язи с участием карбоксильной группы, что приводит, в частности, к промежуточному образованию фталевого ангидрида.

Такой вывод был сделан на основании исследования реакции методом двойных изотопных меток, в частности с использованием изотопов 13С и 180. Результаты масс-спектрометрического анализа образующегося диоксида углерода соответствовали наличию двух маршрутов гидролиза. Характеристические массы диоксида углерода первого маршрута составляли 44 и 47, а второго 44, 45, 46 и 47. Такое распределение изотопов во втором маршруте полностью согласуется с наличием внутримолекулярного нуклеофильного катализа [17].

10.2.2. Ускорение алкоксильными, алкилтио-и галогенидными группами

Внутримолекулярный катализ реакций замещения у насыщенного атома углерода в большинстве случаев осуществляется под действием алкоксильных, алкилтио- и галогенидных групп [18].

Таблица 10.2. Относительные скорости сольволиза <о-метоксиалкил-л-бромбензолсульфонатов под действием уксусной кислоты3

Соединение

Относительная скорость

МеО МеО МеО МеО МеО

MeO[CH2l3OBs

CHS

CHahOBs CH2]3OBs

4OBs

'CHshOBs CH2JeOBs

1,00 0,28 0,63 657,0 123,0 1Л6

В табл. 10.2 приведены относительные скорости сольволиза ряда ш-метоксиалкил-/г-бромбензолсульфонатов. Максимальной реакционной способностью обладает субстрат с числом атомов углерода в цепи, равным четырем. При этом совершенно очевидно, что роль метоксигруппы не определяется простыми электронными факторами. Тот факт, что наиболее высокой активностью характеризуются молекулы с четырьмя и пятью метилено-выми звеньями, указывает на возможность нуклеофильного участия со стороны метоксигруппы с образованием циклических ионов оксония:

Из работы: Winstein S. et al., Tetrahedron, 3, 1 (1958).

(10.22)

Очевидно, что метоксигруппа может принимать участие в катализе только тогда, когда число атомов в циклическом ионе оксония равно пяти или шести. Промежуточные соединения с тремя, четырьмя или семью атомами в цикле вряд ли образуются, что сказывается на относительных скоростях гидролиза. В 50%-ном водном диоксане константы скорости катализируемого ионами гидроксония гидролиза CH3OCH2CH(OEt)2 и CH3SCH2CH(OEt)2 соответственно равны 2-10—4 и 2-10~2 л/(моль«с) при 25°С. Стократное увеличение скорости

реакции при переходе к серусодержащему субстрату может быть объяснено наличием специфических взаимодействий, ведущих, например, к образованию иона сульфония:

Н+

ОС2Н5

Н+ [ — С2Н5ОН

CH3SCH2—СН(ОС2Н5)2 ч—*? CH3S—СН2—СН *•

ос,не

сн3

/ \ н20

v Н2С СН > продукты (10.23)

г | быстро J

ОС2Н5

Нуклеофильное участие галогенидных групп проявляется в сольволизе транс-2-иодциклогексил-/г-толуолсульфоната в уксусной кислоте, так как скорость сольволиза лишенного иода субстрата примерно в 1000 раз ниже. Ниже показан возможный механизм катализа:

1 "OSOjAr

10.2.3. Ускорение третичными аминами и имидазолом

Нуклеофильные свойства третичных аминов лучше, чем кар-боксилат-ионов, поэтому можно ожидать, что амины будут более эффективными нуклеофильными внутримолекулярными катализаторами по сравнению с карбоксилат-анионами. Действительно, ароматические эфиры 4- (4'-имидазолил)масляной кислоты очень быстро гидролизуются даже в нейтральных растворах, причем скорость гидролиза определяется концентрацией частиц, содержащих нейтральный имидазол. В этом случае роль имидазола, как и в межмолекулярных реакциях, сводится к нуклеофильной атаке на карбонильный атом углерода слож-ноэфирной связи, как показано ниже [19]:

(10.25)

Хотя в ходе гидролиза метилового эфира 4-(4'-имидазо-лил)масляной кислоты внутримолекулярный катализ имидазолом не реализуется, в случае соответствующего сложного про-пилового тиоэфира каталитический эффект вновь становится заметным. В частности, скорость образования промежуточного лактама примерно в 106—107 раз выше скорости гидролиза сложного тиоэфира под действием гидроксид-иона в нейтральных средах. В этой реакции добавление свободного внешнего тиола приводит к замедлению скорости распада исходного субстрата, что может быть следствием промежуточного образования соответствующего лактама.

В гидролизе амида 4-(4/-имидазолил)масляной кислоты принимает участие протонированный фрагмент имидазола. Механизм этой реакции, по-видимому, включает протонирование амидной группы с одновременной атакой имидазолильной группировки на карбонильный углерод амида (четырехцентровой нуклеофильно-электрофильный механизм), что ведет к шести-членному циклу:

(10.26)

Реакция триметиламина с /г-нитрофенилацетатом, ведущая к диссоциации нитрофенола, протекает, как и в случае имидазола, по механизму нуклеофильного катализа. Эту гипотезу подтверждает отсутствие кинетического изотопного эффекта растворителя в оксиде дейтерия. В качестве внутримолекулярного аналога этого процесса была выбрана реакция гидролиза пара-замещенных фенил-4- (М,Ы-диметиламино) бутиратов и валера-тов. Для этой реакции прямых доказательств промежуточного образования ионов ацилтриалкиламмония получено не было. Одна