Строение переходного состояния при нуклеофильном замещении

Таким образом, если подвести итог рассмотренных ранее возможных схем строения переходного состояния нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора, то схема 1 (см. стр. 497) является маловероятной по крайней мере в таких соединениях, как ангидриды эфиров фосфорных кислот схема 26 (стр. 498) также маловероятна, так как допускает нуклеофильное замещение без обращения конфигурации схемы 2в и 3 (стр. 498), по-видимому, являются типичными для кислотного гидролиза кислых цикличе- [c.502]

В настоящей работе сделана попытка кратко обобщить основные результаты физико-химических исследований последних лет, указывающие на различия в механизмах нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в производных кислот фосфора и атома углерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот. Одно из основных различий этих процессов заключается в том, что переходные состояния при нуклеофильном замещении у тетраэдрического атома фосфора характеризуются 5р с(-гибридизацией электронных орбит, в то время как переходное состояние нуклеофильного замещения у атома углерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот характеризуется 5р -гибридизацией. Таким образом, при нуклеофильном замещении у тетраэдрического атома фосфора вакантная З -орбита атома фосфора в переходном состоянии участвует в образовании а-связей. С другой стороны, известно, что Зй -орбиты атома фосфора способны участвовать в образовании дополнительных л-связей между заместителями и тетраэдрическим атомом фосфора. Поэтому, несмотря на то что в обзоре главным образом рассматриваются особенности переходного состояния нуклеофильного замещения у фосфора, в нем также кратко излагаются основные современные представления о строении соединений с четырехкоординационным атомом фосфора, а также наиболее важные доказательства наличия — -сопряжения в основном состоянии этих соединений. Вопрос осложнялся тем, что при исследовании соединений с четырехкоординационным атомом фосфора в основном состоянии были получены довольно противоречивые результаты, некоторые из которых излагаются в первой части обзора. Особое внимание на подобные противоречия было обращено в докладе академика М. И. Кабачника на юбилейной сессии химического отделения АН СССР в декабре 1962 г. [c.463]

Геометрическая структура переходного состояния нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора обусловлена строением 5р -гибридизированного электронного облака атома фосфора и теоретически возможна по крайней мере в пяти вариантах 120], краткое рассмотрение которых приводится ниже в виде схем [c.497]

Рассмотренные данные свидетельствуют о том, что при изучении зависимости между строением фосфорсодержащих соединений и реакционной способностью те представления об электронном влиянии заместителей, которые основаны на сравнении констант скоростей реакций, определенных только при одной температуре, являются недостаточно полными, энергия и энтропия активации более чувствительны к влиянию заместителей на перераспределение электронов в переходном состоянии нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора. [c.544]

В гл. 13 рассмотрены некоторые более подробные данные о строении переходного состояния и оптимальном пути реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения у насыщенного углеродного атома. [c.340]

Заканчивая рассмотрение вопроса о возможном строении переходного состояния при нуклеофильном замещении у фосфора, следует подвести краткий итог. [c.503]

Таким образом, из рассмотренных ранее основных положений механизма нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора и строения переходного состояния в этих реакциях (см. стр. 503) вытекает, что большая занятость З -орбит атома фосфора в переходном состоянии вследствие рг. — .-сопряжения заместителей с атомом фосфора должна приводить к менее благоприятным величинам энергии активации. Это положение было убедительно подтверждено экспериментально в работах последних лет. [c.531]

Тем не менее, в большинстве случаев нуклеофильного ароматического замещения ационный о-комплекс является наиболее удобной моделью для описания переходного состояния и многих закономерностей реакции. Вероятно это объясняется тем, что если рассматриваемые реакции и не идут по чисто двухстадийному механизму, то они имеют промежуточный между одно- и двухстадийным асинхронный механизм, при котором образуются раннее (а) или позднее (б) переходные состояния, строение которых близко к строению анионного б —комплекса [c.150]

Гидроксилирование — типичный процесс нуклеофильного замещения. В зависимости от строения субстрата реакция протекает либо через переходное состояние (алкилгалогениды), либо через стадию образования промежуточного продукта присоединения [c.236]

При рассмотрении реакций нуклеофильного замещения в алифатическом ряду (см. гл. 2) было установлено, что в зависимо-мости от строения реагирующего вещества и условий проведения такие реакции могут протекать по одному из двух или одновременно по двум механизмам (5 2 и 5 1). Согласно механизму N2, реакция проте <ает как одностадийный непрерывный процесс через образование переходного состояния, в котором отрыв уходящей группы и образование новой связи с заместителем происходят синхронно. Согласно механизму 5лт1, реакция протекает в две стадии через промежуточное образование карбокатиона (лимитируюш,ее весь процесс замещения) и последующее быстрое взаимодействие его с нуклеофильным реагентом. [c.314]

Статьи, вошедшие в сборник, отражают современное состояние исследований нуклеофильного и электрофильного замещения при насыщенном углеродном атоме и в ароматическом ряду. Большое внимание уделено переходному состоянию, роли и строению промежуточных частиц, в том числе классических и неклассических ионов и ион-радикалов, влиянию среды, свойств реагирующих молекул и продуктов реакции. Описано применение ЯМР-, ЭПР-и фотоэлектронной спектроскопии для исследования кинетики и механизмов реакций. Показаны возможности использования явления химической поляризации ядер для выяснения и изучения актов одноэлектронного переноса. [c.4]

Здесь нам хотелось бы сразу сделать оговорку, что для более подробного рассмотрения основного вопроса данного раздела — связи между строением фосфорорганических соединений и их реакционной способностью,—по-видимому, целесообразно пока оставить в стороне другие вопросы, допустив, что реакции протекают при равных условиях с точки зрения соблюдения порядка реакции, влияния растворителя, стерических факторов, строения нуклеофильного реагента, а также возможности образования водородных связей или циклических структур в переходном состоянии. Некоторые из этих вопросов уже рассматривались ранее (см. стр. 493), другие будут обсуждаться подробнее в последующих разделах обзора (см. стр. 555). Целесообразно, по-видимому, сделать только одно небольшое замечание относительно строения нуклеофильного реагента. Как будет показано ниже (см. стр. 538), строение нуклеофильного реагента и его свойства являются очень важными факторами, определяющими скорость нуклеофильного замещения у четырехкоординационного атома фосфора, поэтому при изучении [c.505]

Только что рассмотренный пример показывает, что дальнейшее изучение зависимости акт и gPZ (А5 ) реакций нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора от природы алкильного заместителя в алкоксигруппе позволит еще лучше исследовать природу р. — -сопряжения в переходном состоянии, а также зависимости между строением и реакционной способностью различных фосфорсодержащих соединений. [c.520]

Таким образом, из рассмотренных примеров видно, что скорость фосфорилирования холинэстераз, по-видимому, определяется теми же факторами, которые являются общими для нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора, в том числе и р- — -сопряжением заместителей с Зй-орбитами фосфора в переходном состоянии. Если это так, то, очевидно, те же факторы будут определять и скорость дефосфорилирования активных центров эстераз. Как уже отмечалось выше, факторы, определяющие скорость нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора, имеют существенные особенности по сравнению с факторами, определяющими скорость нуклеофильного замещения у атома уг лерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот. По-видимому, именно эти различия с учетом особенностей строения активных центров эстераз и являются причиной, почему дефосфорилирование активных центров эстераз при нуклеофильной атаке молекулой воды — крайне медленный процесс, в то время как дезацетилирование протекает с огромными скоростями. [c.585]

Месяц спустя была опубликована работа Кнунянца и сотр. [417], которые изучали зависимость между строением заместителей, связанных с фосфором в фосфорильном остатке, и кинетикой реактивации фосфорилированной ацетилхолинэстеразы. На основании полученных данных они пришли к выводу, что скорость реактивации определяется, по-видимому, теми же факторами, которые вообще определяют скорость нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора, и в частности наличием — -сопряжения заместителей с З -орбитами фосфора в переходном состоянии. Было высказано также предположение, что в подобном сопряжении, по-видимому, может участвовать и неподеленная пара электронов кислорода оксигруппы серина, которая, как известно, фосфорилируется в эстеразном участке холинэстераз. [c.586]

Наиболее общий подход к интерпретации величины и знака реакционной константы, основанный на представлениях о дуалистическом тримолекулярном механизме, продемонстрировали Свэн и Лангсдорф [65] на примере реакции нуклеофильного замещения у насыщенного углеродного атома. Строение переходного состояния в реакции обмена. Y-гpyппы на нуклеофильную Л/-группу можно представить следующим образом. [c.38]

Закономерности прямого алкилирования солей фенолов особенно интенсивно изучались в начале шестидесятых годов. В многочисленных работах Корнблюма и Кэртина было показано влияние различных факторов на направление реакции нуклеофильного взаимодействия фенолов с галоидными алкилами в щелочной среде. В соответствии с предложением Кэртина при взаимодействии амбидентного фенолят-иона с алкилгалогенидом следует рассматривать три основных фактора, определяющих направление атаки и соотношение продуктов алкилирования а) гетерогенность реакционной среды б) характер взаимодействия молекулы фенола с растворителем в) строение переходного состояния, а следовательно, и тип нуклеофильного замещения (5Jvl или S f2). Однако комплексное влияние всех этих факторов настолько сложно, что обычно рассматривали вопрос о механизме взаимодействия фено-лят-иона с алкилгалогенидом под влиянием лишь одного из них. [c.76]

Однако, прежде чем перейти к рассмотрению этого явления, по-видимому, следует сделать краткие выводы из рассмотренных примеров по зависимости между строением и скоростью нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора. Отметим, что излагаемый ниже материал также служит подтверждением важной роли Рг. — ,1-сопряжения заместителей с тетраэдрическим атомом фосфора в переходном состоянии и потребует дополнительного обсуждения этого явления в конце данного раздела обзора. Здесь следует отметить лишь основное, что, по существу, значительная часть вышерассмотренных кинетических данных свидетельствует о необходимости учета р , — -сопряжения гетероатома заместителей, связанных с атомом фосфора, с Зй-орбитами фосфора в переходном состоянии. Такое сопряжение и степень занятости З -орбит центрального атома фосфора в переходном состоянии являются важнейшими факторами, определяющими реакционную способность фосфорсодержащих соединений при фосфорилирова-нии нуклеофильных реагентов. Поэтому в дополнение к вышеизложенным в начале настоящего раздела четырем основным факторам, определяющим скорость нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора (см. стр. 505), следует добавить еще одно скорость нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора зависит от — .-сопряжения неподеленной пары электронов гетероатома заместителя, связанного с фосфором, с реакционным центром и от степени занятости 3 -op6nT атома фосфора в основном и переходном состояниях. [c.530]

Хааке и Уэстхеймер предложили следующее объяснение наблюдаемых явлений. Угол связи у атома фосфора в сложноэфирной группе пятичленного цикла приближается к 90° (1,571 рад) [другие углы в цикле в среднел равны по 112,5° (1,963 рад)]. В такой структуре в начальном состоянии фосфата с тетраэдрически гибридизованным атомом фосфора напряжение составляет лишь несколько килокалорий на моль. С другой стороны, в тригонально-бипирамидальной конфигурации, предполагаемой для переходного состояния 8 2-типа с нятилигандным фосфором, угол связи у атома фосфора, включающий вновь образующуюся связь, при отсутствии напряжения должен быть смежным с прямым углом описанной выше модели и, конечно, не с углами, равными 120° (2,094 рад). Возможность ненапряженной структуры переходного состояния приводит к существенному уменьшению энергии активации нуклеофильного замещения. Именно вследствие такого строения переходного состояния угол между линиями подхода и ухода обменивающихся групп, обычно равный 180° (3,141 рад), уменьшается приблизительно до 120° (2,094 рад), и именно поэтому линия приближения входящего лиганда образует примерно равные углы с линиями удаления двух альтернативно отщепляющихся лигандов. Отщепление одного из них соответствует раскрытию фосфат-эфирного цикла, а отщепление другого, т. е. неэтерифицированной гидроксильной группы, соответствует обмену кислорода. Поэтому в обоих случаях наблюдается один и тот же кинетический эффект, обусловленный отсутствием напряжения активации. Для кислотного гидролиза эта модель приведена пиже [c.981]

Наконец, случай VI представляет еще одно переходное состояние, в котором нуклеофильный реагент воздействует не на иепосредствеццо связанный с заместителем а-атом углерода, но атакует один из атомов водорода, связанных с р-углеродом на периферии молекулы. Это может происходить тем легче, чем более труднодоступен ос-углерод, например в результате замещения объемистыми группами, и чем более затрудненное пространственное строение у самого нуклеофильного реагента N. [c.147]

Правило Sni -3 а мещенпя (Ингольд). Замещение у асимметрич. атома, проходящее по бимолекулярному нуклеофильному механизму, всегда сопровождается обращением конфигурации, независимо от деталей строения молекулы. Это объясняют тем, что 8к2-реакции идут через переходное состояние, в к-ром замещающая группа приближается со стороны, противоположной направлению ухода замещае- [c.528]

Таким образом, экспериментальные результаты показывают, что рассматриваемая модель дает предсказания, согласующиеся с экспериментом, как для реакций, в которых постулат Хэммонда может быть применен в его простой форме, так и для более сложных процессов. Предсказательная возможность изложенных концепций может быть продемонстрирована и данными по теоретическому расчету строения активированных комплексов в реакциях нуклеофильного замещения. Так, в работе Дедье и Вилларда [42] методом ah initio рассчитаны структуры следующих переходных состояний [c.136]

При бимолекулярном типе реакций переходные состояния имеют различное строение при нуклеофильном замещении реагент атакует атом углерода в а-положении (связанный с галогеном), а при элиминировании — атом водорода в рнположении [c.28]

Как известно, для реакции нуклеофильного замещения по 5л 2-механизму предусматривается сильное возрастание положительного заряда на центральном атоме в переходном состоянии в момент отхода галоида или псевдогалоидной группы в виде аниона. Следовательно, в переходном состоянии при нуклеофильном замещении у четырехкоординационного атома фосфора заряд на фосфоре может иметь максимальное значение, что может привести к изменению сопряжения заместителей с центральным атомом фосфора по сравнению с основным состоянием молекулы. Один из возможных подходов к оценке роли р,- — -сопряжения заместителей у фосфора с реакционным центром в переходном состоянии может заключаться в рассмотрении кинетических данных по связи между строением и реакционной способностью соединений с четырехкоординационным атомом фосфора. [c.504]

И Других исследователей [202, 203) отмечалось снижение скорости нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора в фосфатах по сравнению с фосфонатами. Как видно из приведенных в табл. И (№ 5) данных по щелочному гидролизу фторангидридов кислот фосфора, при замене алкильной группы, связанной с фосфором, на алкоксигруппу, константы скорости реакции, как правило, снижаются в десятки раз. Подобное снижение реакционной способности при замене алкильной группы на алкоксигруппу на первый взгляд может показаться удивительным, если при оценке связи между строением и реакционной способностью фосфорсодержащих соединений учитывать только индуктивный эффект заместителей и то обстоятельство, что, согласно распространенным в органической химии представлениям, алкоксигруппа является более электроотрицательным заместителем, чем алкильная группа [8, 10]. Большое число фактов, свидетельствующих о более низкой реакционной способности фосфатов по сравнению с фосфонатами, заставили несколько лет назад предположить возможность сопряжения алкоксигрунпы с реакционным центром [ПЗ, П7, 188, 200, 303]. Однако изменение констант скоростей реакций, определенных только при одной температуре, естественно, не отражает изменения энергии активации и энтропии реакций нуклеофильного замещения фосфатов и фосфонатов, что затрудняет возможность детального обсуждения электронных эффектов алкокси-и алкильных групп, связанных с фосфором, в переходном состоянии при нуклеофильном замещении у атома фосфора. Кроме того, как будет показано ниже (стр. 532), вследствие компенсационного изменения энергии и энтропии активации константы скорости реакции могут оставаться относительно постоянными, несмотря на сильное влияние заместителей на энергию активации и Ig PZ. Поэтому представляют большой интерес опубликованные в 1960 г. работы Хадсона, Кея [194] и Акснеса [204], посвященные гидролизу хлор- и фторангидридов производных кислот фосфора. [c.514]

