Побочные реакции при нуклеофильном замещении.

Элиминирование. Наряду с нуклеофильным замещением неизбежно протекает и элиминирование, так как в обеих реакциях участвуют одни и те же субстраты и нуклеофильные реагенты. Детально реакция элиминирования, а также конкуренция SN- и Е-реакций будут рассмотрены ниже (см. 10.6).

Реакции карбокатионов. Карбокатионы могут: а) взаимодействовать с различными нуклеофилами, в том числе с молекулами протонного растворителя; б) подвергаться изомеризации.

Перегруппировки карбокатионов приводят к образованию продуктов с другим строением углеродного скелета по сравнению с исходным субстратом. Примером такого превращения является гидролиз первичного алкил- галогенида — 2,2-диметил-1-хлоропропана (неопентилхлорида):

Для неопентилхлорида протекание реакции по 5дг2-механизму затруднено из-за пространственных препятствий при образовании переходного состояния. Поэтому при гидролизе реализуется 5дД-механизм с изомеризацией первичного карбокатиона и изменением углеродного скелета:

Представляет интерес сопоставить влияние различных факторов на протекание SN2- и 5дг1-реакций (табл. 10.5).

Таблица 10.5

Характеристика SN2- и

Факторы

?дг2-реакции

?дг1-реакции

Механизм

  • 1. Бимолекулярный процесс, идущий через переходное состояние
  • 6- ?У 8-

Nu-”C-”Hal

2. Синхронный процесс — разрыв старой и образование новой связи протекают одновременно

  • 1. Мономолекулярный процесс, идущий через стадию образования карбокатиона
  • 5+ 5- © ©
  • —с: Hal ^ — С + :На1

/ /

2. Асинхронный процесс — сначала разрывается старая, а затем образуется новая связь

Кинетика

о = /г[субстрат][реагент]

и = ^[субстрат]

Стереохимия (в случае участия оптически активного субстрата)

У продукта реакции сохраняется оптическая активность, процесс сопровождается обращением конфигурации

Процесс завершается образованием оптически неактивной рацемической смеси

Строение углеводородного заместителя субстрата

Сильное влияние оказывают сте- рические факторы. Большие по объему заместители у реакционного центра затрудняют образование переходного состояния и снижают скорость реакции. Поэтому 5дг2-реакции предпочтительны для первичных субстратов

Чем стабильнее карбокатион, образующийся на скоростьли- митирующей стадии, т.е. чем ниже энергия диссоциации связи у реакционного центра в субстрате, тем выше скорость процесса. Поэтому 5дг1-реакции предпочтительны для третичных субстратов

Окончание табл. 10.5

Факторы

&дг2-реакции

SN1 -реакции

Природа растворителя

Способствуют апротонные ди- полярные растворители

Способствуют протонные растворители

Нуклеофиль- ность реагента

Нуклеофил принимает участие в образовании переходного состояния. Чем выше нуклеофиль- ность и концентрация реагента, тем выше скорость реакции

Нуклеофил не участвует на ско- ростьлимитирующей стадии. Его активность и концентрация не влияют на скорость реакции

Природа

уходящей

группы

Влияние одинаково: чем легче поляризуется связь, чем беднее энергией уходящая группа, тем выше реакционная способность субстрата

Конкурирующие

реакции

Сопровождаются побочной реакцией элиминирования

Высокий вклад побочной реакции элиминирования, возможны изомеризация и другие превращения карбокатионов

Таким образом, вероятность протекания реакции по 2- или S^l-механизму определяется многими факторами. Возможны случаи, когда в процессе реакции реализуются оба механизма или механизм, промежуточный между этими двумя предельными вариантами.

В практике органического синтеза, если есть возможность выбора, предпочитают использовать первичные или вторичные субстраты, которые реагируют по S^2-механизму, так как в этом случае значительно меньше вклад побочных реакций. Возможности использования третичных субстратов даже в S^l-реакциях ограничены вследствие ярко выраженной в этом случае тенденции к элиминированию и различным превращениям карбокатионов.

 
Посмотреть оригинал