Материал: Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 2

го катализатора, облегчая ионизацию связи С—Br и способствуя тем самым протеканию реакции SN1 с образованием изонитрила:

R Br + Ag R Br Ag R + AgBr,

R + CN R NC

изонитрил

В реакциях SN2 нитрит-ион и цианид-ион реагируют с субстратами своими мягкими реакционными центрами — соответственно атомами азота и углерода. В согласии с этим, применение диметилсульфоксида и диметилформамида в указанных реакциях способствует протеканию реакций SN2 с образованием нитросоединений и алкилцианидов.

R Br + NaNO2 R NO2 + NaBr

нитросоединение

R Br + NaCN R CN + NaBr

алкилцианид

Амбидентными являются и некоторые другие ионы, например сульфит- и гидросульфит-ионы, цианат-ион NCO. В частности, сульфит-ион протонируется по более основному центру — атому кислорода, а в реакциях с галогеналканами реакция идет по более нуклеофильному центру — атому серы.

O

CH3

Аналогично проявляет себя и гидросульфит-ион:

Общепринятые концепции амбидентности нуклеофилов в реакциях нуклеофильного замещения у алифатического атома углерода обсуждаются в [2].

Задача 13.8. Na-соль метилсульфиновой кислоты реагирует с метилиодидом в метаноле с образованием двух изомеров. Напишите их структурные формулы.

O

ONa

УЧАСТИЕ СОСЕДНИХ ГРУПП.

СОХРАНЕНИЕ КОНФИГУРАЦИИ В РЕАКЦИЯХ SN

По смешанным SN2/SN1-механизмам реагируют часто и субстраты, в которых в процессе нуклеофильного замещения возможно участие соседних групп. Речь идет о субстратах, в которых атом или группа, расположенные рядом с атакуемым атомом углерода, имеют свободную пару электронов и могут использовать эту пару, чтобы экранировать «с тыла» реакционный центр. Это экранирование обеспечивает стереоспецифичное протекание реакции. Атака субстрата нуклеофильным реагентом оказывается возможной только «спереди», что приводит к сохранению конфигурации. Такой

эффект соседней группы, проявляющийся в скоростьлимитирующей стадии, получил название анхимерное содействие [3, 4].

Одним из наиболее очевидных примеров анхимерного содействия является гидролиз аниона 2-бромпропаноата при низких концентрациях гидро- ксид-иона или в воде в присутствии иона серебра.

Отрицательно заряженный атом кислорода карбоксилатной группы приближается с тыльной стороны по отношению к разрывающейся связи C—Br и «выталкивает» бромид-ион. По существу, первая медленная стадия этой реакции представляет собой внутримолекулярное нуклеофильное замещение SN2 с образованием трехчленного цикла в переходном состоянии

Во второй быстрой стадии гидроксид-ион атакует атом углерода «спереди» (т. е. со стороны ушедшего бромид-иона) и раскрывает промежуточно образовавшийся «эпоксидный» цикл. При этом имеет место еще один акт реакции SN2. Сохранение конфигурации в конечном продукте — карбоксилат-ионе молочной кислоты — оказывается, таким образом, результатом двух последовательных реакций SN2, в каждой из которых конфигурация обращается.

При увеличении концентрации гидроксид-иона увеличивается доля обычной атаки «с тыла» по механизму SN2 с обращением конфигурации исходного субстрата.

Анхимерное содействие нуклеофильному замещению способны оказывать и другие группы, ключевые нуклеофильные атомы в которых имеют НЭП. Ниже перечислены некоторые группы, способные к анхимерному содействию [3, 5].

COO , OCOR, COOR, COAr, O , OR, OH, NH2, NHR, NR2, NHCOR, S , SH, SR, I, Br, Cl.

— ацетолиз L-трео-3-фенил-2-бутилтозилата в уксусной кислоте на 96% идет с сохранением трео-конфигурации (D и L-энантиомеры при этом образуются в равных количествах); в трифторуксусной кислоте трео-конфи- гурация сохраняется на 100%:

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Эффекты анхимерного содействия наиболее часто проявляются в растворителях, обладающих минимальной нуклеофильностью (CH3COOH, HCOOH, CF3COOH).

Указанные результаты получают адекватное объяснение только при предположении, что в ходе ацетолиза показанных этил- и бутилтозилатов промежуточно образуются фенониевые ионы мостиковой структуры:

Me H

Соответственно этому электроотрицательные заместители Х в фениле замедляют реакцию сольволиза, затрудняя образование фенониевого иона, а электронодонорные заместители, напротив, ускоряют эту реакцию, поскольку облегчают образование циклического интермедиата [12, 13].