Cтраница 1
Тетраэдрические интермедиаты, возникающие в процессе гидролиза сложных эфиров, представляют собой полуортоэфиры, например MeC ( OH) 2OEt при гидролизе этилацетата. Мы можем поэтому предполагать общий кислотный катализ, присущий гидролизу интермедиатов этого типа, на второй стадии этой и подобных ей реакций. Такой катализ обычно не удается наблюдать просто потому, что первая стадия общего основного катализа, безусловно, определяет скорость всего процесса. Распад тетраэдрического ин-термедиата происходит, таким образом, слишком быстро, чтобы вносить заметный вклад в кинетику реакции. С другой стороны, в реакциях гидролиза, катализируемых ферментами, стадия, определяющая скорость процесса, непременно будет ускорена, и другие, обычно быстрые процессы, должны также катализироваться. [1]
Для образующегося вначале тетраэдрического интермедиата ( 48) возможен только распад на исходные соединения. Однако после переноса протона ( 48) - v ( 49) может проходить элиминирование RNHj. [2]
Гидролиз с образованием тетраэдрического интермедиата подвержен влиянию стерических факторов, особенно если группа R1 в эфире R C02R2 стерически громоздка. Разработан ряд методик, позволяющих обойти эти трудности. Например, для повышения нуклеофильной активности гидроксид-иона при гидролизе под действием гидроксида калия предложено [176] использовать дицикло-гексил-18 - краун-6. Альтернативно, можно использовать более сильное основание [177], например бутоксид калия в диметилсульфоксиде. В ряде случаев применяли иодид лития в коллидине [178] или диметилформамиде [179]; этот реагент расщепляет эфиры по механизму нуклеофиль-ного замещения, но не расщепляет амиды. [3]
Такое большое различие обусловлено образованием анионного тетраэдрического интермедиата с объемной группой СН3СН2О - С ( ОН) - О в аксиальном положении ъщс-изомера. Это приводит к дестабилизации конформации с е з-расположением заместителей и росту энергии активации для гидролиза грлс - изомера по сравнению с гидролизом транс-изомера. По этой же самой причине транс-4 - трет-бутилцикло-гексанкарбоновая кислота оказывается более сильной кислотой по сравнению с ее ifuc - изомером. [4]
Этот ре -, зультат отражает судьбу тетраэдрических интермедиатов, образующихся при нуклеофнльном содействии. [5]
Ожидалось, что в положении 6 аминогруппа дестабилизирует тетраэдрический интермедиат и, следовательно, увеличит скорость реакции. Однако наличие аминогруппы в этом приводит к снижению скорости реакции в 10 раз. [6]
Вероятно, силы притяжения Е ионной паре стабилизируют тетраэдрический интермедиат, замедляя его расщепление. [7]
Имеются и другие кинетические доказательства, согласующиеся с образованием тетраэдрического интермедиата. Это снижение происходит не гладко - график константы имеет излом: при низких концентрациях гидроксиламина - это одна прямая, а при высоких - другая. Это означает, что изменяется природа лимитирующей стадии. Понятно, что такого не может произойти, если процесс одностадийный: должно быть две стадии, и, следовательно, должен существовать интермедиат. Аналогичное кинетическое поведение обнаружено и в других случаях [186], в частности, графики зависимости скорости реакции от рН нередко имеют форму колокола. [8]
Этот результат не обязательно означает, что в данном случае тетраэдрический интермедиат не принимает участия в реакции. Если из интермедиатов 69 и 71 не регенерируется эфира, а они превращаются целиком в кислоту, то потери метки 18О не будет наблюдаться даже при участии тетраэдрического интер-медиата. Для бензилбензоатов именно это и может происходить, так как образование кислоты снимает стерическое напряжение. Даже те эксперименты, в которых обнаруживается потеря 18О, не доказывают существования тетраэдрического интермедиата, так как остается возможность потери 18О в результате некоторого независимого процесса, не приводящего к гидролизу эфира. [9]
Если при стереоэлектронно-контролируемом расщеплении действительно не происходит конформационных изменений в тетраэдрическом интермедиате, то конкурентный обмен кислорода карбонильной группы в процессе гидролиза можно использовать, чтобы подтвердить и отсутствие конфирмационных изменений, и стереоэлектронную теорию. Примером ( Е) - эфира может служить 18О - меченый б-лактон. [10]
Как и предыдущие, эта реакция, вероятно, протекает через тетраэдрический интермедиат. Азиды кислот легко генерируются из галогенангидридов кислот плюс азид-ион. Если стереохимиче-ские факторы неважны, то преимущества использования этих соединений по сравнению с прямой реакцией галогенангидридов с аминами невелики. В ряде случаев полезен альтернативный метод получения азидов кислот, основанный на нитрозировании гидразидов [43] схема ( 15), путь ( а), так как высокая нуклеофильность гидразина дает возможность получать гидразиды из сложных эфиров или амидов [44], которые в других случаях неактивны по отношению к аминам. Главным недостатком получения амидов через азиды является протекание побочной реакции азидов кислот - перегруппировки Курциуса путь ( б) на схеме ( 15), см. также разд. [11]
Считается, что обычный механизм гидролиза эфиров и амидов проходит через образование тетраэдрического интермедиата. [12]
Продолжается дискуссия по вопросу о том, включает ли эта медленная стадия образование тетраэдрического интермедиата из О - сопряЖенной кислоты или происходит прямое ( SN2) замещение N-сопряженной кислоты, или возможно имеет место комбинация и того и другого. Большая часть из недавно опубликованных фактических данных говорит в пользу направления, в котором участвует О-сопряженная кислота. К ним относятся: относительные скорости превращения N-ацетилпирролидина и пиперидина [226], а также структурно близких амидов и эфиров имидатов [ 227; наблюдения об очень незначительном, но измеримом конку-рентнчом обмене 130 для бензамидов [228] и данные [229] о низких скоростях реакций N-сопряженных кислот при исследовании N-ацетилтриалкиламмониевых, солей. В этой ра - боте приводятся также данные о ранее опубликованных альтернативных интерпретациях корреляций функций кислотности. Хотя механизм может быть спорным, нет сомнений в том, что скорости гидролиза большинства амидов проходят через максимум, положение которого зависит от структуры кислоты и амида. Этот максимум обычно составляет около 2 - 5 М для H2SOi, что соответствует 100 % протонирования амида, и наблюдаемое уменьшение скорости связано с уменьшением активности воды. Сделано много попыток определить роль воды в этих реакциях путем корреляции скоростей реакции с функциями кислотности ( а и Я0) и с близкими данными. Такие сопоставления, проведенные в работах [230, 231], ввиду их важности требуют выбора механизма реакции, однако во всех случаях предполагается наличие в высокой степени сольватированного переходного состояния. [13]
Они представляют собой нуклеофильное присоединение - отщепление, протекающее через образование так называемого тетраэдрического интермедиата ( 157) и приводящее к образованию продукта замещения. Производные карбоновых кислот ( 156), в отличие от простых карбонильных соединений ( альдегидов и кетонов), имеют у карбонильного атома углерода группу X, являющуюся хорошей потенциальной уходящей группой ( в виде Х -), тогда как в простых карбонильных соединениях потенциальная уходящая группа ( R - или Н -) является очень плохой уходящей группой. Относительная реакционная способность производных карбоновых кислот ( 156) по отношению к данному куклеофилу Y - ( например, - ОН) зависит от относительной элек-тронодонорной или - акцепторной способности группы X по отношению к карбонильному атому углерода и от относительной способности этой группы выступать в качестве уходящей группы. [14]
По тем же причинам при обратной реакции - гидролизе сложных эфиров, также идущей через тетраэдрический интермедиат, с-изомер оказывается менее реакционноспособным, чем транс-изомер. Однако нельзя считать, что таково общее правило; все зависит от конкретной реакции, от природы переходных состояний. [15]