Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле

Изучена кинетика реакций арилоксиранов XC₆H₄CH(O)CH₂ с N-ароиларенсульфонамидами YC₆H₄CONHSO₂C₆H₄Z в ацетонитриле при 343 K. Методом перекрестного корреляционного анализа показано, что совместное влияние заместителей X, Y и Z на скорость раскрытия оксиранового цикла является аддитивным. Обсужден мех...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2005
Hauptverfasser: Шпанько, И.В., Садовая, И.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2005
Schriftenreihe:Украинский химический журнал
Schlagworte:
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/183841
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле / И.В. Шпанько, И.В. Садовая // Украинский химический журнал. — 2005. — Т. 71, № 3. — С. 60-63. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-183841
record_format dspace
spelling irk-123456789-1838412022-04-21T01:32:44Z Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле Шпанько, И.В. Садовая, И.В. Органическая химия Изучена кинетика реакций арилоксиранов XC₆H₄CH(O)CH₂ с N-ароиларенсульфонамидами YC₆H₄CONHSO₂C₆H₄Z в ацетонитриле при 343 K. Методом перекрестного корреляционного анализа показано, что совместное влияние заместителей X, Y и Z на скорость раскрытия оксиранового цикла является аддитивным. Обсужден механизм исследованных реакций. Вивчено кінетику реакцій арилоксиранів XC₆H₄CH(O)CH₂ з N-ароїларенсульфонамідами YC₆H₄CONHSO₂C₆H₄Z в ацетонітрилі при 343 K. Методом перехресного кореляційного аналізу показано, що сумісний вплив замісників X, Y і Z на швидкість розкриття оксиранового циклу є адитивним. Обговорено механізм досліджених реакцій. The kinetics of reactions between aryloxiranes XC₆H₄CH(O)CH₂ and N-aroylarenesulfonamides YC₆H₄CONHSO₂C₆H₄Z in acetonitrile at 343 K have been studied. Combined effects of substituents X, Y and Z on the rate of epoxide ring opening are additive. The mechanism of the investigated reactions is discussed. 2005 Article Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле / И.В. Шпанько, И.В. Садовая // Украинский химический журнал. — 2005. — Т. 71, № 3. — С. 60-63. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/183841 547:541.127:541.128 ru Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Органическая химия
Органическая химия
spellingShingle Органическая химия
Органическая химия
Шпанько, И.В.
Садовая, И.В.
Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
Украинский химический журнал
description Изучена кинетика реакций арилоксиранов XC₆H₄CH(O)CH₂ с N-ароиларенсульфонамидами YC₆H₄CONHSO₂C₆H₄Z в ацетонитриле при 343 K. Методом перекрестного корреляционного анализа показано, что совместное влияние заместителей X, Y и Z на скорость раскрытия оксиранового цикла является аддитивным. Обсужден механизм исследованных реакций.
format Article
author Шпанько, И.В.
Садовая, И.В.
author_facet Шпанько, И.В.
Садовая, И.В.
author_sort Шпанько, И.В.
title Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
title_short Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
title_full Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
title_fullStr Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
title_full_unstemmed Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
title_sort влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с n-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле
publisher Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
publishDate 2005
topic_facet Органическая химия
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/183841
citation_txt Влияние структурных факторов на скорость и механизм реакций арилоксиранов с N-ароиларенсульфонамидами в ацетонитриле / И.В. Шпанько, И.В. Садовая // Украинский химический журнал. — 2005. — Т. 71, № 3. — С. 60-63. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series Украинский химический журнал
work_keys_str_mv AT španʹkoiv vliâniestrukturnyhfaktorovnaskorostʹimehanizmreakcijariloksiranovsnaroilarensulʹfonamidamivacetonitrile
AT sadovaâiv vliâniestrukturnyhfaktorovnaskorostʹimehanizmreakcijariloksiranovsnaroilarensulʹfonamidamivacetonitrile
first_indexed 2025-07-16T03:50:44Z
last_indexed 2025-07-16T03:50:44Z
_version_ 1837773980693430272
fulltext oxo-8-t r ifluoromethyl-1,2,5,6-tetrahydro-4Н -imidazo[1, 5,4-de]xinoxalin-5-one. 1.Машковский М .Д. Лекарственные средства. - Харьков: Торсинг, 1998. -T. 2. -С. 317—322. 2. Negwer M . Organic-chemical drugs and their synonyms. -Berlin: Academie Verlag, 1994. -Vol. III. -P. 2086. 3. M aichsner C., Riess G., Kleim G.P., Roesner M . // Chem. Abstr. -1995. -123. -228218w. 4. Goriga M ., Fiore M ., Sanna P., Paglietti G. // Farma- co. -1995. -50, № 5. -P. 289—301. 5. Ягупольский Л.М . Ароматические и гетероцикли- ческие соединения с фторсодержащими заместите- лями. -Киев.: Наук. думка, 1988. -С. 276. 6. Otomasu H., Ohmiya S ., Takahashi H., Y oshida K. // Chem. Pharm. Bull. -1973. -21, № 2. -P. 353—357. 7.Коренева А .Н ., Фарса О., Грабалек А ., Колдобский Г.И . // Журн. орган. химии. -1999. -35, № 12. -С. 1857—1861. 8.Китаев Ю.П., Бузыкин Б.И . Гидразоны. -М .: Наука, 1974. -С. 56. Інститут органічної хімії НАН України, Київ Надійшла 18.02.2004 УДК 547:541.127:541.128 И.В. Шпанько, И.В. Садовая ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ФАКТОРОВ НА СКОРОСТЬ И МЕХАНИЗМ РЕАКЦИЙ АРИЛОКСИРАНОВ С N-АРОИЛАРЕНСУЛЬФОНАМИДАМИ В АЦЕТОНИТРИЛЕ Изучена кинетика реакций арилоксиранов XC6H 4CH(O)CH 2 с N-ароиларенсульфонамидами YC6H4CON- HSO2C6H 4Z в ацетонитриле при 343 K . Методом перекрестного корреляционного анализа показано , что совместное влияние заместителей X, Y и Z на скорость раскрытия оксиранового цикла является адди- тивным. Обсужден механизм исследованных реакций. Несмотря на большой интерес к оксиранам на протяжении многих десятилетий количес- твенные закономерности, учитывающие влия- ние структуры, среды, температуры и других фак- торов на скорость, направление и механизм их химических превращений, все еще мало изуче- ны. Среди оксирановых субстратов наиболее подходящими объектами исследования являют- ся арилоксираны, реакционную способность ко- торых можно широко варьировать введением различных заместителей в их бензольное ядро [1—4]. Ранее [2] при изучении кинетики реакций Х-замещенных арилоксиранов с Y-замещенны- ми бензойными кислотами мы показали необ- ходимость учета неаддитивных эффектов струк- турных факторов при количественной оценке скорости процесса с помощью регрессионной модели, включающей статистически значимый коэффициент перекрестного взаимодействия (ρXY = –1.1 ± 0.2). В качестве протонодонорных реагентов, способных эффективно раскрывать оксирано- вый цикл, могут служить NH-кислоты, такие, например, как амиды [5—7] и имиды [8] карбо- новых и сульфоновых кислот. Недавно [8] мы ус- тановили аддитивный характер совместных эф- фект температуры и структуры симметричных аренсульфонимидов в их реакциях с фенилокси- раном в диоксане. Цель настоящей работы — количественное изучение совместного влияния заместителей X, Y и Z на скорость описываемого приведенной ниже схемой взаимодействия арилоксиранов со смешанными имидами бензойных и арен- сульфоновых кислот (N-ароиларенсульфонами- дами) в ацетонитриле при 343 K: XC6H4CH(O)CH2 + YC6H4CONHSO2C6H4Z → → XC6H4CHN(COC6H4Y)(SO2C6H4Z)CH2OH. (1) Коммерческие (фирма Merck) фенилоксиран (98 % основного вещества) и ацетонитрил ис- пользовали без дополнительной очистки. Техни- ческий 4-нитрофенилоксиран дважды перекри- сталлизовывали из гексана, т.пл. 85—86 оС [9]. 4-Бромфенилоксиран получали из 4-бромфен- ацилбромида по методике [9]. Смешанные ими- ды синтезировали из ароилхлоридов и арен- © .В. Шпанько, И .В. Садовая, 2005 60 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2005. Т. 71, № 3 сульфонамидов [10]. Полученные ими- ды имели температуры плавления, со- ответствующие литературным дан- ным [11]. Продуктами реакций (1) являют- ся первичные спирты — 2-(N-ароил- N-аренсульфонил)амино-2-арилэта- нолы. Их спектры ЯМР 1Н записаны на приборе Gemini-200 (Varian, 200 МГц) в растворах (CD3)2SO или CDCl3, внутренний стандарт — ТМС. В качестве примера приведен спектр ПМР 2-(N-бензоил-N-бензолсульфо- нил)амино-2-фенилэтанола — C6H5- CHN(COC6H 5)(SO2C6H 5)CH 2OH, δ, м.д.: 3.38 м (2Н, СН2); 4.65 уш. т (1Н , ОН); 5.90 т (1Н, СН); 7.10–7.71 м (15Н, 3Ph). Аналогичные 2,2-дизамещенные производные этанола образуются также в реак- циях арилоксиранов с бензойными [1] и арен- сульфоновыми [12] кислотами. Для измерения скорости процесса исполь- зовали методику [1]. Кинетику процесса изуча- ли при более чем десятикратном избытке эпок- сидного субстрата (S) относительно начальных концентраций имида (NH): [S]o >> [NH]o = 0.03 – 0.2 моль/л. В этих концентрационных усло- виях выполняется общий второй порядок (пер- вый по обоим реагентам), так что скорость про- цесса описывается уравнением: –d[NH]/dt = k1[NH] = k2[S]o[NH] . (2) Во всех случаях наблюдаемые константы скорости псевдопервого порядка k1, с–1 сохра- няли постоянство значений по ходу процесса до глубины конверсии кислотного реагента 70— 80 % (погрешность определения k1 не превы- шала 5 %). Константы скорости второго по- рядка k2, л⋅моль–1⋅с–1 определяли из соотноше- ния k2 = k1/[S]o. Их значения оставались по- стоянными при изменении начальных концен- траций реагентов. Константы k2 реакций (1) приведены в табл. 1. Они заметно уменьшаются с усилением электроноакцепторных свойств заместителей X в эпоксиде. Наряду с этим ослабление элект- ронодонорных и усиление электроноакцептор- ных свойств заместителей Y и Z в имиде при- водит к увеличению k2. Для количественной оцен- ки влияния структурных факторов на скорость процесса использовано уравнение Гаммета: lgk ij = lgkоj + ρi jσi , (3) где индексы i, j относятся к любой паре замес- тителей X, Y или Z, причем подстрочный и над- строчный индексы при коэффициенте чувстви- тельности ρi j характеризуют соответственно варьируемый и закрепленный заместители. Значения ρi j для семейства частных реак- ционных серий приведены в табл. 2. Небольшое уменьшение ρX Y и ρY X по мере усиления элект- роноакцепторных свойств закрепленных за- местителей Y и X (Z=H) указывает на прояв- ление слабого взаимодействия между их элект- ронными эффектами. Это подтверждается ма- лыми величинами коэффициента перекрестно- го взаимодействия ρXY, равного угловым на- клонам линейных зависимостей ρX Y=(–2.13 ± ± 0.01) + (–0.22 ± 0.03)σY, S o = 0.026, r = 0.976; ρY X = (1.40 ± 0 .01) + (–0. 21 ± 0.01)σX, So = = 0.0078, r = 0.998. Совместное влияние заместителей X и Y на скорость процесса с учетом взаимодействия их электронных эффектов может быть описано уравнением перекрестной корреляции: lgkXY = lgkHH + ρX Y=HσX + + ρY X=HσY + ρXYσXσY . (4) При обработке кинетических данных (табл. 1) для реакций X-замещенных арилоксиранов с Y-замещенными имидами (Z=Н), согласно уравнению (4), по программе мультилинейного регрессионного анализа (доверительный уро- вень 95 %) был получен следующий результат: lgkXY = (–5.15 ± 0.05) + (–2.1 ± 0.1)σX + + (1.4 ± 0.1)σY + (–0.2 ± 0.3)σXσY ; (5) Т а б л и ц а 1 Значения констант скорости k2⋅106 (л ⋅моль–1⋅с–1) для реакций арилоксиранов XC6H4CH(O)CH2 с N-ароиларенсульфонамида- ми YC6H4CONHSO2C6H4Z в ацетонитриле при 343 K X Z Y 4-CH3 H 3-F 4-Cl 4-NO2 H 4-OCH3 — 3.49 10.3 — 47.7 H 4-CH3 3.18 5.07 14.5 — 56.8 H H 4.96 8.57 29.7 18.6 104 H 3-NO2 55.7 82.9 251 — — 4-Br H 1.10 1.75 5.40 3.35 19.9 4-NO2 H 0.102 0.171 — 0.317 1.53 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2005. Т . 71, № 3 61 S o = 0.106; F = 265; r = 0.989; n = 14. Хотя величины lgkH H, ρX Y=H и ρY X=H опре- делены с высокой надежностью, регрессия (5) не может быть рекомендована для описания рассматриваемой перекрестной реакционной се- рии, поскольку коэффициент ρXY при перек- рестном члене статистически не значим. Поэто- му для количественного учета совместных эф- фектов заместителей X и Y следует использо- вать основанное на принципе аддитивности со- отношение без перекрестного члена: lgkXY = (–5.13 ± 0.04) + (–2.18 ± 0.09)σX + + (1.31 ± 0.08)σY ; (6) S o = 0.104; F = 413; r = 0.988; n = 14. Что касается влияния заместителей Y и Z на скорость реакций фенилоксирана (X=Н ) с Y,Z-дизамещенными имидами, то оно также яв- ляется аддитивным. Об этом свидетельствует постоянство значений параметров чувствитель- ности ρY Z и ρZ Y в пределах погрешности их определения при переходе от одних закреплен- ных заместителей, соответственно Z и Y, к дру- гим (табл. 2), а также то, что данная перекре- стная реакционная серия с высокой надежно- стью описывается регрессией: lgkYZ = (–5.05 ± 0.01) + (1.38 ± 0.02)σY + + (1.41 ± 0.02)σZ ; (7) S o = 0.03; F = 2646; r = 0.998; n = 14. Учитывая то, что рассматриваемые реакции имеют общий второй порядок, первый по фенил- оксирану и по имиду (>N–H), можно предпо- ложить механизм процесса (схема (8)), согласно которому в первой равновесной стадии образу- ется Н -комплекс (I), который затем во второй медленной стадии превращается в циклическое переходное состояние (ПС) (II) вследствие нук- леофильной атаки атомом азота имина α-угле- родного атома оксиранового цикла. Именно та- кому направлению раскрытия оксиранового цик- ла соответствует образование в качестве про- дуктов реакций (1) 2-(N-ароил-N-аренсульфонил)- амино-2-арилэтанолов. Аналогичный механизм предложен нами для реакций фенилоксирана с аренсульфонимидами [8]. Участие ПС цикличе- ского строения в реакциях оксиранов со спир- тами и карбоновыми кислотами обсуждается в ряде работ (см., например, [13—15]). По характеру совместных эффектов замес- тителей X и Y реакции (1) с участием смешан- ных имидов существенно отличаются от ранее изученных реакций с участием бензойных кис- лот [2]. В первом случае, как показано выше, от- сутствует взаимодействие структурных факто- ров (ρXY=0), а во втором оно ярко проявляется (ρXY= –1.1 ± 0.2). Наиболее вероятной причи- ной этого является различие механизмов срав- ниваемых процессов. В работе [2] мы пришли к выводу о том, что неаддитивное влияние за- местителей X и Y на скорость реакций арилок- сиранов с бензойными кислотами обусловлено взаимодействием их электронных эффектов на Т а б л и ц а 2 Значения коэффициентов чувствительности ρi j в уравнении (3) для реакций (1) Y –ρX Y* (Z=H) X ρY X** (Z=H) Z ρY Z** (X=H) Y ρZ Y* (X=H) 4-CH3 2.1 ± 0.2 H 1.40 ± 0.04 4-OCH3 1.46 ± 0.04 4-CH3 1.44 ± 0.05 H 2.1 ± 0.3 4-Br 1.34 ± 0.03 4-CH3 1.33 ± 0.01 H 1.40 ± 0.02 4-Cl 2.2 ± 0.3 4-NO2 1.23 ± 0.01 H 1.40 ± 0.04 3-F 1.41 ± 0.06 4-NO2 2.3 ± 0.2 3-NO2 1.3 ± 0.1 4-NO2 1.3 ± 0.2 * Коэффициент корреляции r ≥ 0.989; ** r ≥ 0.997. (8) 62 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2005. Т. 71, № 3 равновесной стадии образования Н -комплекса типа (I) из эпоксидного субстрата и кислотного реагента. Принимая во внимание сравнительно высокую кислотность используемых имидов, сле- дует ожидать существенного переноса протона в комплексе (I) и, как следствие этого , проявле- ния характерного для подобных кислотно-ос- новных равновесий значительного взаимодей- ствия структурных факторов [2, 16]. Однако от- сутствие такого взаимодействия в реакциях (1) дает нам основание предложить механизм, ко- торый предусматривает формирование цикли- ческого ПС типа (II) в одну стадию без предва- рительного образования Н -комплекса. Параметр ρY Z (ρZ Y), оценивающий чувстви- тельность процесса к электронным эффектам заместителей Y (Z), является сложной величи- ной. Его эффективное значение будет опреде- ляться степенью переноса протона к кислороду оксиранового цикла в ПС, ρH-O>0, а также сте- пенью образования связи N–C, ρN-C<0, вслед- ствие чего ρY Z (ρZ Y) = ρH -O – ρN-C. Приведен- ные в табл. 2 положительные значения ρY Z (ρZ Y) указывают на то, что ρH -O> |ρN -C|. Следова- тельно, электрофильное содействие кислотно- го реагента раскрытию оксиранового цикла при формировании циклического ПС является ре- шающим фактором, определяющим влияние за- местителей Y (Z) на скорость реакций (1). В таком ПС разрыв связи С–О будет преобладать над образованием связи С–N, что приведет к увеличению положительного заряда на α-угле- родном атоме оксиранового цикла в активаци- онном процессе. Об этом свидетельствуют боль- шие отрицательные значения ρX Y для исследо- ванных частных реакционных серий (табл. 2). РЕЗЮМЕ. Вивчено кінетику реакцій арилоксира- нів XC6H4CH(O)CH 2 з N-ароїларенсульфонамідами YC6H4CONHSO2C6H4Z в ацетонітрилі при 343 K. Мето- дом перехресного кореляційного аналізу показано, що сумісний вплив замісників X, Y і Z на швидкість роз- криття оксиранового циклу є адитивним. Обговорено механізм досліджених реакцій. SUMMARY. The kinetics of reactions between aryl- oxiranes XC6H4CH(O)CH2 and N-aroylarenesulfonamides YC6H4CONHSO2C6H4Z in acetonitrile at 343 K have been studied. Combined effects of substituents X, Y and Z on the rate of epoxide ring opening are additive. The mecha- nism of the investigated reactions is discussed. 1.Шпанько И .В., Садовая И .В., Китайгородский А .М . // Укр. хим. журн. -2003. -69, № 6. -С. 111—115. 2.Шпанько И .В., Садовая И .В. // Теорет. и эксперим. химия. -2002. -38, № 2. -С. 116 —119. 3. Dormer J., M oodie R.B . // J. Chem. Soc. Perkin II. -1994. -№ 6. -P. 1195—1200. 4. Biggs J., Chapman N.B., Finch A.F., W ray V. // J. Chem. Soc (B). -1971. -№ 1. -P. 55—63. 5.Клебанов М .С., Карат Л.Д., Стрельцов В.И . и др. // Кинетика и катализ. -1991. -32, вып. 1. -С. 50—54. 6.Карат Л.Д., Карпов О.Н ., Стрельцов В.И . // Укр. хим. журн. -1993. -59, № 4. -С. 442—444. 7.Карат Л.Д., Стрельцов В.И. // Журн. прикл. химии. -1993. -66, вып. 5. -С. 1069—1073. 8.Шпанько И.В., Садовая И.В. // Укр. хим. журн. -2004. -70, № 4. -C. 104—107. 9. Fuchs R., Vander-W erf C.A. // J. Amer. Chem. Soc. -1954. -76, № 6. -P. 1631—1634. 10. Деркач Г.И ., Дрегваль Г.Ф., Кирсанов А .В. // Журн. общ. химии. -1960. -30, вып. 10. -С. 3402—3407. 11.Кретов А .Е., Шевченко В.И. // Укр. хим. журн. -1957. -23, вып. 4. -С. 493—495. 12. Shpan’ko I.V ., Sadovaya I.V ., Kitaigorodskii A.M . // Mendeleev Commun. -2001. -№ 2. -P. 83, 84. 13.Сорокин М .Ф.,Гершанова Э.Л. // Кинетика и ката- лиз. -1967. -8, вып. 3. -С. 512—519. 14.Швец В.Ф., Лебедев Н .Н ., Тюкова О.А . // Журн. орган. химии. -1971. -7, вып. 9. -С. 1851—1856. 15. Батог А .Е., Степко О.П., Никонова Л.П . // Там же. -1980. -16, вып. 6. -С. 1126—1131. 16. Clotman D, M uller J.P., Z eegers-Huyskens T. // Bull. Soc. chim. belg. -1970. -79, № 11–12. -P. 689—698. Донецкий национальный университет Поступила 27.02.2004 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2005. Т . 71, № 3 63