Функциональные производные с простой связью C-“Э". Галогенпроизводные. (Лекция 5)

1.

Функциональные производные с
простой связью C-“Э”
Часть 1
Галогенпроизводные
Физтех, 1 курс. Весна 2016
1

2.

Галогенпроизводные
H 3C
Br
CH 2
F
Br
Br
R-M
R-OH
RCHO
RCOOH
Физтех, 1 курс. Весна 2016
H 3C
CH 3
2

3.

Алкилгалогениды
Характеристики связи CH3-Hal
Полярность
Связи
Физтех, 1 курс. Весна 2016
Поляризуемость
связи
3

4.

Алкилгалогениды
Br (50,56 %)
81
Br (49,44 %)
79
Физтех, 1 курс. Весна 2016
4

5.

Алкилгалогениды
F
19
I=1/2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
5

6.

Алкилгалогениды
H2C=CH2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
6

7.

Активацияаденилатциклазы
воздействие на клеточную мембрану
Физтех, 1 курс. Весна 2016

8.

Аденозинтрифосфат
Циклический
аденозинмонофосфат
Физтех, 1 курс. Весна 2016

9.

Функцияаденилатциклазы
Физтех, 1 курс. Весна 2016
ПКА - протеинкиназа
фосфорилирование эффекторных белков

10.

Функцияаденилатциклазы
! Решение проблемы - ввести в
клетку биоконкурента –
адреналин (эпинефрин)
! Основаная опасность – это развитие
анафилактического шока
неконтролируемой работы
тучных клеток
Физтех, 1 курс. Весна 2016

11.

Алкилгалогениды ПЛ
ПРИМЕРЫ :
Физтех, 1 курс. Весна 2016
11

12.

Алкилгалогениды ПЛ
ПРИМЕРЫ :
Реакция Финкельштейна
Физтех, 1 курс. Весна 2016
12

13.

Алкилгалогениды ПЛ
Механизмы реакции:
Nu: – «нуклеофил», атакающая группа
Z – «нуклеофуг», уходящая группа
≡С–Z – субстрат
Физтех, 1 курс. Весна 2016
13

14.

Алкилгалогениды ПЛ
Нуклеофилы – отрицательно заряженные ионы
Нуклеофилы – нейтральные молекулы
Уходящая группа (нуклеофуг)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
14

15.

Алкилгалогениды ПЛ
ПРИМЕРЫ SN-реакций :
Физтех, 1 курс. Весна 2016
15

16.

Алкилгалогениды ПЛ
Механизм реакции
Физтех, 1 курс. Весна 2016
16

17.

Алкилгалогениды ПЛ
Реакции по механизму SN2
сильный нуклеофил
Физтех, 1 курс. Весна 2016
17

18.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
S N2
18

19.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
S N2
20

20.

Алкилгалогениды ПЛ
Стереохимия в
Br
Br
Физтех, 1 курс. Весна 2016
SN2
Вальденовское обращение
OH
21

21.

Алкилгалогениды ПЛ
S N2
“FOT”
Физтех, 1 курс. Весна 2016
22

22.

Алкилгалогениды ПЛ
1. слабый нуклеофил,
S N1
2. ионизирующий растворитель
Физтех, 1 курс. Весна 2016
23

23.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
S N1
24

24.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
S N1
25

25.

Алкилгалогениды ПЛ
Стереохимия в
S N1
Физтех, 1 курс. Весна 2016
26

26.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
SN
27

27.

Алкилгалогениды ПЛ
+
+
SN2
S N1
КИП — контактная ионная пара, СИП — сольватно-разделенная ионная
пара; И — свободные ионы.
Физтех, 1 курс. Весна 2016
28

28.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – Строение субстрата
Физтех, 1 курс. Весна 2016
29

29.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – Строение субстрата
SN2
SN1
Физтех, 1 курс. Весна 2016
30

30.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы на пути протекания реакций нуклеофильного замещения –
Строение субстрата
S N2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
S N1
31

31.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – Тип растворителя
Неполярные
протонные
полярные
полярные
апротонные
32
Физтех, 1 курс. Весна 2016
32

32.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – Тип растворителя
SN2
Протеканию по
этому механизму
способствуют
полярные
апротонные
растворители
SN1
Протеканию
по
этому
механизму
способствуют
полярные
протонные
растворители (обладают одновременно
нуклеофильными и электрофильными
свойствами)
Причина – возникновение в ходе реакции
катионов и анионов, возможна стабилизация и
катиона и аниона
Физтех, 1 курс. Весна 2016
33

33.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – Тип растворителя
S N2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
34

34.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
нуклеофильного замещения – Нуклеофуг
реакций
Реакция идет тем быстрее, чем менее «энергетична» уходящая группа
Чем более сильная сопряженная кислота уходящей группы, тем выше ее
нуклефугность
Физтех, 1 курс. Весна 2016
35

35.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – сила нуклеофила
Замещение протекает тем легче, чем выше нуклеофильность реагента (способность
нуклеофила отдавать электроны)
Нуклеофильность связана с основностью и с поляризуемостью реагента (большая
основность и поляризуемость – большая Н.)
Нуклеофильность зависит от природы растворителя
Анион более сильный нуклеофил, чем сопряженная кислота
Физтех, 1 курс. Весна 2016
36

36.

