Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 174
Скачиваний: 0
Sn2-Pеакции у атомов элементов группы VA |
141 |
Реакция (74) имеет более существенное значение, чем реакция |
(71). |
Это было доказано тем, что при термическом разложении (125 °С) перекиси ди-трег-бутила в присутствии треххлористого фосфора об наружены фосфиты и только небольшое количество хлорокиси фос фора.
Гомолитическое замещение у атома фосфора связи Р—Р в бе
лом фосфоре |
(тетраэдрический Р 4 ) , |
вероятно, |
может |
осущест |
|||
вляться при |
аутоокислении |
элемента |
[73, 74] или в |
его |
реакции |
||
с перекисью |
ди-трег-бутила |
[75]. Бензольные растворы |
смесей |
фос |
|||
фора и олефинов поглощают кислород, образуя |
полимерные |
про |
дукты, содержащие связи Р—С; при этом реакция протекает по сво-
боднорадикальному механизму [76]. Однако |
механизмы этих реак |
ций в настоящее время недостаточно изучены. |
|
Замещение под действием сера-центрированных |
радикалов |
По аналогии с реакцией алкоксильных радикалов можно было бы ожидать, что и алкилтиильные радикалы присоединяются к трехвалентным соединениям фосфора, образуя фосфоранильный радикал
R S - + Р Х 3 — RSPX 3 |
(77) |
Теоретически фосфоранильный радикал мог бы подвергаться распаду с а- или р-элиминированием, т. е. процесс представлял бы собой гомолитическое замещение у атома фосфора или окисление фосфорного соединения
|
а-элиминированИ Л к 3 р Х 2 + Х - |
^ |
RSPX3 |
- |
|
|
Илиминирование^р^+ R |
( ? 8 б ) |
В литературе отсутствуют примеры реакций типа (78а). При взаи модействиях такого рода всегда реализуется путь (786), что согла суется с наличием менее прочных простых связей, которые сера (по сравнению с кислородом) образует с углеродом и фосфором, в со четании с относительной прочностью связи P=S. Таким образом, суммарный результат реакций (77) и (786) будет представлять одну из стадий свободнорадикального цепного механизма процессов десульфирования тиолов или дисульфидов под действием триалкилфосфинов [77] или фосфитов [43, 45, 77], предложенного впервые Уолингом и Рабиновичем [43, 45]
R S - + P X 3 ( - ^ R S P X 3 — - ^ I R . + S = P X 3 |
(79) |
R- + R S H — RH + RS • |
(80) |
или
R. + R S S R - * R S R . +.RS- |
|
X = OR', R, C 6 H 5 |
(80a) |
142 Глава VI
Изучение методом конкурирующих реакций позволило установить
следующий |
порядок реакционной способности |
трехвалентных |
со |
||||||
единений |
|
фосфора |
по |
отношению |
к |
тиильному - радикалу: |
|||
(С 4 Н 9 )зР> ( С 2 Н 5 0 ) з Р > |
(СбН5 )зР>.(СбН5 0)зР и константу скорости |
||||||||
реакции |
(79) ( R = H - C 4 |
H 9 , Х = ОС2 Н5), |
равную |
~ 108 л • м о л ь - 1 |
• с^1 |
||||
при 70 °С |
[58]. Буркхач |
[78] использовал |
реакцию тиолов |
с три- |
|||||
этилфосфитом для определения скорости взаимодействия |
радика |
||||||||
лов R • в условиях, где эта реакция являлась основной стадией |
про |
||||||||
цесса обрыва цепи. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Реакция |
(79) была |
продемонстрирована |
непосредственным |
на |
блюдением ЭПР-спектра грет-бутильного радикала при облучении УФ-светом в ячейке ЭПР-спектрометра раствора, содержащего ди-грег-бутилдисульфид и триизопропилфосфин [51]. Изопропильного радикала, продукта гомолитического замещения у атома фос фора, при этом не обнаружено. Бентруде [63] показал, что окисле
ние |
оптически активного метилпропилфенилфосфина или |
смеси |
цис- |
и гранс-2-метокси-5-грег-бутил-1,3,2-диоксафосфоринанов |
дей |
ствием грет-бутилтиильных радикалов происходит с сохранением
конфигурации |
у атома фосфора; такие же результаты получены |
при окислении |
грег-бутоксильными радикалами. Дальнейшее до |
казательство промежуточного образования фосфоранильного ради
кала |
в реакции (79) представлено |
Уолингом, Бейсдоу и |
Сэйвсом |
|||
[77], |
которые обнаружили небольшое |
количество |
толуола |
в |
реак |
|
ции бутилмеркаптана с бензилдиэтилфосфитом |
|
|
|
|||
|
|
О С 2 Н 5 |
|
|
|
|
C 4 H 9 S • + С 6 Н 5 С Н 2 О Р ( О С 2 Н 5 ) 2 - C 4 H 9 S - P - O C 2 H 5 - |
|
|
|
|||
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
О С Н 2 С 6 Н 5 |
|
|
|
|
|
- C 4 |
H 9 |
S P ( O C 2 H s ) 2 + |
C 6 H 5 C H 2 - |
(81) |
В этом случае разрыв связи СбН5 СН2 —О более выгоден, чем от щепление бутильного радикала, что связано со стабильностью обра зующегося бензильного радикала. Кажется вероятным, что распад промежуточного фосфоранильного радикала может происходить путем а-элиминирования при взаимодействии бензилфосфина, на пример, с метилтиильным радикалом, т. е. в этом случае суммарный процесс будет представлять собой гомолитическое замещение у атома фосфора.
R
I
CH 3 S - + R 2 P C H 2 C 6 H 5 - C H 3 S P - C H 2 C 6 H 5 - C H 3 S P R 2 + . С Н 2 С 6 Н 5 (82)
Sn2-Peani{uu |
у атомов элементов группы VA |
143 |
Замещение под действием |
углерод-центрированных |
радикалов |
Фосфоранильные радикалы могут образоваться также в резуль тате присоединения углерод-центрированного радикала к трехва лентному соединению фосфора; затем, как и в предыдущих слу чаях, происходит разложение интермедиата путем а- или (З-элими- нирования. Как оказалось, эта реакция является очень быстрой. Например, Бриджер и Рассел [79] обнаружили только следы хлор бензола после разложения фенилазотрифенилметана в смеси четыреххлористого углерода и трифенилфосфина при молярном соотно шении 4,02:1. При окислении ряда О-алкилдифенилфосфинитов фенильными радикалами (из фенилазотрифенилметана в бензоле) наблюдается только небольшое конкурентное фенилирование рас творителя [80]
|
( С 6 Н 5 ) 2 POR + С 6 Н 5 . - |
( С 6 |
Н 5 ) 3 POR |
- |
( С 6 Н 5 ) 3 |
РО |
+ R- |
|
|
|
R = |
C H 3 , изо-С3Н7, |
С 6 Н „ С Н 2 , |
С 6 Н 5 С Н 2 |
|
|
(83) |
||
Помимо |
фенильных |
радикалов |
[80, 81], реакция (83) |
может вызы |
|||||
ваться метальными и изопропильными радикалами |
(для |
И = СНз). |
|||||||
Однако |
бензильные |
радикалы |
не |
окисляют |
соединений |
фосфора, |
а трег-бутильные радикалы служат только для инициирования цеп
ной |
реакции О-метилдифенилфосфинита с |
метальными радика |
||||||||
лами |
[80] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Медленно: |
трет-С4Нг |
+ С Н 3 О Р ( С 6 Н 5 |
) 2 |
— трет-С^ЩР |
( С 6 Н 5 ) 2 |
( О С Н 3 ) — |
|
|||
|
|
|
|
- |
трет-С4Н9Р |
( О ) ( С 6 Н 5 ) 2 |
+ |
С Н 3 . |
(84) |
|
Быстро: |
С Н 3 . |
4- С Н 3 О Р ( С 6 Н 5 ) 2 |
- |
С Н 3 Р ( С 6 Н 5 ) 2 ( О С Н 3 ) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
- С Н 3 Р ( 0 ) ( С 6 Н 3 |
) 2 |
+ |
С Н 3 . |
(85) |
|
Подобную реакцию можно осуществить, используя |
диметиламино- |
|||||||||
радикалы, полученные фотолизом тетраметилтетразина |
|
[82]. Неспо |
собность трег-бутильных радикалов окислять трехвалентные соеди
нения фосфора отмечалась и ранее [45, 81]. |
|
|
Оказалось, что присоединение углерод-центрированных |
радика |
|
лов к трехвалентным соединениям |
фосфора представляет собой |
|
очень быстрый обратимый процесс. |
К а к отметили Майо, |
Дурам и |
Григгс [71], треххлористый фосфор в 2 раза более реакционноспо-
собен, чем кислород по отношению к циклогексильным |
радикалам, |
однако в этом случае кислород является эффективным |
акцептором |
фосфоранильного радикала |
|
R- + P C 1 3 ^ R P C I 3 |
(86) |
RPCl3 + 0 2 - * R P ( C l 3 ) 0 0 - |
(87) |
Поскольку прочность связи Р—С1 больше, чем связи Р—С, то ре акция, обратная (86), должна происходить легче, чем процесс
144 |
Глава VI |
отщепления атома хлора от фосфоранильного радикала *. Если все же атом хлора отщепляется, то реакция будет представлять собой гомолитическое замещение у атома фосфора. Такой процесс пред положили для объяснения прямого алкилирования треххлористого фосфора метаном или этаном, которое происходит при кратковре менном нагревании до 575—600°С [83]. Реакция катализируется кислородом и ингибируется пропеном, что свидетельствует о цеп ном процессе
P C I 3 — -PCJ2 4- С1- |
(88) |
|
С Ы - С Н 4 — С Н 3 - + Н С |
1 |
(89) |
СН3 -+PCI3 — С Н 3 Р С 1 2 + |
С1. |
(90) |
Подобного результата можно достигнуть в результате облучения электронами или у-лучами смесей углеводородов и треххлористого фосфора [84, 85].
