Переходное состояние

Изменение стереоряда носит название «Вальденовское обращение» по имени ученого, впервые обратившего внимание на этот процесс.

Скорость реакции S_N 2 зависит от концентрации обоих реагирующих веществ.

V = k [ Y^– ] [ RX ]

Заместители- акцепторы оттягивают электронную плотность , увеличивают заряд б + на атоме углерода в электрофильном центре и увеличивают скорость реакции нуклеофильного замещения. Если уходящая группа способна к сольватации растворителем, то это обстоятельство также способствует увеличению скорости реакции. В связи с этим в реакциях in vitro аминогруппа NH₂, связанная с атомом углерода в sp³ - крайне редко обменивается нуклеофильно.

Реакция S _N 1.- мономолекулярная

Для реакций in vivo характерен механизм нуклеофильного замещения S _N 1- мономолекулярный, что связано с участием в реакции катализатора- фермента. Этот же механизм возможен in vitro в случае образования устойчивого промежуточного карбокатиона.

Критерии S _N 1:

- концентрация приходящего нуклеофила Y^– не влияет на скорость реакции.

- добавление в среду уходящего нуклеофила X^–снижает скорость реакции.

Скорость реакции S _N 1 зависит от концентрации только RX и стабильности образующегося промежуточного устойчивого карбокатиона.

V = k [ RX ]

Устойчивость карбокатиона увеличивается под влиянием донорных заместителей, снижающих дефицит электронной плотности в реакционном центре .

Увеличение устойчивости карбокатионов :

СН₃ + < СН₃ СН₂ + < ( СН₃ )₂ СН + < ( СН₃ )₃ С +

Рассмотрим образование устойчивого промежуточного карбокатиона

| | | |

– С^б+ —>Х ^б- <==> —С ^б+ … Х^б- <==> — С ⁺ . . . Х ^– <==> ( – С⁺ ) ( Х ^–)

| | | |

переходное ионная пара ( карбокатион) ( анион)

состояние сольватированные

ионы

Карбокатион имеет плоское строение, атом углерода в sp³ – гибридном состоянии, нуклеофильная частица может атаковать карбокатион с любой стороны плоскости. Если в реакции участвует определенный стереоизомер, то в случае механизма S _N 1 возникает рацемизация- образуются два разных стереоизомера ( D и L ) в соотношении 1:1, содержащие новую нуклеофильную частицу.

Ферментативные реакции in vivo проходят по механизму S _N 1 , образуется всегда только один стереоизомер, который необходим для осуществления биохимических процессов.

Равновероятная атака нуклеофилом плоского карбокатиона с двух противоположных

сторон в химической реакции in vitro

У^–

|

У – С^*–

+ |

> С —

|

– С^* –У

|

У^–

Пример:

D –бутанол-2 + НС1 ———> Н₂ О + 2-хлорбутан ( рацемическая смесь)

L- бутанол-2 + НС1 ———> Н₂ О + 2-хлорбутан ( рацемическая смесь)

рацемическая смесь

CН₃ СН₃

| |

С1 – С – Н Н – С – С1 2-хлорбутан

| |

С₂ Н₅ С ₂ Н ₅

энантиомеры , образуют рацемическую смесь в отношении 1:1

К биологически важным процессам нуклеофильного замещения относятся :

А) образование и гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот, синтез

триглицеридов-жиров

Б) образование с участием АТФ фосфорных эфиров соединений, содержащих гидроксильные группы

R–ОН + АТФ —> R–О –РО₃ Н₂ + АДФ

В) образование гликозидных связей между молекулами углеводов или углеводов с веществами других классов( спиртами, аминами, тиолами).

Г) образование полимеров аминокислот- полипептидов и белков.

Д) образование вторичных, третичных, четвертичных аминов, что особенно важно в синтезе адреналина, холина, кофермента НАД⁺.

б- б + б -

R —NH₂ + CН₃ —Х———> R —NH—CН₃ + H — Х

первичный амин полярная связь вторичный амин

Аминогруппа , содержащая неподеленную пару электронов, несет отрицательный заряд

б- , и нуклеофильно замещает ион галогенида, который является уходящей группой.

Модельной реакцией синтеза динуклеотида НАД⁺ может служить образование катиона метилпиридиния . В процессе метилирования пиридина йодометаном образуется соль метилпиридиний йодид

| +

СН₃

4.2.5. Реакции элиминирования ( E )