Алкилгалогениды ПЛ
Уравнение Свэйна-Скотта (k0 – вода, s = 1 для MeBr):
Физтех, 1 курс. Весна 2016
SN
37

37.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – нуклеофильность
S N2
Нуклеофильность=Основность ?
Метилбромид и нуклеофил в воде
H2O < F < CH3CO2 < Cl < Br < C6H5O < N3 < OH < SCN < CN < I = SH
Метилбромид и нуклеофил в ДМФА
I < Br < Cl < N3 CH3CO2 < < C6H5O < CN
SN1
Отсутствие
сольватации основных,
малополяризуемых
ионов приводит к
увеличению их
нуклеофильности
Трифенилметил-катион / вода +
ацетон
H2O < CH3CO2 < Cl < OH < SCN < N3
Физтех, 1 курс. Весна 2016
38

38.

Алкилгалогениды ПЛ
Мягкость и жесткость нуклеофила.
Принцип ЖМКО
Пирсон
(1963):
жесткие
основания
Льюиса
предпочитают
координироваться с жесткими кислотами; мягкие основания - с
мягкими кислотами.
Жесткость основания :
увеличивается в группе Периодической системы снизу вверх,
например: I < Br < Cl < F
возрастает в периоде (в изоэлектронных сериях) слева направо:
NH2 < OH < F
Жесткость кислот:
в группах периодической таблицы возрастает снизу вверх,
например: Li+ > Na+ > K+
Физтех, 1 курс. Весна 2016
39

39.

Алкилгалогениды ПЛ
Принцип ЖМКО
Физтех, 1 курс. Весна 2016
40

40.

Алкилгалогениды ПЛ
Принцип ЖМКО
Амбидентные нуклеофилы
SN1
SN2
Физтех, 1 курс. Весна 2016
41

41.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – иные факторы
–Эффект
1.
2.
гидразин NH2-NH2 или гидроксиламин NН2OH значительно более сильные
нуклеофилы, чем аммиак и первичные амины
пероксид-анион HOO значительно более сильный нуклеофил по
сравнению с НО-
Межфазный катализ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
42

42.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – иные факторы
Анхимерное содействие = Две последовательные SN2 реакции
Группы, способные к анхимерному содействию (в порядке уменьшения способности)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
43

43.

Алкилгалогениды ПЛ
Факторы
на
пути
протекания
реакций
нуклеофильного замещения – иные факторы
Физтех, 1 курс. Весна 2016
44

44.

Алкилгалогениды ПЛ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
45

45.

Реакции элиминирования
γ
Физтех, 1 курс. Весна 2016
46

46.

Реакции элиминирования
E2
сильное основание элиминирование
слабое основание (ОН , КОН/Н2О) замещение
Физтех, 1 курс. Весна 2016
47

47.

Реакции элиминирования
Физтех, 1 курс. Весна 2016
E2
48

48.

Реакции элиминирования
Региоселективность
E2
Правило Зайцева (верно для случаев, когда уходящая группа - анион)
Физтех, 1 курс. Весна 2016
49

49.

Реакции элиминирования
Физтех, 1 курс. Весна 2016
E2
50

50.

Реакции элиминирования
E2
увеличение объема основания
Правило Гофмана
(верно для случаев, когда уходящая группа – нейтральная молекула)
причина – карбанионный характер ПС
Физтех, 1 курс. Весна 2016
E1cB
51

51.

Реакции элиминирования
Влияние различных факторов на
Физтех, 1 курс. Весна 2016
E2
52

52.

Реакции элиминирования
Конкуренция между SN2 и E2
природа уходящей группы:
ряды одинаковы
природа атакующего реагента
SN2
E2
Сильные нуклеофилы и слабые основания:
NH3, I
Маленький объем
нуклеофила
Сильные основания: NH2 , OC(CH3)3
Большой объем нуклеофила
растворитель
SN2
E2
более полярный: ОH в воде (заряд на трех
атомах в ПС)
SN2
температура
низкая
Физтех, 1 курс. Весна 2016
менее полярный: OН в спирте (заряд на
пяти атомах в ПС)
E2
высокая (Еакт выше т.к. разрываются 253
связи)

53.

Реакции элиминирования
E
vs
SN
Физтех, 1 курс. Весна 2016
54

54.

Реакции элиминирования
Физтех, 1 курс. Весна 2016
E1
55

55.

Реакции элиминирования
Физтех, 1 курс. Весна 2016
E1
56

56.

Реакции элиминирования
E1
Против правила Зайцева – стерические препятствия отрыва
бета-Н
Физтех, 1 курс. Весна 2016
57

57.

Реакции элиминирования
Конкуренция между SN1 и E1
SN1
растворитель
E1
протонные с высокой ионизирующей способностью: Н 2О,
CH3OH, HCOOH; более объемные
SN1
Физтех, 1 курс. Весна 2016
температура
низкая
высокая
E1
58

58.

Реакции элиминирования
Перегруппировки в SN1 и E1
Физтех, 1 курс. Весна 2016
59