Cтраница 3
Механизм нуклеофильного замещения предусматривает максимальный положительный заряд на центральном атоме фосфора в переходном состоянии в момент ухода Х - группы в виде аниона. Поскольку рк - d - связи чрезвычайно чувствительны к изменению заряда на фосфоре, рк - - сопряжение заместителей у фосфора с реакционным центром в переходном состоянии проявляется в значительно большей степени, чем в основном состоянии молекулы и может преобладать над отрицательным индуктивным эффектом заместителя. Подобное сопряжение в переходном состоянии приводит к увеличению энергии активации и снижению константы скорости нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора. [31]
Однако только позднее в работах [117, 118] была подробно изучена реакция Арбузова в ряду полифторароматических производных. Показано [117], чтр пентафторбензо-нитрил, декафтордифенил и пентафторпиридин вступают в реакцию с триэтилфосфитом при 140 - 150 С с образованием с выходами 25 - 30 % диэтиловых эфиров 4-циантетрафторбензолфосфоновой и 2, 3, 5, 6-тетрафторпиридилфосфоновой кислот, тетраэтилового эфира 2, 2, 3, 3, 5, 5, 6, б - октафтордифенилдифосфоновой кислоты. Суммарный выход фосфорилированных продуктов при переходе от пентафтор-нитробензола к пентафторбензолу, вопреки уменьшению скорости нуклеофильного замещения, возрастает и одновременно снижается содержание продуктов восстановления и алкилирования. Например, в случае пентафторнитробензола образуется 2 2 % ди-этилового эфира 4-нитротетрафторфенилфосфоновой кислоты, 34 % продукта алкилирования и 49 % продукта восстановления, тогда как при реакции пентафторбензола с тривтилфосфитом - 44 % диэтилового эфира 2, 3, 5, 6-тетрафторфенилфосфоновой кислоты и только 2 % продукта восстановления. [32]
Как мы уже знаем, дз спиртов и щелочей образуются алкого-ляты, основность которых высока. Такие смеси, обладающие одновременно высокой основностью и хорошей сольватирующей способностью, пригодны для дегазации даже таких ОВ, которые в водных средах очень устойчивы к нуклеофильным атакам. При рассмотрении процессов, происходящих при дегазации различных ОВ этими дегазирующими жидкостями, возникает вопрос о том, как влияет полярность растворителей на скорость нуклеофильного замещения. С возрастанием полярности растворителей возрастает их склонность к образованию водородных связей; если ОВ обладает высокой полярностью, то скорость реакции уменьшается. [33]
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. [34]
Вопрос о различии в поляризуемости фосфорильной и тионфосфорильной групп в переходном состоянии так же, как и вопрос о стерических затруднениях при различных алкильных заместителях, связанных с фосфором, требует дальнейшего изучения путем накопления данных по изменению энергии активации и энтропии переходного состояния в реакциях нуклеофильного замещения у фосфора при подобных изменениях в структуре молекул. Однако не всегда изменение реакционной способности фосфорсодержащих соединений может быть объяснено исходя из представлений об индуктивном влиянии заместителей, связанных с фосфором. В настоящее время под влиянием работ последних лет при объяснении электронных влияний заместителей на реакционную способность, помимо учета индуктивного эффекта заместителей, все чаще приходится учитывать возможность участия в сопряжении заместителей с Зс ( - орбитами атома фосфора. Дело в том, что в данном случае речь идет не просто об учете возможности сопряжения заместителя с фосфором в основном состоянии молекулы, а о том, что в результате подобного сопряжения, которое проявляется в значительно большей степени в переходном, чем в основном состоянии молекулы, затрудняется внедрение неподеленной пары электронов электроотрицательного атома нуклеофильного реагента на Sd-орбиту атома фосфора, что является необходимым условием для образования переходного состояния при нуклеофильном замещении у тетраэдрического атома фосфора ( см. стр. По существу, можно сказать, что в настоящее время при объяснении зависимости между строением и скоростью нуклеофильного замещения у тетраэдрического атома фосфора приходится значительно чаще сталкиваться с необходимостью учета РТ, - - сопряжения, а не только одного индуктивного эффекта заместителей. [35]
Рассмотренные выше примеры по влиянию на реакционную способность введения алкокси - и алкиламидной групп к атому фосфора, по существу, указывали на то, что при увеличении сопряжения заместителей с реакционным центром в переходном состоянии снижается скорость реакции нуклеофильного замещения у атома фосфора и повышается энергия активации. Обратная картина должна наблюдаться при введении таких заместителей к атому фосфора, которые бы в меньшей степени могли участвовать в сопряжении с реакционным центром в переходном состоянии. Как видно из табл. 11 ( № 11), подобная замена RO - RS приводит к увеличению скорости нуклеофильного замещения у атома фосфора в сотни раз. Объяснение такого увеличения реакционной способности за счет изменения индуктивного эффекта сомнительно, и наиболее вероятно, что реакционная способность алкилтиопроизводных выше вследствие того, что неподеленная пара электронов атома серы алкилтиогруппы может участвовать в сопряжении с реакционным центром в переходном состоянии в меньшей степени, чем неподеленная пара электронов кислорода алкоксигруппы. При оценке подобного сопряжения следует также учитывать и то обстоятельство, что в соединениях с алкил-тиогруппой рядом с фосфором находится атом серы - элемент третьего периода периодической системы Менделеева, р - электроны которого, по-видимому, могут в меньшей степени участвовать в рк - - сопряжении. Подтверждением тому является уменьшение энергии активации щелочного гидролиза 5-этилметилфторфосфо-ната по сравнению с О-этоксиметилфторфосфонатом почти на 5 ккал / моль [117] ( см. также стр. [36]