2.2.2. Нуклеофильное замещение в активированных арилгалогенидах

Если в ароматическом ядре арилгалогенида присутствуют электроноакцепторные заместители, процесс замещения атома галогена на нуклеофил значительно облегчается. При этом реакция протекает по механизму бимолекулярного ароматического нуклеофильного замещения, включающего стадию образования отрицательно заряженного σ-комплекса в результате присоединения нуклеофила и стадию отщепления галогенид-аниона. По такому механизму происходит, например, щелочной гидролиз пара-нитрохлорбензола до пара-нитрофенолята натрия (образующийся при замещении пара-нитрофенол проявляет достаточно сильные кислотные свойства, превращаясь в щелочной среде в пара-нитрофенолят).

σ-комплекс

2.3. Реакция дегидрогалогенирования

Отщепление галогеноводорода от молекулы галогенопроизводного происходит региоселективно с образованием наиболее термодинамически устойчивого алкена в соответствии с правилом Зайцева. Так, при нагревании 2-хлорпентана в спиртовом растворе КОН главным продуктом оказывается 2-пентен:

Механизмы, по которым может протекать элиминирование, имеют ту же кинетическую основу, что и механизмы нуклеофильного замещения. Действительно, процесс отщепления заключается в разрыве двух связей в молекуле галогенопроизводного: связи углерод-галоген и связи углерод-водород, причем галоген уходит как анион, а водород – в виде протона, который отрывает основание. Разрывы связей могут происходить либо последовательно, т.е. постадийно, либо синхронно. В первом случае реализуется механизм мономолекулярного элиминирования (Е1), во втором – механизм бимолекулярного элиминирования (Е2).

Третичные галогенопроизводные, способные образовать стабильные карбокатионы, подвергаются дегидрогалогенированию по механизму мономолекулярного элиминирования Е1. Так, например, при нагревании трет-бутилхлорида с гидроксидом калия в этаноле происходит сначала ионизация, а затем уже депротонирование образовавшегося на первой стадии карбокатиона:

Для вторичных и первичных галогенопроизводных характерен механизм бимолекулярного элиминирования Е2:

переходное состояние

2.4. Восстановление галогенопроизводных

Восстановление галогенопроизводных до соответствующих углеводородов можно осуществить различными способами:

• восстановление водородом в момент выделения

• каталитическое гидрирование

• восстановление комплексными гидридами, например, алюмогидридом лития

2.5. Реакции галогенопроизводных с металлами

В зависимости от природы металлы реагируют с галогенопроизводными по-разному. При воздействии металлического натрия галогенопроизводные по реакции Вюрца превращаются в алканы, например, из этилхлорида образуется бутан.

С менее реакционноспособным литием образуются литийорганические соединения, например:

фениллитий

При нагревании с магнием в диэтиловом эфире алкил- и арилгалогениды превращаются в магнийорганические соединения – так называемые реактивы Гриньяра:

пропилмагнийиодид

фенилмагнийбромид

Металлорганические соединения, такие как литий- и магнийпроизводные углеводородов, являются чрезвычайно реакционноспособными соединениями, которые из-за высокой полярности связи углерод-металл представляют собой сильные С-нуклеофилы.

Реактивы Гриньяра и литийорганические соединения являются также сильными основаниями и реагируют с соединениями, проявляющими кислотные свойства. Поэтому их синтез проводят только в безводных растворителях, поскольку вода, как кислота, реагирует с этими соединениями, гидролизуя их.

Подобным же образом реактивы Гриньяра реагируют и с другими более или менее сильными кислотами, например, с карбоновыми кислотами или спиртами: