Реферат на тему Реакції ароматичного нуклеофільного заміщення - Хімія - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Реакції ароматичного нуклеофільного заміщення. Тема: Реакції ароматичного нуклеофільного заміщення Реакції, в які вступають ароматичні субстрати, можна розділити на чотири основні типи: 1) реакції, що активуються электронно-акцепторними групами в орто- і пара-положеннях до вихідної групи; 2) реакції, що каталізують дуже сильними основами і протікають через утворення аринових інтермедіатів; 3) реакції, що ініціюються донорами електронів; 4) реакції, в яких азот в солі діазонія заміщається нуклеофілом. МЕХАНІЗМИ Відомо чотири головні механізми ароматичного нуклеофільного заміщення.Три з них аналогічні певним механізмам реакцій аліфатичного нуклеофільного заміщення. Четвертий механізм включає утворення іон-радикалів (механізм Srn1). 1. Механізм SnAr Цей найважливіший механізм нуклеофільного заміщення в ароматичному ряду (двостадійний).Переважно, хоча і не завжди, лімітуючою являється перша стадія. Очевидно, що цей механізм дуже схожий з тетраедричним механізмом а з другого боку, з механізмом електрофільного ароматичного заміщення, який включає в себе утворення аренонієвого іона. У всіх трьох випадках атакуюча частинка зв'язується з субстратом, утворюючи інтермедіат, від якого потім відривається група, що йде. Ми позначатимемо цей механізм SnАг. Ймовірно, найпереконливішим доказом з'явилося здійснене ще в 1902 р. виділення інтермедіата з реакції між етилпікратом і метоксид-іоном . Подібні інтермедіати є стійкі солі,їх називають солями Мейзенгеймера; з часу виявлення в 1902 р. було виділене велике число таких солей . Будова деяких інтермедіатів такого типу була підтверджена даними ЯМР і рентгеноструктурного аналізу. Подальший доказ даного механізму одержаний при вивченні впливу природи групи, що йде, на реакцію. Якщо механізм аналогічний механізмам Sn1 або Sn2, зв'язок Аг-X повинен розриватися в лімітуючій стадії. У механізмі SnАг цей зв'язок розривається після лімітуючої стадії (мається на увазі, що лімітуючою є перша стадія). Тому можна передбачити, що, якщо реакція йде по механізму SnАг, зміна природи групи, що йде, не повинна робити помітного впливу на швидкість реакції. Дійсно, в реакції при Х = С1, Вг, I, SOPh, SО2Рh або n-нітрофеноксигрупа, швидкість відрізняється не більше ніж в 5 разів. Такої незначної відмінності в швидкості реакції не можна було чекати, якби зв'язок Аг-X розривався в лімітуючій стадії. Звичайно, ми не припускаємо, що швидкості реакцій у разі різних замінників повинні бути однакові, оскільки залежно від природи X міняється швидкість атаки реагентом У. Підвищення електронегативності X викликає зменшення електронної густини у реакційному центрі, що приводить до прискорення атаки нуклеофілом. Так, в приведеній вище реакції при Х = Р відносна швидкість складала 3300. Той факт, що в більшості реакцій ароматичного нуклеофільного заміщення фтор виявляється якнайкращою групою, що йде, серед галогенів, служить переконливим доказом того, що механізм реакції відрізняється від механізмів Sn1 і Sn2, при яких фтор до теперішнього часу вважався найгіршою групою, що йде серед галогенів. Розглянутий випадок є прикладом впливу елементу. Ще одним доказом механізму є особливості реакції з такими нуклеофілами, як аміни, в умовах каталізу основами. Реакція каталізує основами тільки при наявності досить поганої групи (скажімо, ОR, а не С1 чи Вг) і тільки в тих випадках, коли нуклеофілом служить достатньо об'ємний амін. Основи не можуть каталізувати стадію 1, але при реакції з амінами вони можуть каталізувати стадію 2. Показано, що основний каталіз спостерігається в тих випадках, коли амінний фрагмент легко відщеплюється, а група X –з труднощами; тоді k_1 велика і лімітуючою являється стадія 2. Це служить доказом на користь механізму SnAг, що припускає наявність двох стадій. Більш того, в тих випадках, коли основи дійсно є каталізаторами, їх каталітична дія виявляється лише при низьких концентраціях: графік залежності швидкості від концентрації основи показує, що швидкість швидко зростає при додаванні малих порцій основи до досягнення певної концентрації, після чого подальше додавання основ не робить помітного впливу на швидкість. Така залежність, в основі якої лежить ефект розділення, також служить доказом на користь механізму SnАг. В умовах низької концентрації основи кожне додавання невеликої порції основи, підвищуючи швидкість стадії 2, збільшує відносну частку інтермедіата, яка перетворюється на продукт, а не зазнає зворотнього перетворення в реагенти. При високій концентрації основи процес фактично закінчується: зворотне перетворення в реагенти дуже незначне і визначаючою швидкістю стає стадія 1. Предметом дослідження був тільки каталіз основами стадії 2. У разі протонних розчинників було зроблено два припущення. Перше полягає у тому, що стадія 2 насправді є двома стадіями: лімітуюче депротонування молекули 3 і подальший швидкий відрив X, при цьому каталіз основою полягає в підвищенні швидкості стадії депротонування Згідно другому припущенню, визначаючому швидкість є втрата X під дією ВН+. У апротонних розчинниках, наприклад в бензолі, ситуація виявляється складнішою. Додаткові докази на користь механізму SnАг були одержані при вивченні ізотопних ефектів 18О/16О і 15N/14N. 2. Механізм Sn1 Мономолекулярний механізм Sn1 ніколи не спостерігався з достатнім ступенем визначеності для арилгалогенідів і арилсульфонатів, навіть у разі активних молекул . Цей механізм характерний для реакцій солей діазонія. Вважається, що механізм Sn1 включає утворення арил-катіонів в якості інтермедіатів ; серед доказів на користь цього припущення відзначимо наступні. 1. Швидкість реакції діазонових солей описується рівнянням першого порядку і не залежить від концентрації Y. 2. При додаванні солей галогенідів у великих концентраціях продуктом реакції є арилгалогенід, але швидкість не залежить від концентрації солі, що додається. 3. Вплив замісників кільця на швидкість узгоджується з мономолекулярним розщепленням, яке і визначає швидкість реакції . 4. При проведенні реакції з субстратом, дейтерованим в орто-положенні, спостерігаються ізотопні ефекти порядка 1,22 .Такі високі вторинні ізотопні ефекти важко пояснити інакше, як тим, що зароджується феніл-катіон стабілізований гіперкон'югацією, яка знижується при заміні водню дейтерієм. 5. Перша стадія є оборотним розщепленням . Є багато кінетичних та інших доказів стосовно того, що стадія 1 складніша і включає дві стадії, кожна з яких є оборотною. 3. Механізм з утворенням дегідробензола (ариновий механізм) Деякі реакції ароматичного нуклеофільного заміщення відрізняються по характеру від реакцій, що відбуваються по механізму SnАг (або Sn1). Йдеться про реакції заміщення арилгалогенідів, що не містять активуючих груп. Для їх протікання потрібна сильніша основа, ніж звично. Найцікавіше полягає у тому, що вхідна група не завжди займає положення, що звільняється групою, що йде. Це було витончено продемонстровано на прикладі реакції 1-14С-хлоробензола з амідом калія. Продукт складається з майже рівних кількостей аніліну, міченого по положенню 1 і по положенню 2 . Всі ці факти можна пояснити механізмом, що включає елімінування і подальше приєднання. Симетричний інтермедіат може бути атакований молекулою NН3 по будь-якому з двох положень; цим і пояснюється, чому близько половини аніліну, одержаного з радіоактивного хлорбензола, було мічене по положенню 2. Той факт, що положення 1 і 2 мічені неоднаково, є результатом невеликого ізотопного ефекту. Є і інші докази на користь даного механізму: 1. З арилгалогенідами, що мають два орто-замісники, реакція не повинна була б відбуватися і дійсно не відбувається . 2. Давно було відомо, що в окремих випадках ароматичне нуклеофільне заміщення здійснюється в іншому положенні.Такі реакції одержали назву кіне-заміщення. Прикладом служить перетворення о-броманізола в м-аміноанізол, що утворюється в якості єдиного ізомера. Причиною того, що в реакції не утворюється суміш ізомерів 1:1, полягає у тому, що інтермедіат несиметричний і метоксигрупа направляє вхідну групу не в орто-, а в мета-положення. Проте не всі реакції кине-заміщення відбуваються по такому механізму . 3. Порядок реакційної здатності галогенів Вг>1> >С1>F (при проведенні реакції з KNН2 в рідкому аміаку) вказує на механізм, який відрізняється від механізму SnАг . В процесі перетворення субстрата в молекулу лімітуючою стадією може бути або відрив протона, або подальша втрата галоген-іона. Послідовність реакційної здатності груп (Вг>1>С1), що йдуть, пояснюється тим, що міняється стадія, яка і визначає швидкість. Коли групою, що йде, є Вг або I, лімітуючою стадією буде відрив протона, і порядок швидкості для цієї стадії відповідає такій послідовності: F>С1>Вг>1. Коли ж групою, що йде, є С1 або F,тоді лімітуючим стає розщеплювання зв'язку С-X, і порядок швидкості для цієї стадії відповідає такій послідовності: 1>Вг>С1>Р. Підтвердження останньому факту було знайдене при вивченні конкурентних реакцій. мета-Дігалогенобензоли з двома різними атомами галогену обробляли NН2-.У таких сполуках найбільш кислий водень розташований між двома атомами галогенів; коли він відривається, аніон, що залишається, може втрачати будь-який атом галогену. Тому, вивчаючи, який з атомів галогену відщеплюється, можна одержати пряму міру реакційної здатності групи, що йде. Таким шляхом був знайдений наступний порядок: 1>Вг>С1 . Дегідробензоли відрізняються тим, що в них кожен атом вуглецю 4-х валентний. До теперішнього часу не вдалося виділити ні сам дегідробензол, ні будь-який інший арен в звичайних умов, але в аргонній матриці при 8 К одержаний стійкий дегідробензол і зняті його ІЧ-СПЕКТРИ. Крім того, визначені спектри які утворюються проміжними стадіями дегідробензолів; іноді ці сполуки можна знайти, наприклад, за допомогою реакції Дільса-Альдера Слід зазначити, що додаткова пара електронів не порушує ароматичності. Ароматичний секстет продовжує функціонувати як замкнуте кільце, а два додаткові електрони просто локалізовані на -орбіталі, яка охоплює тільки два атоми вуглецю. Дегідробензол не має формального потрійного зв'язку, оскільки в резонансний гібрид дають внесок дві канонічні форми (А і Б). Згаданий вище ІЧ-СПЕКТР показує, що більший внесок дає форма А. Через утворення дегідробензольного інтермедіата можуть реагувати не тільки бензольні та інші ароматичні цикли, але навіть і неароматичні цикли. Звичайно, неароматичні цикли містять формальний потрійний зв'язок. Відомі і інші методи отримання дегідробензольних інтермедіатов, найзручніший з яких полягає в термічному або фотолітичному розкладанні продукту діазотування антранілової кислоти або її похідних. Цвиттер-іон розкладається з утворенням високореакціоно-здатного дегідробензола. 4. Механізм Srn1 В деяких випадках є вагомі аргументи, що вказують ще на один можливий механізм. Наприклад, при обробці 5-йодо-1,2,4-триметилбензола амідом калія в NНз утворюються сполука. Як ми вже бачили, наявність неактивованого субстрата, сильної основи і можливість кине-заміщення разом із звичним заміщенням повинні вказувати на ариновий механізм. Для пояснення результату з ізомерами водовмісного субстрата був запропонований вільнорадикальний механізм.Його позначають Srn1 .Відомо ще й інші приклади реакцій заміщення, що йдуть по цьому механізму,як серед ароматичних, так і серед аліфатичних зв’язків .На останній стадії утворюються іон-радикали Аг1~, так що процес носить ланцюговий характер. Для того, щоб почалася реакція, потрібен донор електронів. У наведеному вище прикладі донорами служать сольватовані електрони з КNН2 в NНз. Було показано, що додавання металічного калія повністю пригнічує кине-заміщення. Доказом на користь механізму Srn1служить також той факт, що додавання речовин, захоплюючих радикалів (які повинні пригнічувати вільнонорадикальний процес), приводить до пониження співвідношення продуктів.Описано багато інших прикладів, коли вільнорадикальний процес, що проходить по механізму Srn1, стимулюється сольватованими електронами і інгібуєтся акцепторами радикалів .Подальшим доказом механізму служить те, що в описаному вище випадку серед продуктів реакції була знайдена деяка кількість 1,2,4-триметилбензола, який може легко утворитися при відриві протона від молекул розчинника NH3 радикалом Аг. Крім сольватованих електронів, реакції типу Srn1 ініціюються фотохімічно, електрохімічно і навіть термічно. Реакції Srn1 досить широко поширені. Для них не вимагається наявності активуючих груп або додавання сильних основ. На реакцію не впливає присутність таких груп, як алкіл, алкокси, арил і СОО~, однак групи Ме2N, О-' і N02 роблять вплив. Кіне-заміщення не знайдено. 5. Інші механізми Немає досить чітких доказів, що з ароматичними субстратами дійсно відбуваються реакції по одностадійному механізму Sn2, такому важливому для з'єднань з насиченим атомом вуглецю. Передбачалося, що такі реакції мають місце у випадках, коли фтор є поганою групою, що йде, оскільки це повинне узгоджуватися з процесом Sn2, але не з механізмом SnАг.В той же час якщо в механізмі SnАг лімітуючою є друга стадія, то такий механізм повинен бути цілком сумісний з реакціями, де фтор виявляється поганою групою, що йде.Гіпотетичний процес типу Sn2 стосовно ароматичних сполук іноді називають одностадійним механізмом на відміну від двохстадійного механізму типа SnАг. Деякі реакції, що розглядаються в даному розділі, йдуть і по інших механізмах, зокрема по механізму приєднання- відщеплення . РЕАКЦІЙНА ЗДАТНІСТЬ 6. Вплив будови субстрата При розгляді електрофільного ароматичного заміщення однакова увага була надана впливу будови субстрата на реакційну здатність (активація або дезактивація) і на орієнтацію. Питання орієнтації для цих реакцій дуже важливе, оскільки звичайно є чотири або п'ять атомів водню, які можуть служити групами, що йдуть. Проте для реакцій ароматичного нуклеофільного заміщення питання орієнтації не так важливе, оскільки в більшості випадків є тільки одна потенційна група в молекулі, що йде. Тому тут увага буде зосереджена головним чином на реакційній здатності однієї молекули в порівнянні з іншою, а не на порівнянні реакційної здатності різних положень усередині однієї молекули. Ароматичне нуклеофільне заміщення, що протікає по механізму SnАг, пришвидшується у присутності електроноакцепторних груп, особливо в орто- і пара-положеннях до групи, що йде, і гальмується у присутності електронодонорних груп. Такий вплив, звичайно, протилежний впливу тих же груп на електрофільне заміщення. Сильна активуюча дія надає атом азоту в гетероциклічних сполуках, особливо у - і - положеннях, і ще в більшій мірі степені четвертинний атом азоту. Наприклад,в якості субстратів найчастіше використовують 2- і 4-хлоропірідини. Гетероциклічні N-оксиди легко атакуються нуклеофілом по положеннях 2 і 4, але кисень звичайно втрачається в цих реакціях. Групу N2+ дуже рідко навмисно використовують для активації реакції, але іноді трапляється, що при діазотуванні таких сполук, як n-нітро- або n-хлороанілін, група в пара-положенні по відношенню до діазонової групи заміщається на ОН з розчинника або на X з АгN2+ Х~. В якості активуючої групи найчастіше використовують нітрогрупу, а найпоширеніші субстрати 2,4-динітро- і 2,4,6-тринітрофенілгалогеніди (так звані пікрилгалогеніди). Ароматичному нуклеофільному заміщенню цілком легко піддаються також поліфторобензоли, наприклад С6Р6.У реакціях SnАг похідні бензолу, ті, що не містять активуючих замінників, як правило, не використовуються в якості субстратів, оскільки два додаткові електрони в молекулі 1 знаходяться на розпушуючій орбіталі. Активуючі групи, відтягуючи електронну густину, здатні стабілізувати интермедиат. У реакціях, що включають утворення арінових інтермедіатів, на положення вхідної групи впливають два чинники; перший пов'язаний з напрямом утворення арену . Якщо є замісники в орто- або пара-положенні до вхідної групи, подальший результат однозначний. Але у присутності .мета-замісника арен може утворюватися двома різними шляхами. У таких випадках відщеплюється більш кислий водень. Оскільки кислотність пов'язана з ефектом поля групи Z, можна зробити висновок, що електроноакцепторні групи Z сприяють відриву водню з орто-положення, тоді як электронодонорні групи Z сприяють видаленню водню з пара-положення. Другий чинник пов'язаний з можливістю атаки вже утвореного арена по двох положеннях. Найвигідніше положення нуклеофільної атаки- це положення, яке забезпечує утворення більш стабільного проміжного карб-аніона, що в свою чергу також залежить від ефекту поля групи Z. У разі --групп стійкішим буде карб-аніон, в якому негативний заряд розташований ближче до замісника. Точно так, як і реакції електрофільного ароматичного заміщення більш менш слідують рівнянню Гаммета з константою + замість реакції нуклеофільного заміщення можна описати цим рівнянням з константою ~ замість для електроноакцепторних груп . У разі альтернантних вуглеводнів напрям атаки однаковий для електрофілів, нуклеофілів і вільних радикалів. 7. Ефект групи, що йде Як і в реакціях аліфатичного нуклеофільного заміщення, поширеними групами, що йдуть, при ароматичному нуклеофільному заміщенні є галогенід, сульфат, сульфонат, NR3+ і т д, але на відміну від аліфатичних систем в ароматичних сполуках групами, що йдуть, часто служать такі замісники, як NO2, OR, OAr, SO2R і SR. Який як не дивно, особливо хорошою групою, що йде, є NO2. Реакційна здатність груп, що йдуть, приблизно відповідає ряду: F>NO2>OTs>SOPh>Cl, Br, I>N3> >NR3+>OAr, OR, SR, SO2R, NH2. Проте цей порядок сильно залежить від природи нуклеофіла; так, при обробці С6Cl5ОСНз іоном NH2~ в якості головного продукту утворюється С6С15NН2, тобто переважно заміщається одна метоксигрупа, а не один з п'яти атомів хлорe. Як завжди, ОН може бути групою, що йде, якщо вона перетворюється на складноефірну групу неорганічної кислоти. Серед галогенів звичайно більш сильною групою, що йде виступає фтор, а інші близькі по реакційній здатності. Звичайно, хоча і не завжди,галогени розташовуються в ряд С1>Вг>1. Для реакцій SnАг порядок реакційної здатності груп, що йдуть, абсолютно відмінний від такого порядку для реакцій Sn1 або Sn2. Вірогідне пояснення цього факту полягає у тому, що при механізмі SnАг лімітуючою звичайно є перша стадія, яка промотується групами з сильним --эфектом. Саме цим можна пояснити, чому фтор і нітрогрупа являються такими хорошими групами, що йдуть, коли реалізується механізм SnАг. В той же час фтор - найгірша серед галогенів група, що йде, коли в реакції SnAr лімітуючої опиняється друга стадія або якщо реакція йде по механізму з утворенням дегідро-бензолу. Показано, що в реакціях, що відбуваються по механізму Srn1, групами, що йдуть, можуть служити чотири галогени, а також SPh, NMe3+ і OPO(OEt) 2. Єдиною групою, що йде, в реакціях Sn1 є N2+. 8. Ефект атакуючого нуклеофіла Оскільки прояв нуклеофільної здатності залежить від природи субстрата і умов реакції, неможливо побудувати якийсь постійний ряд реакційної здатності нуклеофільних агентів, проте загалом приблизний порядок відповідає послідовності: NH2->Ph3C->PhNH- (у механізмі з утворенням арену) >ArS->RO->R2NH>ArO-> >OH->ArNH2>NH3>I->Br->Cl->H2O>ROH. Як і в реакціях аліфатичного нуклеофільного заміщення, нуклеофільність залежить від сили основи і для атакуючого атома зростає при русі зверху вниз в групі періодичної системи. Однак існують винятки: наприклад, ОН~ - більш сильна основа, ніж АгО-, але водночас слабший нуклеофіл. У ряді споріднених нуклеофілів, наприклад заміщених анілінів,нуклеофільність дійсно корелює з силою основ. Як не дивно, ціанід-іон не є нуклеофілом для ароматичних систем; виняток становлять солі сульфокислот, а також реакції Ріхтера і Розенмунда - Брауна . У першій частині даного розділу реакції класифіковані по атакуючих частинках і всі групи, що йдуть, розглядаються разом; виділені тільки водень і N2+. 9.Всі групи, що йдуть,за винятком водню і N2+ А. Кисень як нуклеофіл 1. Заміщення на ОН-ГРУПУ. Гідрокси-де-галогенування АгВг + ОН АгОН Арилгалогеніди можна перетворити на феноли тільки за наявності в молекулі субстрата активуючих груп або у виключно жорстких умовах.. При заміщенні на гідроксил групами, що йдуть, можуть також служити нітрогрупа, азид, NR3+ і т.п. Якщо реакцію проводять при високій температурі, спостерігається кіне-заміщення, що вказує на ариновий механізм. З неактивованих арилгалогенідів феноли вдалося одержати при обробці бораном і таким металом, як літій, з подальшим окисленням лужним Н2О2. 2. Заміщення аміногрупи на гідроксильну групу. Гідрокси-де-амінінування. Аміногрупу в нафтиламінах можна замістити на гідроксил при обробці водним бісульфітом. Застостосування реакції обмежене; за рідкісним виключенням, аміногрупа (якою може бути як NH2, так і NHR) повинна знаходитися на нафталіновому кільці. Реакція обоботна, і пряму і зворотну реакцію називають реакцією Бухерера. 3. Лужний сплав солей сульфокислот. Оксидо-де-сульфонато-заміщення сплавлення з NaOH ArSO3– ArO– Арилсульфокислоти у вигляді солей можна перетворити на феноли шляхом сплаву з лугами. Не дивлячись на екстремальні умови, реакція дає цілком хороші виходи продукту, за винятком тих випадків, коли субстрат містить інші групи, які атакуються лугом при температурі плавлення. Якщо субстрат містить активуючі групи, реакцію можна провести в м'якших умовах; присутність груп, дезактивуючих гальмує реакцію. Механізм реакції неясний, але утворення дегідробензола виключається, оскільки встановлено, що кине-заміщення не відбувається . 4. Заміщення на групи OR або ОАг. Алкокси-де-галогенування ArBr + OR- ArOR Реакція аналогічна реакції заміщення на ОН-групу і так само вимагає активованих субстратів . При використовуванні неактивованих субстратів переважають побічні реакції,правда, з неактивованих хлоридів при обробці МеО- в гексаметилфосфортриаміді були одержані арилметилові ефіри. Реакція алкокси-де-галогенування дає великі виходи і використовується частіше, ніж реакція гідрокси-дегалогенування. Крім галогенідів, групами, що йдуть, можуть бути нітрогрупа, NR3+, різні OR і навіть ОН . Такі субстрати, як Аг2Вг+, перетворюються в ArOR з дуже високими виходами . В якості нуклеофілів іноді використовують солі кислот RCOO-. При обробці арилгалогенідів бензоатом міді(1) в диглимі або ксилолі при температурі від 140 до 160 ° можна одержати арилбензоати з хорошими виходами . В умовах окислення неактивовані субстрати перетворюються на складні ефіри з виходами від низьких до помірних. Для цієї реакції запропонований механізм, аналогічний механізму Srn1. У разі ароксидних нуклеофілів реакція промотується солями міді, у присутності яких немає необхідності у наявності активуючих груп. Ця реакція служить методом отримання диарилових ефірів і носить назву синтез ефірів по Ульману ; її не слід плутати з важливішою реакцією поєднання Ульмана.Не дивлячись на присутність солей міді, порядок реакційної здатності типовий для нуклеофільного заміщення. Оскільки арилоксимідні(1) реагенти ArOCu взаємодіють з арилгалогенідами з утворенням простих ефірів, було висловлено припущення, що вони є інтермедіатами в синтезі ефірів по Ульману.Дійсно, реакцією ROCu або ArOCu з арилгалогенідами можна одержати ефіри з високим виходом. З активованих арилгалогенідів при обробці триарилфосфатом (АгО) зРО можна одержати диарилові ефіри. Б. Сірка як нуклеофіл 5. Заміщення на групи ОН або SR. Меркапто-де-галогенування. ArBr + SH- ArSH Алкілтіо-де-галогенування ArBr + SR- ArSR Активовані арилгалогеніди звичайно дають хороші виходи, але побічні реакції можуть виявитися істотними. Під дією SAr можна одержати диарилсульфіди. У реакцію з SAr вступають навіть неактивовані галогеніди, якщо при цьому використовуються такі полярні апротонні розчинники, як диметил-формамід , диметилсульфоксид або гексаметилфосфор-триамід, хоча по свому механізму процес залишається нук-леофільним заміщенням. Сульфіди можна також одержати з хорошими виходами при обробці неактивованих арилгалогенідів SAr або SR- у присутності каталітичних кількостей (Ph3P) 4Pd. Диарилсульфіди утворюються з високими виходами при обробці неактивованих арилиодідів ArS в рідкому аміаку при опромінюванні.Очевидно, в цьому випадку реакція йде по механізму Srn1. У реакцію з активованими арилгалогенідами вступають також і інші сірковмісні нуклеофіли: 2АгX+ S2 Ar-S-S-Ar ArX + SCN–ArSCN ArX + SO3 Ar-SO3– ArX + RSO2 Ar-SO2-R Гідроксильні групи можна замістити на групи SR в розчинах кислот . В цьому випадку реакція по своєму механізму нагадує реакцію Бухерера . Як і при реакції Бухерера, найвищі виходи виходять з нафтолами (від 50 до 60%), хоча в даному випадку феноли також вступають в реакцію (виходи продуктів від 20 до 40%,). В. Азот як нуклеофіл 6. Заміщення на групи NH2, NHR або NR2. Аміно-де-галогенування ArBr + NH3- ArNH2 ArBr + RNH2ArNHR ArBr + R2NH ArNR2 Активовані арилгалогеніди цілком вільно реагують з аміаком, з первинними і вторинними амінами, даючи відповідні ариламіни. З первинними і вторинними амінами результати звичайно виходять краще, ніж з аміаком; високою реакційною здатністю відрізняється піперідін. Для отримання похідних амінів часто використовують пікрилхлорид (2,4,6-тринітрохлоробензол). Для мітки NН2-кінців пептидів або білків використовують 2,4-динітрофторбензол. Групами, що йдуть, в цій реакції також можуть бути NO2, N3, OSO2R, SR і N=NAr (якщо Ar містить електроноакцепторну групу). При обробці гексаметилфосфортриамідом активовані галогеніди можна перетворити на диетиламино-похідні: ArX->ArNMe2. За допомогою NaNH2, NaNHR або NaNR2 неактивовані арилгалогеніди можна перетворити в аміни. Як правило, в цих випадках реакції йдуть по механізму з утворенням де-гідробензола і часто спостерігається кине-заміщення. У такий спосіб можна побудувати і цикли великих розмірів, восьми- і навіть дванадцятичленні. Аналогічним чином були одержані триариламіни, виходячи з Arl і Ar2'NLi, причому використовувався навіть неактивований Arl. Сплавом солей сульфокислот з амідами лужних металів одержують ароматичні аміни; цей процес аналогічний реакції оксидо-де-сульфонато-заміщення. У реакції Гольдберга арилбромід взаємодіє з ацетанілідом у присутності К2СО3 і Cul, даючи N-ацетилдиариламін, який можна гідролізувати до диариламіну: АгВг + + Ar'NHAc->ArAr'NAc . Реакція з аміаком або амінами, яка поза сумнівом відбувається по механізму SnAr, каталізує солями міді та нікелю, хоча звичайно ці солі використовують тільки в реакціях з досить нереакціоноздатними галогенідами. Каталіз іонами міді, особливо оксидом або йодидом мідь(1), дозволяє також провести синтез Габріеля стосовно ароматичних субстратів. При кип'ятінні арилбромідів або арилйодидов з фталимідом калія і Си2О або Cul в диметилацетаміді утворюються N-арилфталиміди, які можна гідролізувати до первинних ариламінов . Каталіз міддю дозволяє також застосувати реакцію до амідів і імідів . Знайдено, що в деяких випадках реакція йде по механізму SrnI. Було показано, що у разі азотовмісних гетероциклічних субстратів ароматичного характеру реакція йде по механізму Sn(ANRORC), що включає розкриття і подальше замикання ароматичного циклу . 7. Заміщення гідроксилу на аміногрупу. Аміно-де-гідроксилювання Реакція нафтолів з аміаком і бісульфітом натрію є процесом, зворотній реакції гідрокси-де-амінування; він характеризуєтся аналогічною областю застосування і також носить назву реакції Бухерера. Якщо замість аміаку в реакцію ввести первинний амін, в результаті вийде N-заміщений нафтиламін. Первинні нафтиламіни можна перетворити на вторинні за допомогою реакції переамінування: NaHSO3 ArNH2 + RNH2 ArNHR Вважається, що реакція Бухерера відбувається по механізму приєднання – відщеплення. Як у прямій, так і в зворотній реакції перша стадія полягає в приєднанні NaHSO3 до одного з подвійних зв'язків кільця; при цьому утворюється енол (або енамін), який таутомеризуєтся в кето(або іміно)-форму. Крім того, було показано, що аміак не бере участь в лімітуючій стадії, оскільки при обробці -нафтолу аміаком і HSO3– швидкість реакції залежить тільки від концентрації субстрата і HSO3–. При проведенні реакції з -нафтолом інтермедіатом є сіль 2-кето-4-сульфокислоти, так що у будь-якому випадку атом сірки бісульфіта атакує мета-положення по відношенню до груп ОН або NH2.Гідроксильну групу в бензольному кільці можна замістити на аміногрупу шляхом перетворення початкового з'єднання в арилдиетилфосфат і подальшої обробки амідом калія і металевим калієм в рідкому аміаку; в результаті виходить відповідний первинний ароматичний амін.Друга стадія процесу відбувається по механізму SrnI . Г. Галоген як нуклеофіл 8. Введення галогену. Галогено-де-галогенування і т.п. АгХ + Х'Аг-X' + X- Галоген в ароматичному циклі можна замістити на інший галоген, якщо цикл активований. В результаті реакції встановлюється рівновага, яку звичайно можна зсунути в бажаному напрямі, додаючи надлишок галогенід-іона. Крім галогену групою, що йде, може служити нітрогрупа, яку можна замістити хлором під дією NH4C1, PC15, SOC12, HC1, Сl2 або СCl4. Деякі з цих реагентів діють тільки при підвищених температурах, і реакція не завжди йде по механізму нуклеофільного заміщення. У активованих ароматичних сполуках нітрогрупу можна замістити на фтор під дією F–. Гідроксильну групу у фенолах можна замістити на хлор під дією РСl5 або РОС13, але тільки за умови, що цикл активований. Неактивовані феноли при обробці РОС13 дають фосфати: 3ArOH + POCl3-(ArO) 3PO. Під дією Ph3PBr2 навіть неактивовані феноли можна перетворити в арилброміди.Проте у разі о-трет-бутилзаміщених фенолів трет-бутильна група може відщеплюватися. Обмін галогену особливо привабливий як метод введення фтору в ароматичне кільце, оскільки іншими способами цього досягти важче в порівнянні з рештою галогенів. Так, з активованих хлоридів можна одержати фториди при обробці KF в диметилформаміді, диметил-сульфоксиді або диметилсульфоні. Всі шість атомів хлору в гексахлоробензолі можна замістити на фтор при нагріванні субстрата з KF при температурі від 450 до 500 ° при відсутності розчинника. Використовування краун-ефіру дозволяє понизити температуру реакції. Обмін галогенідів здійснюється також під дією галогенідів міді. В цьому випадку реакційна здатність груп, що йдуть зменшується в ряду: I>Br>Cl>F, так що, мабуть, механізм реакції відрізняється від механізму SnAr. Д. Водень як нуклеофіл 9. Відновлення фенолів і фенолових ефірів (простих і складних). Гідро-де-гідроксилювання або дегідроксилювання і т.п. Zn АгОН АгН Феноли можна відновити шляхом перегонки над цинковим пилом або під дією HI і червоного фосфору, але через низькі виходи ці методи рідко застосовуються. Використовується також каталітичне гідрування, але при цьому як побічний продукт виходить відповідний циклогексанол . Набагато кращі результати були досягнуті при перетворенні фенолів в прості або складні ефіри і відновленні останніх. 10.Відновлення галогенідів і нітросполук. Реакція ArXАгН залежно від реагенту і від умов може бути нуклеофільного, вільнорадикального або електрофільного заміщення. У ароматичних нітросполуках нітрогрупа відщеплюється під дією боргідрида натрію. Реакція відбувається по механізму приєднання - відщеплення. Е. Вуглець як нуклеофіл 11.Реакція Розенмунда-Брауна. Ціано-де-галогенування 200С АгВг + безводий CuCN ArCN Взаємодія арилгалогенідів з ціанідом міді(1) носить назву реакції Розенмунда– Брауна.Механізм реакції може включати перетворення арилгалогеніда в арил-мідний інтермедіат. Інші ціаніди, наприклад KCN і NaCN, не реагують навіть з активованими арилгалогенідами.Проте арилгалогеніди можна перетворити в нітрили під дією ціанідів лужних металів в диметилформаміди або гексаметилфосфортриаміди у присутності солей Pd (II) або в умовах міжфазного каталізу комплексами нікелю. Прості ароматичні ефіри ArOR і деякі нітросполуки ArNO2 були перетворені в ArCN фотохімічно. 12.Сплав сульфонатів з ціанідами . Ціано-де-сульфонато-заміщення Ця реакція аналогічна реакції лужного сплавлення солей сульфокислот.Виходи звично низкі. сплавлення з NaCN ArSo3– ArCN 13.Поєднання металоорганічних сполук з арілгалогенідами, простими і складними ефірами. Алкіл-де-галогенування і т.п. Arl + R2CuLi ArR Арил-йодиди, які немає необхідності активувати, вступають в реакцію поєднання з диалкілкупратами літію.З реактивами Гріньяру арилгалогеніди, навіть активовані, звичайно не взаємодіють, проте цю реакцію можна здійснити у присутності деяких перехідних металів як каталізатори, виходи при цьому коливаються. Результати поліпшуються, коли групою, що йде, є OR, за умови, що в ароматичному кільці є активуючі групи. При взаємодії з ацетилідами міді неактивовані арилгалогеніди дають арилацетилени з хорошими виходами {поєднання Стефенса - Кастро]: Arl + RC=CCu ArC=CR Неактивовані арилгалогеніди взаємодіють з алкіллітієвими реагентами, даючи алкіларени з виходами від помірних до хороших.Неактивовані арилтріфлати ArOSO2CF3 реагують з R2Cu(CN) Li2, даючи ArR з хорошими виходами. 14. Арилювання при атомі вуглецю, який містить активний водень. Біс(етоксікарбоніл) метил-де-галогенування і т.п. ArBr + Z-CH-Z Z-CH-Z' I Аг Активовані арилгалогеніди, як правило, дають добрі результати.У присутності надлишку аміда натрію в реакцію можна вводити навіть неактивовані арилгалогеніди. Так само можна арилювати простий кетон і складні ефіри. Реакція з неактивованими галогенідами відбувається по ариновому механізму і є методом розширення синтезів на основі малонового ефіру (або схожих сполук) з використанням ароматичних молекул.Основа тут виконує дві функції: відриває протон від молекули ZCH2Z' і каталізує реакцію з утворенням дегідробензола. Реакція була використана для здійснення процесу замикання циклу.При каталізі галогенідами міді в реакцію вступають також неактивовані арилгалогеніди (реакція Хартлі) . Сполуки типу CH3Z можна арилювати при обробці арилгалогенідом в рідкому аміаку, що містить Na або К. У відсутності натрію або калію, але при опромінюванні розчину близьким ультрафіолетовим світлом виходять ті ж самі продукти, тільки в інших співвідношеннях . У будь-якому випадку, окрім галогенів, групами, що йдуть, можуть служити NR3+, SAr і ін. і реакція йде по механізму SrnI. За допомогою цієї реакції також було проведене замикання циклу. На деяких прикладах міжмолекулярної реакції показано, що група, що йде, впливає на співвідношення продуктів, навіть якщо вона йде у момент утворення продуктів . Малоновий ефір і складні -кетоефіри можна арилювати з високими виходами при обробці арилсвинецьтрікарбоксилатами: RCOCHRCOOEt + ArPb(OAc)3RCOCArRCOOEt . Для арилювання сполук типу ZCH2Z' були використані також диарилйодовані солі, в цьому випадку реакція, мабуть, йде по вільнорадикальному механізму. 15. Карбалкоксилювання, карбоксилювання і ацилювання. Алкоксикарбоніл-де-галогенування і т.п. ROH ArlArCOOR Ni(CO)4 Арилйодиди можна прямо перетворити на складні ефіри при обробці карбонілом нікелю, використовуючи як розчинники ROH.Виходи продуктів майже кількісні.У апротонних розчинниках, наприкладу тетрагідрофурані, продуктами реакції є бензили АгСОСОАг. З арилхлоридами, арилбромідами або арилфторидами реакція не йде. Арилброміди можна карбоксилювати з високими виходами (ArBrАгСООН) при обробці СО у присутності води, використовуючи в якості каталізатора карбоніл нікелю Ni(CO) 4 (за умови, що що утворюється НВг нейтралізується КОАс) або іншою сіллю, або карбоніл кобальту Co2(CO) s (в умовах міжфазного каталізу при опромінюванні). Під дією арилмеркургалогенідів і карбоніла нікелю арилйодиди перетворюються на несиметричні диарилкетони: ArI + Ar'HgX + Ni(CO) 4ArCOAr' . 16. Реакція Ульмана. Cu 2Аг1 Аг-Аг Реакція приєднання арилгалогенідів під дією міді носить назву реакції Ульмана . Вона знайшла широке застосування і була використана для отримання багатьох симетричних і несиметричних діарилів . При введенні в реакцію суміші двох різних арилгалогенідів можливе утворення трьох продуктів, але часто виходить тільки один з них. Наприклад, при взаємодії пікрихлорида і йодобензола виходить тільки 2,4,6-тринітродифеніл.Кращою групою, що йде, є йод, і реакцію найчастіше проводять з арилйодидами, але використовують також і арилброміди, арилхлориди і навіть арилтіоціанати. Нітрогруппа надає сильну активуючу дію, але тільки в орто-положенні (а не мета або пара) . Групи R і OR роблять активуючий вплив у всіх положеннях. Реакцію інгібірують не тільки такі групи, як ОН, NH2, NHR, NHCOR, що і слід було б чекати для ароматичного нуклеофільного заміщення, але і групи СООН (але не COOR), SO2NH2 і ним подібні, за наявності яких реакція зовсім не відбувається. Причина цього полягає в побічних реакціях. Механізм реакції остаточно не ясний. Цілком вірогідно, що в основі своїй це двохстадійний процес, аналогічний реакції Вюрца . Схематично його можна уявити таким чином: Стадія 1 Arl + Сц АrCu Стадія 2: ArCu + Arl > АrАr Молекула, зображена формулою ArCu, насправді може мати іншу структуру, але очевидно, що в реакції утворюється комплекс того або іншого виду. Мідні органічні сполуки вдалося уловити за допомогою координації з органічними основами. Крім того, арилмідні сполуки ArCu були одержані незалежно і було показано, що при обробці арилйодидами Ar'I вони дають диарили АгАг'. Інший можливий варіант другої стадії полягає в реакції 2 АгСиАгАг; дійсно відомо, що арилмідь димерезується таким чином. Неймовірно, щоб у стадії 1 брали участь вільні радикали . Стадія 2 може бути нуклеофільною атакою ArCu на Arl. На користь цього свідчить той факт, що при взаємодії 1,3,5-тринітробензола з арилмідью можна виділити сіль Мейзенгеймера (у цій реакції групою, що йде, служить водень). Арилгалогеніди АгХ можна перетворити в диарили АгАг також під дією деяких комплексів нікелю,активованого металевого нікелю,цинку і NiBr2 в гексаметилфосфортриаміді і під дією водного лужного розчину форміата натрію у присутності Pd-С в умовах міжфазного каталізу . 10. Водень як група , що йде. Алкилірованіє і арілірованіє. 17Алкилірованіє або алкил-де-гидрірованіє і т.п. Реакція алкилірованія гетероциклічних азотвмісних з'єднань алкиллітієвимі реагентами носить назву ал-килірованія по Циглеру. Аналогічна реакція аріллітієвих реагентів є арілірованієм. Реакція відбувається по механізму приєднання - відщеплювання, і що утворюється ад-дукт можна виділити . При нагріванні аддукта LiH відщеплюється і виходить продукт алкилірованія. По відношенню до атома вуглецю в положенні 2 перша стадія реакції така ж, що і при механізмі SnAi. Різниця полягає лише у тому, що неподілена електронна пара атома азоту об'єднується з атомом літію і, таким чином, зайвій електронній парі кільця є куди подітися: вона стає новою неподіленою електронною парою атома азоту. Реакція застосовна і до негетероциклічних ароматичних з'єднань. Так, бензол, нафталін і фенантрен були алкиліровани під дією алкиллітієвих реагентів, хоча звично ці субстрати металліруются; нафталін був також алкилірован за допомогою реактивів Гріньяра . Мабуть, у всіх цих випадках реакції також йдуть по механізму приєднання - відщеплювання. Ароматичні нітросоєдіненія можна метіліровать при обробці діметілоксосульфонійметілідом або метіл-сульфініл-карбаніоном (одержуваним з диметилсульфоксида під дією сильних підстав) : NO, Me2SCH2"' За допомогою останнього реагенту можна метіліровать і деякі гетероциклічні з'єднання, наприклад хинолін і такі конденсуючі ароматичні молекули, як антрацен і фенантрен . Особливо привабливі реакції з серосодержащимі карбаніонамі, оскільки жоден з вказаних субстратів не вдається метіліровать по методу Фріделя - Крафтса. Повідомлялося також про введення не тільки метільной, але і інших алкильних, зокрема заміщених алкильних груп в орто- і «ара-положення ароматичних нітросоєдіненій при обробці алкиллітієвимі реагентами (або реактивами Гріньяра, але з меншими виходами) 2 Замовлення № 520 і подальшому окисленні Вг2 або 2,3-дихлоро-5,6-дициан-1,4-бензохиноном (ДДХ) Введення груп CH2SR у феноли розглядається . 18. Амінірованіє азотвмісних гетероциклічних з'єднань. Амінірованіє або аміно-де-гидрірованіє Піридин і інші азотвмісні гетероциклічні з'єднання можна амініровать за допомогою амідов лужних металів, цей процес носить назву реакції Чичибабіна . Атака нуклеофілом завжди відбувається по положенню 2, якщо ж обидва ці положення зайняті, атаці піддається положення 4. Нітросоєдіненія в цю реакцію не вступають . Для реакції використовують також заміщені аміди лужних металів, наприклад піперідід натрію (14). Механізм, мабуть, аналогічний механізму реакції 13-17. Існування іонів типу 15 (при реакції з хино-ліном) , що проміжно утворюються, підтверджене даними ЯМР . Освіта як інтермедіата арінового аналога піридину виключається на підставі деяких спостережень: так, з 3-етілпірідіна утворюється 2-аміно-З-етілпірідін ; крім того, деякі гетероциклічні молекули, які не можуть утворити аріни, проте успішно піддаються амінірованію. Аналогічні реакції були проведені з гидразид-іонами R2NNH- . 1Ч.1О „ 1Ч.9П 13-19 і 13-20. 19 і 13-20. „ v q77 Споріднена реакція описана в us, v, »//. 19. Амінірованіє гидроксиламіном. Активовані ароматичні з'єднання можуть піддаватися прямому амінірованію під дією гидроксиламіна у присутності сильних підстав . Реакція йде в м'яких умовах і з високими виходами. Як інтермедіатов утворюються іони типу 16: OS, III, 664. 13-20. Гидроксилірованіє і амінірованіє ароматичних кислот. Гидроксилірованіє або гидрокси-де-гидрірованіє При нагріванні основних мідних солей ароматичних кислот відбувається гидроксилірованіє по орго-положенню . Результати поліпшуються, якщо піддавати нагріванню карбо-ксилати міді (II) в протонних розчинниках . Унаслідок побічного процесу декарбоксилірованія саліцилових кислот або їх складних ефірів утворюються феноли . Аналогічним чином при нагріванні мідних солей ароматичних кислот з аміаком при 220° З і при підвищеному тиску утворюються ароматичні аміни .. 13.11. N2+ як група, що йде Діазонієвую групу можна замістити багатьма іншими групами . Деякі з цих реакцій є нуклеофільноє заміщенням з механізмом Sxl , інші є свободнорадікальнимі реакціями і розглядаються в гл. 14. Звичайно у всіх цих реакціях як розчинник використовується вода. У дослідах з іншими розчинниками було показано, що розчинники з низкою нуклеофіль-ностью сприяють механізму SnI» а розчинники з високою нуклеофільностью - свободнорадікальним механізмом . Групу Ыг+ можна замістити на групи С1~, Вг~ і CN~ за допомогою реакцій нуклеофільного заміщення, проте набагато більш зручна для цієї мети реакція Зандмей-ера . слід мати на увазі, що група N2+ може активувати відрив іншої групи від ароматичного кільця. 21. Заміщення на ОН-ГРУППУ Гидрокси-де-діазонірованіє ArlV + Н2О-----> АгОН Звичайно діазонієвиє солі одержують у водному середовищі, але у використовуваному інтервалі температур (від 0 до 5°С) реакція йде дуже поволі. Якщо необхідно замістити діазонієвую групу на гідроксильну, надлишок азотної кислоти руйнують і розчин звичайно кип'ятять. Для деяких діазонієвих солей потрібні ще жорсткіші умови, наприклад кип'ячення з сірчаною кислотою або з тріфтороуксусной кислотою у присутності тріфтороацетата калія. Реакцію можна проводити з розчинами будь-яких солей діазонія, але краще використовувати кислі сульфати, а не хлориди або нітрати, що дають конкурентні реакції за рахунок таких нуклеофілов, як С1~ або NO3~. Якнайкращий метод полягає в додаванні Си2О до розбавленого розчину солі діазонія в розчиннику, що містить великий надлишок Сі(ИОз) г; процес йде швидко при кімнатній температурі, без побічних реакцій і з високими виходами. При цьому як інтермедіатов утворюються арільниє радикали. Показано, що ці радикали беруть участь, принаймні частково, в звичній реакції гидрокси-де-діазонірованія, що проводиться в слаболужному водному розчині. 13-22. Заміщення на серосодержащие групи. Меркапто-др-діазонірованіє і т.п. ArN/ \| + HS - \| ------> ArSH ArN2 \| + +S2" ---- \| -----> ArSAr ArN/ \| + RS ---- \| -----> ArSR ArN/ - \| l-SCN- - \| -----> ArSCN + ArNCS Ці реакції служать зручними методами введення серосодержащих груп в ароматичне кільце. У разі Ar'S~ відбувається атака по атому азоту і як продукт утворюється діазосульфід Аг-N = N-S-Аг' . Тіофеноли можна одержати показаним вище способом, проте частіше діазонієвий іон обробляють ЕЮ-CSS~ або S22~ і одержують відповідні продукти, які легко перетворити в тіофеноли. 23. Заміщення на азідогруппу Азідо-де-діазонірованіє При додаванні азіда натрію до кислого розчину солі діазонія можна одержати арілазіди . 13-24. Заміщення на йод. Моао-де-діазонірованіє ArN2+ + I------> Arl Реакція діазонієвих солей з іонами йоду є одним з найзручніших методів введення йоду в ароматичне кільце. Аналогічні реакції з іонами хлора, брому і фтору непридатні в синтетичних цілях, тому для отримання арилхлоридів, арилбромідів і арилфторидів краще використовувати реакції 13-25 і 14-24. Проте при проведенні інших реакцій діазонієвих солей у присутності цих іонів арилгалогеніди звичайно виходять як побічні продукти. Мабуть, насправді атакуючою частинкою є не тільки I", якщо це взагалі іон 1~. Під дією іона діазонія, азотної кислоти і деяких інших окислювачів йодид-іон окислюється до йоду і в розчині, що містить иодид-іони, перетворюється в 1$-, який, принаймні частково, і є істинною атакуючою частинкою. Це підтверджується виділенням солей ArN^ Ц", які при стоянні утворюють Arl . Цей факт прояснює причину отримання гірших результатів з іншими галогенид-іонами: справа не в тому, що вони слабкіші нуклеофіли, а у тому, що вони слабкіші в порівнянні з иодид-іоном відновники. Для реакції пропонувався також вільнорадикальний механізм . 13-25. Заміщення на фтор. Реакція Шимана. Фторо-де-діазонірованіє (сумарне перетворення) ArN2+ BF4"-----> ArF + N2 + BF3 Реакція Шимана, що полягає в нагріванні діазоній-фтороборатов, дотепер є кращим методом введення фтору в ароматичне кільце. Як правило, початкові солі одержують звичним діазотірованієм азотною кислотою і НС1 з подальшим додаванням холодного водного розчину NaBF4, HBF4 або NH4BF4. Осад, що утворився, висушують і суху сіль нагрівають. Діазонійфтороборати надзвичайно стійкі в порівнянні з рештою солей діазонія, і реакція з ними звичайно йде цілком гладко. Практично будь-який ароматичний амін, який можна діазотіровать, утворює сіль з BF4~, як правило, з хорошим виходом. Діазонійфтороборати можна одержати прямим шляхом з первинних ароматичних амінов, трет-бутілнітріта і ефірата тріфторіда бору. Реакція була проведена також з солями ArN2+, PF6~, ArN2+SbF6- і ArN2+AsF6~, причому у багатьох випадках виходили вищі виходи. Реакція була поширена і на такі солі, як ArN2+BCl4- і ArN2+ВВг4- [193], проте арілхлоріди і арілброміди частіше одержують по реакції Занд-мейера (реакція 14-24). Інший метод отримання арілфторі-дов полягає в обробці арілтріазенов Ar-N = N-NR2 70%-ним розчином HF в піридин.. Реакція йде по механізму SnI. Те, що інтермедіатамі є фенил-катіони, було показано наступними експериментами.. Як відомо, арілдіазонійхлоріди аріліруют інші ароматичні цикли по свободнорадікальному механізму .При радикальному арілірованії неважливе, чи містить інше кільце електроноакцепторниє або електронодонорниє групи; у будь-якому випадку виходить суміш ізомерів, оскільки атака здійснюється незарядженою частинкою. Якщо в реакції Шимана інтермедіатом є вільний фенільний радикал і реакція проводиться у присутності інших ароматичних циклів, то не повинне мати значення те, якого характеру групи є в цих інших циклах, оскільки у всіх випадках повинна вийти суміш диари-лов. Проте якщо інтермедіатом в реакції Шимана служить фенил-катіон, то з'єднання, що містять жега-направляючі групи (мається на увазі -мета-направляючі для електрофіль-ного заміщення), повинні аріліроваться по жета-положенню, а з'єднання, що містять орто- або пара-направляющие групи, повинні аріліроваться по орто- або пара-положенням, оскільки фенил-катіон в даній ситуації повинен поводитися, як будь-який електрофіл . Вказана орієнтація була підтверджена експериментально, що дозволило зробити висновок про наявність в реакції Шимана позитивно зарядженого інтермедіата. Атакуючою частинкою, принаймні в деяких випадках, є не F~, а BF4~ . 12. Перегруповування 26. Перегруповування Ріхтера. При обробці ароматичних нітросоєдіненій ціанид-іоном відбувається кине-заміщення: відщеплюється нітрогруппа і в молекулу вводиться карбоксильна група, причому завжди в орто- і ніколи в мета- або пара-положення по відношенню до групи, що йде. Область застосування цієї реакції, що носить назву перегруповування Ріхтера, вельми різноманітна. Як і у разі інших реакцій нуклеофіль-ного ароматичного заміщення, якнайкращі результати виходять за наявності електроноакцепторних груп в орто- і пара-положеннях, проте виходи низькі, звично не менше 20 °/о і ніколи не вище 50 % Протягом багатьох років вважалося, що інтермедіатом в реакції служить нітріл ArCN, оскільки реагентом є ціанид, а нітріли в умовах реакції можуть гидролізоваться до карбонових кислот. Проте цілий ряд блискучих експериментів продемонстрував помилковість цієї точки зору. Баннет і Раухат показали, що а-наф-гилцианід не здатний гидролізоваться до а-нафтойной кислоти в умовах, при яких р-нітронафталін зазнає перегруповування Ріхтера, даючи а-нафтойную кислоту. Цей факт свідчить про те, що нітріл не може бути інтер-медіатом в цьому випадку, і ставить під сумнів таку можливість в інших випадках, оскільки маловірогідно, щоб діяли різні механізми. Пізніше було показано, що головним продуктом реакції є елементарний азот. Раніше передбачалося, що всі атоми азоту в ході реакції перетворюються на аміак, утворення якого не суперечить наявності нітрільного інтермедіата, оскільки аміак є продуктом гідролізу нітрілов. В той же час було показано, що NO2~ не є головним продуктом реакції. Виявлення в продуктах реакції азоту указувало на те, що в ході реакції повинен утворюватися зв'язок азот - азот. Механізм, що узгоджується зі всіма спостережуваними результатами, був запропонований Розенблюмом : Слід зазначити, що структури типу 18 є стійкими з'єднаннями; отже, їх можна одержати незалежно і ввести в умови перегруповування Ріхтера. Такий експеримент був проведений, і були одержані очікувані продукти .Ще один доказ на користь запропонованого механізму був одержаний при обробці з'єднання 17 (Z = C1 або Вг) ціанидом в Нг18О, внаслідок чого половина кисню в продукті опинилася міченою. Це свідчить про те, що один атом кисню в карбоксильній групі походить з нітрогруппи, а інший - з розчинника, як того і вимагає вказаний механізм. OS, IV, 114. 27. Перегруповування Соммле - Хаузера. При обробці амідамі лужних металів бензільниє чверткові амонієві солі зазнають перегруповування, зване перегруповуванням Соммле - Хаузера. Продукт реакції, третинний бензіламін, може піддаватися подальшому алкилірованію і потім знову зазнавати перегруповування. Процес можна продовжувати, ведучи алкилірованіє по циклу до другого орто-положення]. Перегруповування йде з високими виходами і її можна провести з ароматичними циклами, що містять різні заступники.. Частіше всього в реакцію вводять субстрати, що мають три метальниє групи у азоту, але можна використовувати і інші групи, проте за наявності (З-водню конкуруючою реакцією часто стає елімінірованіє по Гофману . Якщо три групи у азоту різні, можуть виходити конкурентні продукти, наприклад: У будь-якому випадку конкуруючим процесом є перегруповування Стівенса. Коли можливі обидва перегруповування, при високій температурі переважна перегруповування Стівенса, а при низькій температурі перегруповування Соммле - Хаузера. Якщо мігруюча частинка містить в а-положенії групу SR', продуктом перегруповування Соммле -Хаузера є ароматичний альдегід, що утворюється за рахунок гідролізу в ході обробки продукту ArCH(SR') NR2. Механізм реакції можна представити таким чином: Першим відривається найкисліший бензільний водень, внаслідок чого утворюється ілід 19. Проте перегруповуванню піддається з'єднання 20, присутнє в менших кількостях, але зсовуюча рівновага в свою сторону. Показаний механізм є прикладом [2,3]-сигматропной перегруповування . Інший можливий механізм передбачає дійсний відрив метільной групи (у тій або іншій формі) від азоту і подальше приєднання її до кільця. Те, що це не так, було показано вивченням продуктів за допомогою ізотопної мітки. Якби другий механізм був вірний, з інтермедіата 21 повинен був утворитися продукт 22, проте насправді утворюється продукт 23, що узгоджується з першим механізмом . У опитах з ізотопною міткою бензілтріметіламін, мічений 14С по а-положенію бензільной групи, давав продукт, мічений по метільной групі кільця, як це і можна передбачити на підставі першого механізму, а не по метіленової групі, як того вимагає другий механізм . Представлений вище механізм може привести тільки до opro-продукту. Проте в деяких випадках утворюється невелика кількість пари-продукту . Для пояснення цього факту був запропонований механізм , що включає дисоціацію зв'язку ArC-N, подібний механізму з утворенням іонної пари для перегруповування Стівенса. Аналогічному перегруповуванню піддаються іліди сірки, що містять бензільную групу (аналоги з'єднання 20) . OS, IV, 585. 28. Перегруповування арілгидроксиламінов. Під дією кислот арілгидроксиламіни перегруповуються в амінофеноли. Хоча ця реакція (відома під назвою перегруповування Бамбергера) здається аналогічною реакціям 11-34 і 11-38 (т. 2), атака по кільцю не є ні електрофільной, ні нуклеофільной. Це перегруповування міжмолекулярне і відбувається по наступному механізму: На користь цього механізму є ряд доказів. Так, якщо реакцію проводити у присутності інших конкурентоздатних нуклеофілов, наприклад л-етоксианіліна в етанолі, утворюються інші продукти; у тих випадках, коли «ара-положення зайнято, виходять з'єднання, подібні 24. OS, IV, 29. Перегруповування Смайлса. Перегруповування Смайлса є внутрішньомолекулярними реакціями нуклеофільного заміщення. У приведеному прикладі SO2Ar - група, що йде, АгО~ - нуклеофіл, а нітрогрупа служить для активації opтo-положення. Ароматичне кільце, в якому відбувається заміщення, майже завжди активоване звичайно нітрогрупою в орто- або пара-положенні. Як правило, X = S, SO, SO2, О або COO, а У = = зв'язана основа ВІН, NH2, NHR або SH. Реакція була проведена навіть при У = CH2~ (як підстава при цьому використовували феніллітій. Швидкість реакції значно зростає при заміщенні положення 6 кільця, що атакується, що пов'язане із стерічеськімі причинами. Наприклад, за наявності в положенні 6 з'єднання 25 метільной групи, хлора або брому швидкість реакції майже в 105 разів більше в порівнянні з швидкістю реакції тих же з'єднань, заміщених по положенню 4, не дивлячись на те що електронні ефекти в цих положеннях повинні бути однакові. Спостережуване зростання швидкості пояснюється тим, що найвигідніша конформація, яку приймає молекула, що має в положенні 6 об'ємний заступник, в той же час є тією конформацією, яка потрібна для перегруповування. Таким чином, для реакції потрібна менша ентропія активації. Звичайно перегруповування Смайлса зазнають з'єднання з двома ароматичними кільцями, проте це необов'язково, наприклад]: Сульфеновая кислота (26), що утворюється при цьому, нестійка , і як продукт реакції були виділені відповідна сульфіновая кислота RSO2H і дісульфід R2S2.
1 2 3 4 5 Категория: Хімія \| Добавил: Aspirant (03.05.2013)
Просмотров: 1101 \| Комментарии: 1 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: