Википедия

Нуклеофильное замещение

Реакции нуклеофильного замещения (англ. nucleophilic substitution reaction) — реакции замещения, в которых атаку осуществляет нуклеофил — реагент, несущий неподеленную электронную пару.Уходящая группа в реакциях нуклеофильного замещения называется нуклеофуг.

Все нуклеофилы являются основаниями Льюиса.

Общий вид реакций нуклеофильного замещения:

R−X + Y → R−Y + X (где Y анионный нуклеофил)
R−X + Y−Z → R−Y + X−Z (где Y−Z нейтральный нуклеофил)

Реакции алифатического нуклеофильного замещения

Реакции SN1

Механизм реакции SN1 или реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения (англ. substitution nucleophilic unimolecular) включает следующие стадии:

1. Ионизация субстрата с образованием карбкатиона (медленная стадия):

R−X → R+ + X

2. Нуклеофильная атака карбкатиона (быстрая стадия):

R+ + Y → R−Y

или (если в качестве нуклеофила выступает нейтральная частица):

R+ + Y−Z → R−Y+−Z

3. Отщепление катиона (быстрая стадия):

R−Y+−Z → R−Y + Z+

Примером реакции SN1 является гидролиз трет-бутилбромида:

image

Условный энергетический профиль реакции мономолекулярного нуклеофильного замещения представлен на диаграмме.

image
Условный энергетический профиль реакции SN1

Скорость реакции SN1 (в упрощённом виде) не зависит от концентрации нуклеофила и прямо пропорциональна концентрации субстрата:

Скорость реакции = k × [RX]

Так как в процессе реакции образуется карбкатион, его атака (в идеальных условиях без учёта фактора влияния заместителей) нуклеофилом может происходить с обеих сторон, что приводит к рацемизации образующегося продукта.

Важно иметь в виду, что SN1 механизм реализуется только в случае относительной устойчивости промежуточного карбкатиона, поэтому по такому пути, обычно, реагируют только третичные ((R)3C-X) и вторичные ((R)2CH-X) алкилпроизводные, а также аллильные (RCH=CHCH2-X) и бензильные (C6H5CH2-X) субстраты.

Реакции SN2

image
Условный энергетический профиль реакции SN2

Механизм реакции SN2 или реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения (англ. substitution nucleophilic bimolecular ) происходит в одну стадию, без промежуточного образования интермедиата. При этом атака нуклеофила и отщепление уходящей группы происходит одновременно:

R−X + Y → [Y⋯R⋯X] → R−Y + X

Примером реакции SN2 является гидролиз этилбромида:

image

Условный энергетический профиль реакции бимолекулярного нуклеофильного замещения представлен на диаграмме.

Скорость реакции SN2 зависит как от концентрации нуклеофила, так и концентрации субстрата:

Скорость реакции = k × [RX] × [Y]

Так как в процессе реакции атака нуклеофилом может происходить только с одной стороны, результатом реакции является стереохимическая инверсия образующегося продукта.

Ещё в 1895 году этот эффект обнаружил латышский химик Пауль Вальден («обращение Вальдена»), однако он не смог его объяснить. В 1935 году Хьюз исследуя реакцию оптически активного 2-йодоктана с йодид-ионом обнаружил, что реакция имеет общий второй кинетический порядок и первый по каждому из реагентов, а также, что скорость рацемизации в два раза выше скорости внедрения йода в молекулу йодоктана. Так было сформулировано стереохимическое SN2 правило:

В реакциях бимолекулярного нуклеофильного замещения атакующий нуклеофил стереохимически инвертирует молекулу, в которой он замещает уходящую группу.

Сравнение реакций SN1 и SN2

Сравнительный фактор SN1 SN2
 Скорость реакции k × [RX] k × [RX] × [Y]
 Стереохимический результат рацемизация инверсия
 Предпочтительный растворитель полярный протонный полярный апротонный
Влияние структуры субстрата на скорость реакции
 CH3 реакция не идёт очень хорошо
 R-CH2-X реакция не идёт хорошо
 R2CH-X реакция идёт реакция идёт
 R3C-X очень хорошо реакция не идёт
 R-CH=CH-CH2-X реакция идёт хорошо
 С6H5-CH2-X реакция идёт хорошо
 R-CO-CH2-X реакция не идёт отлично
 R-O-CH2-X отлично хорошо
 R2N-CH2-X отлично хорошо

Реакции смешанного типа SN1 — SN2

Не для всех реакций можно чётко определить механизм, по которому они протекают, так как чистый SN1 или SN2 являются всего лишь идеальными (предельными) модельными случаями. Следует помнить, что один и тот же субстрат может реагировать с одним и тем же нуклеофилом, в зависимости от условий реакции и растворителя, как по механизму SN1, так и SN2.

Например, скорость гидролиза 2-бромпропана описывается с учётом смешанного механизма его протекания:

CH3−CHBr−CH3 + HO → CH3−CHOH−CH3 + Br
Скорость реакции = k1 × [CH3CHBrCH3] + k2 × [CH3CHBrCH3] × [HO-]

Часто смешанный механизм провоцируется применением амбидентных нуклеофилов, то есть нуклеофилов, имеющих не менее двух атомов — доноров электронных пар (например: NO2, CN, NCO, SO32− и пр.)

