирования используемой реакционной среды. [c.220]

Для доказательства возможности протекания реакции по ионизационному механизму часто [51, 69] приводят данные о зависимости скорости реакций хлорангидридов с различными заместителями в кольце от полярности среды. Было показано [55], что в малополярном растворителе электронодонорные заместители замедляют реакцию. Это соответствует обычным представлениям о природе бимолекулярного нуклеофильного замещения. Увеличение диэлектрической проницаемости среды ведет к нивелированию зависимости скорости реакции от строения хлорангидрида, а в сильно полярных средах происходит даже частичное обращение зависимости, т. е. меняется механизм реакции. Имеются также работы [70—72], в которых на основании количественных данных о солевых,эффектах установлено образование ацилий-ионов в ряде реакций гидролиза и алкоголиза хлорангидридов в определенных условиях, т. е. доказана возможность ионизационного механизма в этих реакциях. [c.334]

Для неводных сред подобные шкалы не установлены. Однако сообщалось, что скорости 5n 1-реакций замещения бромистого тре/п-бутила в жидкой двуокиси серы до некоторой степени зависят от природы присутствующих нуклеофильных агентов, хотя и не от их концентрации, и был сделан вывод [49] о том, что скорости реакций /прет-бутильного катиона с фторидным, бромидным ионами и пиридином относятся как 0,3 1 25. В более полярном растворителе — нитрометане — этих эффектов не наблюдали [50]. Возможно, что аномальное поведение бромистого трет-бутила в жидкой двуокиси серы указывает на участие в его реакциях квадру-польных комплексов такого типа, которые предполагались в реакциях трифенилхлорметана в бензоле (ср. гл. 1). Систематическое исследование способности нуклеофильных реагентов принимать участие в таких процессах оказалось бы очень полезным. [c.58]

Учитывая тот интерес, который представляет увеличение выхода продуктов арилирования, нами было исследовано влияние ряда факторов (концентрации эфира и анилина, полярности среды, полярных и пространственных эффектов в нуклеофильном реагенте) на константу скорости реакции и выход диариламинов. [c.146]

Проблема синтетического аналога фермента начинается с постановки вопроса о том, как могут измениться каталитические свойства молекулы низкомолекулярного вещества, если ее прикрепить к полимерной цепи. Отметим сразу, что даже простейшая комбинация в этом случае фактически является сополимером. Прежде всего следует ожидать усредненного эффекта окружения. Став частью макромолекулы, каталитически активная группа Е (рис. 1) оказывается окруженной звеньями полимерной цепи, т. е. как бы попадает в более или менее концентрированный раствор звеньев в реакционной среде. Это уже само по себе может привести к изменению каталитической активности, например, за счет изменения ее рК, если Е — нуклеофильная группа. Если макромолекула-носитель обладает повышенным сродством к тому или иному субстрату (3) и способна экстрагировать его из реакционной среды, локальная концентрация субстрата в зоне реакции повысится. Последнее приведет к увеличению скорости каталитического процесса. Полимерные клубки с включен- [c.284]

С другой стороны, направление реакции контролируется и стерическими эффектами. Пространственные затруднения у меркаптогруппы тиола снижают скорость нуклеофильного раскрытия тииранового цикла. В соответствии с этим возрастание стерических препятствий у меркапто-группы образующегося тиола предполагает эффективное использование основного катализа в полярных средах. При снижении стерических эффектов у меркаптогруппы конечного продукта имеет место усиление полимерных превращений в этих условиях. [c.205]

Растворитель может оказывать очень сильное влияние на константы скорости реакций между ионами и органическими молекулами, будь то нуклеофилы или основания. Например,, при переходе от воды к ацетону константа скорости второго порядка реакции между хлорид-ионом и метилиодидом возрастает приблизительно в 10 раз. Другой пример — рацемизация оптически активного 2-метил-З-фенилпропионитрила под действием метоксид-иона. Скорость этой реакции в диметилсульфоксиде в 10 раз больше, чем в метаноле [8]. Эти эффекты ускорения могут быть отчасти обусловлены влиянием диэлектрической проницаемости среды, однако в основном они определяются специфическим действием растворителя. Как указывалось выше, наибольшие различия замечены между протонными и апротонными растворителями. Переход от протонного растворителя к апротонному может приводить к последствиям двоякого рода с одной стороны, к смещению равновесия между ионными парами и свободными ионами, а с другой — к изменению специфической сольватации ионов, которая обычно является более сильной в среде протонного растворителя. Важнуку роль процесса ассоциации ионов в определении кажущейся нуклеофильности можно проиллюстрировать на примере галогенидов лития и тетра- -бутиламмония. В реакции с -бутил-п-бромбензолсульфонатом в ацетоновом растворе эти соли соотносятся по реакционной способности следующим образом (все соли берутся в концентрации 0,04 моль/л) [c.49]

