Cтраница 2
Селективное образование альдегидов из амидов кислот возможно в том случае, если скорость нуклеофильного присоединения по карбонильной группе с образованием соединения а превышает скорость нуклеофильного замещения с образованием продуктов б и в. Виттиг установил, что такое условие выполняется, если нуклео-фильность атома азота амидной группы понижена, вследствие чего нормальная мезомерия амидной группы нарушается сдвигом электронов в обратном направлении к атому азота. Это обстоятельство облегчает нуклеофильную атаку LiAlFL на карбонильный углерод. [16]
Лучшим доказательством ранее высказанных предположений о причинах различных скоростей дефосфорилирования и дезацети-лирования активных центров эстераз служил бы пример ингибиро-вания эстераз ангидридами тех кислот, скорость нуклеофильного замещения у центрального атома которых определялась бы теми же или почти теми же факторами, что и скорость нуклеофильного замещения у атома фосфора. И такой пример существует. Как уже отмечалось выше, нуклеофильное замещение у атома серы во многом сходно с нуклеофильным замещением у атома фосфора, в частности участием вакантных d - орбит в образовании л-овязей в основном состоянии молекулы и о-связей в переходном состоянии. В связи с этим представляют интерес работы по ингибированию активных центров эстераз с производными сульфокислот. [17]
Однако, прежде чем перейти к рассмотрению этого явления, по-видимому, следует сделать краткие выводы из рассмотренных примеров по зависимости между строением и скоростью нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора. Отметим, что излагаемый ниже материал также служит подтверждением важной роли РЪ - - сопряжения заместителей с тетраэдрическим атомом фосфора в переходном состоянии и потребует дополнительного обсуждения этого явления в конце данного раздела обзора. Здесь следует отметить лишь основное, что, по существу, значительная часть вышерассмотренных кинетических данных свидетельствует о необходимости учета рт. - - сопряжения гетероатома заместителей, связанных с атомом фосфора, с Зй-орбитами фосфора в переходном состоянии. Такое сопряжение и степень занятости Srf-орбит центрального атома фосфора в переходном состоянии являются важнейшими факторами, определяющими реакционную способность фосфорсодержащих соединений при фосфорилирова-нии нуклеофильных реагентов. [18]
Сделав подобные допущения относительно однородности условий, а также в какой-то степени и механизма сравниваемых реакций, вопрос о зависимости между строением фосфорсодержащих соединений и скоростью нуклеофильного замещения у четырехкоор-динационного атома фосфора в этих соединениях, согласно вышеперечисленным факторам ( стр. Следует отметить, что авторами теории абсолютных скоростей реакций уже давно П47 ] на примере многочисленных реакций отмечалось, что влияние заместителей в. [19]
Это представление о том, что введение заместителей к фосфору приводит к изменению положительного заряда на атоме фосфора и к изменению прочности связи Р - галоид, а следовательно, и скорости нуклеофильного замещения у атома фосфора, наиболее четко подтверждено при изучении влияния замены кислорода на серу в фосфорильной группе, а также при изменении алкильных групп, связанных с фосфором в алкилфосфонатах. Изменение реакционной способности при подобной замене в молекуле фосфорсодержащего соединения может быть довольно убедительно проиллюстрировано на примерах, приведенных в табл. 11, в которой представлены некоторые наиболее хорошо изученные случаи влияния изменения структуры на скорость щелочного гидролиза различных фосфорсодержащих и фосфорорганических соединений. [20]
Лучшим доказательством ранее высказанных предположений о причинах различных скоростей дефосфорилирования и дезацети-лирования активных центров эстераз служил бы пример ингибиро-вания эстераз ангидридами тех кислот, скорость нуклеофильного замещения у центрального атома которых определялась бы теми же или почти теми же факторами, что и скорость нуклеофильного замещения у атома фосфора. И такой пример существует. Как уже отмечалось выше, нуклеофильное замещение у атома серы во многом сходно с нуклеофильным замещением у атома фосфора, в частности участием вакантных d - орбит в образовании л-овязей в основном состоянии молекулы и о-связей в переходном состоянии. В связи с этим представляют интерес работы по ингибированию активных центров эстераз с производными сульфокислот. [21]
Если скорость нуклеофильного замещения остается при этом практически неизменной, то обычно оказывается возможным утверждать, что реакция протекает по механизму SN. Если же скорость замещения существенно возрастает, то механизм реакции относится к 8м2 - типу. Например, измеряемая скорость образования wypera - бутилового спирта из торет-бутилхлорида пропорциональна только концентрации галогенида. При добавлении гидроксил-иона скорость замещения не возрастает. [22]
Нуклеофильное замещение обычно протекает медленнее, чем перенос протона. Поэтому обычно скорость нуклеофильного замещения изучать проще, чем скорость реакций переноса протона. Нуклеофильность частицы является мерой того, насколько быстро она может реагировать в процессах замещения. Нуклеофильность считается кинетическим свойством. [23]
Присутствие формального положительного заряда на атоме азота, как в случае N-оксидов или четвертичных солей пиридина, в значительной степени увеличивает скорость нуклеофильного замещения. Введение N-оксидной группы в меньшей степени увеличивает скорость нуклеофильного замещения, чем превращение в четвертичные соли, поскольку в последнем случае в молекуле возникает полный формальный положительный заряд, а молекулы N-оксидов пири-нейтральные. [24]
Однако подобное сопряжение между реакционным центром и алкоксигруппой при нуклеофильном замещении у тетраэдрического атома фосфора проявляется в значительно меньшей степени, чем - в случае нуклеофильного замещения у углерода карбонильной группы производных карбоновых кислот. Так, например, если в фосфорсодержащих соединениях введение алкоксигруппы приводит к снижению константы скорости нуклеофильного замещения в десятки раз, то ацетилхлорид гидролизуется примерно в 104 раз быстрее, чем этилхлорформиат 1205, 206 ] ( см. табл. 8 на стр. [25]
Лишним подтверждением этого положения является также изменение реакционной способности при замене алкоксигруппы, которая, как известно, способна участвовать в рт - - - сопряжении с Sd-орбитами фосфора, на фенильную группу. Как видно из примера № 12 ( табл. 11), подобная замена приводит к увеличению скорости нуклеофильного замещения у атома фосфора в 5 раз. [26]
Замещение в X, в общем, согласуется с тем действием, которое оно оказывает на нуклеофильность X. Например, введение метильной группы в пиридин увеличивает легкость, с которой атом азота отдает электроны, и поэтому повышает скорость нуклеофильного замещения. [27]
Пространственные эффекты играют существенную роль при замещении у атома кремния. Данные табл. 13.2 показывают, что нуклеофильное замещение в случае триэтилсилильных производных протекает медленнее, чем в триметилсилильных; последовательное замещение метильных групп на этильные ( табл. 13.3) вызывает постепенное понижение скорости нуклеофильного замещения. [28]
Атака нуклеофилами диазинов, триазинов и тетразинов протекает достаточно легко. Легкость нуклеофильного замещения уходящих групп увеличивается с увеличением числа атомов азота в гетероциклическом кольце. В каждом конкретном случае скорость нуклеофильного замещения при атоме углерода тем больше, чем в большей степени активировано это положение влиянием гетероатомов. [29]
Таким образом, из рассмотренных примеров видно, что скорость фосфорилирования холинэстераз, по-видимому, определяется теми же факторами, которые являются общими для нуклеофильногс замещения у тетраэдрического атома фосфора, в том числе и РХ - - сопряжением заместителей с З - орбитами фосфора в переходном состоянии. Если это так, то, очевидно, те же факторы будут определять и скорость дефосфорилирования активных центроа эстераз. Как уже отмечалось выше, факторы, определяющие скорость нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора, имеют существенные особенности по сравнению с факторами, определяющими скорость нуклеофильного замещения у атома углерода карбонильной группы в производных карбоновых кислот. По-видимому, именно эти различия с учетом особенностей строения активных центров эстераз и являются причиной, почему дефосфори-лирование активных центров эстераз при нуклеофильной атаке молекулой воды - крайне медленный процесс, в то время как дезаце-тилирование протекает с огромными скоростями. [30]