Если в субстрате имеется заместитель, находящийся рядом с атакуемым атомом и несущий свободную электронную пару, он может существенно увеличить скорость реакции нуклеофильного замещения и повлиять на её механизм (сохранение конфигурации). В этом случае говорят об анхимерном содействии соседней группы (например: COO, COOR, OCOR, O, OR, NH2, NHR, NR2 и пр.)

Примером анхимерного содействия может служить гидролиз 2-бромпропионата:

image

Несмотря на формальный (с точки зрения одностадийности) механизм SN2, образующийся в ходе реакции продукт имеет ту же оптическую конфигурацию, что и исходный.

Реакции SNi

Механизм реакции SNi или реакции внутримолекулярного нуклеофильного замещения (англ. substitution nucleophilic internal) протекает в несколько стадий по аналогии с механизмом SN1, однако часть уходящей группы при этом атакует субстрат, отщепляясь от оставшейся части.

Общая схема реакции:
1. Ионизация субстрата:

image

2. Нуклеофильная атака:

image

На первом этапе субстрат диссоциирует с образованием т. н. контактной ионной пары. Компоненты такой пары находятся очень близко друг от друга, поэтому атака нуклеофила вынужденно происходит с той же стороны, где до этого находилась уходящая группа.

Реакции, протекающие по механизму SNi, крайне редки. Одним из примеров может служить устаревший механизм взаимодействия спирта с SOCl2:

image

Из схемы видно, что в реакций SNi конфигурация реакционного центра остается неизменной. В настоящее время доказано, что может быть как инверсия, так и сохранение конфигурации, в зависимости от растворителя (например: инверсия при использовании пиридина, сохранение в диоксане). Сохранение конфигурации в диоксане объясняется двумя подходами: первый подход состоит в том, что происходит двойное обращение, второй подход предлагает модель образование ионных пар.

Факторы, влияющие на реакционную способность

Влияние природы нуклеофила

Природа нуклеофила оказывает существенное влияние на скорость и механизм реакции замещения. Фактором, количественно описывающим это влияние является нуклеофильность — относительная величина, характеризующая способность влияния реагента на скорость химической реакции нуклеофильного замещения.

Нуклеофильность — величина кинетическая, т. е. влияет исключительно на скорость реакции. Этим она принципиально отличается от основности, которая является термодинамической величиной, и определяет положение равновесия.

В идеальном случае природа нуклеофила не влияет на скорость реакции SN1, так как лимитирующая стадия этого процесса от этого не зависит. В то же время, природа реагента может оказать влияние на ход процесса и конечный продукт реакции.

Для реакций SN2 можно выделить следующие принципы, по которым определяется влияние природы нуклеофила:

  • Отрицательно заряженный нуклеофил (например, NH2-) всегда сильнее, чем его сопряженная кислота (NH3), при условии, что она также проявляет нуклеофильные свойства.
  • При сравнении нуклеофилов, атакующие атомы которых находятся в одном периоде периодической системы им. Д. И. Менделеева, изменение их силы соответствует изменению их основности:
image
  • Снизу вверх в периодической системе нуклеофильность обычно уменьшается:
image
  • Исключение из предыдущего пункта:
image
  • Чем свободнее нуклеофил, тем он сильнее.
  • Если в положении, соседствующем с атакуемым атомом, имеются свободные электронные пары, нуклеофильность возрастает (α-эффект):
image

Следует иметь в виду, что нуклеофильность различных реагентов сравнивают по отношению к некоторому выбранному стандарту при условии соблюдения идентичности условий проведения реакции (термодинамические параметры и растворитель). На практике для реакций SN2 применяют уравнение Свена-Скотта:

image,

где:
image — константы скорости реакции субстрата с данным нуклеофилом и водой (или иным стандартом, например — метанолом);
image — параметр чувствительности субстрата к изменению нуклеофила (в качестве стандартного нуклеофила, когда S = 1, выбирают CH3Br или CH3I);
image — параметр нуклеофильности.


Влияние уходящей группы

Фактором, количественно описывающим влияние уходящей группы является нуклеофугность — относительная величина, характеризующая способность влияния нуклеофуга на скорость химической реакции нуклеофильного замещения.

Для описания нуклеофугности, обычно, трудно подобрать один параметр, который исчерпывающе определил бы зависимость скорости реакции от природы уходящей группы. Часто, в качестве меры нуклеофугности для реакций SN1 служат константы сольволиза.

Эмпирически можно руководствоваться следующим правилом — уходящая группа отщепляется тем легче, чем стабильнее она как самостоятельная частица.

Хорошими нуклеофугами являются следующие группы:

image

Влияние растворителя

Очевидно, что для реакций SN1, чем выше полярность растворителя, тем выше скорость реакции замещения (для нейтральных субстратов). Если же субстрат несёт положительный заряд, наблюдается обратная зависимость — повышение полярности растворителя замедляет реакцию. Сравнивая протонные и апротонные растворители, следует отметить, что если растворитель способен образовывать водородную связь с уходящей группой, он увеличивает скорость для нейтральных субстратов.

Для реакций SN2 влияние растворителя оценить сложнее. Если в переходном состоянии заряд распределён аналогично исходному состоянию или снижен, апротонные полярные растворители замедляют реакцию. Если такой заряд возникает только в переходном состоянии, полярные растворители реакцию ускоряют. Протонные полярные растворители способны образовывать водородные связи с анионами, что затрудняет протекание реакции.

На скорость реакции в апротонных растворителях также оказывает влияние и размер атакующего атома: малые атомы обладают большей нуклеофильностью.

Обобщая сказанное, можно эмпирически отметить: для большинства субстратов при увеличении полярности растворителя скорость SN1 реакций растёт, а SN2 — снижается.

Иногда оценивают влияние растворителя рассматривая его ионизирующую силу (Y), используя уравнение Уинстейна-Грюнвальда (1948 год):

image

где: image — константы скорости сольволиза стандартного субстрата (в качестве стандарта используется трет-бутихлорид) в заданном и стандартном растворителе (в качестве стандарта используется 80 % об. этанол).

image — параметр чувствительности субстрата к ионизирующей силе растворителя.

Значение Y для некоторых растворителей: вода: 3,493; муравьиная кислота: 2,054; метанол: −1,090; этанол (100 %): −2,033; диметилформамид: −3,500

Существует и альтернативный I-параметр, введённый в 1969 году Другаром и Декрооком. Он аналогичен Y-фактору, но в качестве снандарта была выбрана SN2 реакция между три-н-пропиламином и йодистым метилом при 20°С.

Реакции ароматического нуклеофильного замещения

Для ароматических систем более характерны реакции электрофильного замещения. В реакции нуклеофильного замещения они вступают, как правило, только в случае действия сильного нуклеофила или в достаточно жёстких условиях.

Реакции SNAr (Ареновый механизм)

Механизм реакции SNAr или реакции ароматического нуклеофильного замещения (англ. substitution nucleophilic aromatic) является наиболее важным среди реакций нуклеофильного замещения ароматических соединений и состоит из двух стадий. На первом этапе происходит присоединение нуклеофила, на втором — отщепление нуклеофуга. Иначе механизм SNAr называют механизмом присоединения-отщепления:

image
Механизм реакции ароматического нуклеофильного замещения

Образующийся в ходе реакции промежуточный комплекс, иногда достаточно устойчивый, носит название комплекса Мейзенгеймера (Майзенхаймера).

Существуют исследования, указывающие на малую распространенность реакций с участием комплекса Мейзенгеймера и преимущественное протекание реакции замещения по одностадийному механизму.

Реакции SN1

Реакции с механизмом SN1 для ароматических соединений встречаются крайне редко и, по сути, характерны только для солей диазония:

image

Ариновый механизм

При взаимодействии арилгалогенидов, не содержащих заместителей, с сильными основаниями (например: NaNH2) замещение идёт по ариновому механизму — через стадию образования дегидробензола:

image

Реакции SRN1

Реакции радикально-нуклеофильного замещения (англ. substitution radical-nucleophilic unimolecular) — SRN1 — достаточно распространены среди ароматических систем. Механизм этих реакций включает стадию с участием свободных радикалов:

image

Реакции SRN1 инициируются и стимулируются сольватированными электронами, фотохимически или электрохимически. Наличие радикального механизма не требует для стимулирования таких реакций присутствия в субстрате активирующих групп или сильного основания.

Типичные реакции ароматического нуклеофильного замещения

  • Типичные реакции арилгалогенидов
image
image
image
  • Реакции с участием солей диазония
image

Примечания

  1. M. B. Smith, J. March, March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 6th ed., Wiley-Interscience, 2007, ISBN 978-0-471-72091-1
  2. Керри Ф, Сандберг Р. Углублённый курс органической химии: пер. с англ., в 2-х томах. — М.: Химия, 1981.
  3. Mарч Дж. Органическая химия, пер. с англ., т. 2, — M.: Мир, 1988
  4. Пауль Вальден — биография. Краткий очерк истории химии. Кафедра физхимии РГУ. Дата обращения: 22 июля 2009. Архивировано из оригинала 6 марта 2012 года.
  5. Бутин К. П. Механизмы органических реакций: достижения и перспективы (pdf). Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева, № 2, 2001 год. Химическая информационная сеть ChemNet. Дата обращения: 20 июля 2009. Архивировано 3 апреля 2012 года.
  6. Ненайденко В. Г. Алифатическое нуклеофильное замещение. Лекция № 18 (pdf). Иллюстративный материал к курсу лекций «Органическая химия». Химическая информационная сеть ChemNet (2003). Дата обращения: 20 июля 2009. Архивировано 3 апреля 2012 года.
  7. Травень В. Ф. Органическая химия, М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. — ISBN 5-94628-068-6.
  8. Химическая энциклопедия./ Нуклеофильные реакции. // Главный редактор И. Л. Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1988 год. — Т. 3.
  9. Самуилов Я. Д., Черезова Е. Н. Реакционная способность органических соединений. Учебное пособие (pdf). Мультимедийный журнал «Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения.» (2003). Дата обращения: 23 июля 2009. Архивировано из оригинала 3 апреля 2012 года.
  10. [E. Kwan, Yuwen Zeng, Harrison A. Besser & Eric N. Jacobsen]. Concerted nucleophilic aromatic substitutions (англ.). Nature Chemistry vol. 10, pages 917–923 (2018). Department of Chemistry & Chemical Biology, Harvard University, Cambridge, MA, USA (16 июля 2018). Дата обращения: 15 октября 2018. Архивировано 2 октября 2018 года.

