Участие соседних групп в химических процессах

Понятие участия соседних групп

Участие соседних групп - важний фактор, влияющий на протекание процесса нуклеофильного замещения.

Примерами реакций, где это особенно заметно являются:

1. Гидролиз иприта $S(CH_2CH_2Cl)_2$ . Это вещество водном растворе гидролизуется в несколько тысяч раз быстрее, чем первичный алкилхлорид.

   

2. Щелочной гидролиз оптически активных 2-бромпропаноатов $CH_3CHBrCO_{2^-}$ . Этот процесспротекает с сохранением конфигураций:

   

3. Гидролиз хлорамина $Et_2N-CH_2CH-EtCl$. Результатом этого процесса является перегруппированный спирт $Et_2NCHEtCH_2OH$:

Закономерности протекания этих процессов

Реакции с участием соседних групп можно определить как процессы, в ходе которых определенные функциональные группы реагирующих молекул на какое-то время становятся связанными (полностью или частично) с реакционными центрами. Общая картина таких процессов для реакций нуклеофильного замещения приведена на схеме ниже.

Для доказательства участия соседних групп применяют главным образом три типа экспериментальных наблюдений.

1. Анхимерные содействия (синартетическое ускорение). Этим термином обозначают ускорение реакций соседними группами. На стадиях ионизации связей $C-Z ($k \triangle$ на схеме 1) реакции будут идти быстрее, чем реакции $kC$ и $kS.$
2. Стереохимия. Стереохимия реакций, в которых участвуют соседние группы, часто отличается от ожидаемой при отсутствии участий этих групп. Так в реакциях с участием соседних групп преобладают сохранения конфигураций.
3. Молекулярные перегруппировки. В процессах, в которых участвуют соседние группы часто происходит перегруппировка скелета субстрата.

Будет ли участвовать соседние группы в реакции зависит от размеров циклов, образующихся в переходных состояниях. Обычно в таких реакциях могут образовываться трех-, пяти- и шестичленные циклы.

Первое исследование участия соседних групп в химических процессах

Участие соседних групп в химических процессах изучалось давно. Первым серьезным исследованием этого явления является работа $C$. Уинстейном (1939). Им были установлены следующие закономерности: при реакции рацемического трео-3-бром-2-бутанола с $HBr$ ученый получил рацемический 2,3-дибромбутан, тогда как из рацемического эритро-изомера был получен только мезо-продукт:

В обоих процессах конфигурация соединений сохраняется. Результат исследования был интерпретирован как доказательство образований мостиковых бромониевых интермедиатов.

Другие подобные реакции замещения, в которых конфигурация соединений сохраняеться

Позднее изучались и другие реакции замещения, в которых конфигурации соединений сохранялись.

Реакция N-этил-3-хлорпиперидина

Эта реакция проведилась с 14 разными реагентами-нуклеофилами. Скорости реакций не зависили от природы нуклеофила. Промежуточные соли азиридиния были синтезированы независимо и вели себя аналогично. На этом основании было выдвинуто предположение об участии соседних групп.

В продуктах этого синтеза маркер распределен почти поровну между карбонильными и эфирными атомами кислорода. Предполагается промежуточные образованяе пятичленных диоксолениевых катионов.

Другим примером перегруппировки с участием соседних метокси-групп являются реакции меченного тритием транс-4-метоксициклогексилтозилата:

В этом синтезе образуется транс-ацетат, содержащий тритий в 1 и 4 положениях, что свидетельствует в пользу образования симметричных оксониевых ионов.