Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 174

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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:

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