Гомолитическое замещение у атома фосфора должно быть более вероятным для реакции алкильных радикалов с трехбромистым или трехиодистым фосфором [50], но и здесь можно ожидать реак ции отрыва галогена. Последняя реакция была предположена как
одна |
из стадий взаимодействия олефинов с треххлористым |
фосфо |
||||
ром |
[86] |
|
|
|
|
|
|
|
^>С==С</ + |
• РС12 |
— С 1 2 Р С - С < ^ . |
(91) |
|
|
С 1 |
I |
/ |
3 — С 1 |
I I |
(92) |
|
2 Р С - С - + РС1 |
2 Р С - С — С1 + -РС12 |
||||
|
|
I |
\ |
|
I I |
|
Однако недавние работы по реакциям присоединения к олефинам свидетельствуют о возможности промежуточного образования фос
форанильных радикалов, причем переносчиками |
цепи служат и |
С 1 2 Р - и С 1 - [87—89] |
|
,— RCl + - РС1 2 |
|
R. + Р С 1 3 — RPC13 — U.RPCI2 + C L |
(93) |
При фотолизе иод- и бромбензолов в присутствии триалкилфосфитов с хорошими выходами получаются 0,0-диалкилфенилфосфо- наты [90]. Вероятно, эти и подобные ей реакции с триалкил- и триарилфосфитами заключаются в присоединении к последним
_ |
* D (Р—X) в РХ 3 в ккал/моль (Дж/моль) [50]: |
D (Р—С1) =76 (318,20 • 103 ); |
D |
(Р—Вг) =62 (259,58 • 103 ); D (Р—I) =44 (184,22 • 10 |
3 ). |
^>п2-Реакции у атомов элементов группы VA |
145 |
фенильных радикалов |
с промежуточным образованием |
фосфора- |
нильных радикалов [91] |
|
|
|
С 6 Н 5 1 ^ С 6 Н 5 . + 1 - |
(94) |
С 6 Н 5 . + Р ( С Ж ) з - . ( R O ) 3 |
Р С 6 Н 5 - ± - ~ [ С 6 Н 5 Р ( O R ) 3 ] + r |
|
|
RI + C 6 H 5 P ( 0 ) ( O R ) 2 |
(95) |
Однако к такому механизму следует относиться с определенной ос торожностью, так как между электрононасыщенным арилгалогенидом и разнообразными нуклеофилами, вероятно, может происходить фотореакция [81, 92]. Такая нуклеофильная фотореакция скорее, чем альтернативное гомолитическое замещение галогена фенильным радикалом, может быть причиной протекания реакций иодбензола с тригалогенидами фосфора под действием УФ-облучения [93].
С 6 Н 5 1 + Р Х 3 ^ С 6 Н 5 Р Х 2 |
(96) |
Х = Вг, С1 |
|
При облучении УФ-светом трифенилфосфина в смеси бензол — этанол (растворитель) в качестве основного продукта был выделен этилдифенилфосфин [94]. Полагали, что он образуется в процессе (термодинамически невыгодном) гомолитического замещения фенильной группы этильным радикалом
С 2 Н 5 . + Р ( С 6 Н 5 ) 3 - С 2 Н 5 Р ( С 6 Н 5 ) 3 - С 2 Н 5 Р ( С 6 Н 5 ) 2 + С 6 Н 5 - |
(97) |
Этильный радикал мог бы возникнуть и в результате интересной ре акции дифенилфосфино-радикала (при фотолизе трифенилфос фина) с этанолом [95].
С 2 Н 6 О Н + • P ( C 6 H 5 ) 2 ^ C 2 |
H 5 O F ( C 6 H 5 ) |
2 |
^ C 2 H 5 0 . + Н Р ( С 6 Н 5 |
) 2 |
(98) |
|
|
Н |
|
|
|
|
|
С 2 Н 5 0 - + Р ( С 6 Н 5 ) 3 - С 2 |
Н 5 . |
|
+ 0 = Р ( С 6 Н 5 ) 3 |
|
(99) |
|
Полигалогенометаны, |
особенно |
четыреххлористый |
углерод и |
трихлорбромметан, могут реагировать с трехвалентными соедине
ниями фосфора |
как гомолитическим, так и гетеролитическим |
путем |
||
в |
зависимости |
от природы |
реагентов и условий реакции |
[41]. |
Но |
даже в тех |
случаях, когда |
присоединение полигалометильного |
радикала к трехвалентному соединению фосфора дает фосфоранильный радикал, практически не имеется, однозначных примеров их разложения путем а-элиминирования, в результате которого и осу
ществляется процесс |
гомолитического замещения у атома |
фосфора |
С 1 3 С |
+ Р Х 3 - > С 1 3 С Р Х 3 ^ С 1 3 С Р Х 2 + Х- |
(100) |
Однако реакция трифенилфосфина или хлордифенилфосфина с трифториодметаном, в которой образуется дифенилтрифторметилфос-
10 Зак . № Б5Г