Gruptan ayrılıyor - Leaving group
Olarak kimya , bir ayrılan grup , bir çift kalkan bir molekül fragmanı olan elektron olarak heterolitik bağ bölünmesi . Ayrılan gruplar anyonlar , katyonlar veya nötr moleküller olabilir, ancak her iki durumda da ayrılan grubun bağ heterolizinden kaynaklanan ek elektron yoğunluğunu stabilize edebilmesi çok önemlidir. Yaygın anyonik ayrılan gruplar, Cl - , Br - ve I - gibi halojenürler ve tosilat (TsO - ) gibi sülfonat esterlerdir . Florür (F - ), sinir ajanı sarin gazında ayrılan bir grup olarak işlev görür . Yaygın nötr molekül çıkış grupları su ve amonyaktır . Ayrılan gruplar, aynı zamanda pozitif yüklü katyonlardan (örneğin, H gibi edilebilir + sırasında serbest nitrasyon ve benzen ); bunlar aynı zamanda spesifik olarak elektrofuglar olarak da bilinir .
Grup yeteneğinden ayrılma
Gruptan ayrılma yeteneğinin fiziksel tezahürü, bir reaksiyonun meydana gelme hızıdır. İyi ayrılan gruplar hızlı tepki verir. Tarafından geçiş durumu teori , bu iyi bir ayrılan grubu içeren bu reaksiyonlar nispeten sabit geçiş durumları giden düşük aktivasyon baryerleri anlamına gelir.
Anyonik bir ayrılan grupla (iyonizasyon) bir S N 1 / E1 reaksiyonunun ilk adımı durumunda gruptan ayrılma yeteneği kavramını dikkate almak yardımcı olurken, bu kavramın ilgili tüm reaksiyonlara genelleştirilebileceğini akılda tutmak yararlıdır. ayrılan gruplar. Ayrılan grup geçiş durumunda (ve ürünlerde) başlangıç malzemesinden daha büyük bir negatif yük taşıdığından, iyi bir ayrılan grup bu negatif yükü stabilize edebilmelidir, yani kararlı anyonlar oluşturabilmelidir . Anyon stabilitesinin iyi bir ölçüsüdür pKa bir anyon en ait konjugat asidi ve grup yeteneği ayrılan ve genellikle de bir alt pKa ile, bu eğilim, aşağıdaki bir H iyi ayrılan grup yeteneği ile ilişkilidir.
PKa arasındaki korelasyon bir H ve grup yeteneği bırakarak, ancak, mükemmel değildir. Gruptan ayrılma yeteneği, başlangıç materyalleri ile bir geçiş durumu (ΔG ‡ ) arasındaki enerji farkını temsil eder ve ayrılma grubundaki farklılıklar bu miktardaki (ΔΔG ‡ ) değişikliklere yansıtılır . Bununla birlikte, pK a H miktarı , başlangıç materyalleri ve ürünler (ΔG) arasındaki enerji farkını temsil eder ve asitlik farklılıkları bu miktardaki (G) değişikliklere yansır. Ayrıca, bu durumlarda başlangıç materyalleri farklıdır. PKa halinde bir grup yeteneği ayrılma durumunda, bir ayrılma grubu (genellikle) karbonuna bağlanmış iken, "ayrılma grubu" terimi, başlangıç malzemesi olarak bir proton bağlıdır. Bu önemli uyarılar akılda tutularak pK a H'nin gruptan ayrılma yeteneğini yansıttığını düşünmek gerekir , ancak yine de her birindeki trendler birbiriyle iyi bir ilişki kurma eğilimindedir. Bu resim ile uyumlu olarak, örneğin, OH gibi güçlü bazlar - , VEYA - ve NR 2 - negatif yükü stabilize etmek için kendi yetersizlik nedeniyle, kötü ayrılan grupları eğilimindedir.
| Ayrılma grupları yaklaşık olarak ayrılma kabiliyetinin azalmasıyla sipariş | |
|---|---|
| R – N 2 + | dinitrojen |
| R – VEYA ' 2 + | dialkil eter |
| R – OSO 2 R F | perfloroalkilsülfonatlar (örneğin triflat ) |
| R – OT'ler, R – OM'ler vb. | tosilatlar , mesilatlar ve benzeri sülfonatlar |
| Rİ | iyodür |
| R-Br | bromür |
| R – OH 2 + , R'– OHR + | su , alkoller |
| R-Cl | klorür |
| R – ONO 2 , R – OPO (VEYA ') 2 | nitrat , fosfat ve diğer inorganik esterler |
| R – SR ' 2 + | tiyoeter |
| R – NR ' 3 + , R – NH 3 + | aminler , amonyak |
| R-F | florür |
| R-OCOR | karboksilat |
| Kükreme | fenoksitler |
| R – OH, R – OR | hidroksit , alkoksitler |
| R – NR 2 | amidler |
| R-H | hidrür |
| R-R ' | arenid, alkanid |
Makul bir ayrılma grubunu neyin oluşturduğu bağlama bağlıdır. S N 2 reaksiyonları için, sentetik olarak yararlı tipik ayrılan gruplar Cl - , Br - , I - , - OTs, - OMs, - OTf ve H 2 O'yu içerir. Fosfat ve karboksilat ayrılan grupları içeren substratlar, rekabetçi ekleme ile reaksiyona girme olasılığı daha yüksektir. - eliminasyon, sülfonyum ve amonyum tuzları genellikle ilidler oluştururken veya mümkün olduğunda E2 eliminasyonuna uğrar. Fenoksitler ( - OAr) S olarak verilmesinin makul olduğu için ne alt sınır teşkil N çok güçlü Ph gibi nükleofiller: 2 ayrılan gruplar 2 , P - veya EtS - demetilat için kullanılmıştır anisol S boyunca türevleri , N metil grubu 2 değiştirmesi. Hidroksit, alkoksitler, amidler, hidrid ve alkil anyonlar S ayrılan gurup için kullanılmamıştır , N 2 reaksiyonları.
Öte yandan, anyonik veya dianyonik tetrahedral ara maddeler çöktüğünde, komşu heteroatomun yüksek elektron yoğunluğu, ayrılan bir grubun çıkarılmasını kolaylaştırır. Bu nedenle, bazik koşullar altında ester ve amid hidrolizi durumunda, alkoksitler ve amidler genellikle ayrılan gruplar olarak önerilmektedir. Benzer şekilde, ayrılan bir grup olarak hidroksidi içeren E1cb reaksiyonları da nadir değildir (örneğin, aldol yoğunlaşmasında ). Bu tür H gibi gruplar için son derece nadir - ( hidridler ) ve R 3 C - ( alkil anyonlar , R = alkil veya H), çünkü bu türlerin yüksek enerjili bir elektron çifti ile ayrılmak için. Chichibabin Reaksiyon sırasında, bir ayrılan grup olarak hidrür bir örneğini sağlar Wolff-Kishner reaksiyonu ve Haller-Bauer reaksiyonları stabilize edilmemiş karbaniyon ayrılan grupları bulunmaktadır.
Gruptan ayrılmada bağlamsal farklılıklar
Yukarıda verilen listenin niteliksel olduğuna ve eğilimleri açıkladığına dikkat etmek önemlidir . Bir grubun ayrılma yeteneği bağlamsaldır. Örneğin, S N Ar reaksiyonlarında, çıkış grubu diğer halojenlere göre florür olduğunda hız genellikle artar. Bu etki, bu iki aşamalı ekleme-eliminasyon işlemi için en yüksek enerji geçiş durumunun, florürün diğer halojenürlere göre daha yüksek elektron çekme kapasitesinin aromatik halka üzerinde gelişen negatif yükü stabilize ettiği ilk aşamada meydana gelmesinden kaynaklanmaktadır. Ayrılan grubun ayrılması, bu yüksek enerjili Meisenheimer kompleksinden hızlı bir şekilde gerçekleşir ve ayrılma, hız sınırlama adımında yer almadığından, reaksiyonun genel hızını etkilemez. Bu etki, baz eliminasyonlarını birleştirmek için geneldir.
Ayrılan grubun ayrılışı, bir reaksiyonun hız sınırlama adımına dahil olduğunda bile, gruptan ayrılma yeteneğinin sırasını değiştirebilecek bağlamsal farklılıklar hala mevcut olabilir. Olarak , Friedel-Crafts alkilasyon normal halojen ayrılan grup sırası reaksiyonun hızı RF> Rcl> RBr> RI aşağıdaki şekilde tersine çevrilir. Bu etki, Lewis asidi katalizörünü kompleks yapma yeteneklerinin daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır ve ayrılan gerçek grup, Lewis asidi ile ayrılan grup arasında bir "at" kompleksidir. Bu durum genel olarak grup aktivasyonundan ayrılma olarak tanımlanır .
Yaprakları (protonasyonu ya da Lewis asidi kompleks ile) reaksiyon koşullarından etkilenmeyen olduğu gerçek grup zaman hala saf haliyle grubu yeteneği, ayrılan bağlamsal fark vardır mevcut olabilir ve ayrılan grubun ayrılma oran-sınırlayıcı oluşur adım. Diğer değişkenlerin sabit tutulduğu durumda (alkil elektrofilinin doğası, çözücü, vb.), Nükleofildeki bir değişiklik, ayrılan gruplar için reaktivite sırasında bir değişikliğe yol açabilir. Aşağıdaki durumda tosilat, etoksit nükleofil olduğunda en iyi ayrılan gruptur, ancak iyodür ve hatta bromür tiyolat nükleofil durumunda daha iyi ayrılan gruplar haline gelir .
| (X) grubundan ayrılıyor |
 |
 |
|---|---|---|
| Cl | 0.0074 | 0,0024 (40 ° C'de) |
| Br | 1 | 1 |
| ben | 3.5 | 1.9 |
| OT'ler | 0.44 | 3.6 |
Aktivasyon
E1 ve S N 1 reaksiyonlarında zayıf bir ayrılan grubun, bir Lewis asidi ile protonasyon veya kompleksleştirme yoluyla iyi bir gruba dönüştürülmesi yaygındır . Bu nedenle, ayrılmadan önce protonasyon yoluyla bir molekül, hidroksit gibi bu kadar zayıf ayrılan grupları resmi olarak kaybedebilir.
Aynı prensip Friedel-Crafts reaksiyonunda da geçerli . Burada, Friedel-Crafts alkilasyon reaksiyonunda bir alkil halojenürden bir karbokatyon veya bir asil halojenürden bir asilyum iyonu oluşturmak için güçlü bir Lewis asidi gereklidir .
Vakaların büyük çoğunluğunda, ayrılan grup aktivasyonunu içeren reaksiyonlar, nükleofilik ataktan veya eliminasyondan önce ayrı bir aşamada bir katyon üretir. Örneğin, S N1 ve E1 reaksiyonları bir aktivasyon aşamasını içerebilirken, S N2 ve E2 reaksiyonları genellikle bunu yapmaz.
Eşlenik baz eliminasyonlarında
İyi bir ayrılan gruba olan gereksinim, eşlenik baz eliminasyon reaksiyonlarında gevşetilir. Bu reaksiyonlar, bir enolatın β pozisyonunda ayrılan bir grubun kaybının yanı sıra, nükleofilik asil ikamesinde tetrahedral ara üründen bir karbonil grubunun rejenerasyonunu içerir. Koşulları zorlama altında, daha da amidler bazik hidrolizi, son derece zayıf bir ayrılan grup, R, sürülmesi içeren bir işlemden geçmesi için yapılabilir 2 N - . Daha da çarpıcı bir, dekarboksilasyonu benzoat anyonları ile ısıtılarak oluşabilir bakır Cu 2 , bir aril anyon kaybının ortaya, O. Bu reaksiyon, ayrılan grubun çok daha bazik alkali metal tuzu yerine büyük olasılıkla bir arilbakır bileşik olması gerçeğiyle kolaylaştırılır.
Normal ayrılan grup gereksinimlerinden bu çarpıcı sapma, çoğunlukla çok güçlü C = O çift bağının oluşmasının aksi takdirde istenmeyen reaksiyonları ileriye götürebildiği C = O çift bağ oluşumu alanında meydana gelir. E1cB mekanizmaları yoluyla C = C bağı oluşumu durumunda iyi bir ayrılan grup için gereksinim hala gevşektir , ancak C = C çift bağının göreceli zayıflığından dolayı, reaksiyon hala bir miktar ayrılan grup duyarlılığı sergilemektedir. Özellikle, ayrılan grubun kimliğini (ve ayrılma isteğini) değiştirmek, eleme tepkilerindeki mekanizmanın doğasını değiştirebilir. Kötü ayrılma grupları ile, E1cB mekanizması onaylanır fakat ayrılan grubun yeteneği değişiklikleri, Karbanyonik aracıdan ayrılan grup kaybının belirlenmesine bir oranına sahip reaksiyon vardiya olarak B ile TS BC ‡ proton giderme aşamasını belirleyen bir oranına sahip yoluyla yoluyla TS AB ‡ (resimde gösterilmemiştir) uyumlu bir E2 elemesine. İkinci durumda, ayrılan X grubu, B ve C ara maddelerini bağlayan önceki geçiş durumu , enerji açısından B'den daha düşük hale gelmesine yetecek kadar iyi hale gelmiştir ; bu, artık reaksiyon için potansiyel enerji yüzeyinde sabit bir nokta değildir. Sadece bir geçiş durumu başlangıç malzemesi A ve ürün C'yi birbirine bağladığından , X'in ayrılma grup yeteneğindeki artış nedeniyle reaksiyon artık uyumludur (resimdeki durumda çok asenkron olsa da).
"Süper" ve "hiper" ayrılan gruplar
Prototip süper ayrılan grup triflate'dir ve terim, karşılaştırılabilir yeteneklere sahip herhangi bir ayrılan grup anlamına gelir. Bir süper ayrılan grubun kaybının kararlı bir karbokatyon oluşturabildiği bileşikler genellikle oldukça reaktiftir ve kararsızdır. Bu nedenle, en yaygın olarak karşılaşılan organik triflatlar metil triflat ve alkenil veya aril triflatlardır, bunların tümü iyonizasyon üzerine kararlı karbokatyonlar oluşturamaz, bu da onları nispeten kararlı kılar. Steroid alkil olduğu not edilmiştir nonaflatlar alkoller ve elde edilen (başka bir süper ayrılan grup) perfluorobutanesulfonyl florür gibi izole edilebilir değildi fakat hemen ya ürünlerini oluşturur ortadan kaldırılması ya da ikame ile florür ayıracı ile oluşturulur. Karışık asil-triflorometansülfonil anhidritler, güçlü bir Lewis asidi gerektiren karşılık gelen asil halojenürlerin aksine, bir katalizör olmadan sorunsuz bir şekilde Friedel-Crafts asilasyonuna tabi tutulur. Metil triflat, bununla birlikte, elektron-nötr aromatik halkalarla Friedel-Crafts alkilasyon reaksiyonlarına katılmaz.
Tepkisellikte süper ayrılan grupların ötesinde "hiper" ayrılan gruplar vardır. Bunlar arasında belirgin λ 3 -iodanes diariliyodür tuzları içerir ve diğer, halonyum iyonları . Bir çalışmada, bu ve diğer ayrılan grupların nicel bir karşılaştırması yapıldı. Klorüre göre (k rel = 1), reaktiviteler sırasıyla bromür (k rel = 14), iyodür (k rel = 91), tosilat (k rel = 3.7 x 10 4 ), triflat (k rel = 1.4 x 10) 8 ), feniliyodonyum tetrafloroborat (PhI + BF 4 - , k rel = 1.2 x 10 14 ). Bir hiper ayrılan grubun triflattan daha güçlü bir ayrılan grup olma kriterinin yanı sıra, ayrılan grubun indirgeyici eliminasyona uğraması gerekliliğidir. Halonyum iyonları durumunda bu, üç değerlikli bir halonyumdan anyonik bir parçanın salımı ile birleştirilmiş tek değerlikli bir halide indirgemeyi içerir. Hiper ayrılan grupların bileşiklerinin istisnai reaktivitesinin bir kısmı, bir molekülün üçe bölünmesinin entropik uygunluğuna atfedilmiştir .
Dialkil halonyum iyonları da basit alkil grupları için izole edilmiş ve karakterize edilmiştir. Bu bileşikler, nükleofillere karşı aşırı reaktivitelerine rağmen, katı halde saf halde SbF gibi çok zayıf nükleofilik karşı iyonlarla elde edilebilir. -
6 ve CHB 11 Cl 11 - . Bu bileşiklerin son derece kararsız RX (R = alkil, X = Cl, Br, I) ayrılan gruplarına bağlanmalarıyla ortaya çıkan güçlü elektrofilik doğası, çok zayıf nükleofilleri alkilleme eğilimleri ile gösterilmektedir. Neat örnekleri (CH Isıtma 3 ) 2 CI + [KHB 11 Cı 11 ] - düşük basınç altında CH birlikte çıkarma ile çok zayıf nükleofilik karboran anyon metilasyonu ile sonuçlanmıştır 3 CI ayrılan grup. Dialkil halonyum heksafloroantimonat tuzları, değiş tokuş edilmiş ürünleri vermek için fazla alkil halojenürleri alkilleştirir. Güçlü elektrofilik yapıları, alkil gruplarının iyonlaşmasından üretilen birincil karbokatyonların dengesizliği ile birlikte, bunların Friedel-Crafts alkilasyon kimyasına olası katılımına işaret ediyor. Bu ayrılan grupların artan labilite sırası RI <R-Br <R-Cl'dir.