Реферати українською » Химия » Технологія нуклеофільного заміщення функціональних груп в органічних сполуках


Реферат Технологія нуклеофільного заміщення функціональних груп в органічних сполуках

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Зміст

Ведення

1.Нуклеофильное заміщеннягалогена в молекулі органічного сполуки

1.1 Основні інформацію про механізмі реакції

1.2 Основні чинники, що впливають перебіг процесунуклеофильного заміщення

1.3 Заміна атомагалогена на - ВІН, -ОR, -OН, -SН і ->SR групи

1.4 Заміна атомагалогена на групи ->NН2,->NНR,-NR2

1.5 Заміна атомагалогена на ->СN і ->SO3>Na

2.Нуклеиновое заміщеннясульфогруппи

2.1 Загальні інформацію про процесі

2.2 Приклади здійсненнянуклеофильной замінисульфогруппи у промисловості

3. Особливості техніки безпеки під час проведення процесівнуклеофильной замінигалогена ісульфогруппи

Укладання

Список використаних джерел


Запровадження

Атомгалогена в молекулі органічного з'єднання з успіхом то, можливо заміщений інші групи атомів, що створює широкі змогу синтезу біологічно активних сполук, згалогенпроизводних. Так, на основігалогензамещенних можна отримати аміни, спирти, феноли, ефіри,тиоли, сульфіди,алкилнитрити інитроалкани,нитрили іизонитрили,лкени,алкени та інших. сполуки.

Реакціїнуклеофильного заміщення у насиченого атома вуглецю є однією з найбільш вивчених в органічної хімії з погляду механізму. Основний внесок у встановлення в встановлення механізмувнесен англійської школою хіміків на чолі з До.Ингольдом. Вже 30-х роках ХІХ століття з урахуванням фундаментальних досліджень кінетики істереохимии був представлений два граничних механізмунуклеофильного заміщення –бимолекулярноенуклеофильное заміщення P.SN2 імономолекулярное заміщення P.SN1.

Реакціїнуклеофильного заміщеннягалогена ісульфогруппи є дуже важливими і поширеними в органічному синтезі і синтезі лікарських речовин, а як і вітамінів. [1]


1.Нуклеофильное заміщеннягалогена в молекулі органічного сполуки

1.1 Основні інформацію про механізмі реакції

>Нуклеофильное заміщення у низцігалогеналканов може здійснюватися як у P.SN1, і по P.SN2 механізмам. У першому випадкулимитирующей швидкість процесу стадією є дисоціаціягалогеналкана зв'язку З -Hal із заснуваннямкарбкатиона:

 (1)

Отже, швидкість процесу в разі повинна залежати від концентраціїнуклеофила. При досить великому часу існування іонакарбения для оптично активнихгалогеналканов повинна мати місцерацемизация. При порівнянних величинах констант швидкостей послідовних стадій процесу один біккатиона буде екранованасольватированнимгалогенид-анионом і атакануклеофила буде більш імовірна з іншого боку, що сприятиме переважного зверненню конфігурації. Проте основною причиною відсутності повноїрацемизации і те, що в багатьох випадках продукти реакції утворюються ні з вільнихкарбкатионов, та якщо з іонних пар.

 (2)

Молекула вихідного сполуки можедиссоциировать із заснуванням контактної іонної пари (а),сольватно – розділеної іонної пари (b) ідиссоциированнихсольватирорванних іонів (з). У контактної іонної паріассиметрия значною мірою зберігається, томунуклеофильная атака призводить до зверненню конфігурації. При атацісольватно – розділеної іонній пари селективність знижується, що зумовлює загальноїрецемизации. Якщо утворюється вільний радикал, торецемизация мусить бути повної. Зазвичай звернення конфігурації при механізмі P.SN1 становить від 5 до 20%.

Що стосується молекулярного заміщення може протікати ряд побічних процесів, що відбуваються через стадію освіти іонакарбения, зокремаелиминирование (Е1):

 (3)

>Бимолекулярное заміщення P.SN2 зазвичай відбувається як синхронний процес:

 (4)

У цьому механізмінуклеофил Y наближається до субстрату із боку, протилежної що проходить групі. Реакція єодностадийний процес, у якому проміжне з'єднання не утворюється. Зв'язокС-Y утворюється разом з розривом зв'язкуС-Х. У перехідному стані вихіднаsp3-гібридизацію з приблизно перпендикулярнійр-орбиталью. Одна частка цієїр-орбитали перекривається знуклеофилом, а друга з минаючої групою. Тому механізм P.SN2, У ньому відбувалася б фронтальна атака, іноді немає.

За такої механізмі швидкість процесу істотно залежить як від природи, і від концентраціїнуклеофила. Реакція завжди супроводжується зверненням конфігурації.Побочной то, можливо реакціяЕ2. [2]

Необхідно пам'ятати у тому, терміни P.SN1 і P.SN2указвают тількимолекулярность, але не порядок реакції. Тому швидкість реакції, протікаючим за механізмом P.SN2, відповідатиме рівнянню другого порядку у випадку, коли обидва компонента перебувають у малих контрольованих концентраціях. При великому надлишкунуклеофильного агента реакція може протікати за першим чидробному. Аналогічний стан може вийти, коли обидва компонента є кінетично незалежними (наприклад, при освіті іонних пар принеполярних розчинниках).Ингольд зазначає, що у реакції P.SN1 який завжди характерний перший порядок.

Вочевидь, що полярності середовища на швидкість і механізм процесу буде достатньо сильним.

Тип механізму (P.SN1 чи P.SN2) залежить від структури реагують сполук. Природагалогена зазвичай мало впливає механізм реакції, але значно змінює її швидкість. Зі збільшенням розгалуженості R починає виявляти перевагу механізм P.SN1, бо за цьому створюютьсястерические перепони на шляху проходження реакції за механізмом P.SN2 і збільшується стабільність проміжногокарбкатиона. Щонуклеофильность реагенту, тим імовірніше механізм P.SN2. [1]

>Аллилгалогениди легко входять у реакціїнуклеофильного заміщення. У разі, сприятливих для перебігумономолекулярних реакцій, утворюється суміш двох сполук, оскільки проміжниймезомернийаллилкатион може у залежність від умов спричинить двох різних продуктам:

 (5)


При механізмі P.SN2 перегрупування немає:

 (6)

Якщо підхід сильногонуклеофила до атома вуглецю пригалогенестерически утруднений, тонеполярном розчиннику реакція може бути заллильной перегрупуванням за збереження механізму P.SN2:

 (7)

Уароматическом ряду (галоген в ядрі) заміщення йде значно складніше.

Помономолекулярному механізму реакція протікає тільки у виняткових випадках. Прикладом може служити одержаннягидроксисоединений з солейдиазония:

 (8)

Зазвичайнуклеофильная замінагалогена вароматическом ядрі протікає побиомолекулярному механізму P.SN>Ar. На відміну від описаного дляалкилгалогенидов реакція йде за синхронному механізму, оскільки атакуючийнуклеофил здатний утворювати нову зв'язок раніше, ніж порветься стара, й перша стадія зазвичай визначає швидкість всієї реакції:


 (9)

Існування таких негативно заряджених-комплексов було доведено експериментально:

 (10)

Такіинтермедиати є стійкі солі, звані солямиМейзенгеймера, від часу виявлення в 1902 р виділили велика кількість таких солей, будова кількохинтермедиантов подібного типу було підтверджено даними ЯМР іpентгеноструктурного аналізу. Проте змальований механізм перестав бути єдиним можливим. З допомогою міченого атома вуглецю засвідчили що уарилгалогенидах, які містять активуючих груп,замещающая група стає лише до того атома вуглецю, де була галоген, але у однаковою мірою і до сусіднього атома:

 (11)

Ідентичність сусідніх положень за відсутності інших заступників в ядрі пояснюється лише тим, що реакція йде з механізмуотщепления-присоединения (>кинезамещения) через стадію освіти1,2-дегидродензола:

 (12)

Проміжне освітудегидробензола було доведено як фізико-хімічними, і суто хімічними методами. Так, при дії амальгами літію наl-фтор-2-бромбензол у присутностідиенофиловпромежуточно утворений 1 ,>2-дегидробензол розпочинає з ними реакціюДильса-Альдера:

1.2 Основні чинники що впливають перебіг процесунуклеофильного заміщення

Умови проведення та хід реакційнуклеофильной замінигалогена залежить від багатьох чинників. При виборі оптимальних умов проведення процесу необхідно враховувати особливості хімічної будови субстрату інуклеофильного реагенту, полярність середовища, природу минаючогогалогена.

Щодо зв'язку будівлі субстрату та її реакційної здібності слід зазначити таке. Швидкості P.SN1 реакційалкильних похідних зростають у ряду: первинний алкіл, вторинний, третинний. Так, константи швидкостей реакцій гідролізуалкилбромидов при 50С дляR-С2М5; (СП3)2СП-; (СП3)3З- ставляться відповідно як 1 : 11,6 : 1,2·106. Просторові перешкоди для цьому випадку немає великого значення. Понад те, збільшення обсягу заступників дестабілізує вихідне статки у більшою мірою, ніж перехідний, що має спричинить збільшення швидкості дисоціації. Особливості будівлі молекули субстрату, що призводять до стабілізації що утворюєтьсякарбкатионa, повинні спричинить прискоренню реакції P.SN1 заміщення. Це досягається, зокрема, за наявності в-положении до реакційного центруфенильних чиаллильних заступників, і навіть атомів, маютьнеподеленную пару електронів.

У цьому за силою активації один-фенильний радикал відповідає приблизно двомалкильним заступникам. [3]

Що ж до впливу будівлі субстрату на швидкість P.SN2 заміщення то порядок зміни реакційної здібності під час переходу первинного дотретичному радикалу прямо протилежнийнаблюдаемому при P.SN1 заміщення. Первиннігалогенпроизводние реагують дуже гладко, вторинні - значно нижча, а третинні часто вже не реагуютьвооще. Просторові ефекти грають у P.SN2 заміщення значної ролі, і низька швидкість для третиннихгалогенидов пояснюється, зокрема просторовими перешкодами для атакинуклеофилом.

Отже, під час переходу від первинногоалкилгалогенида дотритичному механізм реакції може змінитися відбимолекулярного домономолекулярного. Перехід від однієї механізму до іншого перестав бути різким і від створення низки конкретних умов. Принципово можливо перебіг реакції з двох механізмам одночасно.

У ароматичнихгалогенидах, як зазначалось, заміщення практично завжди іде за рахунокбимолекулярному механізму. Винятком є розкладання солейдиазония. Вплив інших заступників вароматическом кільці на легкість заміщеннягалогена вивчалося дуже широко. Наявністьелектроноакцепторних заступників ворто-, пара- положеннях істотно полегшує реакцію P.SN 2 заміщення,електродонорних - утрудняє її.

Сильне прискорення процесу заміщеннягалогена під впливоморто- іпара-расположеннихнитрогрупп ж добре відомо. Так,2,4,6-тринитрогалогенбензоли дуже просто реагують із жовтою водою, спиртами, аміаком, первинними і вторинними амінами, створюючипикриновую кислоту, з ефіри чи аміди.Динитрогалогенбензоли реагують з цими реагентами повільніше, амононитро - значно повільніше. Так,пикрилхлоридгидролизуется як і легко, якхлорангидрид кислоти, замінагалогена в про- іп-хлорнитробензоле відбувається на лужному розчині при 130-150 З, ахлорбензолгидролизуется до фенолу лише за температурі: 350-400 З повагою та тиску вище 30МПа під впливом 5% розчину луги.

Уорто- іпара-замещенниххлорбензолах легкість заміщення хлору нагидроксил визначається поруч:N02 > >SO3H >СООН. У цьому активація з допомогоюNО2-групи кілька порядків вище активації з допомогоюSO3H іСООН-групп. [10]

При взаємодіїзамещеннихгалогенбензолов зметилатом натріюактивирующее дію груп за однакової їх розміщенні щодогалогена змінюється відповідно до рядами:

 (14)

Відзначено значне збільшення рухливостігалогена вароматическом ядрі за наявності ворто- і кілька- становищі щодо ньогоNH3 –групи (т. е.аминогруппи у кислому середовищі).

Заступники першого роду значно знижують рухливістьгалогена та низці випадків переводять механізм P.SN>Аг вкинезамещение черездегидробензол. При перехід допиридину іхинолинунуклеофильная рухливістьгалогена підвищується. У цьому сенсі піридин іхинолин можна як аналогинитробензола.4-Галогенпиридини активніше2-замещенних;3-галогензамещенние ще менше активні й у розумінні, схожі нафенилгалогениди.

При перехід додиазинамнуклеофильная рухливість атома галоген збільшується. Високої реакційної здатністю виділяються 2- і4-галогенпиримядини.2-Хлорпиримидин реагує зн-бутиламином вже за часів кімнатної температурі, а4-хлорпиримидин не можна виокремити в індивідуальному стані через легкого відщіплення хлору.2-Хлорпиразин і3-хлорпиридазин також істотно активніше2-хлорпиридина в реакціяхнуклеофильного заміщення.

Середпятичленнихгетероциклов реакціїнуклеофильного заміщення вивчені ще досить.Галогензамещенние фурани ітиофени щодо інертні в реакціяхнуклеофильного заміщення, хоча раніше їх реакційна здатність вище, ніж в відповіднихгалогенарилов. Запровадження сильнихелектроноакцепторних заступників збільшує рухливістьгалогена.

Просторові чинники принуклеофильном заміщення вароматическом ряду є визначальними, оскільки атака спрямована збоку до площині ароматичного ядра.

Залежно від природигалогена порядок реакційної здібностіалкилгалогенидов в реакціяхнуклеофильного заміщення виявляється наступним:RI>RВr>RСI>RF. Інакшим стан спостерігається для не перехідним станом, а проміжним з'єднанням. Величина позитивного заряду у реакційного центру залежить тільки від кількості, розташування природи інших заступників в ядрі, а й від природизамещаемогогалогена. Тож у активованих ароматичних системах атомигалогена може бути заміщені зі зростаючою легкістю у низці I <Вr <СI <F.[13]

>Реакционная здатність реагенту стосовногалогенпроизводним в реакціях може бути оцінена як віннуклеофильность.Нуклеофильность агентів залежить від своїхосновности,поляризуемости ісольватации. При переході від протонних доапротоннимрастворителям, і навіть до реакцій у газовій фазі відносна реакційна здатністьнуклеофилов істотно змінюється.

Вплив розчинника в реакціяхнуклеофильного заміщення дуже велике. Перехідний стан P.SN1 процесу значно більше полярно, ніж вихідні речовини. Тому збільшення полярності має спричинить зростанню швидкості дисоціації, отже, і до підвищення швидкості процесу взагалі. Поруч із неспецифічноїсольватацией великій ролі грає специфічнасольватация, й у першу чергу стабілізація минаючогогалогенид -аниона з допомогою освіти водневих зв'язку з розчинником.

Що ж до вибору розчинника для P.SN2 реакції, то такому разі слід розглянути розподіл зарядів в вихідному і перехідному. Відповідно до теорією Х'юза іИнгольда, реакціїбиомолекулярного заміщення може бути розбитий чотирма типу за способом розподілу зарядів передбачити ефект збільшення полярності середовища:

 (15)

Найпоширенішими є перші двоє типу реакції. Викладене підхід, проте, не враховує важливості специфічноїсольватации реагентів, тоді як зменшення специфічноїсольватациинуклеофила є одним із основних причин прискорення реакційбимолекулярного заміщення типу аніон — молекула вапротонних розчинниках. Вплив природи розчинника в реакціяхнуклеофильного заміщення така велика, що у деяких випадках визначає перебіг реакції по P.SN 1 чи з P.SN 2 механізму.

До полярних розчинників, сприяють перебігові реакцій по P.SN1 механізму, ставляться протонні розчинники: вода, спирти, карбонові кислоти, аміак. У реакціяхнуклеофильного заміщення вонисольватировать як катиони, і аніони. Тенденція до утворення водневих зв'язків зростає зі збільшенням кислотності розчинника.

Багато реакції, які у слабкосольватирующих розчинниках побимолекулярному механізму, можуть за використанні як розчинника мурашиною читрифторуксусной кислоти йти P.SN 1 типу.

Донуклеофильних розчинників, якісольватируют переважно катіон, можна віднести такіапротонние сполуки, як ацетон,ацетонитрил,нитрометан,диметилформамид,диметилсульфоксид,диглим та інших. Несольватируют що йдутьгалогенид—ионов, тому сприяють перебігові P.SN1 реакції P.SN2 реакції, навпаки, легко протікають у цих розчинниках, позаяк улимитирующей швидкість стадії аніонів не утворюється.

Спроможність стабілізації аніонів (з допомогою комплексоутворення) мають кислоти Льюїса (>галогениди бору, алюмінію, цинку, сурми, ртуті, срібла, і навіть іон срібла). Ці сполуки застосовуються зазвичай як каталізатори для P.SN1 реакцій. Стабілізаціякатиона у своїй здійснюється шляхом взаємодії з реагентом чи розчинником.

Крім вже перелічених чинників під час виборів розчинників необхідно враховувати їхрастворяющую здатність стосовно реагенту і субстрату. В багатьох випадках під час здійснення реакційнуклеофильного заміщення як реагентів використовуються неорганічні і органічні солі, добре розчинні у воді й погано розчинні в органічних розчинниках. для таких реакцій в гомогенних умовах традиційно застосовують розчинники, котрі виявляють одночаснолипофильние ігидрофильние властивості, наприклад метанол, ацетон, етанол, ацетон,диоксан. Складність у своїй у тому, що солі менш розчиняються у цих розчинниках, ніж у воді, а органічні субстрати зазвичай менш розчинних у яких, ніж у вуглеводнях. Зазначену то можна частково вирішити, використовуючи суміші згаданих вище розчинників із жовтою водою. Ефективнішим виявляється застосування такихдиполярних,апротонних,катионсольватирующих розчинників, якдиметилсульфоксид,диметилформамид,ацетонитрил, що добре розчиняють як солі, і органічні субстрати. Важливим методом інтенсифікації процесівнуклеофильного заміщення ємежфазний каталіз (МФК). Суть методу залежить від штучному створеннідвухфазной системи, у якійнеполярние та іонні реагенти перебувають у різних фазах. Зазвичай це органічна фаза і водна фаза. Для перенесення реагентів (>нуклеофилов) служатьмежфазние каталізатори — джерелалипофильних катионів. Їх роль залежить від освітілипофильних іонних пар "катіон каталізатора — реагує аніон, талановитими в міграції всередину органічної фази, що й відбувається реакція. У що застосовуються цьогоапротоннихнеполярних розчинниках, несмешивающихся із жовтою водою, реагують аніони малосольватировани й володіють високої реакційної здатністю. Іноді як органічної фази використовуютьсубстрат.[8]

1.3 Заміна атомагалогена на - ВІН, -ОR, -OН, -SН і –SR групи

Вода єслабонуклеофильний реагент. Томугалогеналкани здебільшого надто повільногидролизуются водою доалканов. Після обробіткуалкилгалогенидов киплячій водою утворюється сумішалкилгалогенида іалканола:


 (16)

Рівновага то, можливо зрушено вправо під впливомгидроксида срібла (суспензія оксиду срібла у питній воді) чигидроксидов лужних металів:

 (17)

У цьому рівновагу як зсувається

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація