Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных

Общая схема реакции:

Нуклеофил дает субстрату свою пару электронов, за счет которой появляется новенькая связь, а галоген уходит со собственной парой электронов в виде галогенид-аниона. При всем этом происходит алкилированиенуклеофила.

Для нуклеофильного Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных замещения у атома углерода в состоянии sp3-гибридизации установлено два главных механизма: бимолекулярное нуклеофильное замещение (SN2) и мономолекуляное нуклеофильное замещение (SN1).

Бимолекулярное нуклеофильное замещение.
Бимолекулярное нуклеофильное замещение – это синхронный процесс, который протекает в одну Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных стадию. Разрыв старенькой и образование новейшей связи происходят сразу. Нуклеофил штурмует субстрат со стороны, обратной уходящей группе (с тыла), и равномерно теснит ее из молекулы:

Y: + R-Hal ® [Y….R&hellip Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных;.Hal] ® Y-R + Hal-

переходное
состояние

Энергетическая диаграмма процесса имеет вид:

SN2-реакции имеют последующие главные признаки.

    1. Кинетический признак

Быстроту реакции находится в зависимости от концентрации и субстрата, и нуклеофила. Реакция имеет Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных 2-ой общий порядок (1-ый по субстрату и 1-ый по нуклеофилу) и описывается кинетическим уравнением:

  1. v=k[RHal][Y]

    1. Стереохимический признак

Если нуклеофильное замещение происходит у асимметрического атома углерода, то имеет место воззвание конфигурации, потому Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных что в переходном состоянии три нереагирующие группы и центральный атом углерода находятся в одной плоскости, а входящая и уходящая группы размещены на одной прямой, перпендикулярной этой плоскости. В итоге структура выкручивается Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных, как зонт:



Мономолекуляное нуклеофильное замещение.
Мономолекулярное нуклеофильное замещение протекает в две стадии:

На первой стадии под действием растворителя происходит гетеролитический разрыв связи в субстрате, в итоге чего появляется карбокатион. Процесс протекает медлительно и определяет Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных быстроту реакции в целом. На 2-ой стадии карбокатион стремительно реагирует с нуклеофилом, давая продукт замещения.

Энергетическая диаграмма процесса имеет вид:

SN1-реакции имеют последующие главные признаки.

    1. Кинетический признак

Быстроту реакции зависит Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных только от концентрации субстрата, так как нуклеофил не участвует в лимитирующей стадии процесса. Реакция имеет 1-ый порядок и описывается кинетическим уравнением:

v=k[RHal]
    1. Cтереохимический признак

Если нуклеофильное замещение происходит у асимметрического атома Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных углерода, то, обычно, появляется рацемическая смесь, потому что атака нуклеофилом плоского карбокатиона с обоих сторон равновероятна:


Причины, действующие на ход нуклеофильного замещения

Легкость протекания реакции и ее механизм зависят от многих причин, посреди которых можно Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных выделить последующие:

Воздействие строения углеводородного радикала.

Обскурантистская способность первичных, вторичных и третичных алкилгалогенидов в реакциях нуклеофильного замещения различна, при этом порядок Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных обскурантистской возможности находится в зависимости от механизма реакции.

Скорость реакций, протекающих по механизму SN1, находится в зависимости от стабильности карбокатиона, образующегося на первой стадии реакции. Таким макаром, обскурантистская способность алкилгалогенидов Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных в реакциях SN1 растет в ряду:


который соответствует ряду стабильности карбокатионов:

Фуррор реакции SN2 определяется эффективностью атаки нуклеофила на положительно заряженный обскурантистский центр субстрата. Потому электронодонорные радикалы R, понижая положительный заряд на Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных обскурантистском центре, замедляет нуклеофильную атаку. В то же время повышению объема R затрудняет подход нуклеофила к обскурантистскому центру. Совместное действие индуктивного и большого эффектов определяет ряд обскурантистских возможностей субстратов в реакциях нуклеофильного замещения Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных:

Высочайшей обскурантистской способностью независимо от механизма реакции владеют аллил- и бензилгалогениды. В процессе SN1 они дают карбокатионы, стабилизированные засчет сопряжения:

бензил-катион

Легкость, с которой аллил- и бензилгалогениды вступают в Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных SN2-реакции разъясняют ролью кратных связей в стабилизации переходного состояния.

