今天内容分为三块:①什么叫做邻基参与?②反应中常见的“邻基”类型;③邻基参与的特点。

有机化学理论内容不讨喜,也有点干,但希望对大家有所帮助!

什么叫邻基参与?

有机分子是一个整体,分子中的每一个原子、基团、成键总是相互影响相互制约的。这些因素对

-位(或更远位置)缺电子反应位点的影响除了老生常谈的电子效应(诱导和共轭)和立体效应(位阻,构象和张力)之外,还可以通过部分或完全地与反应中心成键,形成(环状)正离子过渡态来影响。这种反应现象就是邻基参与作用
neighbouring group participation
) ,由Winstein于1942年首次提出来[1]。

邻基参与作用在亲核取代,消除和重排反应中普遍存在,对反应速度和反应产物等都有较大影响。

反应中常见的“邻基”类型有哪些?

1. 含杂原子基团(n参与):主要涉及N,S,O和卤素,包括-COO-、-OCOR、-COOR、-COAr、-OR、-OH、-O-、-NH2、-NHR、-NR2、-NHCOR、-SH、-SR、-S、-Br、-I、-CI(顺序为I>Br>CI,F通常不参与)等基团。

反应过程中,这些基团可借助杂原子上的负电荷或孤对电子进攻反应中心,形成活性过渡中间体,然后被另外的亲核试剂进攻,得到产物。

2. π键参与(π参与):π 键参与的邻基作用通过π 电子离域稳定反应中间体,大概还可以分为三类:

①双键:如反-7-降冰片烯基对甲苯磺酸酯的乙酸解反应,碳碳双键作为邻基参与反应,形成了非经典碳正离子中间体;

②共轭双键:以大共轭的苯环为例, 在对甲苯磺酸-3-苯基-2-丁酯的乙酸解中,苯环双键作为邻基参与了反应,形成苯桥正离子中间体;

3.σ键参与σ参与):典型例子就是环丙基;

环丙烷的成键情况特殊,是一种介于σ和π键之间的化学键,也称之为香蕉键。

环丙烷的价键是兼顾“碳原子核连线之间的夹角”与“轨道间电子排斥”两种成键方式的结果:既大略地保持原轨道间的角度,又实现一定程度重叠而形成弯曲的键。这种结构促使它能够如同双键一样参与反应[3]。

示例过程,环丙基张力得到释放,参与基最终与另一个原子成键,无法返回,从而导致了重排的发生。(留个思考题:这是什么重排?答案在最后)

4.自由基参与这部分内容没看到有人分享,但如果大家有认真看我分享的栏目的内容,可能会想起来这个内容,当时我们还特别强调了;

邻基参与有何特点?

1. 动力学加速效应,显著提高反应速率邻基参与可能使反应决速步骤从 “离去基团离去” 转变为 “环状中间体形成” 或 “基团迁移”,自身的battle,然后外来亲核试剂趁“需”而入,整体活化能显著降低。

2. 立体构型保持邻基参与过程不是说不涉及构型变化,但是通常涉及两次,翻转再翻转,负负得正,所以常常立体构型得以保持。

3. 导致重排反应发生或环状化合物生成前面已经分享,但是写到这里莫名想到了一个名场面:

风萧兮兮易水寒,壮士一去西不复返;
示例是payne重排:

文中问题答案:

参考资料:

[1] S. Winstein, R. E. Buekles,

J. Am. Chem. Soc.1942, 64, 12, 2780–2786

[2] Jonathan Clayden etal. , 《Organic chemistry》

[3] Li Jun. Structures and Properties of Organic Compounds: Analysis of Problem 8 of the 35th Chinese Chemistry Olympiad Competition (Preliminary) . University Chemistry [J], 2023, 38(10): 324-329 doi:10.3866/PKU.DXHX202212039