Закономерности протекания реакций и их механизм

По просьбе нашего читателя постараемся описанную тему от 16:57 | 15.01.2012 раскрыть ещё глубже, сегодня рассмотрим Закономерности протекания реакций и их механизм. Не будем разливать воду, а преступим рассмотрению этого вопроса.

Основное положение

Из спиртов легче вступают в реакцию третичные, как правило, по механизму $Sn1$, труднее всего - первичные по механизму $Sn2$ .

Реакция по $Sn1$-механизму происходит через стадию протонирования спирта и образования карбокатиона, с которым и взаимодействует нуклеофильный галоген.

Например для сравнения, уже упомянутый трет-бутиловый спирт взаимодействует с хлористым водородом $HCl$ уже при комнатной температуре, а при его воздействии на первичные спирты реакция проходит настолько медленно, что требует применения катализаторов типа кислот Льюиса.

Замещение гидроксильной группы галогеном, в отличие от замещения галогена $OH$-группой, чаще происходит по нуклеофильному механизму потому, что в сильнокислой среде легче образуются карбокатионы и труднее сильные нуклеофилы (основы) $RO-$, а именно такие нуклеофилы необходимые для реализации механизма $Sn2$:

Рисунок 3.

Кроме того, на процесс иуклеофильного замещения влияет склонность карбокатионов в сильнокислой среде изомеризоваться или превращаться в алкены. Например, первичный неопентиловий спирт реагирует с $HCl$ по механизму $Sn1$, а не по ожидаемым $Sn2$. Это объясняется существованием для спирта стерических препятствий, в результате которых он реагирует по $Sn2$-механизму очень медленно. За то же время молекула спирта успевает образовать оксониевое соединение и превратиться в первичный карбокатион. С помощью 1,2-метльного смещения первичный карбокатион изомеризуется в более устойчивый третичный, что энергетически выгодно.

В целом для реакции замещения гидроксильной группы галогеном рост температуры может способствовать образованию алкена, избыток спирта - эфира, а избыток минеральной кислоты-катализатора - соответствующего эфира. Это ставит определенные требования к условиям проведения таких реакций.

Реакция спирта с галогеноводородом катализируется кислотами. Даже в том случае, когда водные растворы галогеноводородов являются сильными кислотами, добавление к реакционной смеси серной кислоты ускоряет образование алкилгалогенидов. Считают, что каталитическое действие кислот связано с образованием алкоксониевых ионов, которые затем вступают в реакцию нуклеофильного замещения с ионом галогена. Причем третичные и вторичные спирты реагируют по $Sn1$-механизму, а первичные спирты - по $Sn2$-механизму. Замещение гидроксильной группы третичного и вторичного спирта на галоген происходит в несколько стадий:

Рисунок 4.

Сначала спирт присоединяет ион водорода и образует ион алкоксония (стадия 1), который далее распадается на воду и карбониевый ион (стадия 2, самая медленная). Карбониевый ион затем быстро присоединяет ион галогена и образует алкилгалогенид (стадия 3). Подтверждением такого $Sn1$ -механизма служит тот факт, что при замещении $OH$-группы в третичных и вторичных спиртах на галоген наблюдается перегруппировка алкильных радикалов: галоген не всегда образует связь с тем атомом углерода, который сначала был связан с гидроксильной группой. К примеру:

Рисунок 5.

Заключение

Конечно можно много говорить по теме Закономерности протекания реакций и их механизм, но основную суть мы изложили по этому вопросу. Если вам нужно дополнительная консультация, пожалуйста пишите ваши сообщения нам на почту. Все поступившие вопросы рассматриваются и не остаются без ответа.