Хорошо известны кривые зависимости скорости реакции от pH с максимумом при низких значениях pH (<1,0) (рис. 1-1, кривая 3). Появление максимума обычно приписывают наложению двух эффектов во-первых, высаливания субстрата (если ионная атмосфера реакционной среды не является постоянной добиться постоянной ионной атмосферы в очень кислой среде невозможно) и, во-вторых, уменьшения активности воды (как нуклеофильного агента) с одновременным образованием легко гидролизирующейся сопряженной кислоты субстрата. Классическим примером кривых зависимости скорости гидролиза от pH с максимумом в области низких значений pH может служить кислотный гидролиз амидов (см., например, Ы-ацетилимидазол, стр. 74). Появление максимума возможно только в сильнокислой среде, где амид существует в форме сопряженной кислоты [9—11], и вышеизлол<енные соображения могут оказаться справедливыми [12, 13] [c.16]

СбНдКНд) и уменьшением полярности среды [15, 56, 62, 63— 69]. Приведенные в табл. 1, 2 и на рисунке данные иллюстрируют влияние природы заместителей и растворителей на константы скорости реакций о- и и-изомеров, а также о/и-соотношепие в некоторых реакциях ароматического нуклеофильного замещения. Как видно из этих данных, о-эффект является причиной наблюдаемых различий по влиянию природы реагентов и растворителей на константы скоростей реакций о- и га-изомеров. При увеличении полярности среды с переходом от бензола к метанолу относительные константы скоростей реакций г-замещенных галогенбензолов с пиперидином или метилатом натрия растут, а для о-изомеров снижаются. Наличие о-эффекта обусловливает небольшую величину или отсутствие катализа реагентом о-заме-щепных галогенбензолов в реакциях с аминами [60, 70, 71]. [c.55]

Такая кинетика часто наблюдается при нуклеофильном замещении, если промежуточный ион карбония стабилизирован за счет резонанса или индуктивных эффектов. Например, бензгидрилхлорид реагирует с ионом Р в среде жидкой 50г по механизму 8н1, поскольку скорость реакции в изученном интервале [c.84]

На скорость реакций иногда сильно влияет непосредственное взаимодействие одного из атомов заместителя с относительно далеко расположенным от него реакционным центром. При нуклеофильном замещении в галогенкарбоновых кислотах этот эффект соседних групп проявляете очень ярко. Их сольволиз в кислых средах ускоряется, когда галоген и карбоксильная группа расположены таким образом, что образуется внутримолекулярная водородная связь с замещаемой группой, например в а-галогенкарбо-новых кислотах [c.37]

Исследование кинетики гидролиза [104, 105], корреляции скорости гидролиза с функцией кислотности среды [104, 1051, стереохимии [105, 106], кинетического изотопного эффекта [104, 107, 108], корреляции реакционной способности и строения [104, 105], объема активации [109, 110], энтропии активации [104], скорости реакции гидролиза в присутствии конкурирующих добавок нуклеофильных реагентов [111 и кинетики изотопного обмена [112] позволило с достоверностью установить, что гидролиз ацеталей, кеталей и ортоэфиров протекает по 5 у1 знизму, причем стадией, лимитирующей гидролиз, является мономолекулярное образование карбоксо- [c.91]

Добавление хлорид-иона уменьшает видимую скорость реакции. Этот эффект аналогичен обусловленному законом действия масс эффекту общего иона при мономолекулярном сольволизе алкилгалогенов по схеме SnI [668]. Аналогичный, но еще более отчетливо выраженный эффект наблюдается при добавлении бромид- или иодид-иона [667, 668], и из реакционной среды можно тогда выделить смешанные галоформы. Такую ситуацию можно рассматривать как результат конкуренции двух различных нуклеофильных агентов за карбен реакция дихлоркарбена с галогенид-ионом снова дает тригалокарбанион, а реакция с водой дает продукты гидролиза. В табл. 8.7 приведены относи- [c.348]

Если заряженная группа, например карбоксилат-анион, находится в гидрофобной области активного центра фермента и поэтому плохо сольва-тирована, то ее нуклеофильная реакционная способность будет увеличенной. Однако соответственно с этим возрастает также и основность такой группы, поскольку дестабилизация аниона, обусловленная плохой сольватацией, должна способствовать любому процессу, который понижает заряд на анионе. Этот эффект объясняет, по-видимому, высокие значения рК (вплоть до 7 и более) для замаскированных карбоксильных групп в ферментах и других белках [73], и, хотя данный эффект способствует увеличению нуклеофиль-ности этих групп, соотношение нуклеофильностп и основности остается практически неизменным. Следовательно, на основании этого эффекта вряд ли дшжно ожидать больших ускорений, если только нуклеофил не защищен от протонирования под действием растворителя и в то же время сохраняет свободу для атаки субстрата. Это возможно в том случае, когда присоединение субстрата к ферменту вызывает конформационное изменение, в результате которого нуклеофил становится доступным и атакует субстрат в гидрофобной среде. Это может служить еще одним примером, когда силы связывания между ферментом и субстратом используются для продвижения системы вдоль координаты реакции, что облегчает каталитический процесс нри одновременном уменьшении наблюдаемой свободной энергии связывания (более подробно этот вопрос будет рассмотрен в гл. 5 в рамках теории индуцированного напряжения). В общем случае, когда увеличение скорости обусловлено изменением природы растворителя , окружающего субстрат в активном центре фермента, причиной этому всегда должно быть специфическое взаимодействие, использующее энергию связывания фермента с субстратом. Так, скорость реакции двух противоположно заряженных реагентов будет больше в гидрофобной среде активного центра фермента (по сравнению с реакцией в воде), поскольку в неполярном окружении заряженные реагенты дестабилизированы и в тоже время дестабилизация менее зарянч енного переходного состояния будет не столь значительной [схема (46)]. [c.83]

Кажущееся различие в реакционной способности этих обоих диазоостатков происходит скорее всего потому, что сочетание такого бисдиазосоединения с 2 эквивалентами амина или фенола не только в сильнокислой среде, но и. при всех условиях является ступенчатой реакцией. Скорость реакции первого сочетания, благодаря наличию второго остатка диазония у бензольного или дифенильного ядра, сильно увеличивается, так как диазоний является чрезвычайно сильной отрицательной группой (выраженные по Ингольду М- и /-эффекты). Это оказывается, например, в том, что остаток диазония облегчает нуклеофильное замещение в ароматическом ядре в большей мере, чем классическая для этой реакции нитрогруппа. Шу-тисоен упоминает о том, что. первая диазогруппа tt-бис-диазо-бензола в сильнокислой среде так же хорошо сочетается, как и 2,4,6-тринитродиазобензол. Активирующий эффект остатка [c.204]

Изыскание зависимостей меаду скоростью реакции и свойствами растворителя затруднено тем, что эффект растворителя осуществляется через несколько механизмов взаимодействия. Так, например, мы уже ранее подчеркнули , что влияние специфической сольватации магнийорганического соединения состоит в изменениии электрофильности атома магния, нуклеофильности органического радикала, а также положения равновесия Шленка. К этому следует добавить относительно сильное влияние полярности среды , интенсивность которого. в свою очередь, зависит от специфической сольва- [c.64]

Таким образом, анализ изотопных эффектов К0 /К0 -- и/кдв а также соотношения кдр,-/к, приводят к заключению, что в зависимости от полярности среды наблюдается изменение характера взаимодействия мекду АТС или АХ и нуклеофильным реагентом о С одной стороны, увеличение константы скорости реакции з присутствии 0Н -ионов (за исключением воды) подтверждает, что гидролиз АТС и АХ в исследуемых средах осуществляется по бимолекулярному механизму, с другой стороны -чувствительность конотанты скорости к увеличению нуклео иль-ности реагента уменьшается с увеличением полярности среды. Следовательно, гидролиз АТС и АХ в исследованных средах протекает по бимолекулярному механизму, однако б зависимости от полярности среды, ковалентному взаимодействию между .юлекулой [c.256]

Переходное состояние на этой медленной стадии, близкое к (Ц), будет сильно полярным. Поэтому для этого типа распада (D на конечные продукты следует ожидать значительного увеличения скорости реакции с возрастаиием полярности среды. Подобное положение, видимо, скорее всего будет реализоваться для случая комбинации электрофильного реагента с относительно легко отщепляющейся группой X и достаточно основного нуклеофильного реагента. Под такую категорию реакций попада-еч вероятнее всего, ацилирование аыинов галоидангидридами кислот ( реакции te I и й 2 в табл.2 ). В пользу того, что распад (I) может действительно осуществляться по схеме, аналогичной (10), говорит факт отсутствия изотопного эффекта в реакции дейтерированного анилина с бензоилхлоридом. [c.855]

Полярность такого комплекса может оказаться столь низкои, что будет одинакова или даже меньше полярности исходных веществ. При этом должно наблюдаться незначительное воздействие или даже уменьшение скорости ацилирования с увеличением полярных свойств среды. Такого пути распада следует ожидать для реакций с участием мало реакционноспособных электрофиль-HLix и слабоосновных нуклеофильных реагентов ( реакции Я 3-5 в табл.2 ). На возможность пути распада через переходное состояние, аналогичное (I), указывает наличие изотопного эффекта дейтерия в реакции аминов с уксусным ангидридом [35]. [c.855]

Активация аниона посредством 18-крауна-6 в ацетонитриле (диэлектрическая проницаемость 39) была изучена в работе [99], где показано, что при этом происходит выравнивание нуклеофильности. Константы скоростей замещения в бензил-тозилате на, N3-, Ас , СЫ , Р , С1 , Вг и 1 отличались меньше чем на порядок величины. Ацетат и фторид проявляли значительно более высокую реакционную способность по сравнению с нормальными реакциями в гидроксилсодержащих растворителях. Хотя этот эффект активации аниона часто использовался в гомогенной среде, мы приведем только один поразительный пример. Меррифилд и сотр. [100] селективно отщепляли защищенные аминокислоты и пептиды от оксиациль-ных смол, используя цианид калия в ДМФ, Ы-метилпирролидо- [c.39]

То обстоятельство, что внутримолекулярный катализ более эффективен, чем межмолекулярный, наводит на мысль о том. Что эффекты ускорения во внутримолекулярных реакциях с участием ионов гидроксония и гидроксида должны быть большими, Рассмотрим три наиболее характерных примера внутримолекулярного общего кислотного катализа, внутримолекулярного общего основного катализа и внутримолекулярного нуклеофильного катализа. Благодаря внутримолекулярному общему кислотному катализу константа скорости гидролиза о-карб-оксифенил-В-р-глюкозида в Ю" раз превышает константу скорости катализируемого ионами гидроксония гидролиза этого же гликозида при рН З,5. Внутримолекулярный общий основной гидролиз п-нитрофенил-5-нитросалицилата дает Ю чкратный выигрыш в скорости по сравнению с катализируемым гидроксид-ионом гидролизом п-нитрофенил-2-метокси-5-нитробензоата при рН б. При гидролизе п-нитрофенил-4-Ы,Ы,-диметиламино-бутирата внутримолекулярный нуклеофильный катализ диметиламиногруппой увеличивает константу скорости в 10 раз по сравнению с константой скорости гидрвлиза п-нитрофенилацетата под действием гидроксид-ионов при pH 8. Такие высокие ускорения реакций в нейтральных средах позволяют объяснить наблюдаемые ускорения катализируемых ферментами химиче- [c.274]

Кинетику реакции можно согласовать также с механизмом, заключающимся в быстро обратимой нуклеофильной атаке, вслед за которой происходит медленная протонизация с помощью молекул воды (к > к ) (но не молекул Н О или Н-буфера). Однако исследование зависимости равновесия от pH среды показывает, что стадией, определяющей скорость процесса, является образование связи С—С, а скорости протонизации карбанионов, как известно, велики [91]. В водно-диоксановых смесях с большой диэлектрической постоянной константы скорости, вопреки тому, что можно предполагать по теории эффектов растворителя Хьюза — Ингольда [92а], увеличивается. В этом случае энтропийный эффект более чем компенсирует увеличение энергии активации, вызываемое более полярным растворителем при ион-дипольнОм взаимодействии. Однако в почти аналогичном случае — реакции присоединения ионов алкоголята к акрилонитрилу — при увеличении диэлектрической постоянной метанольно-диоксановых смесей или увеличении содержания метанола в метанольно-диметил-формамидных смесях константы скорости уменьшаются [83]. Как резкое увеличение констант скорости в районе приближения к чистому диоксану или диметилформамиду, так и близость величин диэлектрических постоянных диметилформамида и метанола свидетельствуют, что этот эффект является специфическим, вызван, вероятно, специфической сольватацией метоксильного иона метанолом. Последнее приводит к резкому уменьшению реакционной способности сольватированного метоксильного иона по сравнению с несольватированным [92в]. [c.276]

На рисунке изображена зависимость (Ац) для нескольких реакций, а в таблице приведены некоторые значения к и к . Не все эти величины получены из графиков зависимости к% (Ао)- Напротив, многие из этих значений рассчитаны в результате более подробного анализа экспериментальных данных, который будет описан ниже. Рассмотрение данных, приведенных в таблице, позволяет сделать вывод, что каталитическое действие аминов представляет собой весьма общее явление, хотя с количественной стороны этот эффект может выглядеть различно, а иногда его даже трудно обнаружить. Из уравнения (21) легко видеть, что мерой каталитического эффекта является отношение к /к . Такой катализ наблюдался для более чем пяти различных аминов в пяти различных растворителях, причем субстратом служил не только 2,4-динитрохлорбензол, но и соответствующие бром-и иодпроизводные. Применявшиеся растворители были как более полярные, так и менее полярные, чем амины-реагенты. Это обстоятельство, равно как и отчетливая пропорциональная зависимость скорости каталитической реакции от концентрации аминов, показывает, по-видимому, что каталитическое действие этих реагентов обусловлено не обычным влиянием растворителя (среды), а действительным участием аминов в стадии, определяющей скорость. Аналогичный катализ аминами наблюдался и при нуклеофильном замещении в гетероциклах. Триэтиламин, пиридин и анилин катализируют реакцию сыжж-трихлортриазина с анилином [78]. [c.53]

Согласно Ингольду, метиловый спирт не только играет роль нуклеофильного реагента и непосредственно участвует в реакции, но и оказывает на нее ускоряющее влияние за счет возрастания полярности среды при возрастании концентрации СНзОН. Другими словами, скорость процесса, по Ингольду, увеличивается за счет прибавления полярных молекул, в результате электростатической стабилизации переходного состояния, являющегося более полярным, чем исходные соединения. Полярные молекулы оказывают влияние на переходное состояние с различных расстояний, так что их суммарное действие можно описать только статистическими величинами. Этот тип кинетического эффекта Ингольд определяет как макроскопический со-сольва-тнрующий ( o-solvent ) эффект. [c.158]

В работе [25] был исследован обмен дейтерофторбензолов, трифтор-метилдейтеробензолов, содержащих дейтерий в о-, м- и я-положениях молекулы, с жидким аммиаком в присутствии амида калия. Авторы нашли, что скорость обмена для всех названных веществ убывает в ряду о > ж > л. Эти данные были объяснены тем, что при обмене в основных средах нет ни электрофильной, ни нуклеофильной атаки на углерод бензольного кольца, характерно для реакций электрофильного или нуклеофильного замещения [5, 30, 31], а имеет место атака на атомы водорода. Подвижность последних, по-видимому, определяется главным образом не сопряжением связей, а индуктивным эффектом или эффектом поля, которые убывают по мере удаления от заместителя. [c.411]

Продолжая изучение влияния условий реакции на скорость нуклеофильного замещения в ряду галогенпиримидинов мы исследовали каталитический эффект реагента при взаимодействии замещенных галогенпиримидинов с пиперидином в среде различных растворителей изооктане, бензоле, метаноле, толуоле и диметилформамиде (ДМФА). В качестве субстратов были использованы незамещенные 2-хлор- (I) и [c.486]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология