Активация алкенов и алкинов (165594)

Посмотреть архив целиком

АКТИВАЦИЯ АЛКЕНОВ И АЛКИНОВ


1. π-Комплексы алкенов и алкинов


Превращения олефинов и ацетиленов относятся к важнейшим реакциям основного органического синтеза. Как правило, эти превращения включают активацию π-лигандов в π-комплексах переходных металлов. Фактически, в рамках тех понятий и терминов, которые мы обсуждаем, π-комплексы являются первичными комплексами.

π-Комплексы моноолефинов, сопряженных и несопряженных диолефинов и ацетиленов известны почти для всех переходных металлов. При этом встречаются моно-, би- и полиядерные соединения. Известны также соединения, содержащие 2, 3 и даже 4 молекулы олефина на атом металла, например, AcacRh(C2H4)2, Ni(C2H4)3 и Ir(C2H4)4Cl.

В ацетиленовых π-комплексах состава Mm(C2R2)n соотношение m/n меняется весьма широко. Например, известны комплексы состава Co4(CO)10(C2H2), Pt(C2R2)2, W(CO) (C2R2)3.

Координация всех π-лигандов сопровождается более или менее значительными изменениями их физических характеристик – понижается частота валентных колебаний кратных связей, увеличивается длина связей С-С, изменяются величины валентных углов.

Природа химической связи в π-комплексах переходных металлов имеет много общего. Рассмотрим основные положения на примере π-комплексов олефинов и ацетиленов.

Молекула этилена по величине потенциала ионизации не отличается от молекулы аммиака (IC2H4 = 10.5 эв). Донорные свойства ацетилена выражены несколько слабее (IC2H2 = 11.4 эв). В ацетилене, однако, нижние вакантные МО лежат ниже, чем у этилена, поэтому молекула ацетилена характеризуется более выраженными акцепторными свойствами.

Представления о природе связи в π-комплексах базируются на идеях Дьюара, Чатта и Данкансона, развитых более полувека назад. Модель Дьюара-Чатта-Данкансона, несмотря на ее упрощенность, может быть положена в основу концепции активации π-лигпндов в комплексах переходных металлов.

Рассмотрим, например, соль Цейзе KPtCl3(C2H4). Молекула этилена занимает координационное место в плоско-квадратном комплексе PtCl42-, вытесняя ион хлора:



Гибридная орбиталь Pt(II) (например, dsp2-орбиталь) перекрывается с π-МО этилена, образуя трехцентровую двухэлектронную связь (донорно-акцепторная компонента связи). Гибридные заполненные 6dp-орбитали платины взаимодействуют с разрыхляющей π*-МО олефина, образуя вторую трехцентровую двухэлектронную связь (дативная компонента связи). В общем виде эти ситуация представлена на диаграмме:



Обе трехцентровые связи вносят вклад в повышение прочности связи M-C2H4. Однако эти компоненты по разному влияют на свойства координированного π-лиганда.

В частности, образование дативной связи увеличивает заселенность разрыхляющей орбитали π-лиганда, что приводит к сильной дестабилизации координированной молекулы. Соотношение двух компонент связи металл-лиганд будет зависеть от свойств центрального атома, других лигандов и заместителей в молекуле π-лиганда. По степени изменения свойств π-лиганда все π-комплексы делятся на две группы.

I тип – π-комплексы, в которых изменение π-лиганда носит характер слабого возмущения.

II тип – π-комплексы, в которых сильно меняются порядок связи С-С и валентные углы.

Комплексы I типа обычно образуются металлами в высоких степенях окисления, связанных с электроотрицательными лигандами. Комплексы II типа образуют металлы в низких степенях окисления, связанные с мягкими основаниями. Так, например, соль Цейзе – K[PtCl3(C2H4)] – является примером комплекса I типа, а соединение (Ph3P)2Pt(C2H4) – примером комплекса II типа (см. данные таблицы).


Комплекс

Тип

ΔνС=С, см-1

LC=C, Ǻ

Положение С=С

K[PtCl3(C2H4)]

(Ph3P)2Pt(C2H4)

I

II

118

> 200

1.37

1.43

Перпендикулярно пл. PtCl3

В плоскости Pt(PPh3)2







В комплексах c сильными электроотрицательными π-лигандами длины связей С-С приближаются к длине простой связи С-С в алканах. Например, в комплексе L2Pt(C2F4) длина связи С-С составляет 1.54 Ǻ, т.е. двойная связь по существу превращается в одинарную. Значения химсдвигов 19F и констант спин-спинового взаимодействия в спектре ЯМР комплекса также хорошо объясняются “циклопропановой” структурой.

Т.о., взаимодействие сильного донора L2Pt (0) с сильным акцептором C2F4 приводит к существенному переносу d-электронов на π-лиганд и образованию металлоцикла. Происходит окислительное присоединение π-лиганда к Pt(0) с образованием Pt(II) и аниона C2F42-.

Особенно отчетливо различие двух групп π-комплексов можно проследить в случае ацетиленовых лигандов (см. таблицу).


Комплекс

Тип

ΔνС=С, см-1

LC=C, Ǻ

Положение С=С

(Bu2C2PtCl2L*

(Ph2C2)Pt(PPh3)2

I

II

200

490

1.27

1.36

Перпендикулярно пл. PtCl3

В плоскости Pt(PPh3)2


2. ПУТИ АКТИВАЦИИ АЛКЕНОВ


Наиболее характерной реакцией π-комплексов олефинов, относящихся к I типу, является реакция с нуклеофильными реагентами.

Нуклеофильный реагент часто атакует π-комплекс со стороны, противоположной металлу (транс-присоединение), образуя σ-металлоорганическое соединение:


В качестве нуклеофилов могут выступать анионные карбонилметаллаты, образуя σ-металлоорганические соединения с мостиковым этиленом:

(π-C5H5)(CO)3M(π-C2H4) + Re(CO)5- → (π-C5H5)(CO)3MCH2CH2Re(CO)5

M = Mo, W

Поляризация молекулы олефина в π-комплексе может приводить к смещению электронов в группах, соседних с С=С – связью, что проявляется, например, в образовании π-аллильных комплексов:


В π-комплексах II типа характер реакционной способности кратной связи меняется. π-Лиганд становится способным взаимодействовать с электрофильными реагентами, например в соответствии со схемой:



Более характерными для π-комплексов II типа являются реакции, связанные с общим разрыхлением всей молекулы из-за переноса электронов на олефин. К таким реакциям следует отнести реакции циклообразования, внедрения по связи металл-металл, окислительного присоединения или замещения по связи =С-Х (где X = H, Cl, F).

Например:

Или

(CO)4Co-Co(CO)4 + CF2=CF2 → (CO)4Co- CF2CF2-Co(CO)4

Иногда активация олефина в π-комплексах II типа настолько лабилизирует связи в π-лиганде, что становится возможным разрыв связей С-Н при двойной связи и в соседней с двойной связью метильной группе, приводящий к продуктам окислительного присоединения:

Os3(CO)12 + C2H4 → H2Os3(C=CH2)(CO)9 + 3CO


3. ПУТИ АКТИВАЦИИ АЛКИНОВ


В ацетиленовых комплексах I типа (Ag(I), Cu(I), Hg(II), Pt(II), Pd(II), Ru(III) и др.) повышение электрофильности тройной связи приводит к облегчению взаимодействия с нуклеофильной частицей из раствора (транс-присоединение) или нуклеофилом, координированным металлом (цис-внедрение):



Основные реакции π-комплексов I типа довольно удачно промоделированы на комплексах Pt(II):



Образующийся катионный π-комплекс способен превращаться по нескольким направлениям:

В π-комплексах II типа в первую очередь сильно разрыхляется тройная связь углерод-углерод и связь C-X при тройной связи. Так, активация связи С-Н в π-комплексах Ni(0), Pt(0), Os(0) или Rh(I) приводит к окислительному присоединению с образованием этинилгидридного комплекса металла:




Вторая характерная реакция для π-комплексов II типа – это реакция циклообразования, причем в состав получающегося металлоцикла входят уже две молекулы алкина:



Металлоциклопентадиены из алкинов получены в реакциях комплексов Pt(0), Pd(0), Co(I), Fe(0), Rh(I), Ir(I) и Ti(II).


Активация полярных молекул


Полярные молекулы НХ, где Х – ОН, OR, Hal, CN, NH2, NR2, NHR, SR и др. активируются по механизму, близкому к механизму активации апротонными кислотами. Образование донорно-акцепторной связи между донорным атомом полярной молекулы и комплексом переходного металла, имеющим вакантные орбитали, приводит к ослаблению связи Н – Х. Ослабление связи H-X при координации этих молекул подтверждается, как правило, данными ИК-спектров координированных молекул. При этом в образующемся комплексе происходит смещение σ-пары электронов донорных атомов O, N или S к иону металла, обладающему акцепторными свойствами. Молекула лиганда поляризуется, что приводит к ее ионизации и облегчает диссоциацию (в полярных растворителях):



Смещение электронов и ослабление связи Х-Н при координации подтверждается данными ИК-спектров координированных молекул. Например, координация RNH2 в комплексах с PtCl2 приводит к понижению νN-H (на 80-100 см-1).

В результате повышается способность связи Н-Х к гетеролитической диссоциации с передачей протона на другой субстрат или его окислительному присоединению к переходному металлу (в зависимости от степени окисления металла и состояния его внутренней координационной сферы).


Случайные файлы

Файл
10459.rtf
13227-1.rtf
72819-1.rtf
112243.rtf
50081.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.