Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 170

Скачиваний: 0

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

$к2-Реащии у атомов элементов -группы VA 155

[147]. Подобным образом трифториодметан реагирует с триметилстибином, хотя при этом не образуется четвертичного иодида [148]

( С Н 3 ) з Bi + CF3 I i ^ l c + ( С Н 3

) 2

BiCF3 + CH3I

(135)

Каллен [143, 149] предположил, что

расщепление

связи М—С

(М = Р, As, Sb, Bi) перфторалкилиодидами

протекает по гемолити­

ческому механизму, а не через промежуточное образование четвер­

тичной

соли, особенно в тех случаях,

когда используется

менее ос­

новное

металлоорганическое соединение

(например, [(CH3 )2 AsI])

и реакция проводится при высоких температурах

 

 

 

( С Н 3 ) 2 Asl - f CF3I -> CH3 As (I ) CF 3 + CH3I

(136)

При

облучении УФ-светом смеси

трис- (трифторметил) арсина

и йодистого метила при комнатной температуре получены

продукты

типа

(CF3 )n (CH3)3-nAs (в основном я = 2)

наряду с трифториодме-

таном

и гексафторэтаном [150]. В отсутствие облучения

даже при

140 °С реакции не наблюдается, но при нагревании до 235 °С в те­ чение 24 ч происходит такая же реакция, как и под действием УФ-света. Возможность гомолитического механизма для этой реак­ ции отклонена на том основании, что в ее продуктах отсутствуют метан и 1,1,1-трифторэтан, образования которых следовало бы ожидать из свободных метальных радикалов. Поэтому предполо­

жили промежуточное

образование нестабильной

соли арсония

 

 

/ С Н 3 "

 

( C F 3 ) 3 A s + C H 3 I

(CF3 )3 As;^

( C F 3 ) 2

ASCH3 + CF3I

или нагревание

М

 

 

 

 

 

 

 

(137)

Однако поскольку трис- (трифторметил) арсин является хорошим акцептором метальных радикалов, то отсутствие метана и трифторэтана не удивительно, и, следовательно, альтернативный гемолити­ ческий механизм также возможен

 

C H 3

I

~ > С Н 3

. + I -

(138)

С Н 3 .

+ As ( C F 3

) 3

- . [GH3

As ( C F 3 ) 3 ]

(139)

[CH3 As ( C F 3 ) 3

] - CH3 As ( C F 3 ) 2 + CF3 -

(140)

CF3 -

+ Ь ( и л и I 2 ) - * C F 3 I

 

(141)

В случае реакций

с трис- (трифторметил) арсином весьма

вероятно

промежуточное образование четырехкоординационного промежу­

точного радикала [CH3 As(CF3 )3] [151].

Связь As'—As в тетраметилдиарсине легко расщепляется трифториодметаном при комнатной температуре [152]. Этот процесс напоминает подобную реакцию расщепления связи Sn—Sn в гексаметилдистаннане (гл. V) . Связи As—As в арсенобензолах претер­ певают подобный разрыв при нагревании с избытком трифториод-


156

Глава VI

метана при 115°С или при облучении УФ-светом [153]. В результате таких реакций образуются фенил-б«с-(трифторметил) арсин, трифторметил(иод)фениларсин и фенилдииодарсин.

( C 6 H 5 A s ) 6 + 6CF3I - 2C6 H5 As ( C F 3 ) 2 + 2C6 Hs As (CF 3 ) I + 2C G H 5 AsI 2 ( 1 4 2 )

Тетраметилдиарсин не реагирует

с тетрафторэтиленом

при 20°С,

по крайней

мере быстро, но при облучении

смеси этих

реагентов

происходит

реакция, в результате

которой

образуется

в

основном

1 : 4-аддукт [153]

 

 

 

 

( С Н 3 ) 2

AsAs ( С Н 3 ) 2 + 4CF2 = C F 2

- ( С Н 3 ) 2 As ( C 2 F 4 ) 4 As ( C H 3

) 2 ( 1 4 3 )

Наконец, при взаимодействии тетраметилдиарсина с гексафторбутином получаются примерно равные количества производных цис- и гранс-бутенов [153]

( С Н 3 ) 2 AsAs ( С Н 3 ) 2 + CF 3 C=CCF 3 -

- ~ ( С Н 3 ) 2 As ( C F 3 ) С = С (CF3 ) As ( С Н 3 ) 2 ( 1 4 4 )

Очевидно, имеется некоторая вероятность осуществления этих ре­ акций по радикальному механизму, причем в этих случаях проте­ кало бы замещение Зн2-типа перфторалкильных радикалов у атома мышьяка (связь As—As в соединениях, обсуждаемых выше).

Взаимодействие солей.арилдиазония с арсенитами щелочных ме­ таллов и треххлористым мышьяком в присутствии солей меди(1) или металлической меди как катализаторов (реакции Барта и Шел­ лера соответственно) приводит к образованию связей арилуглерод— мышьяк [143].

