Jump to content

электрофил

(Перенаправлено с Электрофилов )

В химии электрофил , — это химическая разновидность , которая образует связи с нуклеофилами принимая электронную пару . [ 1 ] Поскольку электрофилы принимают электроны, они являются кислотами Льюиса . [ 2 ] положительно Большинство электрофилов заряжены , имеют атом, несущий частичный положительный заряд, или атом, не имеющий октета электронов.

Электрофилы взаимодействуют с нуклеофилами преимущественно посредством реакций присоединения и замещения . Часто встречающиеся электрофилы в органическом синтезе включают катионы, такие как H + и НЕТ + , поляризованные нейтральные молекулы, такие как HCl , алкилгалогениды , ацилгалогениды и карбонильные соединения , поляризуемые нейтральные молекулы, такие как Cl 2 и Br 2 , окислители, такие как органические перкислоты , химические соединения, которые не удовлетворяют правилу октетов, такие как карбены и радикалы. и некоторые кислоты Льюиса, такие как BH 3 и DIBAL .

Органическая химия

[ редактировать ]

Добавление галогенов

[ редактировать ]

Они происходят между алкенами и электрофилами, часто галогенами, как в реакциях присоединения галогенов . Общие реакции включают использование бромной воды для титрования образца, чтобы определить количество присутствующих двойных связей. Например, этен + бром 1,2-дибромэтан :

C 2 H 4 + Br 2 → BrCH 2 CH 2 Br

Это происходит в форме трех основных шагов, показанных ниже; [ 3 ]

  1. Образование π-комплекса
    Электрофильная молекула Br-Br взаимодействует с богатой электронами молекулой алкена с образованием π-комплекса 1 .
  2. Образование трехчленного иона бромония
    Алкен действует как донор электронов, а бром как электрофил. Трехчленный ион брома 2 состоит из двух атомов углерода и образует атом брома с выделением Br .
  3. Атака бромид-иона
    Ион бромония открывается атакой Br. с обратной стороны. В результате образуется вицинальный дибромид с антиперипланарной конфигурацией. Когда существуют другие нуклеофилы, такие как вода или спирт, они могут атаковать 2 с образованием спирта или эфира.

Этот процесс называется механизмом Ad E 2 («присоединение электрофильное второго порядка»). Йод (I 2 ), хлор (Cl 2 ), сульфенил- ион (RS + ), катион ртути (Hg 2+ ) и дихлоркарбен (:CCl 2 ) также реагируют аналогичным образом. Прямое преобразование от 1 до 3 появится, когда Br - большой избыток в реакционной среде. β-бромкарбения Промежуточный ион может быть преобладающим вместо 3 , если алкен имеет катион-стабилизирующий заместитель, такой как фенильная группа. Имеется пример выделения иона бромония 2 . [ 4 ]

Добавление галогеноводородов

[ редактировать ]

Галогениды водорода, такие как хлористый водород (HCl), присоединяются к алкенам с образованием алкилгалогенидов при гидрогалогенировании . Например, реакция HCl с этиленом дает хлорэтан. Реакция протекает с промежуточным катионом, отличным от вышеуказанного присоединения галогена. Пример показан ниже:

  1. Протон (H + ) присоединяется (работая как электрофил) к одному из атомов углерода алкена, образуя катион 1 .
  2. Хлорид-ион (Cl ) соединяется с катионом 1 с образованием аддуктов 2 и 3 .

Таким образом, определяется стереоселективность продукта, то есть то, с какой стороны Cl Атака зависит от типов применяемых алкенов и условий реакции. По крайней мере, какой из двух атомов углерода будет атакован H + обычно определяется по правилу Марковникова . Таким образом, Х + атакует атом углерода, который несет меньшее количество заместителей, в результате чего образуется более стабилизированный карбокатион (с более стабилизирующими заместителями).

Это еще один пример механизма Ad E 2 . [ 5 ] фтороводород Аналогично реагируют с алкенами (HF) и иодоводород (HI), при этом образуются продукты марковниковского типа. Бромистый водород (HBr) также идет по этому пути, но иногда радикальный процесс конкурирует и может образоваться смесь изомеров. Хотя во вводных учебниках эта альтернатива редко упоминается, [ 6 ] механизм Ad E 2 обычно конкурирует с механизмом Ad E 3 (более подробно описанным для алкинов ниже), при котором перенос протона и нуклеофильное присоединение происходят согласованным образом. Степень вклада каждого пути зависит от нескольких факторов, таких как природа растворителя (например, полярность), нуклеофильность галогенид-иона, стабильность карбокатиона и стерические эффекты. В качестве кратких примеров: образование стерически свободного, стабилизированного карбокатиона благоприятствует пути Ad E 2, тогда как более нуклеофильный бромид-ион Ad E 3 по сравнению с реакциями с участием хлорид-иона. в большей степени благоприятствует пути [ 7 ]

В случае диалкилзамещенных алкинов (например, 3-гексина) промежуточный винильный катион, образующийся в результате этого процесса, очень нестабильен. В таких случаях возможно одновременное протонирование (HCl) и атака алкина нуклеофилом (Cl ), как полагают, имеет место. Этот механистический путь известен под меткой Ингольда Ad E 3 («присоединение электрофильное третьего порядка»). Поскольку одновременное столкновение трех химических частиц в реакционной ориентации маловероятно, считается, что термомолекулярное переходное состояние достигается, когда нуклеофил атакует обратимо образовавшуюся слабую ассоциацию алкина и HCl. Такой механизм согласуется с преимущественно антиприсоединением (>15:1 анти : син для показанного примера) продукта гидрохлорирования и законом термомолекулярной скорости Скорость = k [алкин][HCl] 2 . [ 8 ] [ 9 ] В подтверждение предложенной ассоциации алкин-HCl кристаллографически охарактеризован Т-образный комплекс алкина и HCl. [ 10 ]

Напротив, фенилпропин реагирует по механизму Ad E 2 ip («присоединение, электрофильная, ионная пара второго порядка»), давая преимущественно син- продукт (~10:1 син : анти ). В этом случае промежуточный винильный катион образуется при добавлении HCl, поскольку он резонансно стабилизирован фенильной группой. Тем не менее, время жизни этих высокоэнергетических частиц коротко, и образующаяся в результате ионная пара винил-катион-хлорид-анион немедленно разрушается, прежде чем ион хлорида получает возможность покинуть оболочку растворителя и дать винилхлорид. Близость аниона к той стороне винилового катиона, куда был добавлен протон, используется для объяснения наблюдаемого преобладания син- присоединения. [ 7 ]


Увлажнение

[ редактировать ]

В одной из наиболее сложных реакций гидратации используется серная кислота в качестве катализатора . Эта реакция протекает аналогично реакции присоединения, но имеет дополнительную стадию, на которой группа OSO 3 H заменяется группой OH, образуя спирт:

С 2 Н 4 + Н 2 О → С 2 Н 5 ОН

Как можно видеть, H 2 SO 4 принимает участие в общей реакции, однако остается неизменным, поэтому его классифицируют как катализатор.

Более подробно реакция:

  1. Молекула H–OSO 3 H имеет заряд δ+ на исходном атоме H. Он притягивается к двойной связи и реагирует с ней так же, как и раньше.
  2. Оставшийся (отрицательно заряженный) Ион OSO 3 H затем присоединяется к карбокатиону , образуя этилгидросульфат (верхний путь на приведенной схеме).
  3. При добавлении воды (H 2 O) и нагревании смеси этанол (C 2 H 5 образуется OH). «Запасной» атом водорода из воды идет на «замещение» «потерянного» водорода и, таким образом, воспроизводит серную кислоту. Возможен и другой путь, по которому молекула воды напрямую соединяется с промежуточным карбокатионом (низший путь). Этот путь становится преобладающим при использовании водного раствора серной кислоты.

В целом, этот процесс добавляет молекулу воды к молекуле этена.

Это важная реакция в промышленности, поскольку она производит этанол , который используется в качестве топлива и исходного материала для других химических веществ.

Хиральные производные

[ редактировать ]

Многие электрофилы хиральны и оптически стабильны . Обычно хиральные электрофилы также оптически чисты.

Одним из таких реагентов является органокатализатор на основе фруктозы , используемый при эпоксидировании Ши . [ 11 ] Катализатор может осуществлять высокоэнантиоселективное эпоксидирование транс -дизамещенных и тризамещенных алкенов . Катализатор Ши, кетон , окисляется стехиометрическим оксоном до активной формы диоксирана перед тем, как перейти в каталитический цикл.

Использование хирального оксазиридина для асимметричного синтеза.

Оксазиридины, такие как хиральные N-сульфонилоксазиридины, оказывают энантиоселективное альфа-окисление кетонов на пути к сегментам AB-кольца различных натуральных продуктов , включая γ-родомиционон и α-цитромицинон. [ 12 ]

связанные с полимером, Хиральные электрофилы селена, вызывают асимметричные реакции селененилирования. [ 13 ] Реагенты представляют собой арилселененилбромиды, и они сначала были разработаны для химии растворенной фазы, а затем модифицированы для твердофазного прикрепления шариков через арилоксигруппу. Твердофазные реагенты применялись для селененилирования различных алкенов с хорошей энантиоселективностью. Продукты можно отщеплять от твердого носителя с использованием оловоорганических гидридных восстановителей. Реагенты на твердом носителе имеют преимущества перед химией в растворенной фазе благодаря простоте обработки и очистки.

Шкала электрофильности

[ редактировать ]
Индекс электрофильности
Фтор 3.86
хлор 3.67
Бром 3.40
Йод 3.09
Гипохлорит 2.52
Диоксид серы 2.01
Сероуглерод 1.64
Бензол 1.45
Натрий 0.88
Некоторые выбранные значения [ 14 ] (без размеров)

Существует несколько методов ранжирования электрофилов по реакционной способности. [ 15 ] и один из них изобретен Робертом Парром [ 14 ] с индексом электрофильности ω, определяемым как:

с электроотрицательность и химическая твердость . Это уравнение связано с классическим уравнением для электрической мощности :

где сопротивление Ом ( и или Ом) это напряжение . В этом смысле индекс электрофильности представляет собой разновидность электрофильной энергии. Обнаружены корреляции между электрофильностью различных химических соединений и скоростью реакций в биохимических системах и таким явлением, как аллергический контактный дермитит.

Индекс электрофильности существует и для свободных радикалов . [ 16 ] Сильно электрофильные радикалы, такие как галогены, реагируют с реакционными центрами, богатыми электронами, а сильно нуклеофильные радикалы, такие как 2-гидроксипропил-2-ил и трет-бутильный радикал, реагируют с предпочтением реакционных центров с низким содержанием электронов.

Суперэлектрофилы

[ редактировать ]

Суперэлектрофилы определяются как катионные электрофильные реагенты со значительно повышенной реакционной способностью в присутствии суперкислот . Эти соединения были впервые описаны Джорджем А. Олахом . [ 17 ] Суперэлектрофилы образуются как суперэлектрофилы с двойным дефицитом электронов в результате протосольватации катионного электрофила. Как заметил Ола, смесь уксусной кислоты и трифторида бора способна удалять гидрид-ион из изобутана при соединении с плавиковой кислотой посредством образования суперкислоты из BF 3 и HF. Ответственным реактивным промежуточным продуктом является [CH 3 CO 2 H 3 ] 2+ дикция. Аналогичным образом метан можно нитровать до нитрометана NO тетрафторборатом нитрония . +
2
2БФ
4
только в присутствии сильной кислоты, такой как фторсерная кислота, через протонированный дикатион нитрония.

В гитионных ( гитоновых ) суперэлектрофилах заряженные центры разделены не более чем одним атомом, например, ион протонитрония O=N + + —H (протонированный ион нитрония ). А у дистонных суперэлектрофилов они разделены 2 и более атомами, например, в реагенте фторирования F-TEDA-BF 4 . [ 18 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «Нуклеофилы и электрофилы» . бутан.chem.uiuc.edu . Архивировано из оригинала 01 августа 2020 г. Проверено 21 сентября 2020 г.
  2. ^ «Электрофил | химия» . Британская энциклопедия . Проверено 21 сентября 2020 г.
  3. ^ Ленуар, Д.; Кьяппе, К. (2003). «Какова природа первых промежуточных продуктов электрофильного галогенирования алкенов, алкинов и алленов?». хим. Евро. Дж. 9 (5): 1036–1044. дои : 10.1002/chem.200390097 . ПМИД   12596140 .
  4. ^ Браун, Р.С. (1997). «Исследование ранних этапов электрофильного бромирования посредством изучения реакции со стерически обремененными олефинами». Акк. хим. Рез. 30 (3): 131–137. дои : 10.1021/ar960088e .
  5. ^ По аналогии с ароматическим замещением этот процесс также получил название механизма AS E 2 .
  6. ^ Воллхардт, К. Питер К.; Шор, Нил Эрик (январь 2014 г.). Органическая химия: структура и функции (7-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN  978-1-4641-2027-5 . OCLC   866584251 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  7. ^ Перейти обратно: а б Х., Лоури, Томас (1987). Механизм и теория в органической химии . Ричардсон, Кэтлин Шуллер. (3-е изд.). Нью-Йорк: Харпер и Роу. ISBN  978-0060440848 . OCLC   14214254 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Фэйи, Роберт С.; Ли, До-Джэ. (апрель 1968 г.). «Полярные добавки к олефинам и ацетиленам. V. Бимолекулярные и термомолекулярные механизмы гидрохлорирования ацетиленов». Журнал Американского химического общества . 90 (8): 2124–2131. дои : 10.1021/ja01010a034 . ISSN   0002-7863 .
  9. ^ А., Кэрролл, Феликс (2010). Взгляды на структуру и механизм органической химии (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли. ISBN  9780470276105 . OCLC   286483846 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Моотц, Дитрих; Диг, Аксель (июль 1992 г.). «2-Бутин и хлористый водород сокристаллизовались: геометрия твердого тела Cl-H.cntdot..cntdot..cntdot..pi. водородной связи с тройной связью углерод-углерод». Журнал Американского химического общества . 114 (14): 5887–5888. дои : 10.1021/ja00040a077 . ISSN   0002-7863 .
  11. ^ Ван, З.; Ту, Ю.; Фрон, М.; Чжан, Дж.; Ши, Ю. (1997). «Эффективный метод каталитического асимметричного эпоксидирования». Дж. Ам. хим. Соц. 119 (46): 11224–11235. дои : 10.1021/ja972272g .
  12. ^ Дэвис, ФА; Кумар, А.; Чен, Британская Колумбия (1991). «Химия оксазиридинов. 16. Короткий высокоэнантиоселективный синтез сегментов АВ-кольца γ-родомиционона и α-цитромицинона с использованием (+)-[(8,8-диметоксикамфорил)сульфонил]оксазиридина». Дж. Орг. хим. 56 (3): 1143–1145. дои : 10.1021/jo00003a042 .
  13. ^ Уэлин, Л.; Вирт, Т. (2001). «Новые хиральные электрофилы селена, связанные с полимером». Орг. Летт . 3 (18): 2931–2933. дои : 10.1021/ol0164435 . ПМИД   11529793 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Парр, Р.Г.; Сентпали, Л. В.; Лю, С. (1999). «Индекс электрофильности». Дж. Хим. Сок. 121 (9): 1922–1924. дои : 10.1021/ja983494x .
  15. ^ Чаттарадж, ПК; Саркар, У.; Рой, доктор медицинских наук (2006). «Индекс электрофильности». хим. Откр. 106 (6): 2065–2091 гг. дои : 10.1021/cr040109f . ПМИД   16771443 .
  16. ^ Мясник, Фрейя; Спейбрук, Вероника Ван; Варокье, Мишель; Герлингс, Пол; Де Профт, Фрэнк (2007). «Индекс электрофильности и нуклеофильности радикалов». Орг. Летт . 9 (14): 2721–2724. дои : 10.1021/ol071038k . ПМИД   17559221 .
  17. ^ Ола, Джордж А.; Жермен, Ален; Лин, Генри К.; Форсайт, Дэвид А. (1975). «Электрофильные реакции по одинарным связям. XVIII. Индикация протосольватированных де-факто замещающих агентов в реакциях алканов с ионами ацетилия и нитрония в сверхкислых средах». Дж. Ам. хим. Соц. 97 (10): 2928–2929. дои : 10.1021/ja00843a067 .
  18. ^ Солингапурам Сай, Киран Кумар; Гилберт, Томас М.; Клампп, Дуглас А. (2007). «Циклизации Кнорра и дистонические суперэлектрофилы». Дж. Орг. хим. 72 (25): 9761–9764. дои : 10.1021/jo7013092 . ПМИД   17999519 .
  19. ^ Лин Кинг, Джон В.; Эмрик, Джошуа Дж.; Келли, Марк Дж.С.; Херциг, Фолькер; Кинг, Гленн Ф.; Медзиградский, Каталин Ф.; Юлиус, Дэвид (5 сентября 2019 г.). «Проникающий в клетку токсин скорпиона обеспечивает специфическую модуляцию TRPA1 и боли» . Клетка . 178 (6): 1362–1374.e16. дои : 10.1016/j.cell.2019.07.014 . ISSN   1097-4172 . ПМК   6731142 . ПМИД   31447178 .
  20. ^ Чжао, Цзяньхуа; Лин Кинг, Джон В.; Полсен, Кэндис Э.; Ченг, Ифань; Юлиус, Дэвид (08 июля 2020 г.). «Вызванная раздражением активация и модуляция кальция рецептора TRPA1» . Природа . 585 (7823): 141–145. дои : 10.1038/s41586-020-2480-9 . ISSN   1476-4687 . ПМЦ   7483980 . ПМИД   32641835 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: aee201b1a10e133132e445c8cb0cf6e9__1709370060
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ae/e9/aee201b1a10e133132e445c8cb0cf6e9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electrophile - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)