Подобные данные привели к предположению, что увеличение положительного индуктивного эффекта алкильной цепи алкоксигруппы, связанной с фосфором, должно приводить к уменьшению положительного заряда на центральном атоме фосфора [ИЗ, 117, 188, 194] и -следовательно, к снижению реакционной способности фосфорсодержащих соединений (см. также стр. 49). Однако, как мы уже отмечали выше, на основании только значений констант скорости реакций нельзя судить, в какой степени изменение строения фосфорсодержащих соединений приводит к изменению энергетического барьера и пространственного фактора в реакциях нуклеофильного замещения у атома фосфора. Естественно, это затрудняет более правильную оценку электронных влияний заместителей в переходном состоянии при атаке нуклеофильного реагента. В этом отношении интересны данные по изменению энергии и энтропии активации реакций нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора [117, 188], в частности исследования Ларссона [113, 117] и других авторов [201, 215], изучавших изменение энер- [c.518]

В результате исследования 1370—3731 строения активного центра рибонуклеазы (РНК-азы) поджелудочной железы быка было показано, что в состав активного центра этого фермента входят две имидазольные группы, одна из которых протонирована, а другая находится в виде основания. Авторы предположили следующую схему строения и механизма действия активного центра РНК-азы [374, 375]. На рис. 26, А (стр. 578) показано строение фермент-суб-стратного комплекса. Одно имидазольное кольцо (I) участвует в образовании водородной связи с молекулой воды или с оксигруп-пой замещенного спирта (общеосновной катализ). Другое имидазольное кольцо (И), находящееся в протонированном состоянии, образует водородную связь с эфирным кислородом. Участок (П1) соответствует области дополнительных связей между ферментом и молекулой нуклеофильного реагента. Специфичной является область (IV), где происходит взаимодействие между ферментом и пиримидиновым кольцом, по-видимому, с участием атома азота [376]. Таким образом, в переходном состоянии (см. рис. 26, Б), по-существу, имеет место пуш-пульный механизм, когда нуклеофильная атака на атом фосфюра кислородом активированной оксигруппы нуклеофильного реагента сопряжена с образованием водородной связи между кислородом отходящей группировки и кислотной группой фермента. На рис. 26, В показан комплекс фермент продукты. Если подходящим нуклеофильным реагентом является оксигруппа рибозы полинуклеотидной цепи РНК, то в результате реакции происходит удлинение цепи на одно звено (см. рис. 26 Г,). [c.577]

Рассмотренные в настоящем разделе данные о ферментативных реакциях с участием биологически важных фосфорилирующих агентов находятся в соотв етствии с современными представлениями о механизме нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора. Из этих данных следует, что той аналогии, которая иногда допускается в трактовке механизмов ферментативных реакций, связанных с нуклеофильным замещением у атома углерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот и нуклеофильным замещением у тетраэдрического атома фосфора, быть не может. Важная роль Зс/-орбит атома фосфора и — -сопряжения заместителей, связанных с фосфором в переходном состоянии при нуклеофильном замещении у атома фосфора, из рассмотренного материала вполне очевидна. Дальнейшее исследование этого вопроса может привести к лучшему пониманию зависимости между строением, реакционной способностью и физиологической активностью некоторых фосфорсодержащих соединений, а также к новым интересным данным в области энзимологии, в частности к дальнейшему изучению природы макроэргических связей. [c.597]

Аналогичным образом очевидно, что в переходном состоянии в реакциях нуклеофильного замещения таких активированных галоидных арилов, как II, разрыв связи С—X не заходит еще слишком далеко. Такое заключение можно вывести пз обычного порядка реакционной способности галоидарилов аналогичного строения, в которых Р>С1>Бг [2]. [c.175]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология