Галогенопроизводные углеводородов.

К галогенопроизводным относятся органические соединения, молекулы которых кроме углерода и водорода содержат только атомы галогенов. Это один из самых реакционноспособных классов органических соединений. Они находят широкое применение в синтетической органической химии.

Классификация галогенопроизводных:

1) По типу углеводородного радикала они подразделяются на алифатические,

алициклические и ароматические (алифатические и алициклические могут

быть предельными и непредельными).

2) По природе атома галогена соединения подразделяются на фтористые,

хлористые, бромистые и йодистые.

3) По числу атомов галогена различают: моно-, ди-, полигалогенпроизводные.

Номенклатура. В основе систематических и рациональных наименований лежат названия соответствующих углеводородов. Галогенопроизводные несложного строения называют по соответствующим радикалам, а также по обычным правилам рациональной номенклатуры или номенклатуры IUPAC:

(CH3)2CHСl хлористый изопропил; 2-хлорпропан

СН2I2 йодистый метилен; дихлорметан

СH3CHF2 фтористый этилиден; 1,1-дифторэтан

ClCH2CH2CH2CH2Cl хлористый тетраметилен; 1,4-дихлорбутан

С6H5CH2Cl хлористый бензил.

Полностью замещенные соединения получают приставку «пер-» :

С2F4 перфторэтилен; C6F6 перфторбензол.

Способы получения.Свободные галогенопроизводные в природе не встречаются. Они могут быть синтезированы из углеводородов уже рассмотренными способами или из других классов органических соединений.

I. Замещение водорода на галоген.

Прямое галогенирование возможно лишь для получения хлоридов и

бромидов

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

2-хлорпропан

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1-хлор-1-метилциклогексан

В ароматических углеводородах в зависимости от условий может

замещаться водород в бензольном кольце или в боковой цепи:

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Фторирование свободным фтором обычно приводит к полному

расщеплению молекулы углеводорода

СnH2n+2 + (3n + 1) F2 ¾¾® n CF4 + (2n +2) HF

Для получения фторзамещенных используют трехфтористый кобальт,

который, разлагаясь при нагревании, медленно выделяет фтор; при этом,

как правило, образуются перфторпроизводные:

t

2 CoF3 ¾® 2 CoF2 + F2 C2H6 + CoF3 ¾® C2F6 + CoF2 + HF

Йод с насыщенными и ароматическими углеводородами не реагирует.

II. Реакции присоединения (подробно рассматривались при изучении свойств углеводородов).

1. Присоединение галогенов:

а) по двойной связи

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1,2-дихлорбутан

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

транс-1,2-дибромциклопентан

б) по тройной связи

Cl2

HC≡CH + Cl2 ¾® Cl–CH=CH–Cl ¾® Cl–CH–CH–Cl

│ │

1,2-дихлорэтен Cl Cl

1,1,2,2-тетрахлорэтан

в) к малым циклам

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1,3-дихлорпропан

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

2,4-дибром-3-метилпентан

Галогенирование алкенов можно также осуществить путем замещения атома водорода в аллильном положении. Реакцию проводят при высокой температуре на свету. Реакция носит радикальный характер.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

3-хлорциклогексен-1

Аллильное бромирование алкенов удобно осуществлять по методу Воля – Циглера с помощью N-бромсукцинимида:

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

2. Присоединение галогеноводородов (НCl, HBr)

а) присоединение хлороводорода подчиняется правилу Марковникова

СН2=СН–СН3 + H–Cl ¾® CH3–CHCl–CH3

2-хлорпропан

б) в присутствии пероксидов или даже кислорода воздуха бромоводород

присоединяется против правила Марковникова.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1-бромпропан

в) к циклопропану

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1-бромпропан

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

2-бром-3-метилпентан

III. Замещение гидроксильных групп на галоген.

а) Гидроксильная группа в спиртах (но не фенолах) замещается на

хлор или бром действием соответствующих галогеноводородов.

При получении галогенопроизводных по обменной обратимой реакции:

R–OH + H–X галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru R–X + H2O (где X = Cl или Br)

галогеноводороды используют в виде концентрированных кислот или газов. Реакционная способность спиртов в этой реакции уменьшается от третичных к первичным; замещение на бром протекает легче, чем на хлор (в случае HCl обычно дополнительно используют безводный ZnCl2), причем первичные спирты (за исключением бензилового и аллилового спиртов) с хлороводородом практически не взаимодействуют. Равновесие сдвигают вправо удаляя образующуюся воду добавлением веществ, связывающих ее или азеотропной отгонкой.

СH3CH2CH2CH2–OH + HBr ¾® СH3CH2CH2CH2–Br + H2O

бутанол-1 1-бромбутан

Йодоводород в условиях реакции восстанавливает гидроксильную группу.

СH3CH2CH2CH2CH2–OH + HI ¾® СH3CH2CH2CH2CH3 + I2 + H2O

Недостатки метода: обратимость замещения, побочные реакции

б) Значительно легче реагируют спирты с галогенидами фосфора

R–OH + PCl5 ¾® R–Cl + HCl + POCl3

R–OH + PBr3 ¾® R–Br + P(OH)3

R–OH + P + I2 ¾® R–I (низкий выход) + P(OH)3

Удобным реагентом для замещения гидроксильной группы на хлор

является хлористый тионил

R–OH + SOCl2 ¾® R–Cl + HCl ↑ + SO2

например:

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

этиленгликоль 2-хлорэтанол-1 1,2-дихлорэтан

Галогениды фосфора замещают также атом кислорода карбонильной

группы в альдегидах (Rٰ = H) и кетонах на два атома галогена

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

например: CH3CH2–CH=O + PCl 5 ¾® CH3CH2–CHCl2 + POCl3

пропионовый альдегид 1,1-дихлорпропан

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1,1-дихлорциклопентан

IV. Замещение аминогруппы на галоген.

1. В алифатических аминах осуществляется действием хлористого или

бромистого нитрозила

R–NH2 + NOBr ¾® R–Br + N2 ↑ + H2O

2. В ароматических аминах через соли диазония по реакции Зандмейера:

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Этим методом удается получать ароматические йодиды, недоступные йодированием аренов:

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

йодбензол

При термическом разложении борфторидов солей арилдиазония

получают ароматические фторпроизводные (реакция Шимана):

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

фторбензол

V. Замещение одного галогена другим.

Метод используется для получения труднодоступных фторидов и йодидов

R–Cl + AgF ¾® R–F + AgCl ↓

Равновесие сдвинуто вправо, т.к. серебряные соли более тяжелых галогенов

хуже растворимы в спирте, ацетоне и других растворителях

R–Cl + NaI ¾® R–I + NaCl ↓

Напротив, NaI гораздо лучше растворим в ацетоне, чем NaBr или NaCl.

VI. Алкилгалогениды можно синтезироватьдействием галогена насеребряные или ртутные соли карбоновых кислот (реакция Бородина-Хунсдиккера).

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

1-бромциклобутан

Физические свойствагалогенопроизводных зависят от природы, числа атомов галогена в молекуле и длины углеводородного радикала. Температура кипения, плавления и плотности фторпроизводных мало отличаются от свойств соответствующих углеводородов. Эти характеристики резко возрастают в ряду R–F → R–Сl → R–Br → R–I и с количеством атомов хлора, брома и йода.

Газообразными при комнатной температуре являются CH3F, CH2F2, CHF3, CF4, C2H5F, C3H7F, FCH2CH2F, CH3CHF2, CH3Cl, C2H5Cl (т.кип. +12 0С), CH3Br (т.кип. +3 0С). Удлинение углеводородного радикала на одну СH2-группу, в среднем, повышает температуру кипения на 30 0С (та же зависимость наблюдается в ряду алканов). Плотность же галогеналканов при этом снижается. Монофтор- и монохлорзамещенные легче воды, бромиды и йодиды

тяжелее (CH3I 2,3 г/cм3; CH2I2 3,3 г/cм3; CHI3 4,0 г/cм3; CI4 4,3 г/cм3; последниедва вещества представляют собой кристаллические соединения;

йодистый метилен – самая тяжелая органическая жидкость). Все галогено-производные легко растворимы друг в друге, в углеводородах, эфирах; не растворяются в воде. Хлориды широко применяются в качестве растворителей. Низшие галогенопроизводные обладают сладковатым запахом и наркотическим действием. Хлористый этил применяется для местного обезболевания. Не огнеопасны. Полигалогениды, например четыреххлористый углерод, благодаря большой летучести и высокой плотности паров можно использовать для тушения пожаров. Большинство галогенопроизводных токсичны, хлориды применяются в качестве инсектицидов, перфторпроизводные – безвредны. Легкие фториды – фреоны, например фреон 12 (CF2Cl2) используются в качестве хладоагентов, они не оказывают вредного действия при контакте с пищевыми продуктами. Испытывался в качестве заменителя крови перфтор-1-метилдекалин. Он хорошо растворяет кислород и углекислый газ (даже лучше, чем кровь), не поражает кроветворные органы, выводится через легкие.

Перфторполимеры, например, перфторполиэтилен (тефлон) химически очень инертны, устойчивы в любых агрессивных средах. Весьма ценными свойствами обладают фторкаучуки, однако стоимость их очень высока.

Химические свойства

Типичные реакции галогенопроизводных обусловлены наличием в молекуле полярной связи. Полярность связи под влиянием реагентов и растворителей может увеличиваться в результате поляризуемости. Поляризуемость связи тем больше, чем больше объем и подвижность электронной оболочки атома,образующего связь. При этом также возрастает длина связи и уменьшается ее прочность. Большинство реакций галогенопроизводных протекают с разрывом этих связей.

Таблица 9. Свойства σ-связей углерода с галогенами.

  C - F C - Cl C - Br C - I
  Длина связи (А) Энергия связи (ккал/моль)   1,33   1,76   1,94   2,18

Таблица 10. Физические свойства галогенопроизводных углеводородов

  Название     Формула   Т . пл., ºС   Т. кип., ºС     ρ, г· см-3
  Хлористый метил Бромистый метил Йодистый метил Хлористый этил Бромистый этил Йодистый этил Хлористый пропил Бромистый пропил Бромистый изопропил Хлористый бутил Бромистый бутил Йодистый бутил Бромистый изобутил Бромистый третбутил Хлористый пентил Бромистый пентил Йодистый пентил Хлористый гексил Бромистый гексил Йодистый гексил Хлористый октил Бромистый октил Йодистый октил Хлористый винил Бромистый винил Бромистый аллил Хлористый метилен Бромистый метилен Йодистый метилен Хлороформ Бромоформ Йодоформ Тетрахлорид углерода Тетрабромид углерода Тетрайодид углерода 1,2-дихлорэтан 1,2-дибромэтан 1,2-дийодэтан 1,1-дихлорэтан 1,1-дибромэтан 1,1-дийодэтан Тетрахлорэтан   CH3Cl CH3Br CH3I CH3CH2Cl CH3CH2Br CH3CH2I CH3CH2CH2Cl CH3CH2CH2Br (CH3)2CHBr CH3CH2CH2CH2Сl CH3CH2CH2CH2Br CH3CH2CH2CH2I (CH3)2CHCH2Br (CH3)3CBr CH3(CH2)3CH2Cl CH3(CH2)3CH2Br CH3(CH2)3CH2I CH3(CH2)4CH2Cl CH3(CH2)4CH2Br CH3(CH2)4CH2I CH3(CH2)6CH2Cl CH3(CH2)6CH2Br CH3(CH2)6CH2I СH2=СH–Сl СH2=СH–Br СH2=СH–CH2Br СH2Cl2 СH2Br2 СH2l2 СHCl3 СHBr3 CHI3 CCl4 CBr4 CI4 Cl CH2CH2Сl BrCH2CH2Br ICH2CH2l CH3CHСl2 CH3CHBr2 CH3CHI2 Cl2CHCHСl2   - 97 - 93 - 64 - 139 - 119 - 111 - 123 - 110 - 89 - 123 - 112 - 103,5 - 120 - 20 - 99 - 88 - 86 - 83 - 85 ─   - 160 - 138 - 119 - 97 - 53 - 63,5 ─ 171 (разл) - 35 - 10 - 97 ─ ─ - 42,5   - 24 4,5 59,5 101,5 132,4 - 14 180 (разл) 61,5 149,5 210 (разл) 76,5 189,5 90 (возг) разл.   0,920 1,732 2,279 0,910 1,430 1,933 0,890 1,353 1,310 0,884 1,300 1,617 1,250 1,223 0,883 1,246 1,517 0,872 1,173 1,441   0,969 1,517 1,398 1,336 2,495 3,325 1,500 2,890 4,008 1,595 3,42 4,32 1,257 2,170 2,132 1,174 2,089 2,840 1,602  

I. Реакции замещения

1. Восстановление (замещение галогена на водород) может быть осуществлено каталитическим гидрированием или действием алюмогидридом лития LiAlH4 , боргидрид натрия NaBH4 и других восстановителей.

R–I + H–I ¾® R–H + I2

2. Гидролиз (замещение галогена на гидроксил)

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Реакцию обычно проводят в щелочной среде. Равновесие полностью

сдвинуто вправо за счет связывания галогеноводорода щелочью

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Геминальные дигалогенопроизводные (содержащие два атома галогена

при одном углеродном атоме) при этом образуют альдегиды или кетоны.

R–CHCl2 + 2 H2O ¾® [R–CH(OH)2] ¾¾® R–CH=O

(— H2O)

Геминальные тригалогенопроизводные гидролизуются легче, даже в

кислой среде

Cl OH

│ │

R–C– R' + 2 H2O ¾® [ R–C– R' ] ¾¾® R–C– R'

│ │ (— H2O) ║

Cl OH O

3. Реакции с алкоголятами (фенолятами) щелочных металлов (образование

простых эфиров по Вильямсону)

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

например:

СH3CH2ONa + CH3СH2CH2Cl ¾® СH3CH2 –O–СH2CH2CH3 + NaCl

этилат натрия хлористый пропил этилпропиловый эфир

С этой реакцией конкурирует реакция отщепления галогеноводорода.

4. Образование сложных эфиров. Классической реакцией является взаимо-

действие галогеналканов с серебряными солями карбоновых кислот:

CH3СH2CH2Br + CH3COOAg ¾® CH3COOCH2СH2CH3 + AgBr↓

бромистый пропил ацетат серебра пропиловый эфир

уксусной кислоты

Возможно также применение солей щелочных металлов в полярных

растворителях.

5. Образование меркаптанов и дисульфидов. Галогеналканы легко взаимо-

действуют с сульфидами и гидросульфидами щелочных металлов:

2 CH3CH2Br + K2S ¾® СH3CH2 – S –CH2CH3 + 2 KBr

диэтилсульфид

СH3CH2SNa + CH3I ¾® СH3CH2 – S – CH3 + NaI

метилэтилсульфид

(CH3)2СHCH2Br + NaHS ¾® (CH3)2СHCH2–SH + NaBr

бромистый изобутил изобутилмеркаптан

6. Взаимодействие с аммиаком и аминами.

Реакция широко используется для синтеза аминов

CH3I + NH3 ¾® CH3NH2 |+ HI

Взятый в большом избытке аммиак связывает образующийся галогено-водород ( NH3 + HI ¾® NH4I). Галогеноводород может также связываться избытком исходного амина или добавлением щелочного реагента.

CH3I + СH3CH2 –NH2 ¾® СH3CH2 –NH–CH3 • HI

йодистый метилэтиламмоний

(йодгидрат метилэтиламмония)

7. Получение нитросоединений. Галогеналканы взаимодействуют с нитритами серебра или щелочных металлов в полярных растворителях

(CH3)2СHBr + AgNO2 ¾® (CH3)2СH–NO2 + AgBr ↓

2-бромпропан 2-нитропропан

В сольватирующих растворителях (вода, спиртах) могут образовываться также нитриты R–O–N=O (эфиры азотистой кислоты).

8. Реакция с цианидами позволяет удлинить в молекуле цепочку углеродных атомов

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

нитрил масляной кислоты

Реакция с солями серебра дает, преимущественно изонитрилы.

9. Алкилирование ароматических соединений. Галогеналканы алкилируют бензол в присутствии хлорида алюминия (реакция Фриделя – Крафтса)

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

этилбензол

10. Замещение галогена галогеном (см. с. 82). Реакция применяется для получения фторидов и йодидов из более доступных хлоридов и бромидов.

Основные превращения галогенопроизводных углеводородов см. на схеме

на с. 88.

Нетрудно заметить, что во всех реакциях связь между углеродом и новым заместителем образуется за счет пары электронов, предоставленной этим заместителем, а электронная пара разрывающейся связи С–Hal уходит с анионом галогена.

При реакции происходит атака нуклеофильной частицы, поставляющей электронную пару ( ¯OH, ¯OR, ¯CN, :NH3 , Hal¯, NO2¯ и др. на атом углерода. Такие реакции называются реакциями нуклеофильного замещения SN (substitution nucleofilic).

Для реакций замещения галогена при насыщенном атоме углерода достоверны два механизма SN1 иSN2. Особенно хорошо они изучены на примере реакции гидролиза.

Нуклеофильное замещение первого порядка (SN1).

Скорость реакции гидролиза может быть пропорциональна концентрации галогеналкана в первой степени и не зависить от концентрации щелочи

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

v = k • [ (CH3)3C–Br]

Рассмотрим механизм этой реакции. Скорость реакции определяется скоростью наиболее медленной ее стадии. Следовательно в медленной стадии ионы гидроксила участия не принимают. На первой, медленной стадии происходит диссоциация молекулы галогенопроизводного на анион галогена и карбкатион.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Вторая, быстрая стадия заключается в присоединении к карбкатиону иона гидроксила или молекулы воды. Суммарная скорость реакции не изменяется.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru .

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Нуклеофильное замещение второго порядка (SN2).

Скорость реакции прямо пропорциональна и концентрации галогеналкана и нуклеофила. Следовательно в медленной стадии принимают участие оба реагента

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

v = k • [CH3CH2C1] • [ -ОН ]

На медленной стадии образуется переходное состояние, от которого быстро отщепляется анион галогена.

Порядок реакции нуклеофильного замещения определяется:

1) стабильностью соответствующего карбкатиона;

2) доступностью атома углерода для атаки нуклеофильной частицей.

Известно, что третичные карбкатионы наиболее стабильны, а первичные – наименее. Первичные же атомы углерода наиболее доступны для атаки, а третичные – наименее из-за пространственных затруднений. Естественно, что замещение у третичного атома углерода должно идти по механизму SN1, а у первичного – по SN2. Так оно на самом деле и происходит. Замещение же при вторичном атоме углерода может идти и по SN1, и по SN2, и по двум механизмам одновременно. Скорость реакции, как правило, ниже, чем в случае третичных или первичных галогеналканов.

Механизм реакции изучают, исследуя ее кинетику и стереохимию.

Стереохимия механизма SN1.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Промежуточно образующийся карбкатион имеет плоское строение, поэтому подход нуклеофила и его присоединение равновероятно с обеих сторон. Если возможно образование двух пространственных изомеров, то они образуются в примерно равных количествах

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru транс-2-хлор-1- цис-2-метилцикло- транс-2-метил-метилциклопентан пентанол-1 циклопентанол-1

Мономолекулярные реакции часто осложняются побочными процессами, связанными со склонностью карбокатионов к перегрппировкам.

Так, гидролиз 1-хлор-2-метилпропана в результате 1,2-гидридного сдвига приводит не к 2-метилпропанолу-1, а к трет-бутанолу.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Стереохимия механизма SN2. В переходном состоянии центральный атом углерода и три заместителя лежат в одной плоскости. Естественно, нуклеофильная частица подходит со стороны, противоположной атому галогена. В случае, если возможно образование пространственных изомеров, то образуется лишь один из них.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

транс-2-хлор-1- переходное цис-2-метилцикло-

метилциклопентан состояние пентанол-1

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Происходит полное обращение конфигурации.

В некоторых примерах реакций SN возможны два направления протекания процесса, приводящие к образованию различных веществ. Это происходит благодаря способности некоторых нуклеофилов проявлять амбидентные свойства, т.е. обладать в зависимости от условий реакции двойственной реакционной способностью. Так, результат нуклеофильной атаки нитрит-анионом галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru на молекулу алкилгалогенида в зависимости от механизма замещения будет различным: при SN1 нитрит-анион атакует местом наибольшей отрицательности, т.е. кислородным атомом, образуя 2-гексилнитрит (эфир азотистой кислоты R–O–N=O); при SN2 – местом наибольшей нуклеофильности, т.е. атомом азота, в результате чего образуется нитросоединение R–NO2. Образование смеси продуктов свидетельствует о том, что оба механизма имели место. Для того, чтобы повысить степень протекания SN1 – реакции (приводящей к 2-гексилнитриту) следует использовать еще более полярный, чем этанол, растворитель или заменить нитрит натрия на нитрит серебра, поскольку ионы Ag+ способствуют гетеролизу связи углерод – галоген, т.к. образуется практически недиссоциированный AgBr. Чтобы повысить выход 2-нитрогексана продукта реакции SN2 – реакции, надо использовать ДМФА, являющийся апротонным биполярным растворителем, не способным сольватировать анионы за счет образования водородных связей с ними, но сольватирующий катионы Na+ . Вследствие этого анионы обладают большей степенью свободы и являются более сильными нуклеофилами.

Подобно нитрит-аниону NO2- двойственной реакционной способностью, обладает также цианид-анион имея два нуклеофильных центра, различающихся по основности: галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru . Направление реакции зависит от механизма реакции. В водно-этанольной среде (а) образуется смесь нитрила (основной продукт) и изонитрила (побочный продукт); применение AgCN сдвигает реакцию в область SN1 – образуется изонитрил (б); в ДМФА протекает SN2 с образованием нитрила (в).

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Материал, изложенный выше, относился к замещению галогена у насыщенного углеродного атома. Атомы галогена, находящиеся у ненасыщенного атома углерода (в состоянии sp2 или sp-гибридизации), значительно менее подвижны. Связь С–Hal короче и прочнее связи в насыщенных галогенопроизводных, благодаря эффекту сопряжения. К группе галогенопроизводных с пониженной реакционной способностью принадлежат арилгалогениды, в которых атом галогена связан непосредственно с углеродом ароматического цикла. Галогены обладают положительным мезомерным эффектом (+М), находятся в сопряжении с ароматическим кольцом и электронная плотность частично втянута в цикл. Связь углерод-галоген частично двойная, значительно прочнее связи углерод (sp3)-галоген.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru В реакциях ароматического электрофильного замещения галогены являются дезактивирующими заместителями и орто-пара-ориентантами.

Напротив, реакционная способность атома галогена в аллильном положении очень высока. Замещение его всегда идет по механизму SN1.

¯OH

СH2=CH–CH2–Cl ¾® Cl- + СH2=CH–C+H2 ¾® СH2=CH–CH2–OH

В карбкатионе положительный заряд компенсируется наполовину сдвигом

½ + ½ +

π-электронов соседней двойной связи CH2 ¼ CH ¼ CH2 поэтому равно-вероятно присоединение и к 1- и к 3-атомам углерода. В более сложных соединениях может образоваться смесь изомерных продуктов замещения.

CH3

СH3–СH=CH–CH2–Cl +NaCN ¾®СH3–СH=CH–CH2–CN + СH2=СH–CH–CN

-NaCl нитрил 3-пентеновой нитрил 2-метил-3-

кислоты -бутеновой кислоты

Вследствие сопряжения неподеленной пары электронов с единым π-электронным облаком атом галогена в бензольном ядре наиболее инертен. Замещение в мягких условиях может проходить лишь при наличии в ядре активирующих заместителей.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Здесь реализуется механизм нуклеофильного замещения второго порядка, но переходное состояние внешне напоминает σ-комплекс в электрофильном замещении. Такой механизм принято называть SN2 (аром.). Сильные акцепторы поляризуют бензольное кольцо, наводя положительный заряд в о- и п-положениях. Фтор в меньшей степени, чем другие галогены способен компенсировать δ+ за счет +С-эффекта, поэтому влияние на его подвижность заместителей-акцепторов наиболее сильно

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Поскольку галогеноарены – соединения с низкой реакционной способностью – реакции нуклеофильного замещения, характерные для насыщенных галогенопроизводных, в этом ряду не имеют такого большого значения.

В отсутствие электронодонорных заместителей атомы галогенов в бензольном ядре замещаются на гидроксил только в весьма жестких условиях.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

пара-Нитрохлорбензол вступает в аналогичную реакцию уже при 160о.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Еще легче протекает замещение галогена в ди- и тринитрохлорбензолах.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Также в жестких условиях, в присутствии катализатора Ульмана (мелкораздробленная медь) протекают и другие реакции замещения галогена.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Замещение атома хлора и брома на аминогруппу происходит под действием амида натрия в жидком аммиаке.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

В боковой цепи ароматических галогенопроизводных атом галогена, удаленный от ядра, обладает нормальной подвижностью галогена в предельных соединениях. В α-положении к ядру галоген особенно подвижен. Замещение его всегда идет по механизму SN1.

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

При диссоциации образуется один из самых стабильных карбкатионов, где заряд компенсируется сдвигом π-электронного облака.

Итак, можно написать два ряда сравнительно подвижности атома галогена в молекулах галогенопроизводного (реакционная способность в приведенных рядах падает слева направо):

галогенопроизводные углеводородов. - student2.ru

Наши рекомендации