Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 146
Скачиваний: 0
206 |
Глава |
VII |
Гидроперекиси
Разложение гидроперекиси кумола в кумоле при 110—160 °С включает индуцированную цепь. Вначале предполагали следую щие стадии роста цепи в этом процессе [126]:
/ |
RO- + RH — R O H + |
R. |
(127) |
|
R. + ROOH — ROH + |
RO- |
(128) |
Более поздние исследования индуцированного свободными ра |
|||
дикалами разложения |
ряда третичных |
гидроперекисей |
показали, |
что действительно в основную последовательность реакций вклю чается атака алкоксильным радикалом на перекись с образованием
алкилперокси-радикала, |
который затем |
перегруппировывается |
||
в алкокси-радикал [127—131] |
|
|
|
|
R O - - f |
ROOH — ROH + |
ROO- |
(129) |
|
|
I—ROOR 4- 0 |
2 |
(Ю-200/о) |
(130) |
ROO- + R O O . - |
|
|
||
|
U 2 R O . + 0 2 |
|
(90-80<Vo) |
' |
Однако имеются многочисленные доказательства того, что угле- род-центрированные радикалы могут индуцировать разложение гидроперекисей, причем атака не обязательно направлена на атом кислорода. Например, Березин, Казанская и Угарова [132] исполь зовали метку тритием, чтобы показать, что метальные радикалы спо
собны отрывать водород как из гидроперекисной группы |
(&он), так |
|||||||||
и бутильной |
группы (йен) |
гидроперекиси |
трег-бутила. |
В |
гептане |
|||||
относитеьныые |
скорости |
атаки на |
ту |
и |
другую |
группы |
равны |
|||
konlkcw. = 0,03ехр (—7ШЩТ) |
= 640 |
при |
80°С. Высокая |
реакцион |
||||||
ная способно'сть |
гидроперекисного |
водорода |
понижается |
в воде |
||||||
вследствие |
образования |
водородных |
связей. |
В |
воде |
£он/£сн = |
= 87 ехр (—1100/^7') = 18 при 80 °С.
Термически (150°С) и фотолитически [2537 А (253,7 нм)] ини циируемые реакции гидроперекиси трет-бутила с метилизобутиратом приводят к образованию метилового эфира 2-оксиизомасляной кислоты с выходом 14—34% [133, 134]. Тот ж е продукт образуется с выходом 5%, когда 2-карбметокси-2-пропильные радикалы гене рируются независимо термолизом (79—92 °С) диметилового эфира 2,2'-азо-бис-изомасляной кислоты в отсутствие кислорода. Предпо: лагали, что метиловый эфир 2-оксиизомасляной кислоты образу ется в результате следующей 5н2-реакции у атома кислорода:
|
|
О |
СНо |
|
с |
н |
з ч . || |
| |
|
с |
н |
> С С О С Н 3 + |
( С Н з ) з С О О Н — Н О С — С О С Н 3 4 - ( С Н 3 ) 3 С О - (131) |
|
/ |
| |
|| |
||
|
|
|
С Н 3 |
О |
Однако даже в «бескислородных» условиях раствор, содержащий гидроперекись и источник свободных радикалов, быстро становится
§и2-Реащии |
у атомов элементов группы VIA |
207 |
насыщенным кислородом [127, 131]. Кажется невероятным, чтобы гидроперекись конкурировала с кислородом за алкильный ради кал, поэтому предположили следующий способ образования оксиизобутирата (поочередное взаимодействие с кислородом и пере кисью) :
О С Н 3 С Н 3
ССОСНз Si .ООС—СОСН3 ^ - С < Н э о о _ . |
. 0 ^ _ с о с н |
||
I |
II |
I |
II |
с н 3 о |
с н 3 |
о |
|
|
С Н 3 |
|
|
+ о 2 |
г р С Т " С ' Н 8 ° 0 Н > HOC — COCHg |
+ (г/>ет - С 4 Н 9 00 . ) (132) |
|
|
I |
II |
|
|
с н 3 |
о |
|
Более 20 лет назад Мерц и Уотерс [135] показали, что окисление многих органических соединений реактивом Фентона (H 2 02 + Fen ) включает короткие цепи. Стадии роста цепи при этом можно пред ставить как
RH + |
- O H ^ R . + Н 2 0 ' |
(133) |
R - + |
Н 2 0 2 — R O H + - О Н |
(134) |
К соединениям, способным вступать в эту реакцию, относятся пер вичные и вторичные спирты, альдегиды, а-оксикислоты, аминокис лоты и эфиры. Из этих соединений образуются сс-оксиалкильные, а-аминоалкильные и а-алкоксиалкильные радикалы, т. е. все ради
калы, которые могут |
индуцировать |
разложение диацилперекисей, |
а первые два — также |
разложение |
диалкилперекисей. Однако не |
смотря на то, что взаимодействие радикалов с перекисью водорода
[реакция (134)] можно рассматривать обычным образом, (как |
при |
|
ведено выше), |
Мерц и Уотерс вынуждены были осторожно заметить, |
|
что радикалы, |
которые образуются из индуцирующих растворите |
|
лей, легко восстанавливают ион ртути(II) или иод, например: |
|
|
H g 2 + |
+ С Н 3 С Н О Н — Hg+ + C H 3 C H O H — С Н 3 С Н О 4 - Н+ |
(135) |
Таким образом, был поднят интересный вопрос, на который до сих пор не получено ответа: не является ли скоростьопределяющей ста дией индуцированного разложения одноэлектронный перенос
R- + H 2 0 2 — R + + O H ~ + - О Н — R O H + - О Н |
(136) |
Норман и Вест [125] недавно повторили исследование восстано вления перекиси водорода действием оксиалкильных радикалов, применяя ЭПР-спектроскопию для наблюдения за ходом реакции. Оксиалкильные радикалы получали окислением спиртов гидроксильными радикалами, которые в свою очередь генерировали
208 |
Глава VII |
реакцией с ионом титана (III) и перекисью водорода. Реакционная способность по отношению к перекиси водорода увеличивалась в ряду:
• С Н 2 С Н ( О Н ) С Н з < - С Н 2 С ( С Н 3 ) 2 О Н < -СН2 ОН < - С ( С Н 3 ) 2 О Н <
< - С 0 2 Н . В этом |
же ряду возрастает |
электронодонорная способ |
ность радикалов |
(т. е. увеличивается |
стабильность образующего |
карбониевого иона). С другой стороны, такой же ряд получен для одноэлектронного восстановления нитросоединений и диацетила. Все эти факторы свидетельствуют в пользу процесса переноса элек
трона. Однако радикалы |
проявляют тот же порядок |
|
реакционной |
способности по отношению к кислороду. Это должно |
означать, что |
||
в реакции с кислородом |
вначале происходит перенос |
электрона, |
|
а потом уже взаимодействие органического катиона |
и |
анион-ради |
|
кала кислорода. |
|
|
|
R-+ |
0 2 ^ R + + 0 2 - . — ROO. |
|
(137) |
С другой стороны, это может означать только то, что непосредст венное образование перокси-радикала происходит в переходном со стоянии, которое значительно стабилизуется вкладамидиполярных канонических структур R+- . . . 0~ [136]. По аналогии восстановле ние перекиси водорода может включать только частичный перепое электрона в переходном состоянии
R. +.Н2 02 — [ R . . . OOHJ — ROH + -ОН |
(138) |
Альтернативно восстановление перекиси водорода может включать атаку гидроксильным водородом радикала.
Н2СОН + Н 2 0 2 - > [н2 СО ... Н ... ООн] Н2С = 0 + Н2 0 4- -ОН (139)
Очевидно, детальный механизм этих реакций еще предстоит выяс нить.