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Нуклеофильное замещение, Что такое Нуклеофильное замещение? Что означает Нуклеофильное замещение?

Reakcii nukleofilnogo zamesheniya angl nucleophilic substitution reaction reakcii zamesheniya v kotoryh ataku osushestvlyaet nukleofil reagent nesushij nepodelennuyu elektronnuyu paru Uhodyashaya gruppa v reakciyah nukleofilnogo zamesheniya nazyvaetsya nukleofug Vse nukleofily yavlyayutsya osnovaniyami Lyuisa Obshij vid reakcij nukleofilnogo zamesheniya R X Y R Y X gde Y anionnyj nukleofil R X Y Z R Y X Z gde Y Z nejtralnyj nukleofil Reakcii alifaticheskogo nukleofilnogo zamesheniyaReakcii SN1 Mehanizm reakcii SN1 ili reakcii monomolekulyarnogo nukleofilnogo zamesheniya angl substitution nucleophilic unimolecular vklyuchaet sleduyushie stadii 1 Ionizaciya substrata s obrazovaniem karbkationa medlennaya stadiya R X R X 2 Nukleofilnaya ataka karbkationa bystraya stadiya R Y R Y ili esli v kachestve nukleofila vystupaet nejtralnaya chastica R Y Z R Y Z 3 Otsheplenie kationa bystraya stadiya R Y Z R Y Z Primerom reakcii SN1 yavlyaetsya gidroliz tret butilbromida Uslovnyj energeticheskij profil reakcii monomolekulyarnogo nukleofilnogo zamesheniya predstavlen na diagramme Uslovnyj energeticheskij profil reakcii SN1 Skorost reakcii SN1 v uproshyonnom vide ne zavisit ot koncentracii nukleofila i pryamo proporcionalna koncentracii substrata Skorost reakcii k RX Tak kak v processe reakcii obrazuetsya karbkation ego ataka v idealnyh usloviyah bez uchyota faktora vliyaniya zamestitelej nukleofilom mozhet proishodit s obeih storon chto privodit k racemizacii obrazuyushegosya produkta Vazhno imet v vidu chto SN1 mehanizm realizuetsya tolko v sluchae otnositelnoj ustojchivosti promezhutochnogo karbkationa poetomu po takomu puti obychno reagiruyut tolko tretichnye R 3C X i vtorichnye R 2CH X alkilproizvodnye a takzhe allilnye RCH CHCH2 X i benzilnye C6H5CH2 X substraty Reakcii SN2 Uslovnyj energeticheskij profil reakcii SN2 Mehanizm reakcii SN2 ili reakcii bimolekulyarnogo nukleofilnogo zamesheniya angl substitution nucleophilic bimolecular proishodit v odnu stadiyu bez promezhutochnogo obrazovaniya intermediata Pri etom ataka nukleofila i otsheplenie uhodyashej gruppy proishodit odnovremenno R X Y Y R X R Y X Primerom reakcii SN2 yavlyaetsya gidroliz etilbromida Uslovnyj energeticheskij profil reakcii bimolekulyarnogo nukleofilnogo zamesheniya predstavlen na diagramme Skorost reakcii SN2 zavisit kak ot koncentracii nukleofila tak i koncentracii substrata Skorost reakcii k RX Y Tak kak v processe reakcii ataka nukleofilom mozhet proishodit tolko s odnoj storony rezultatom reakcii yavlyaetsya stereohimicheskaya inversiya obrazuyushegosya produkta Eshyo v 1895 godu etot effekt obnaruzhil latyshskij himik Paul Valden obrashenie Valdena odnako on ne smog ego obyasnit V 1935 godu Hyuz issleduya reakciyu opticheski aktivnogo 2 jodoktana s jodid ionom obnaruzhil chto reakciya imeet obshij vtoroj kineticheskij poryadok i pervyj po kazhdomu iz reagentov a takzhe chto skorost racemizacii v dva raza vyshe skorosti vnedreniya joda v molekulu jodoktana Tak bylo sformulirovano stereohimicheskoe SN2 pravilo V reakciyah bimolekulyarnogo nukleofilnogo zamesheniya atakuyushij nukleofil stereohimicheski invertiruet molekulu v kotoroj on zameshaet uhodyashuyu gruppu Sravnenie reakcij SN1 i SN2 Sravnitelnyj faktor SN1 SN2 Skorost reakcii k RX k RX Y Stereohimicheskij rezultat racemizaciya inversiya Predpochtitelnyj rastvoritel polyarnyj protonnyj polyarnyj aprotonnyjVliyanie struktury substrata na skorost reakcii CH3 H reakciya ne idyot ochen horosho R CH2 X reakciya ne idyot horosho R2CH X reakciya idyot reakciya idyot R3C X ochen horosho reakciya ne idyot R CH CH CH2 X reakciya idyot horosho S6H5 CH2 X reakciya idyot horosho R CO CH2 X reakciya ne idyot otlichno R O CH2 X otlichno horosho R2N CH2 X otlichno horoshoReakcii smeshannogo tipa SN1 SN2 Ne dlya vseh reakcij mozhno chyotko opredelit mehanizm po kotoromu oni protekayut tak kak chistyj SN1 ili SN2 yavlyayutsya vsego lish idealnymi predelnymi modelnymi sluchayami Sleduet pomnit chto odin i tot zhe substrat mozhet reagirovat s odnim i tem zhe nukleofilom v zavisimosti ot uslovij reakcii i rastvoritelya kak po mehanizmu SN1 tak i SN2 Naprimer skorost gidroliza 2 brompropana opisyvaetsya s uchyotom smeshannogo mehanizma ego protekaniya CH3 CHBr CH3 HO CH3 CHOH CH3 Br Skorost reakcii k1 CH3CHBrCH3 k2 CH3CHBrCH3 HO Chasto smeshannyj mehanizm provociruetsya primeneniem ambidentnyh nukleofilov to est nukleofilov imeyushih ne menee dvuh atomov donorov elektronnyh par naprimer NO2 CN NCO SO32 i pr Esli v substrate imeetsya zamestitel nahodyashijsya ryadom s atakuemym atomom i nesushij svobodnuyu elektronnuyu paru on mozhet sushestvenno uvelichit skorost reakcii nukleofilnogo zamesheniya i povliyat na eyo mehanizm sohranenie konfiguracii V etom sluchae govoryat ob anhimernom sodejstvii sosednej gruppy naprimer COO COOR OCOR O OR NH2 NHR NR2 i pr Primerom anhimernogo sodejstviya mozhet sluzhit gidroliz 2 brompropionata Nesmotrya na formalnyj s tochki zreniya odnostadijnosti mehanizm SN2 obrazuyushijsya v hode reakcii produkt imeet tu zhe opticheskuyu konfiguraciyu chto i ishodnyj Reakcii SNi Mehanizm reakcii SNi ili reakcii vnutrimolekulyarnogo nukleofilnogo zamesheniya angl substitution nucleophilic internal protekaet v neskolko stadij po analogii s mehanizmom SN1 odnako chast uhodyashej gruppy pri etom atakuet substrat otsheplyayas ot ostavshejsya chasti Obshaya shema reakcii 1 Ionizaciya substrata R X Y R X Y displaystyle mathsf R X Y rightleftarrows mathsf R X Y 2 Nukleofilnaya ataka R X Y R X Y displaystyle mathsf R X Y rightarrow mathsf R X Y Na pervom etape substrat dissociiruet s obrazovaniem t n kontaktnoj ionnoj pary Komponenty takoj pary nahodyatsya ochen blizko drug ot druga poetomu ataka nukleofila vynuzhdenno proishodit s toj zhe storony gde do etogo nahodilas uhodyashaya gruppa Reakcii protekayushie po mehanizmu SNi krajne redki Odnim iz primerov mozhet sluzhit ustarevshij mehanizm vzaimodejstviya spirta s SOCl2 Iz shemy vidno chto v reakcij SNi konfiguraciya reakcionnogo centra ostaetsya neizmennoj V nastoyashee vremya dokazano chto mozhet byt kak inversiya tak i sohranenie konfiguracii v zavisimosti ot rastvoritelya naprimer inversiya pri ispolzovanii piridina sohranenie v dioksane Sohranenie konfiguracii v dioksane obyasnyaetsya dvumya podhodami pervyj podhod sostoit v tom chto proishodit dvojnoe obrashenie vtoroj podhod predlagaet model obrazovanie ionnyh par Faktory vliyayushie na reakcionnuyu sposobnost Vliyanie prirody nukleofila Priroda nukleofila okazyvaet sushestvennoe vliyanie na skorost i mehanizm reakcii zamesheniya Faktorom kolichestvenno opisyvayushim eto vliyanie yavlyaetsya nukleofilnost otnositelnaya velichina harakterizuyushaya sposobnost vliyaniya reagenta na skorost himicheskoj reakcii nukleofilnogo zamesheniya Nukleofilnost velichina kineticheskaya t e vliyaet isklyuchitelno na skorost reakcii Etim ona principialno otlichaetsya ot osnovnosti kotoraya yavlyaetsya termodinamicheskoj velichinoj i opredelyaet polozhenie ravnovesiya V idealnom sluchae priroda nukleofila ne vliyaet na skorost reakcii SN1 tak kak limitiruyushaya stadiya etogo processa ot etogo ne zavisit V to zhe vremya priroda reagenta mozhet okazat vliyanie na hod processa i konechnyj produkt reakcii Dlya reakcij SN2 mozhno vydelit sleduyushie principy po kotorym opredelyaetsya vliyanie prirody nukleofila Otricatelno zaryazhennyj nukleofil naprimer NH2 vsegda silnee chem ego sopryazhennaya kislota NH3 pri uslovii chto ona takzhe proyavlyaet nukleofilnye svojstva Pri sravnenii nukleofilov atakuyushie atomy kotoryh nahodyatsya v odnom periode periodicheskoj sistemy im D I Mendeleeva izmenenie ih sily sootvetstvuet izmeneniyu ih osnovnosti CH3 gt NH2 gt OH gt F displaystyle mathsf CH 3 gt NH 2 gt OH gt F Snizu vverh v periodicheskoj sisteme nukleofilnost obychno umenshaetsya I gt Br gt Cl gt F displaystyle mathsf I gt Br gt Cl gt F Isklyuchenie iz predydushego punkta C2H5 3P gt C2H5 3As gt C2H5 3N displaystyle mathsf C 2 H 5 3 P gt C 2 H 5 3 As gt C 2 H 5 3 N Chem svobodnee nukleofil tem on silnee Esli v polozhenii sosedstvuyushem s atakuemym atomom imeyutsya svobodnye elektronnye pary nukleofilnost vozrastaet a effekt HOO gt HO N2H4 gt NH3 displaystyle mathsf HOO gt HO N 2 H 4 gt NH 3 Sleduet imet v vidu chto nukleofilnost razlichnyh reagentov sravnivayut po otnosheniyu k nekotoromu vybrannomu standartu pri uslovii soblyudeniya identichnosti uslovij provedeniya reakcii termodinamicheskie parametry i rastvoritel Na praktike dlya reakcij SN2 primenyayut uravnenie Svena Skotta log kk0 S n displaystyle log left frac k k 0 right S cdot n gde k k0 displaystyle k k 0 konstanty skorosti reakcii substrata s dannym nukleofilom i vodoj ili inym standartom naprimer metanolom S displaystyle S parametr chuvstvitelnosti substrata k izmeneniyu nukleofila v kachestve standartnogo nukleofila kogda S 1 vybirayut CH3Br ili CH3I n displaystyle n parametr nukleofilnosti Vliyanie uhodyashej gruppy Faktorom kolichestvenno opisyvayushim vliyanie uhodyashej gruppy yavlyaetsya nukleofugnost otnositelnaya velichina harakterizuyushaya sposobnost vliyaniya nukleofuga na skorost himicheskoj reakcii nukleofilnogo zamesheniya Dlya opisaniya nukleofugnosti obychno trudno podobrat odin parametr kotoryj ischerpyvayushe opredelil by zavisimost skorosti reakcii ot prirody uhodyashej gruppy Chasto v kachestve mery nukleofugnosti dlya reakcij SN1 sluzhat konstanty solvoliza Empiricheski mozhno rukovodstvovatsya sleduyushim pravilom uhodyashaya gruppa otsheplyaetsya tem legche chem stabilnee ona kak samostoyatelnaya chastica Horoshimi nukleofugami yavlyayutsya sleduyushie gruppy N2 OClO3 OTs FSO3 CF3SO3 CH3SO3 displaystyle mathsf N 2 OClO 3 OTs FSO 3 CF 3 SO 3 CH 3 SO 3 Vliyanie rastvoritelya Ochevidno chto dlya reakcij SN1 chem vyshe polyarnost rastvoritelya tem vyshe skorost reakcii zamesheniya dlya nejtralnyh substratov Esli zhe substrat nesyot polozhitelnyj zaryad nablyudaetsya obratnaya zavisimost povyshenie polyarnosti rastvoritelya zamedlyaet reakciyu Sravnivaya protonnye i aprotonnye rastvoriteli sleduet otmetit chto esli rastvoritel sposoben obrazovyvat vodorodnuyu svyaz s uhodyashej gruppoj on uvelichivaet skorost dlya nejtralnyh substratov Dlya reakcij SN2 vliyanie rastvoritelya ocenit slozhnee Esli v perehodnom sostoyanii zaryad raspredelyon analogichno ishodnomu sostoyaniyu ili snizhen aprotonnye polyarnye rastvoriteli zamedlyayut reakciyu Esli takoj zaryad voznikaet tolko v perehodnom sostoyanii polyarnye rastvoriteli reakciyu uskoryayut Protonnye polyarnye rastvoriteli sposobny obrazovyvat vodorodnye svyazi s anionami chto zatrudnyaet protekanie reakcii Na skorost reakcii v aprotonnyh rastvoritelyah takzhe okazyvaet vliyanie i razmer atakuyushego atoma malye atomy obladayut bolshej nukleofilnostyu Obobshaya skazannoe mozhno empiricheski otmetit dlya bolshinstva substratov pri uvelichenii polyarnosti rastvoritelya skorost SN1 reakcij rastyot a SN2 snizhaetsya Inogda ocenivayut vliyanie rastvoritelya rassmatrivaya ego ioniziruyushuyu silu Y ispolzuya uravnenie Uinstejna Gryunvalda 1948 god log kk0 m Y displaystyle log left frac k k 0 right m cdot Y gde k k0 displaystyle k k 0 konstanty skorosti solvoliza standartnogo substrata v kachestve standarta ispolzuetsya tret butihlorid v zadannom i standartnom rastvoritele v kachestve standarta ispolzuetsya 80 ob etanol m displaystyle m parametr chuvstvitelnosti substrata k ioniziruyushej sile rastvoritelya Znachenie Y dlya nekotoryh rastvoritelej voda 3 493 muravinaya kislota 2 054 metanol 1 090 etanol 100 2 033 dimetilformamid 3 500 Sushestvuet i alternativnyj I parametr vvedyonnyj v 1969 godu Drugarom i Dekrookom On analogichen Y faktoru no v kachestve snandarta byla vybrana SN2 reakciya mezhdu tri n propilaminom i jodistym metilom pri 20 S Tipovye reakcii alifaticheskogo nukleofilnogo zamesheniya Nazvanie ReakciyaNukleofily H2O HO ROH RO Gidroliz alkilgalogenidov R X HO R OH X displaystyle mathsf R X HO rightarrow mathsf R OH X R C X 2 R 2HO R C O R 2X H2O displaystyle mathsf R C X 2 R 2HO rightarrow mathsf R C O R 2X H 2 O R CX3 3HO R COOH 3X H2O displaystyle mathsf R CX 3 3HO rightarrow mathsf R COOH 3X H 2 O Gidroliz acilgalogenidov R COX H2O R COOH HX displaystyle mathsf R COX H 2 O rightarrow mathsf R COOH HX Gidroliz slozhnyh efirov R COOR HO R COO R OH displaystyle mathsf R COOR HO rightarrow mathsf R COO R OH Alkilirovanie alkilgalogenidami R X R O ROR X displaystyle mathsf R X R O rightarrow mathsf ROR X Obrazovanie i pereeterifikaciya prostyh efirov ROH R OH ROR H2O displaystyle mathsf ROH R OH rightarrow mathsf ROR H 2 O Obrazovanie i pereeterifikaciya slozhnyh efirov R COX R OH RCOOR HX displaystyle mathsf R COX R OH rightarrow mathsf RCOOR HX R COOH R OH RCOOR H2O displaystyle mathsf R COOH R OH rightarrow mathsf RCOOR H 2 O R COOR R OH RCOOR R OH displaystyle mathsf R COOR R OH rightarrow mathsf RCOOR R OH Nukleofily RCOOH RCOO Reakcii alkilirovaniya R X R COO R COOR X displaystyle mathsf R X R COO rightarrow mathsf R COOR X R2CN2 R COOH R COOCHR2 N2 displaystyle mathsf R 2 CN 2 R COOH rightarrow mathsf R COOCHR 2 N 2 Reakcii acilirovaniya RCOOH RCOOH RCO 2O H2O displaystyle mathsf RCOOH RCOOH rightarrow mathsf RCO 2 O H 2 O RCOX R COO RCOOCOR X displaystyle mathsf RCOX R COO rightarrow mathsf RCOOCOR X Nukleofily H2S SH SR R X H2S R SH HX displaystyle mathsf R X H 2 S rightarrow mathsf R SH HX R X R S R S R X displaystyle mathsf R X R S rightarrow mathsf R S R X R COX R S R COSR X displaystyle mathsf R COX R S rightarrow mathsf R COSR X Nukleofily NH3 RNH2 R2NHAlkilirovanie aminov R X NH3 R NH2 HX displaystyle mathsf R X NH 3 rightarrow mathsf R NH 2 HX R X R NH2 R NHR HX displaystyle mathsf R X R NH 2 rightarrow mathsf R NHR HX Acilirovanie aminov R COX R R NH R NR R HX displaystyle mathsf R COX R R NH rightarrow mathsf R NR R HX RCO 2O NH3 RCONH2 RCOOH displaystyle mathsf RCO 2 O NH 3 rightarrow mathsf RCONH 2 RCOOH RCOOR NH3 RCONH2 R OH displaystyle mathsf RCOOR NH 3 rightarrow mathsf RCONH 2 R OH Nukleofily galogeny i galogenproizvodnyeReakciya obmena galogenami R X X R X X displaystyle mathsf R X X rightarrow mathsf R X X Poluchenie alkilgalogenidov iz spirtov R OH HX R X H2O displaystyle mathsf R OH HX rightarrow mathsf R X H 2 O R OH PCl5 R Cl POCl3 HCl displaystyle mathsf R OH PCl 5 rightarrow mathsf R Cl POCl 3 HCl R OH SOCl2 R Cl SO2 HCl displaystyle mathsf R OH SOCl 2 rightarrow mathsf R Cl SO 2 HCl Poluchenie alkilgalogenidov iz prostyh i slozhnyh efirov ROR HI R I R OH displaystyle mathsf ROR HI rightarrow mathsf R I R OH R COOR LiI R I R COOLi displaystyle mathsf R COOR LiI rightarrow mathsf R I R COOLi Poluchenie acilgalogenidov RCOOH SOCl2 RCOCl SO2 HCl displaystyle mathsf RCOOH SOCl 2 rightarrow mathsf RCOCl SO 2 HCl RCO 2O HF RCOF RCOOH displaystyle mathsf RCO 2 O HF rightarrow mathsf RCOF RCOOH Prochie nukleofilyReakcii s metallami i metallorganicheskimi soedineniyami RC COR 3 R MgX RR C COR 2 R OMgX displaystyle mathsf RC COR 3 R MgX rightarrow mathsf RR C COR 2 R OMgX Reakcii s aktivnoj CH2 gruppoj RX Z CH2 Z Z CHR Z HX displaystyle mathsf RX Z CH 2 Z rightarrow mathsf Z CHR Z HX Reakcii s uchastiem acetilenovoj gruppy RX R C C R C C R X displaystyle mathsf RX R C equiv mathsf C rightarrow mathsf R C equiv mathsf C R X Reakcii aromaticheskogo nukleofilnogo zamesheniyaDlya aromaticheskih sistem bolee harakterny reakcii elektrofilnogo zamesheniya V reakcii nukleofilnogo zamesheniya oni vstupayut kak pravilo tolko v sluchae dejstviya silnogo nukleofila ili v dostatochno zhyostkih usloviyah Reakcii SNAr Arenovyj mehanizm Mehanizm reakcii SNAr ili reakcii aromaticheskogo nukleofilnogo zamesheniya angl substitution nucleophilic aromatic yavlyaetsya naibolee vazhnym sredi reakcij nukleofilnogo zamesheniya aromaticheskih soedinenij i sostoit iz dvuh stadij Na pervom etape proishodit prisoedinenie nukleofila na vtorom otsheplenie nukleofuga Inache mehanizm SNAr nazyvayut mehanizmom prisoedineniya otshepleniya Mehanizm reakcii aromaticheskogo nukleofilnogo zamesheniya Obrazuyushijsya v hode reakcii promezhutochnyj kompleks inogda dostatochno ustojchivyj nosit nazvanie kompleksa Mejzengejmera Majzenhajmera Sushestvuyut issledovaniya ukazyvayushie na maluyu rasprostranennost reakcij s uchastiem kompleksa Mejzengejmera i preimushestvennoe protekanie reakcii zamesheniya po odnostadijnomu mehanizmu Reakcii SN1 Reakcii s mehanizmom SN1 dlya aromaticheskih soedinenij vstrechayutsya krajne redko i po suti harakterny tolko dlya solej diazoniya Arinovyj mehanizm Pri vzaimodejstvii arilgalogenidov ne soderzhashih zamestitelej s silnymi osnovaniyami naprimer NaNH2 zameshenie idyot po arinovomu mehanizmu cherez stadiyu obrazovaniya degidrobenzola Reakcii SRN1 Reakcii radikalno nukleofilnogo zamesheniya angl substitution radical nucleophilic unimolecular SRN1 dostatochno rasprostraneny sredi aromaticheskih sistem Mehanizm etih reakcij vklyuchaet stadiyu s uchastiem svobodnyh radikalov Reakcii SRN1 iniciiruyutsya i stimuliruyutsya solvatirovannymi elektronami fotohimicheski ili elektrohimicheski Nalichie radikalnogo mehanizma ne trebuet dlya stimulirovaniya takih reakcij prisutstviya v substrate aktiviruyushih grupp ili silnogo osnovaniya Tipichnye reakcii aromaticheskogo nukleofilnogo zamesheniya Tipichnye reakcii arilgalogenidovArX HO ArOH X displaystyle mathsf ArX HO rightarrow mathsf ArOH X ArX RO ArOR X displaystyle mathsf ArX RO rightarrow mathsf ArOR X ArBr HNR2 ArNR2 HBr displaystyle mathsf ArBr HNR 2 rightarrow mathsf ArNR 2 HBr Reakcii s uchastiem solej diazoniyaArN2 Nu ArNu N2 displaystyle mathsf ArN 2 Nu rightarrow mathsf ArNu N 2 PrimechaniyaM B Smith J March March s Advanced Organic Chemistry Reactions Mechanisms and Structure 6th ed Wiley Interscience 2007 ISBN 978 0 471 72091 1 Kerri F Sandberg R Uglublyonnyj kurs organicheskoj himii per s angl v 2 h tomah M Himiya 1981 March Dzh Organicheskaya himiya per s angl t 2 M Mir 1988 Paul Valden biografiya neopr Kratkij ocherk istorii himii Kafedra fizhimii RGU Data obrasheniya 22 iyulya 2009 Arhivirovano iz originala 6 marta 2012 goda Butin K P Mehanizmy organicheskih reakcij dostizheniya i perspektivy neopr pdf Zhurnal Rossijskogo himicheskogo obshestva im D I Mendeleeva 2 2001 god Himicheskaya informacionnaya set ChemNet Data obrasheniya 20 iyulya 2009 Arhivirovano 3 aprelya 2012 goda Nenajdenko V G Alifaticheskoe nukleofilnoe zameshenie Lekciya 18 neopr pdf Illyustrativnyj material k kursu lekcij Organicheskaya himiya Himicheskaya informacionnaya set ChemNet 2003 Data obrasheniya 20 iyulya 2009 Arhivirovano 3 aprelya 2012 goda Traven V F Organicheskaya himiya M IKC Akademkniga 2004 ISBN 5 94628 068 6 Himicheskaya enciklopediya Nukleofilnye reakcii Glavnyj redaktor I L Knunyanc M Sovetskaya enciklopediya 1988 god T 3 Samuilov Ya D Cherezova E N Reakcionnaya sposobnost organicheskih soedinenij Uchebnoe posobie neopr pdf Multimedijnyj zhurnal Himiya i kompyuternoe modelirovanie Butlerovskie soobsheniya 2003 Data obrasheniya 23 iyulya 2009 Arhivirovano iz originala 3 aprelya 2012 goda E Kwan Yuwen Zeng Harrison A Besser amp Eric N Jacobsen Concerted nucleophilic aromatic substitutions angl Nature Chemistry vol 10 pages 917 923 2018 Department of Chemistry amp Chemical Biology Harvard University Cambridge MA USA 16 iyulya 2018 Data obrasheniya 15 oktyabrya 2018 Arhivirovano 2 oktyabrya 2018 goda

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто