Файл: Ингольд, К. Реакции свободнорадикального замещения.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 133

Скачиваний: 0

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

234

Глава

VII

при 164 °С. Процессы неконцевого замещения у атома серы и кон­ цевого замещения у. дейтерия протекают очень медленно.

 

 

 

 

18А>

£ , ккал/моль

k m ,

 

 

 

 

 

(4,187-103

 

 

 

 

л • моль - ' • с-1

Д ж / м о л ь )

л • моль-i

• с-1

С Н 3 -

+

C D 3 S H ^ C H 3 S H

+ C D 3 -

7,73

7,6

8,5-103

( 230)

С Н 3 - + C D 3 S H — C H 4 +

CD3 S -

8,03

4,1

9,6-105

( 231)

С Н 3 -

+

C D 3 S H - * C H 3 D

+ - CD 2 SH

7,88

8,3

5,4-103

( 232)

Свободнорадикальные реакции замещения алканов рядом со­ единений, содержащих связи сера—хлор (например, сульфонилхлориды и трихлорметансульфенилхлорид) приводят к образованию хлористых алкилов как основных продуктов [265]. Однако в резуль­ тате цепной реакции с двухлористой серой [264], пентахлорфенилсульфенилхлоридом [266] и трифторметансульфенилхлоридом [265, 267] образуются и хлористые алкилы и сульфиды.

R- -f- R'SCl

— RC1 + R ' S •

(233)

R - + R ' S C 1

R S R ' + С 1 -

(234)

Например, Харрис [265] сообщает, что из первичных алкильных ра­ дикалов, производных толуола, н-бутана и изобутана, почти исклю­ чительно образуются сульфиды RSCF3 и только небольшое количе­ ство хлорида RC1

CF3 SC1 4- С Н 3 С 6 Н 5 ^

C F 3

S C H 2 C 6 H 5 +

С 1 С Н 2 С 6 Н 5

+

C F 3 S S C F 3

+ НС1

(235)

 

 

700/с

 

Зо/о

 

 

 

 

 

 

CF3 SC1 + н - С 4 Н 1 0 -^L C F 3

S C 4

H 9 - H + C F 3

S C H ( С Н 3 ) С 2

Н 5 +

С Н 3 С Н С 1 С Н 2 С Н 3 +

13о/0

 

 

46о/о

 

 

12о/о

 

4- С 1 С Н 2 С Н 2 С Н 2 С Н 3

4-

CF3 S S C F 3

+

НС1

 

 

(236)

 

 

Ю/о

 

28о/о

 

 

 

 

 

 

В случае вторичных радикалов (из циклогексана

и н-бутана)

полу­

чаются и сульфиды и хлориды, причем сульфиды

преобладают

CF3 SC1 4- C 6 H I 2

 

C F 3 S C 6 H „

4-

С 6 Н П С 1 4-

CF3 S S C F 3 +

НС1

(237)

 

 

45о/о

 

280/0

35о/о

 

 

 

 

При взаимодействии

с

трет-бутильными радикалами

 

(из

изобу­

тана) также образуются оба продукта, но хлорид преобладает

CF3 SC1 4- ( С Н 3 ) з СН £L

CF3 SC ( С Н 3 ) з +

CF 3 SCH 2 CH ( С Н 3 ) 2 +

( С Н 3 ) 3 СС1 +

 

 

24о/о

 

12о/о

 

 

 

ЗЗо/о

 

 

 

4- ( С Н 3 ) 2

СНСН 2 С1 4-

CF3 S S C F 3

+

НС1

(238)

 

 

 

 

lo/o

 

47о/о

 

 

 


S-nl-Реакции у атомов элементов группы VIA

235

Эти различия в составе продуктов, по-видимому, связаны с про­ странственными эффектами. Из приведенных результатов следует, что алкильные радикалы в сущности предпочитают атаковать атом серы в CF3SCI, и первичные радикалы реагируют исключительно этим путем. Вторичные и третичные алкильные радикалы испыты­ вают стерические препятствия при атаке на атом серы и поэтому склонны атаковать более доступный атом хлора. На основании сте-

рических факторов можно объяснить и то обстоятельство, что циклогексильные радикалы атакуют атом серы в CI3CSCI менее легко,

чем в CF3SCI. Единственным продуктом реакции с CI3CSCI явля­ ется хлористый циклогексил [268, 269].

Окисление алкильных радикалов ионами металлов может про­ исходить либо путем передачи электрона с образованием карбониевого иона

R . + M ( N + I ) + - > R + + М" +

(239)

либо путем передачи

лиганда, причем непосредственно

образуется

продукт замещения *

 

 

 

R. + M X M _ R X + M X M _ ,

( 2 4 0 )

Относительная важность этих двух типов окислительных

процессов

зависит не только от природы металла и лигандов, связанных с ним, но также от природы растворителя и легкости образования карбониевого иона. В большинстве реакций окисления с передачей ли­ ганда применяются галогениды меди(II) и железа(III), однако для этих же целей можно использовать тиоцианиды, цианиды и азиды Fe m , Cr V I , Pt I V и Pb I v . Процесс передачи тиоцианата можно рас­ сматривать как неконцевую 5н2-реакцию у атома серы, в переход­ ном состоянии которой происходит значительное разделение заря­ дов [271], например:

О

О

 

НОС

( С Н 2 ) 4 С Н 2 - + Fe(SCN)!" — Н О С ( С Н 2 ) 4 CH 2 SCN

(241)

Триггер и Кэри [272] обнаружили, что при нагревании при 150 °С д'ифенилсульфида с ди-грег-бутилперекисью с небольшим выходом (1%) образуется дифенилсульфоксид. На этом основании они счи­ тали, что эта реакция аналогична взаимодействию грет-бутоксиль- ных радикалов с трифенилфосфином и включает промежуточное образование сульфониевого радикала

трет-САЩО. + C 6 H 5 S C 6 H 5 -

C 6

H 5 S C 6 H 5

 

|

 

\_трет-С4ЩО

— C 6 H 5 S C 6 H 5 +

трет-С4Нг

 

О

 

(242)

* Общий обзор реакций такого типа см. [270].


236

Глава

VII

При взаимодействии этого сульфида с трег-бутилгипохлоритом по­ лучается гораздо более высокий выход дифенилсульфоксида, но свободные xper-бутоксильные радикалы при этом не образуются [273]. Алкилсульфиды и дисульфиды реагируют с грег-бутоксиль- ными радикалами при комнатной температуре, образуя радикалы, которые стабилизуются, выбрасывая водород из алкилыюй группы, связанной с атомом серы [274]. Перенос атома кислорода от пе- рокси-радикалов к сульфидам или дисульфидам происходит, по-ви­ димому, легче, чем перенос от алкоксильных радикалов [275]

ROO. 4-R'SR"

R'SR"

— R'SR" + RO-

(243)

I

 

OOR

I

 

О

Что касается гидроксильных радикалов, то в литературе не имеется данных относительно их участия в 5н2-реакциях у атома серы в сульфидах, но известно, что они реагируют с сульфоксидами, замещая алкильный радикал. Действительно, при взаимодей­ ствии гидроксильных радикалов с диметилсульфоксидом методом ЭПР обнаружены метальные радикалы [276]

 

о н

 

 

Н О - + C H 3 S C H 3 -

I

•CH3SOH + С Н 3 -

(244)

CH3SCH3

I

I

\

 

О

о -

о

 

Более детально эта реакция исследована Лагеркрантцем и Форшултом [277], которые использовали нитрозосоединения в качестве «ловушек» образующихся алкильных радикалов и идентифициро­ вали методом ЭПР возникающие нитроксильные радикалы

4 - R'NO - * R'NR

(245)

I О-

Гидроксильные радикалы генерировались фотолизом перекиси во­ дорода. Из соответствующих сульфоксидов были генерированы при этом метальный, тридейтерометильный, этильный, пропильный, изопропильный, бутильный, изобутильный, втор-бутильный, амильный, Тексильный и бензильный радикалы. Аналогично из несимметрич­ ных сульфоксидов, например метилэтилсульфоксида, метилпропилсульфоксида и сульфоксида метионина CH3 SOCH2 CH(NH2)COOH, образуются оба возможных радикала. Сульфоксид тетрагидротио-

.фена при обработке гидроксильными радикалами дает спектр, со-


8ц2-Реакции

у атомов элементов группы VIA

237

гласующийся с нижеизображенным радикалом, который образуется в результате разрыва алициклического кольца

НО- +

Q

 

 

 

(246)

 

 

 

 

 

 

 

но

о

I

 

 

 

о

 

 

 

 

 

Однако в реакциях с диаллилсульфоксидом,

дифенилсульфбксидом

и бис-(я-хлорфенил)сульфоксидом не

обнаружено

никаких

ради­

калов.

 

 

 

 

 

Аналогичная 5н2-реакция у атома

серы

не происходит

также

в случае сульфонов, хотя из некоторых сульфонов образуются

ради­

калы в результате отрыва атома водорода

из алкильной группы

гидроксильным радикалом.

 

 

 

 

 

Гидрид трифенилолова реагирует с алкилсульфидами и меркап­ танами, образуя сульфиды, содержащие связь Sn—S [252]. При этом требуются довольно высокие температуры, но реакции можно катализировать добавлением источников свободных радикалов. По-видимому, эти реакции относятся к процессам 5н2-типа, причем движущей силой является высокая энергия связи олово—сера. На­

пример

[252]:

 

 

 

 

 

( С 6 Н 5

) 3 SnH

4- C 6 H S C H 2 S C H 2

C 6 H 5 — - ( С 6 Н 5

) 3 SnSCH 2 C 6 H s +

С 6 Н 5 С Н 3

 

 

 

 

 

 

(247)

 

(27°/о

некатализируемой

реакции,

42°/0

катализируемой)

 

( С 6 Н 5 ) 3 SnH + C 6 H 5 C H 2 S H - ^ ( С 6 Н 5 ) 3

SnSSn ( С 6 Н 5 ) 3 + H2 S

4- C 6 H S C H 3

 

 

 

 

 

 

(248)

 

(0°/о некатализируемой

реакции,

60о/0

катализируемой)

 

Фотоиндуцированная реакция гидрида трибутилолова с бензилмеркаптаном при 30 °С происходит гораздо медленнее, чем взаимодей­

ствие с любым из сульфидов

[201]. Для реакции

(249)

найдена

кон­

станта скорости, равная ~ 2 • 104 л • м о л ь - 1

• с - 1 .

 

 

 

( я - С 4 Н 9 ) 3 Sn- 4- C 6 H 5 C H 2 S H — ( « - C 4 H 9 ) 3

SnSH 4- C 6 H 5 C H 2 -

(249)

Гидрид трибутилолова

не реагирует с дибензилсульфидом при 30 °С

с измеримой скоростью

[201].

 

 

 

 

 

Моногидриды оловоорганических соединений

индуцируют

раз­

ложение арил(арилазо)сульфидов и арил (арилазо)сульфонов

[144,

278]. Реакция с сульфидами

представляет собой,

по-видимому,

5н2-процесс у атома серы

 

 

 

 

 

R3 Sn. 4 - A r N = N S A r ' ^ ^ R 3 S n S A r ' 4 - N 2 - r - А г -

(250)


238 Глава VII

Однако, возможно, что скоростьопределяющая стадия

заключается

в переносе электрона

 

 

R3 Sn- + A r N = N S A r ' — [R3 Sn+ + Ar- 4- N 2 + " S A r ' ] —

 

 

— R3 SnSAr' + N 2

4- Ar- (251)

Состав продуктов реакции с

сульфонами указывает

на атаку по

атому кислорода или по связи

S = 0

 

О

 

 

R3 Sn- + A r N = N l A r ' — R3 SnOSAr' + N 2 4- Ar-

(252)

Гидрид олова может присоединяться также по связи N = N образуя ArNHN(SnR3 )S02 Ar'. Азосульфиды термически неустойчивы уже при 50°С и медленно разлагаются в разбавленных растворах ( < 0 , 2 5 М )

A r N = N S A r ' —» Ar- + N 2 4- Ar'S •

(253)

В более концентрированных растворах скорость разложения повы­ шается, по-видимому, вследствие того, что 5н2-процессы иницииг руются арильными или арилтиильными радикалами. В разбавлен­ ных растворах скорость разложения сульфидов увеличивается при добавлении арилмеркаптана, иода или гидрида олова. Возможно, что в этих случаях разложение представляет собой также цепной процесс, т. е. арильные радикалы реагируют с добавками, образуя радикал (ArSили I-), который затем участвует в 8н2-реакции у атома серы азосульфида и, таким образом, вновь генерирует арильный радикал. В случае гидридов олова состав продуктов под­ тверждает этот механизм, однако механизм разложения с добав­ ками меркаптана и иода не установлен.

Десульфирование органических сульфидов в присутствии ни­ келя Ренея как катализатора обычно протекает через образование свободных радикалов * [279, 280]. Эту реакцию можно рассматри­ вать как процесс гомолитического замещения под действием никеля,

который сопровождается

одновременным или последующим рас­

щеплением алкилсульфида

никеля и образованием

второго свобод­

ного радикала

 

 

 

 

RSR'+Ni-PeHe«-*RS -R' — R' S R' —*• R,,RR', R'2 и т.д.

 

I

/

\

(254)

м

щ

m

m

 

 

 

W///////////

 

Подобным образом может протекать десульфирование под дей­ ствием других металлических катализаторов.

*. Возможные исключения приведены в работе [280].