Воздействие природы уходящей группы.

Обскурантистская способность алкилгалоненидов находится в зависимости от прочности связи углерод – галоген, которая миниатюризируется в ряду:

C-F > C-Cl > C Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных-Br > C-I.

Более принципиально, чтоб уходящая группа была термодинамически размеренна. (Она должна быть более устойчива, чем атакующий субстрат нуклеофил). Неплохими (относительно устойчивыми) уходящими группами являются слабенькие основания. Галогенид-анионы – отличные Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных уходящие группы. Их относительная стабильность растет по мере уменьшения их основности в ряду:

F- < Cl- < Br- < I-

Параллельно возрастает и обскурантистская способность алкилгалогенидов независимо от того, по какому из 2-ух устройств протекает Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных реакция:

RF < RCl < RBr < RI

Воздействие природы нуклеофила.

Нулеофильность – это способность частички вести взаимодействие с атомом углерода, несущим целый либо частичный положительный заряд. Нуклеофильность является кинетической чертой и определяется константами скоростей соответственных реакций Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных.

Нуклеофилы, как и основания, могут быть сильными и слабенькими. Единой шкалы нуклеофильности не существует, потому что относительная сила нуклеофила может изменяться зависимо от природы субстрата и растворителя. Но можно выделить последующие главные закономерности Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных.

1) Негативно заряженные нуклеофилы посильнее, чем нейтральные молекулы (сопряженные им кислоты):

OH- > H2O; RO- > ROH; NH2- > NH3

2) Для частей 1-го периода с ростом электроотрицательности атома нуклеофильность миниатюризируется:

NH2- > OH- > F-

R Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных3C- > RNH2- > RO- > F-

3) Электронодонорные заместители наращивают, электроноакцепторные – уменьшают нуклеофильность. К примеру, для кислородсодержащих нуклеофилов установлен последующий ряд обскурантистской возможности:

RO- > OH- > ArO- > RCOO-

В рассмотренных примерах порядок нуклеофильности реагентов совпадает Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных с порядком их основности и разъясняется теми же причинами. Но сила нуклеофила определяется не только лишь его основностью, но иполяризуемостью.

4) Для частей одной подгруппы с возрастанием заряда ядра нуклеофильность возрастает, невзирая на уменьшение Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных основности:

RS--

I- - - -

Рост нуклеофильности связан с повышением поляризуемости атомов и ионов по мере роста их радиуса. Чем выше поляризуемость нуклеофила, тем легче деформируется его электрическое скопление и тем в основном он Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных способен передать электрическую плотность на субстрат.

Таковой порядок нуклеофильности может быть объяснен также с позиций принципа ЖМКО. Основность по Бренстеду проявляется во содействии с жесткой кислотой Н+, в то время как Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных нуклеофильность проявляется во содействии с более мягеньким кислотным центром – атомом углерода, для которого желаемым будет взаимодействие с мягенькими основаниями Льюиса – RS- и I-.

Не считая того, относительная сила нуклеофилов находится в зависимости Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных от природы растворителя. Чем меньше размер аниона, тем лучше он сольватируется полярными протонными растворителями (т.е. растворителями, способными создавать с анионом водородные связи), что понижает его обскурантистскую способность. При подмене растворителя порядок обскурантистской Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных возможности нуклеофилов может изменяться на обратный.

В согласовании с механизмами SN2 и SN1 природа нуклеофила влияет на ход SN2-реакции, потому что нуклеофил участвует в лимитирующей (и единственной) стадии процесса, и Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных не оказывает влияние на скорость реакций, протекающих по механизму SN1, лимитирующая стадия которых протекает без роли нуклеофила.

Воздействие природы растворителя

Растворитель оказывает влияние на скорость и механизм реакций нуклеофильного замещения.

Протеканию реакции по механизму Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных SN1 содействуют сильноионизирующие растворители. К ним относятся полярные протонные растворители (вода, спирты, карбоновые кислоты), потому что они отлично сольватируют ионные интермедиаты: негативно заряженную уходящую группу – за счет водородных связей, карбокатион – за Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных счет свободных пар электронов.

Воздействие растворителя на SN2-реакции проявляется в наименьшей степени и находится в зависимости от рассредотачивания зарядов в начальном и переходном состояниях. Обычно, их скорость миниатюризируется с ростом полярности растворителя Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных и возрастает при переходе от протонных растворителей к апротонным (диметилформамид, диметилсульфоксид, ацетонитрил). В апротонных растворителях, которые не способны к образованию водородных связей, нуклеофил (а это, обычно, анион) в наименьшей степени сольватирован и, как следует Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных, обладает большей силой, что принципиально для SN2-реакции.

Таким макаром, протеканию реакций по механизму SN2 содействуют:

Реализации механизма SN Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных1 содействуют:

По легкости замещения галогена независимо от механизма реакции галогенпроизводные размещаются в последующий ряд:

аллил- и бензилгалогениды > алкилгалогениды > винил- и арилгалогениды

Галогенпроизводные, содержащие Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных связь (винил- и арилгалогениды), владеют очень низкой обскурантистской способностью. Реакция протекает по иному механизму. Малую подвижность галогена в винил- и арилгалогенидах разъясняют повышением прочности связи C-Hal за счет сопряжения пары электронов Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных галогена с электронами p -связей:

Примеры реакций нуклеофильного замещения

Реакции нуклеофильного замещения галогена обширно употребляются в органическом синтезе. С помощью их можно подменять галоген на другие многофункциональные группы либо углеводородные радикалы и Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных получать из галогенпроизводных любые классы органических соединений.

Примеры синтетического использования галогенпроизводных алифатических углеводородов приведены в таблице.

Таблица 7. SN-реакции галогенпроизводных
Субстрат + нуклефил ® продукт + уходящая группа
Получение спиртов
R-Hal + OH- (H2O) ® R Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных-OH + Hal- (HHal)
CH3Br + NaOH CH3OH + NaBr
(CH3)3CCl + H2O ® (CH3)3COH + HCl
CH2=CH-CH2Cl + H2O ® CH2=CHCH2OH+HCl
Получение обычных эфиров Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных
R-Hal + R/O- ® R-OR/+ Hal-
СH3I + CH3CH2O-Na+ ® CH3OCH2CH3 + NaI
Получение сложных эфиров
R-Hal + R/COO- ® R/COOR + Hal-
CH3CH2I + CH3COO Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных-Na+ ® CH3COOCH2CH3 + NaI
Получение тиолов
R-Hal + SH- ® R-SH + Hal-
CH3СH2Br + NaHS ® CH3СH2SH + NaBr
Получение сульфидов
R-Hal + R/S- ® R-SR/+ Hal-
CH3СH2Br CH Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных3СH2S-Na+ ® (CH3СH2)2S + NaBr
Получение аминов и аммониевых солей
R-Hal + NH2- ® RNH2 + Hal-
R-Hal + R/3N ® R R/3N+Hal-
Получение нитрилов
R-Hal + Сє Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных N- ® R- Сє N + Hal- (SN2)
CH3СH2Br + NaCN ® CH3СH2CN + NaBr
Получение нитросоединений
R-Hal NO2- ® R-NO2+ Hal- (SN2)
CH3CH2I AgNO2 ® CH3CH2NO2 + AgI
Получение галогенпроизводных
R Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных-Hal + I- ® R-I + Hal- (SN2)
CH3Cl + NaI ® СH3I + NaCl

Винил- и арилгалогениды инертны по отношению к нуклеофильным реагентам. Замещения галогена в галогенбензолах может быть исключительно в очень Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных жестких критериях, к примеру:

Введение электроноакцепторных заместителей в орто- и пара-положения к галогену активизируют галогенарены в SN-реакциях:

Аналогично 2,4-динитрофторбензол ведет взаимодействие с аминогруппами аминокислот и пептидов, что употребляется для установления их аминокислотного состава Реакции нуклеофильного замещения галогенпроизводных:


rbc-news-20092012-minfin-predlagaet-uvelichit-strahovie-vznosi-dlya-grazhdan-dosrochno-vihodyashih-na-pensiyu.html
rbk-01122012-moskva-vvodit-zapret-na-dvizhenie-gruzovikov-po-mkad-ezhednevnij-monitoring-smi-3-dekabrya-2012.html
rbk-daily-03102012-rostom-ne-vishli-monitoring-smi-rf-po-pensionnoj-tematike-3-oktyabrya-2012-goda.html