Лекция 7. Электрофильные реакции (Ae, Se)

• Лекция посвящена электрофильным реакциям A, E, C, E и D.  

• Рассматриваются реакции SN и LIM.  

• Рекомендованная литература: учебник Тюкавкиной, Зурабяна и Баукова.  

• Общая схема реакции: взаимодействие субстрата с электрофилом.  

• Образование пи-комплекса и карбокатиона.  

• Варианты протекания реакции: A-E и C-E.  

• Катализаторы: сильные кислоты.  

• Пример: реакция этилена с водой в присутствии H+.  

• Механизм реакции: образование карбокатиона и алкил-аксониевого иона.  

• Правило Марковникова: присоединение водорода к наиболее гидрогенизированному атому углерода.  

• Примеры: реакция 2-метилпропена и 1-метилциклогексена.  

• Электронный и пространственный факторы.  

• Образование вторичного и первичного карбкатионов.  

• Стабильность карбкатионов и их влияние на направление реакции.  

• Пример: реакция с 1,1,1-трифторэтаном.  

• Влияние статического и динамического факторов на направление реакции.  

• Антимарковниковское присоединение.  

• Пример: взаимодействие с водой.  

• Образование двух возможных продуктов.  

• Влияние статического и динамического факторов на стабильность карбкатионов.  

• Реакция с молекулой воды приводит к образованию бета-гидрокси-карбоновой кислоты.  

• Направление присоединения реагентов определяется устойчивостью промежуточных карбокатионов.  

• Стереоселективность означает предпочтительное образование одного из стереоизомеров.  

• Антиприсоединение брома к циклическому непредельному соединению приводит к образованию транс-1,2-дибромцикла пентана.  

• Цис-изомер образуется в минимальных количествах или не образуется вовсе.  

• Равновесие между юном галогенония и карбокатионом.  

• Карбкатион и алкен образуют непредельное соединение при взаимодействии.  

• Реакция алкилирования с участием алкенов и карбокатионов в биохимических реакциях.  

• Образование катиона аллильного типа и наращивание углеродной цепи.  

• Образование продуктов 1,2 и 1,4 присоединения при реакции с бромом и аш-хлором.  

• Механизм реакции включает взаимодействие с водородом и образование карбкатионов.  

• Незамерный катион и его структура.  

• Молекула бензола и стекинг взаимодействия.  

• Примеры реакций электрофильного замещения: галогенирование, алкилирование, ацилирование.  

• Роль катализатора в реакциях алкилирования.  

• Алкилирование ароматических соединений в биохимических реакциях.  

• Образование сигма-комплекса и его роль в биосинтезе витаминов и ферментов.  

• Резонансные структуры и их влияние на реальное строение частиц.  

• Взаимодействие субстрата с электрофильной частицей приводит к образованию пи-комплекса.  

• Вторая стадия протекает медленно и завершается образованием сигма-комплекса.  

• Отщепление протона от сигма-комплекса приводит к образованию продукта через пи-комплекс.  

• Взаимодействие субстрата с реагентом образует пи-комплекс.  

• Пи-комплекс переходит в сигма-комплекс через переходное состояние.  

• Завершающая стадия реализуется через образование пи-комплекса пик-два и приводит к образованию нитробензола.  

• Электронно-донорные заместители активируют орто- и пара-положения.  

• Электронно-акцепторные заместители дезактивируют орто- и пара-положения и направляют группу в мета-положение.  

• Примеры: метильная группа в толуоле и карбоксильная группа в бензойной кислоте.  

• Электронно-донорные заместители облегчают орто- и пара-замещение.  

• Электронно-акцепторные заместители затрудняют орто- и пара-замещение и направляют группу в мета-положение.  

• Пример: реакция толуола с бромом в присутствии феррум-бром три.  

• Реакция хлорирования толуола может протекать по механизму свободно-радикального замещения или электрофильного замещения.  

• Изменение условий реакции влияет на образование продуктов.  

• Пример: реакция толуола с хлором в присутствии алюминий-хлорид три.  

• Основные вопросы: электрофильные центры, уходящие группы, нуклеофильные реакции.  

• Примеры: спирты, фенолы, амины и аммиак как нуклеофилы.  

• Теоретические основы реакций нуклеофильного замещения и алкилирования.  

• Субстрат: молекула с галогеном, гидроксильным фрагментом или алкильным фрагментом.  

• Реагент: частица с неподеленной электронной парой.  

• Продукт реакции: связь с полярным смещением электронной плотности.  

• Реакция с галоген-производными приводит к образованию теолов, сульфидов или сульфоновых солей.  

• Пример: взаимодействие метил-йодида с дикил-сульфидом образует дикил-метил-сульфонний йодид.  

• Спирты выступают как нуклеофилы в реакциях нуклеофильного замещения.  

• Реакция метанола с трет-бутил-бромидом приводит к образованию трет-бутил-метилового эфира.  

• Реакция частично обратима и требует большого избытка метанола для сдвига равновесия.  

• Вторым продуктом является метил-аксонний бромид.  

• Реакция оксида натрия с этил-бромидом образует диэтиловый эфир.  

• Механизм реакции - SN2, в отличие от SN1 для метанола.  

• Спирты легко реагируют с третичными галогенпроизводными, для менее активных галогенидов нужны более сильные нуклеофилы.  

• Теолы и теофенолы являются серосодержащими аналогами спиртов и фенолов соответственно.  

• Теолы используются как антидоты при отравлении солями тяжелых металлов.  

• Реакция окисления теолов в сульфиды обратима и важна для организма.  

• Теолы более кислые, чем спирты, но менее склонны к самоассоциации.  

• Реакция этанола с щелочью приводит к образованию этатеолята натрия.  

• Дикил сульфиды не обладают основными свойствами, но легко образуют сульфониевые ионы.  

• Амины - производные аммиака с замещенными атомами водорода.  

• Примеры: трет-бутиламины, метил-этил-амины, триметил-амины и фенамин.  

• Амины и аммиак являются нуклеофилами в реакциях нуклеофильного замещения.  

• Реакция аммиака с алкил-бромидом приводит к образованию первичного амина и соли.  

• Взаимодействие первичного амина с алкил-бромидом генерирует вторичный амин.  

• Третичный амин реагирует  

• Образуется триалкил-метил-аммония ядид и продукты реакции ди-алкил-сульфида.  

• Понижение способности к замещению в реакциях СН-типа.  

• Рассматриваются два механизма: ассоциативный и диссоциативный.  

• В щелочной среде происходит отщепление брома с заменой на гидроксильную группу.  

• Реакция приводит к образованию непредельного соединения и выделению воды.  

• Механизм включает образование нестабильной структуры и отщепление промид-иона.  

• В жестких условиях более 140 градусов протекает реакция элиминирования.  

• При температурах менее 140 градусов происходит реакция нуклеофильного замещения.  

• Механизм включает генерацию аксони у йона и образование карбкатиона.  

• Реакция элиминирования типична для алкилгелогенидов и спиртов, но может реализовываться и для теолов и аминов.