Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 146

Скачиваний: 0

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

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

-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 - > 2 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

 

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 •+ .OR

(144)

NNOR

 

 

14 Зак . J * 551