Соединения, содержащие фенильные группы, связанные с мышьяком или висмутом, можно получать разложением хлорида фенилдиазония карбонатом кальция в присутствии соответствую­ щего элемента [154]. Эти реакции могут протекать с участием сво­ бодных арильных радикалов и в определенных случаях относиться к процессам гомолитического замещения.

Предполагали, что при облучении электронами [3,3 Мэв (5,2910~13 Д ж ) ] из генератора Ван-дер-Граффа раствора треххлористого мышьяка в циклогексане можно получить заметные коли­

чества дихлорциклогексиларсина [84]. В этой системе

генерируются

циклогексильные радикалы, и часть продуктов может

образоваться

в результате реакции гомолитического замещения у мышьяка

цикло-CgH]]- 4- AsCl3 —• H,HOO-C6 HIIASC12

4. CN

 

( 1 4 5 )

Хафф и Перри

[155] определили

константы

процесса передачи

цепи для ряда металлоорганических

соединений

в реакциях ради­

кальной полимеризации стирола (100°С), метилметакрилата

(60 °С)

и акрилонитрила

(60°С). Для реакций с трибутилстибином

полу-


 

Бн2-Реакции

у

атомов элементов

группы VA

157

чены следующие значения

констант

передачи цепи:

стирол

(5,8• 10~3),

метилметакрилат (<1-10~4 )

и

акрилонитрил

(11,1).

Значение этих результатов не ясно.

 

 

 

Замещение

под действием

сера-центрированных

радикалов

 

О возможности разрыва всех трех связей Bi—С в триэтилвисмутине сероводородом сообщалось еще в 1854 г. [156]

2 ( С 2 Н 5 ) 3 Bi + 3H2 S -~ B i 2 S 3 + 6 С 2 Н 5 Н

(146)

Гораздо позднее Гилман и Нелсон [157, 158] исследовали реак­ цию ряда органических соединений, содержащих слабокислые атомы водорода с серией элементоорганических производных. Ско­ рости реакций измерялись по объему выделяющегося газообраз­ ного алкана (RH)

R„M +

/ w H X - * R „ _ m M X O T +

mRH

(147)

М = К, Na, L i , Са,

Mg, Zn, A l , Cd, В,

Pb, Hg, Bi, Sn,

Si

В общем Гилман и Нелсон установили, что существует корреля­ ция между кислотностью соединений, содержащих активный водо­ род, и легкостью расщепления связи металл—углерод. Однако реакционная способность свинец-, висмут- и ртутьорганических со­ единений по отношению к тиолам и селенолам (—SH и —SeH) ока­ залась аномальной, поскольку они легче расщеплялись тиолами и селенолами, чем более кислыми карбоновыми кислотами [159]. При нагревании триарилвисмутина с эквимолярным количеством тиофенола при 100°С или при кипячении в растворах хлороформа, бен­ зола или толуола разрывались только две связи С—Bi; при этом возвращался непрореагировавший триарилвисмутин, но в продук­ тах реакций не обнаружено Ar2 BiSC6H5 или (СбН5 5)зВ1 [160, 161]

2C 6 H 5 SH + Ar 3 Bi — A r B i ( S C 6 H 5 ) 2 + 2АгН

(148)

Ar = C 6 H 5 , л - С Н 3 С 6 Н 4 , л-С1С6 Н4

 

При более высоких температурах [161, 162], например в кипящем ксилоле [161], триарилтиовисмутины еще могли образоваться, хотя трй-1-нафтилвисмутин в этих условиях вообще не расщеплялся тиофенолом. Трудность отщепления 1-нафтильной группы от висмута показана также с помощью селективной реакции 1-нафтилдифенил- висмутина с тиофенолом в кипящем хлороформе, в процессе которой образовывался только 1-нафтил-б«с-(фенилтиил)висмутин [161].

l - C 1 0 H 7 B i ( С 6 Н 5 ) 2 + 2C 6 H 5 SH - l - C 1 0 H 7 B i ( S C 6 H 5 ) 2 + 2 С 6 Н 5 Н

(149)

В отличие от этого" трифенилстибин, как сообщалось [161], не рас­ щепляется тиофенолом при нагревании в течение 80 мин при 100 °С.


158

Глава VI

Объяснение «аномального» поведения сурьма- и висмуторганических производных с соединениями, содержащими SH- и SeHгруппы, недавно дано Дэвисон и Хуком [163]. Эти авторы показали, что соединения типа R3M (M = Sb, Bi) реагируют с тиофенолом, да­ вая фенилтиосоединения Rn M(SC6H5)3-n, и что реакции можно инициировать ди-трег-бутилгипонитритом и иногда ингибировать гальвиноксилом, фентиазином или 2,2,6,6,-тетраметилпиперидолом-1- он-4, известными «ловушками» свободных радикалов. Авторы при­ шли к выводу, что разрыв связи М—С происходит по цепному ради­ кальному механизму, где связь S—М образуется в процессе бимо­ лекулярного гомолитического замещения фенилтиильным радика­ лом у атома металла

C 6

H 5

S . + M R 3 - C 6 H S S M R 2 + R.

'

(150)

R. 4 - C 6 H 5

S H - R H

+ C 6 H 5 S -

 

(151)

M =

Sb,

Bl;

R =

C H 3 ) C 2 H 5 ,

C 6 H 5

 

В некоторых случаях в результате реакции гомолитического заме­ щения, подобной (150), разрывается и вторая, а иногда и третья связи М—С. Результаты суммированы в таблице.

Продукты взаимодействия тиофенола с органическими производными сурьмы и висмута в бензоле

 

Условия

реакции

 

R 3 M

темпера­

продолжи­

Продукты

 

тельность,

 

 

тура, °C

 

 

 

ч

 

( C H 3 ) 3 S b

50

6

C H 3 S b ( S C 6 H g ) 2

( С 2 Н 5 ) 3 Sb

35

168

S b ( S C 6 H 5 ) 3

( C 6 H 5 ) 3 S b

50

15

( С 6 Н 5 ) 2 SbSC 6 H 5

( C H 3 ) 3 B i

35

24

C H 3 B 1 ( S C 6 H 5 ) 2

( C 2 H g ) 3 B l

35

16

C 2 H 5 B 1 ( S C 6 H 5 ) 2

( C 6 H 5 ) 3 Bi

35

5

C 6 H 5 B i ( S C 6 H 5 ) 2

Реакции (150) и (151) представляют собой стадии роста цепи свободнорадикального цепного процесса. В отсутствие добавок инициатора инициирующие радикалы могут образоваться в резуль­ тате окисления тиофенола или металлоорганического соединения следами кислорода. В связи с этим инертность трифенилстибина по отношению к тиофенолу, обнаруженная Гилманом и Яле [161], вероятно, объясняется отсутствием инициатора или присутствием неизвестного ингибитора.

Алкилтиильные радикалы взаимодействуют с трехвалентными соединениями фосфора, образуя промежуточные фосфоранильные


 

Реакции у атомов элементов

группы VA

159

радикалы,

которые

обычно

далее

подвергаются

разложению

с р-элиминированием

(отрыв радикала от атома серы)

 

 

 

RS-+PX3-RSPX3

 

(77)

 

R S P X 3 ± ^ " = ' U R .

+

S = P X 3

(786)

Участвует

или нет подобный

интермедиат

в реакциях, обсуждае­

мых выше, вопрос спорный. Однако, если такой интермедиат обра­ зуется, то он должен разлагаться путем а-элиминирования, что соответствует наблюдаемым продуктам и находится в согласии с уве­ личением прочности связи М—S (M = Sb, Bi) и уменьшением энер­ гии связи М—С относительно соответствующих значений для фосфорорганических соединений.

Р-эл.шинирование^ + g M R ^

( 1 5 2 а )

RS- + M R 3 - * R S M R 3 -

 

. - э л и м и н и р о в а н и е ^ R g M R - + R ' .

( 1 5 2 б )

Реакция триалкиларсинов с тиолами, вероятно, не известна, но она

была бы интересной

в том отношении,

что

могла

бы представлять

собой

совокупность

конкурирующих

процессов

(152а) и

(1526)

( M = A s ) . В настоящее время отсутствуют

доказательства,

что ре­

акция

дисульфида и тетраалкилдиарсинов

[164,

165] не протекает

по гетеролитическому механизму, особенно при низких температу­

рах

(20 °С). Тем более следует отметить, что трехвалентные соеди­

нения фосфора реагируют с дисульфидами

как гетеролитическим,

так и гемолитическим

путем.

 

 

В 1923 г. было показано

[166], что родан

окисляет трифенилар-

син

и трифенилстибин

до

пентавалентных

производных, в то же

время в случае трифенилвисмутина происходит расщепление связи Bi—С с образованием дифенилтиоцианатовисмутина [(C6H5 )2BiSCN].

В более недавней

работе доказали, что присоединение

родана

к трехвалентным

органическим производным мышьяка и

сурьмы

приводит к образованию продуктов, содержащих связи М—N (М = = As, Sb) [167].

 

R3 M + ( S C N ) 2 - R 3

M ( N C S ) 2

(153)

 

M =

As, Sb;

R =

C H 3 , C 6 H 5

 

Однако эта работа подтвердила,

что

при

взаимодействии родана

с трифенилвисмутином

разрывается

связь

Bi—С и

образуется

( C 6 H 5 ) 2 B i S C N

[167]

 

 

 

 

 

( С 6 Н 5

) 3 Bi + ( S C N ) 2 -~ ( С 6

Н 5 ) 2

BiSCN + C 6 H 5 SC N

(154)

Наблюдаемое различие в способе связывания SCN-группы с метал­ лом в продуктах реакций (153) и (154) можно объяснить на осно­ вании предположения о различных механизмах для процессов