Седдон и Аллен |
[137] установили, что константа |
скорости |
реак |
|||||||
ции 1-оксиэтильного |
радикала |
с перекисью |
водорода при |
комнат |
||||||
ной температуре равна 1,5- 105 |
л • м о л ь - 1 • с - |
1 . |
Для |
оксиметильного |
||||||
радикала найдена константа скорости 4,0-I04 |
л • м о л ь - 1 |
• с""1 |
|
[138]. |
||||||
Константы скорости, сообщенные Джеймсом |
|
и Сицилио |
[139], |
для |
||||||
индуцированного разложения перекиси водорода в |
изопропиловом |
|||||||||
спирте, равные для |
(СН 3 ) 2 СОН |
& = 4 • 102 л • м о л ь - 1 |
• с - 1 |
при |
комнат |
|||||
ной температуре и £' = 11,5 |
ккал/моль и для • СН 2 СН(СН 3 ) 2 ОН |
k = |
||||||||
= 2,5 • 102 л • м о л ь - 1 |
• с - 1 , |
Е = 11,6 ккал/моль, |
вероятно, |
слишком |
малы. Кажется удивительным также то обстоятельство, что а-окси-
алкильный радикал оказался |
ненамного более |
эффективным, чем |
Р-оксиалкильный радикал при |
промотировании |
этого разложения. |
Sii2-PeaKiiiiu у атомов элементов группы VIA |
209 |
Возможность протекания межмолекулярных процессов гомоли тического замещения, включающих атаку углеводородными радика лами на перекисную связь гидроперекиси, пока еще однозначно не установлена, однако не вызывает сомнений, что реакции внутримо лекулярного замещения могут иметь важное значение при окисле нии углеводородов в газовой фазе. Эти БнЬреакции, по-видимому, ответственны за образование относительно высоких выходов цик лических эфиров в области температур холодного пламени [140—• 143]. Например [141], из 2-метилпентана в области температур хо лодного пламени (250—300 °С, [RH] = 50—150 мм, [0 2 ]/[RH] = 2) образуются значительные количества О-гетероциклов, 2,2тдиметилтетрагидрофурана и 2,4-диметилтетрагидрофурана.
СНз |
СН3 |
. |
СН3 |
|
сн3ссн2сн2сн3 |
— сн3ссн2сн2снг —^ сн3сснгснг +юн |
, Ш ) |
||
•оо. |
I . r |
J |
' ' |
|
|
о-—он |
о—сн |
|
|
|
|
|
2 |
|
СН |
С Н 3 |
|
C H S |
|
I |
I |
|
I |
|
СН3 ССНг СНСН s — * СНгССНгШСНз — |
НССН 2 СНСН 3 + - ОН |
( ш } |
||
•оо |
но-J—о |
|
сн2-о |
|
Хотя вышеприведенные ЭиД-реакции и кажутся очень заманчи выми, фактически образование таких О-гетероциклов легко пред ставить через соответствующие бирадикалы
( С Н 3 ) 2 С С Н 2 С Н 2 С Н 2 |
и С Н 2 ( С Н 3 ) С С Н 2 С Н С Н 3 |
I |
I |
о . |
о . |
Неперекисные соединения
• Реакции 5н2-типа у неперекисного кислорода встречаются сравнительно редко; исключение составляет карбонильный кисло род, т. е. кислород в концевом положении. Для неконцевого кисло рода два наиболее твердо установленные примера 8н2-реакций включают замещение действием триалкилстаннильных радикалов.
Ньюмен и Линд [144, 145] показали, что разложение алкилгипонитритов индуцируется гидридами триалкилолова. Суммарный про цесс можно представить следующим образом:
RONNOR — 2RO- 4- N 2 |
(142) |
|
RO- + R 3 S n H — ROH + |
R3 Sn. |
(143) |
R3 Sn- + RONNOR - RgSn — OR |
R3 SnOR +Щ•+ .OR |
(144) |
NNOR |
|
|
14 Зак . J * 551