Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 143

Скачиваний: 0

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

Ъп^-Реащии у атомов элементов группы VIA 215

часто используются

для

ингибирования

виниловой полимериза­

ции

 

 

 

 

 

м ' + °

\ _ /

° ~ * ~ м о

~ ~ ( О /

°

(169)

 

Силильные радикалы присоединяются к карбонильному кислороду

[162], по-видимому, вследствие

большой прочности

 

Si—О-связи.

Менапейс и Куивила [163] сообщили

о протекании

SHJ-реакции

с атакой

углерод-центрированным радикалом по

карбонильному

кислороду. При восстановлении Y-хлорбутирофенона гидридом три-

н-бутилолова образуется с 65%-ным выходом

смесь 2-фенилтетра-

гидрофурана и бутирофенона в отношении 4 : 1

 

 

 

С 6 Н 5 С О С Н 2 С Н 2 С Н 2 С 1 + ( н - С 4 Н 9 ) 3 Sn- — С 6 Н 5 С С Н 2 С Н 2 С Н 2 . +

(H-C4 H9)3 SnCl

 

(н-С.НдЪ SnH

 

 

 

Iс н

 

 

 

 

С 6 Н 5 С О С Н 2 С Н 2 С Н 3

с

б Н

5

СI

2

 

 

 

20»/о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

сн2

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н 2

 

 

 

 

 

 

 

 

(к - С,Н в ) 3 SnH

 

 

 

С 6 Н 5 С Н - С Н 2

 

(170)

 

 

 

 

 

1

I

 

 

 

 

 

 

 

 

о

сн2

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

н 2

 

 

 

 

 

 

 

 

80о/о

 

 

 

Движущая сила этого внутримолекулярного

процесса

замещения

у. атома

кислорода, безусловно,

заключается

в образовании ради­

кала, который одновременно является бензильным и а-алко- ксильным.

Таннер и Лоу [164] сообщили другой интересный пример внутри­ молекулярного замещения углерод-центрированным радикалом у атома кислорода карбонильной группы. Радикал, генерируемый

декарбоксилированием 2-метил-2-ацетоксимасляного

альдегида (8)

в результате цепного

радикального

процесса

при

75°С,

образует

перегруппированный

и неперегруппированный

ацетаты.

Ацилокси-

группа подвергается

1,2-миграции;

при этом исходный

первичный


216 Глава VII

алкильный радикал превращается в более стабильный третичный радикал

С Н 3

О

С Н 3

О

С Н 3

С Н 3

 

I

11 (-н)

I

I!

(-со)

I

I

С С Н 2

(171)

С Н 3 С С Н 2 С Н - — Д - С Н 3 С С Н 2 С

- ^ - i C H 3

C C H 2

> С Н 3

<

с

<

<

н

<

<

°

v

°

 

8 С Н з

Х С Н з

 

Х С Н 3

Н 3 С /

 

 

 

 

 

 

 

18

 

|8

 

 

 

 

 

 

с н 3

 

 

с н 3

 

 

 

 

 

 

I

 

 

I

 

 

 

 

 

С Н 3 СI С Н 3

 

С НI3 С Н С Н 2

 

(172)

 

 

 

 

О С О С Н 3

 

О С О С Н 3

 

Вышеприведенная

перегруппировка

радикала

[реакция

(172)] ана­

логична симметричной перегруппировке, изученной Дрю и Марти­ ном [89] [реакция (93)]. Однако Таннер и Лоу [164] обнаружили, что в случае 2-ацетоксимасляного альдегида не происходит подоб­ ной перегруппировки. По-видимому, это обусловлено тем, что выигрыш в энергии, получаемый за счет миграции ацетоксигруппы из вторичного положения в первичное, т. е. за счет образования более стабильного радикала, недостаточен для того, чтобы пере­ крыть энергию активации, необходимую для такой перегруппи­ ровки [164].

 

 

 

Б .

Сера

 

 

 

 

 

 

Обширные исследования

процессов

гомолитического

замещения

у атома серы показали, что такие

процессы происходят

особенно

легко в тех случаях, когда

атомы

серы связаны друг с другом. От­

носительно слабая

связь

S—S в

дисульфидах

[D(CH3 SSCH3 ) =

= 69 ккал/моль

(288,89 • 103

Дж/моль)]

[165]

легко

разрывается

как алкильными, так и тиильными радикалами

[166, 167]

 

 

 

R'. + RSSR->R'SR4-RS-

 

 

 

(173)

 

 

R'S- +

RSSR — R'SSR + RS-

 

 

 

(174)

Еще более слабая

связь S—S в полисульфидах

[D (CH3 S2 SCH3 ) =

=46 ккал/моль

(192,59• 103

Дж/моль)

 

[168],

D(CHS S2 S2 CH3 ) =

=37 ккал/моль

(154,91 • 103

Дж/моль)

[168,169] и

DJS4

S * j ~

« D ( - S i — S j - ) « 3 3

 

ккал/моль

(138,16• 103

Дж/моль)]

[168]

может

разрываться под действием

полисульфенильных

радикалов,

напри­

мер:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R'SS. 4-RS4R — R'S 3 R4 - RS 3 .

(175)


SH2-Реакции у атомов элементов группы VIA

217

Во всех остальных случаях полисульфенильные радикалы почти полностью нереакционноспособны. За исключением особых случаев, они не способны отрывать атомы водорода или присоединяться по двойным связям.

Обсуждение реакций гомолитического замещения производных серы проводится по следующим четырем разделам: элементарная сера, полисульфиды RSn R (п>2), дисульфиды и сульфиды.

Элементарная сера

Особенно интересный пример расщепления полисульфидов полисульфенильными радикалами можно наблюдать в самой сере при повышенных температурах. При температурах, начиная от ком­ натной и до температуры, немного превышающей температуру плав­ ления серы, стабильной формой серы является Ss. Вплоть до ~ 159 °С жидкая сера имеет нормальную вязкость, однако при этой температуре вязкость начинает увеличиваться и к 187°С увеличи­ вается в 10 000 раз. Затем с повышением температуры вплоть до температуры кипения серы вязкость уменьшается. Полагают, что эти необычные свойства серы в основном обязаны равновесию между восьмичленными кольцами Ss и длинными цепями из атомов серы • Sn •, которые достигают своей максимальной длины при тем­ пературе наибольшей вязкости ([164], гл. 2; [166, 167, 170—181]

(176)

(177)

Деполимеризация происходит как путем произвольного разрыва цепи, так и в результате разрушения колец у концов цепи в резуль­ тате внутримолекулярного замещения ( SH O-

Наиболее

детальная картина состояния жидкой серы

получена

в результате

исследования ее спектров парамагнитного

резонанса

[182, 183]. Изучение зависимости концентрации радикалов от тем­

пературы дало возможность

определить, что прочность связи

S—S

в Sg-кольце равна 38 ккал/моль

(159,09 • 103

Дж/моль)

[182]; эта

величина

исключительно

хорошо

совпадает

со значениями,

полу­

ченными

другими

методами.

[Например

[173],

km=

= 1,1 • 105 ехр (—33 000/^7")

с"1 ,

Д5°1 7 6 =23

Гиббс/моль,

ДЯ°1 7 в =

= 32,8 ккал/моль (137,33103

Дж/моль).]

На

основании

изме­

нения ширины линий парамагнитного спектра с температурой определена константа скорости стадий роста цепи при полимериза­

ции [182],

/2i77 = 2,8- 108 ехр

(-3W0/RT)

л • моль-1

• с"1 . Константа

равновесия

этой

реакции

дается

выражением

[173]:

Кт =

= 10,4ехр (—3200/Я7") л/моль [ Д 5 ° т = 4,6 Гиббс/моль,

Д#°1 7 7 =

=3,17 ккал/моль

(122,72 • 103

Дж/моль)].

ч

 


218

 

 

 

Глава

VII

 

 

 

 

 

Равновесие кольцо—цепь, существующее у элементарной

серы,

можно изменить добавлением алкильных или тиильных

радикалов

{184,

185]. Например

[184], в смесях

диметилдисульфида

и

серы

при

120 °С около

70—80%

дисульфида

быстро

разрушается

и 50%

метальных

групп включается

в длинные цепочечные

поли­

сульфиды CH3 S„CH3 ,

где п ^ б .

Последние

медленно

разрыва­

ются,

образуя равновесную

смесь

полисульфидов

(л = 2,

3, 4, 5

и т. д.). Начальную реакцию можно представить следующим

обра­

зом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S 8 - . S 8 .

 

 

 

 

(176)

 

 

 

C H 3 S 2 C r f 3 ^ : 2 C H 3 S .

 

 

 

 

(178)

 

 

 

C H 3 S . +

S 8 - C H 3

S 9 .

 

 

 

 

(179)

 

• S 8 . + C H 3 S 2 C H 3 ^ C H 3 S 9 . + C H 3 S -

 

 

 

(180)

 

C H 3 S . + C H 3 S 9 . ^ : C H 3

S i 0 C H 3 и

т. д.

 

'

 

(181)

Для реакции диметилсульфида с элементарной серой требуются более высокие температуры, чем для перехода от циклической Ss-формы к линейной [184]. Д а ж е при 190 °С реакция протекает очень медленно и дает сложные смеси, состоящие из диалкилполисульфидов наряду с метиленсульфидными цепными молекулами, содержащими на концах метальные группы. В этих системах в не­ которой степени должны происходить реакции отрыва атомов водо­ рода.

Элементарная сера — довольно эффективный ингибитор поли­ меризации ряда винильных мономеров, включая винилацетат [186], метилметакрилат [187, 188], метил акрил ат [189] и стирол [190]. Резонансно стабилизованные полимерные углерод-центрированные радикалы, образующиеся из этих мономеров, атакуют циклическую Se-cepy гораздо медленнее, чем полисульфенильные радикалы, при­ сутствующие в жидкой сере (табл. 7). Начальные реакции можно представить следующим образом:

~ M - + S 8 - ~ M S 8 -

(182)

~ M S 8 - + M - * ~ M S 8 M -

(183)

~ M S 8 - + ~ M — ~ М 8 У £ —

( 1 8 4 >

Линейные частицы S8, не связанные в полимер, также атакуются полимерными радикалами. Скорость атаки на ~ M S g M ~ не-


 

 

$>ъ2-Реащии

у атомов

элементов

группы

 

VIA

 

219

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

7

 

Значения

констант

скорости для свободнорадикальной

атаки

 

 

 

 

 

 

на

элементарную

серу

 

 

 

 

 

 

 

 

Темпера­

 

 

а

 

* б,

 

 

 

 

 

 

Радикал1

 

тура,

C = klrlk

 

Р

 

 

 

 

Литература

 

 

 

°С

 

 

 

 

л - м о л ь - 1 - с - 1

л - м о л ь - ' . с - 1

 

 

Полисульфенил

 

45

 

 

 

 

 

 

 

2 • 106

182

 

Циклопентил

 

—40

 

 

 

 

 

 

 

6 • 107

192

 

Поли(винилаце-

45

 

470 в

 

 

1480

 

7 • 105

186

 

тат)

 

81

 

50—120

 

138

0,7 • 104 —

190

 

Полистирил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1290

—1,7

• 104

 

 

Поли

(метилакри-

44

 

0,86

 

 

 

1,1 • 103

189

 

лат)

 

44

 

0,075

 

505

 

38

 

 

 

Поли(метилмета-

 

 

 

 

187

 

крилат)

 

50

 

0,106

 

 

575

 

6 1 г

 

 

Поли

(метюшета-

 

 

 

 

188

 

крилат)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Три-к-бутилстан-

30

 

 

 

 

 

 

5,5 • 106

201

 

нил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

Отношение

константы

скорости атаки

на S s

к

константе

скорости

атаки на

 

мономер .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислены из значений параметров активации

для стадии

роста цепи

и PZp),

 

приведенных на стр. 95 работы [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

Предполагали, что к а ж д а я

единица Sa, не связанная в цепь,

д а е т

начало

ещ е двум

 

цепям,

тогда klk

=57 (km=8,4 • 10' л • моль - 1

• с - 1 ) ; при том ж е условии kmlkv=W (&ш=

 

= 3 • 104 л • м о л ь - 1 • с - 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

Константы

скорости (л • м о л ь - 1

• с-1 ) дл я атаки радикалами

поли(метилметакрилата)

 

на C 6

H 5 C H 2 S n C H 3 C 6

H 5равны

[192]: 49

( п = 4 ) ;

12 (ге=3); 9 (tt=2); 6

(га=1), 0 (rt=0)

при 50 "С.

 

сколько меньше, чем скорость атаки на Бе-кольцо, т. е. kn2>km>•

• •

и т. д. [186].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ М - +

~ M S e

M ^

~4V[Sr-iM~> + ~ M S j j 7

 

(1^5)

 

 

 

~ м « + . V M S ^ M ^ - * - ~ M S 6 _ I M ~ +• ^ M S , : 6

 

( ] 8 6 )

 

Полимерные радикалы, образующиеся из винилацетата и сти­ рола, атакуют серу гораздо быстрее, чем мономер, но для метилметакрилата наблюдается обратный порядок. Такое различие обуслов­ лено, вероятно, полярными эффектами [166, 167]. Электронодефицитный поли (метилметакрилат)-радикал реагирует с серой гораздо медленнее. Следовательно, связь S—S менее чувствительна к электрофильной атаке, чем к нуклеофильной [166]*. Подобные по­ лярные эффекты наблюдаются в реакциях полисульфидов и дисуль­ фидов со свободными радикалами, причем оба типа соединений

* Недавно опубликован обзор [191] по реакциям электрофильного и нуклеофильного расщепления S—S-связей.