7.1. Реакции нуклеофильного замещения у sp3-гибридизованного атома углерода

S_N реакции моногалогенопроизводных R–Hal (Hal = Cl, Br, I)

Получение спиртов и простых эфиров

R–Hal + NaOH_{(водн. р-р)} → R–OH + NaHal

R–Hal + RONa → R–O–R + NaHal

R–Hal + R’ONa → R–O–R’ + NaHal

Получение тиолов, диалкилсульфидов (простых тиоэфиров) и солей триалкилсульфония

R–Hal + NaSH → R–SH + NaHal

2R–Hal + Na₂S → R–S–R + 2NaHal

R–Hal + R’SNa → R–S–R’ + NaHal

R–Hal + R”SR’ → + NaHal

Получение аминов

R–Hal + 2NH₃ → R–NH₂ + NH₄Cl

Общая схема реакций нуклеофильного замещения

Ассоциативный механизм S_N2

переходное состояние

Диссоциативный механизм S_N1

карбокатион ион оксония

Концепция хороших и плохих уходящих групп

Чем сильнее кислота, сопряженная уходящей группе в реакции нуклеофильного замещения, тем легче уходит эта группа

Биологически важные реакции нуклеофильного замещения

Гидролиз галогенопроизводных

а) соединения с неподвижным атомом галогена (винил и арилгалогениды)

Повышенная электронная плотность у атома углерода, связанного с галогеном, препятствует протеканию реакции по механизму S_N2. Механизм S_N1 также маловероятен, так как соответствующие карбокатионы очень неустойчивы.

натри Натрия амидотриазоат, рентгеноконтрастный

- препарат. В таких соединениях в условиях жи-

вого организма атом галогена не удаляется

(см. также тироксин и диоксин на стр. 40)

б) соединения с нормальной подвижностью атома галогена (алкилгалогениды). Гидролизуются разбавленными растворами щелочей.

Этилхлорид CH₃CH₂Cl — местноанестезирующее средство; хлороформ CHCl₃ — средство для ингаляционного наркоза; йодоформ CHI₃ — антисептическое (обеззараживающее) средство; дихлорэтан CH₂ClCH₂Cl – растворитель, обладает токсическим действием, воздействует на ЦНС, печень, в условиях организма частично подвергается гидролизу.

в) соединения с подвижным атомом галогена (постепенно гидролизуются водой, обладают раздражающим и слезоточивым действием)

Аллил- и бензилгалогениды:

α-галогенозамещенные карбонильные соединения:

реакция идет

по механизму S_N2

Замещение гидроксильной группы

Гидроксигруппа (-ОН) — плохая уходящая группа, замещение может происходить, если ее предварительно превратить в хорошую, например, в молекулу воды, что достигается при помощи кислотного катализа.

ион оксония

или

ион оксония карбокатион

Замещение аминогруппы (дезаминирование)

Аминогруппа (–NH₂) — очень плохая уходящая группа (сопряженная кислота – молекула аммиака), однако под действием азотистой кислоты за счет окислительно-восстановительной реакции она превращается в очень хорошую уходящую группу – молекулу азота:

Реакции алкилирования

Алкилирование — введение в молекулу насыщенного углеводородного радикала (в более общем случае под алкилированием могут подразумевать введение любого органического остатка).

Общая схема реакций алкилирования (в случае реакций S_N):

Пример — последовательность реакций исчерпывающего метилирования аммиака метилиодидом:

Биологически важные алкилирующие реагенты:

Образование главного метилирующего реагента в живом организме6

Примеры реакций алкилирования

уходящая группа

уходящая группа

противоопухолевый препарат уходящая группа

миелосан

Наращивание цепи гликогена:

АДФ-глюкоза гликоген уходящая группа (АДФ)

Биосинтез холина из коламина:

S-аденозил коламин холин уходящая группа

метионин S-аденозилгомоцистеин)