реакциях с разрывом связи сера — кислород можно объяснить, допуская возможность перевода сложных эфиров в легко гидро-лизуемые сульфенилхлорид или сульфенилбромид (7.1). С таким механизмом катализа согласуется и более высокая активность бромида по сравнению с хлоридом, так как бромид явля-«тся более сильным нуклеофилом (а НВг—более сильной кислотой). При гидролизе глюкозо-6-фосфата галогеноводородные кислоты являются более сильными катализаторами по сравнению с хлорной кислотой, что легко объяснить с тех же позиций. Эта протекающая по механизму А-2 реакция (катализируется кислотой и имеет второй порядок), которая сопровождается разрывом связи углерод — кислород, вероятно, включает нуклео-фильную атаку галогенид-ионом на аномерный атом углерода с образованием гликозилгалогенида, быстро превращающегося затем в продукты реакции.

О

II

CH3-0-S-X 7.1

7.2.4. Гидроксианионы как катализаторы

Хотя омыление сложных зфиров в щелочных водных растворах часто трактуют как пример нуклеофильного катализа, на самом деле этот процесс следует рассматривать как промо-тируемый нуклеофилом гидролиз, так как в ходе реакции катализатор не регенерируется [9].

О оR—С—OR' + ОН" -<—>? R—С—OR' v R~C02" -f R'OH (7.8)

I

OH

Эта реакция, включающая присоединение гидроксид-иона к карбонильной группе с образованием нестабильного промежуточного продукта и затем распад последнего, происходит по механизму нуклеофильного катализа, в ходе которого регенерации нуклеофила не происходит. Напротив, катализируемый алкоксид-ионом алкоголиз амидов является примером истинного нуклеофильного катализа, идущего по тому же механизму, что и омыление сложных эфиров.

о о- о

II I н3о |1

R-C-NH2 + R'0~ *? R-C-NH2 >- R-C-OR' + NH3 + OHI

OR'

О О

11 он- II

R-C-OR' R—С—0" + R'0- (7.9)

Нуклеофильным катализатором гидролиза амидов может быть либо спирт, либо алкоксид-ион. На это указывают следующие факторы: 1) спирт более сильный нуклеофил, чем вода; 2) по отношению к производным карбоновых кислот алкоксид-ион является лучшим нуклеофилом по сравнению с гидроксид-ионом и 3) гидролитическая лабильность сложных эфиров выше, чем амидов.

Карбоксилат-ионы катализируют гидролиз ряда производных карбоновых кислот. Как отмечалось в гл. 5, некоторые из этих реакций идут по механизму общего основного катализа, а другие— по механизму нуклеофильного катализа. Примером нуклеофильного катализа служит катализируемый формиат-ионом гидролиз уксусного ангидрида:

О О 0 0

II II II II н2о

сн3соссн3 + нсо3- т—>? СН3СОСН -f сн3со2- ?—

о о

I! II

>? НСОН + СН3СОН (7 10)

Постулируемый промежуточный продукт [схема (7.10)]—смешанный ангидрид уксусной и муравьиной кислот — гидролизу-ется значительно легче, чем исходный уксусный ангидрид. Более того, катализ формиат-ионом значительно сильнее, нежели ацетат-ионом, хотя основность ацетата выше. Эти результаты хорошо согласуются с показанным на схеме (7.10) механизмом гидролиза.

Протекание нуклеофильного катализа при гидролизе ацетат-ионом сложных эфиров 2,4-динитрофенола доказано экспериментально с использованием меченных изотопом 180 соединений и анилина в качестве «ловушки» промежуточных продуктов.

о N°2

° м0 О 180

N0, рГ

о

с18он 0

+ сн3с18он

Если реакция действительно идет по механизму нуклеофильного катализа, то продукт реакции (бензойная кислота) должен быть обогащен изотопом кислород-18, так как превращение промежуточно образующегося смешанного ангидрида уксусной и бензойной кислот в продукты реакции должно в соответствии с относительной реакционной способностью ацетильных и бензоиль-ных производных включать диссоциацию ацильного фрагмента с разрывом связи 180—С. Экспериментально было найдено, что один из меченых атомов исходного ацетат-иона действительно мигрирует с эффективностью 75% и находится в продукте гидролиза — бензойной кислоте. Следовательно, основной маршрут гидролиза катализируется нуклеофилом. Исследование катализируемого ацетат-ионом гидролиза 2,4-динитрофенилацетата в присутствии анилина, выполняющего роль «ловушки» промежуточно образующегося смешанного ангидрида, показало, что процесс идет только по механизму нуклеофильного катализа [11].

Фосфат-ион катализирует гидролиз /г-нитрофенил ацетата, сложных эфиров тиохолина, N-ацетилимидазола, хлорамфенико-ла, уксусного ангидрида, метилацетата, тетраэтилпирофосфата, а также реакцию диалкилсульфидов с иодом. Результаты кинетических исследований некоторых из этих реакций показывают, что реакционноспособной формой фосфат-иона, по-видимому, является монопротонированный фосфат-ион. Реакционная способность этой частицы по отношению к я-нитрофенилацетату примерно в 1000 раз ниже, чем у имидазола в соответствии с рядом нуклеофильности, приведенным в гл. 6.

С использованием меченых соединений и «ловушек» промежуточных частиц было установлено, что гидролиз тетраэтилпирофосфата также протекает по механизму нуклеофильного катализа с промежут