Реакции нуклеофильного замещения, нуклеофильного присоединения
( реакции присоединения-отщепления).
Реакции нуклеофильного замещения с участием - гибридизованного атома углерода. Механизм реакций этого типа рассмотрим на примере взаимодействия карбоновых кислот со спиртами (реакция этерификации). В карбоксильной группе кислоты реализуется p, -сопряжение, поскольку пара электронов атома кислорода гидроксильной группы ОН вступает в сопряжение с двойной углерод-кислородной связью ( -связью):
Такое сопряжение является причиной, с одной стороны, повышенной кислотности карбоксильных соединений, а с другой — уменьшения частичного положительного заряда ( ) на атоме углерода карбоксильной группы ( -гибридизованном атоме), что значительно затрудняет непосредственную атаку нуклеофила. С целью увеличения заряда на атоме углерода используют дополнительное протонирование — кислотный катализ (стадия I):
На стадии II происходит атака нуклеофила (молекулы спирта ), протонирование гидроксильной группы с образованием хорошоуходящей группы , на стадии III — ее отщепление и а стадии IV — регенерация протона — возврат катализатора с образованием конечного продукта — сложного эфира. Реакция обратима, что наблюдается при гидролизе сложных эфиров, гидролизе жиров в биосистемах.
Реакции нуклеофильного присоединения. Наиболее характерны реакции нуклеофильного присоединения ( ) для оксосоединений - альдегидов и кетонов. Механизм этих реакций имеет общие черты, это двухстадийный ионный процесс. Первая стадия (лимитирующая) представляет собой обратимую атаку нуклеофилом Nu: с образованием так называемого тетраэдрического интермедиата. Вторая стадия — быстрая атака электрофилом:
На реакционную способность оксосоединения оказывает влияние природа групп R и . Так, введение электронодонорных заместителей снижает реакционную способность, а электроноакцепторных — усиливает. Поэтому альдегиды более активны в реакциях , чем кетоны. Кроме того, реакционная способность зависит от природы нуклеофила. Например, тиолы RSH, являясь более сильными нуклеофилами, чем спирты ROH, вступают в реакцию как с альдегидами, так и с кетонами, образуя устойчивые к гидролизу тиоацетали, тогда как ацетали — продукты присоединения спиртов к альдегидам — к гидролизу не устойчивы:
Обратите внимание, что последние стадии процесса представляют собой атаку нуклеофила (молекулы спирта ) на электрофильный реакционный центр (карбкатион) и идут по механизму нуклеофильного замещения . Образующиеся промежуточные соединения — полуацетали — являются неустойчивыми. Стабилизация их возможна только в циклической форме при образовании циклических полуацеталей, например 5-гидроксипентаналя:
Другой пример биологически важной реакции этого типа — присоединение аминов и некоторых других азотсодержащих соединений к карбонильным соединениям — альдегидам и кетонам. Реакция идет по механизму нуклеофильного присоединения—элиминирования ( —E), или нуклеофильного присоединения- отщепления:
Другие азотсодержащие соединения, выступающие в этих реакциях в роли нуклеофила: гидразин , гидроксиламин , фенилгидразин .
Продуктами реакций —Е в этих случаях являются соединения общей формулы
называемые гидразонами (X = ), оксимами (X = ОН), фенил-гидразонами (X = ), иминами (X = R), что будет более подробно рассмотрено в соответствующих разделах.
Помимо указанных реакций присоединения возможны реакцииAdR - свободнорадикального присоединения и полимеризации или поликонденсации.
AdR - свободнорадикальное присоединение
Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 503;