Стереохимия процесса

(пространственный ход реакции)

В случае оптически активных хиральных[18] субстратов в реакциях нуклеофильного замещения, как правило, происходит:

- в механизме S_N1 утрата оптической активности и образование рацематов;

- в механизме S_N2 сохранение оптической активности с обращением конфигурации.

 

В механизме S_N1 атом углерода в исходном состоянии находится в тетраэдрическом состоянии sp ³-гибридизации.

На первой стадии после отщепления уходящей группы (Х) образуется карбкатион, в котором центральный атом углерода находится в состоянии sp ²-гибридизации. Все заместители (R, R’, R’’) при этом располагаются в одной плоскости (копланарно).

На второй стадии нуклеофильный реагент (Y) с равной вероятностью может атаковать эту плоскость с любой стороны. В результате чего образуется примерно равное количество продукта с сохраненной и обращенной конфигурациями (рацемат не обладающий оптической активностью).

На рис.5 показана стереохимия реакций S_N1.

 

+

+ Х –

 

Y –     Y –

cохранение конфигурации обращение конфигурации

 

 

+

 

 

 

Рис.5 Стереохимия реакций S_N1 (рацемизация)

Исключением из данной схемы являются случаи стабилизации образующегося карбкатиона за счет участия соседних групп. Такое участие соседних групп называется анхимерным содействием (от греческих слов анхи – близкий и мерос – часть). В результате анхимерного содействия соседняя группа, имеющая неподеленную пару, взаимодействует с предполагаемым карбкатионным центром («выталкивает» уходящую группу). А нуклеофил может атаковать субстрат только со стороны уходящей группы. В результате анхимерного содействия, как правило, образуются продукты с сохранением конфигурации (см.рис.6).

 

 

Рис.6 Схема анхимерного содействия

На рис.6 анхимерное содействия оказывает групп -СОО^–. Другими группами способными к анхимерному содействию являются: -OCOR, -COOR, -COAr, -OR, -OH, -O^–, -NH₂, -NHR, -NHCOR, -SH, -S^–, -I, Br, Cl.

 

Yδ– Xδ–

В механизме S_N2 нуклеофил из-за электростатических и пространственных препятствий атакует центральный атом углерода «с тыла» - со стороны противоположной уходящей группе. В переходном состоянии реагент Y, центральный атом углерода C и уходящая группа Х располагаются на одной прямой, а заместители R, R’ и R’’ лежат в одной плоскости. По мере того как уходящая группа покидает переходное состояние связи С–R поворачиваются в ту же сторону, подобно зонтику, выворачиваемому ветром. На рисунке 7 показана стереохимия реакции S_N2.

 

Y–

X –

 

Рис.7 Стереохимия реакций S_N2 (обращение конфигурации)

В результате образуется оптически активный продукт с обращенной конфигурацией.

Исключением из этого правила является превращение спирта в алкилгалогенид под действием хлористого тионила. При этом, как правило, образуется продукт с сохранением конфигурации. Это объясняется тем, что реакция спирта с тионилхлоридом протекает через промежуточное образование хлорсульфита, который превращается в конечный продукт путем внутримолекулярного нуклеофильного замещения. Исходная конфигурация при этом сохраняется. На рисунке 8 показан механизм взаимодействие спирта с хлористым тионилом. Такой механизм получил обозначение S_Ni. (Substitution Nucleophilic internal – внутримолекулярное нуклеофильное замещение).

+ SOCl2 – HCl – SO2

 

 

Рис.8 Взаимодействие спирта с тионилхлоридом (сохранение кофигурации)

Таким образом, и в механизме S_N2 для оптически активных субстратов возможно сохранение конфигурации.