離去基團非及中間體性質對取代苯甲酸苯酯氨解反應影響

(理論化學與分子模擬教育部重點實驗室分子構效關系湖南省普通高校重點實驗室湖南科技大學化學化工學院湘潭摘要X-Y-取代苯基酯(X-C6H4COOC6H4-Y)的氨解反應是一個親核加成-X評價Um等對離去基團(Y-C6H4O-)、非離去基團(X-C6H4-)及中間體(T±)的性質對氨解反應速率影響的研究結果，分別用取代基X的Hammett常數XY-C6H4OH的pKa和取代基XYPEI表征上述結構因素，并用其對logkN建立多元線性回歸模型，得到了良好的相關結果。進一步分析得出，Y-C6H4OH的pKa對logkN(90.46%)，而取代基X的Hammett常數X影響最小。關鍵詞取代苯甲酸苯酯氨解反應速率電子效應極化效應指數InfluenceofthePropertiesofLeavingGroup,Non-leavingGroupandIntermediateontheAminolysisReactionofSubstitutedPhenylBenzoates Cao(KeyLaboratoryofTheoreticalChemistryandMolecularSimulationofMinistryofEducation,KeyLaboratoryofQSAR/QSPRofHunanProvincialUniversity,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnology;Xiangtan411201)AbstractTheaminolysisreactionofY-substitutedphenylX-substitutedbenzoates(X-C6H4COOC6H4-Y)isanucleophilicaddition-eliminationprocess.InordertoquantitativelyevaluatetheinfluenceofstructuralfactorsofsubstituentsXandYontheapparentsecond-orderrateconstants(kN)ofaminolysisofthetitlecompoundsreportedbyUmetc,HammettconstantXofsubstituentX,pKaofY-C6H4OHandpolarizabilityeffectindex(PEI)ofsubstituentsXandYwereusedtocharacterizetheabovementionedstructuralinformationandbuildmultiplelinearregressionmodelagainstlogkN.Goodcorrelationresultshadbeenobtained.FurtherinvestigationindicatedthatthepKaofY-C6H4OHhasthemostimportanteffectonlogkN(itscontributionpercentageis90.46%),whileHammettconstantXofsubstituentXhastheleastinfluenceonlogkN.KeywordsSubstitutedphenylbenzoates,Aminolysis,Reactionrate,Electroniceffect,Polarizability酯類化合物1C2)的親核取代反應在有機合成和生物化學中具有重要意義12]ato36]自上世紀0Um2[7,8]、非離去基團1[810]、親電中心(C=O、=S、=O、=1]、親核試劑胺145]對酯的氨解atro26m等[764CC64與哌啶親核取代反應的研究指出，64C64Y首先與哌啶生成兩性中間體)，然后在非離去基團64-)與離去C642個,,O +HN

X

O

X=NO2,Cl,H,Me,

+-YY=3-COMe,3-Cl,4-COMe,4-CHO,4-NO2,3,4- Scheme1MechanismofaminolysisofY-substitutedphenylX-substitutedbenzoateswithUm通過大量實驗測定了不同取代基X和Y時X-C6H4COOC6H4-Y的氨解反應速率常數——表觀二級速率常數kN[7],kN與圖1中各步反應速率常數之間有如下關系:kNk1k2k1k2 圖式 為便于理解該速率常數，在此對文獻的實驗過程做一簡要概述。所有反應均在哌啶過量的情況下，也即準一級反應條件下進行。哌啶的濃度在(1～200)×10-3mol/L2×10-5mol/L，子(Y-C6H4O-)。在檢測器的選用方面，慢反應(t>10s)采用紫外-可見分光光度計，快反應(t≤10s)采用停流分光光度計 vkobsd kobsdkN

X、Y的立體效應可以忽略。從電子效應來看，取代基X、Y與苯環(huán)直接相連，它們的電子效應對酯羰基碳的親電性及離去基團的離去能力有較大影響，從而影響親核取代反應的速率。結合反應機理(圖式1)及式(1)可知，影響兩T±的形成及分解方向的主要因素有(1)X的吸電子效應(Hammett常數X[17]描述)越6 6 力越強，Y-CHO-(pK度量)，T±Y-CHO-k增大。但是，XHammett常數XY-C6H4OH的pKalogk6 6 T±PEI[18,19]T±的穩(wěn)定性，并考察它對圖式1反應的影響。根據文獻[19]的方法，PEI可表示為：PEIPEIX+PEIYiPEIi

根據上述分析，取代基X、Y1所示酯氨解反應速率的主要原因。為定量研定量相關模型，并對各參數之間的相關性及各參數對kN的貢獻進行了研究。logkN=9.4991+0.9277X–1.1826pKa–

R2=0.9882, pR2=0.9856,sP=0.21,p證的統(tǒng)計量，RPsP表示對測試集進行預測的統(tǒng)計量。結果表明，模型的相關系數高，標準偏差低，而且交叉驗證和預測結果均表明該模型具有良好的穩(wěn)定性和預測能力。由式(6)logkN1。1中還列出了用式(6)logkN實驗值的另外6logkN進行了預測結果。Tab.1Theapparentsecond-orderconstants(kN,L/mol·s)forthereactionsofY-substitutedphenylX-substitutedbenzoateswithpiperidine,andtheelectroniceffectparametersofsubstituentsXandYXYkNY-C6H4OH的X、Y的10090-1-120090-1-130080-0-0421070115050326H0090-1-17H0080-0-08H0070-009H5070000-090-2-20-090-2-20-070-0-01-0700032-05011807000251050220-090-1-275-05011207000H0090-2-2H191050220-080-1-10090-1-13-07000-090--2-080--0-070-0--090--2--080--1--070--0a標“*”的化合物構成測試集b“-1logkNFig1PlotofthecalculatedlogkNvstheexperimental2Tab.2Thecorrelationsbetweeneachpairof101-0-01應。但當本文將Y作為一個參數加入到式(6)Y的電率的影響已被包含到pKa中，故再加入Y作參數不會對結果有明顯改善。3個因素中哪一個對反應的影響更大呢?我們用文獻[21,22]的方法考察了各參數對反應速率的貢獻率f(i):i

logkN31kNpKa，即Y-C6H4O-的離去能力;PEI，也即中間體T±的穩(wěn)定性;X的電子效應X貢獻最小.3式(6)logkNTab.3Thecontributionfractionofeachparameterinequation(6)to1907T±1反應的進行，其中離去基團的共軛酸氨解反應速率,最有效的方法是增強離去基團中的取代基Y的吸電子能力。上述結果可為X-C6H4COOC6H4-Y類型的酯氨解反應速率的預測和控制提供有價值的理論參考，并且有望被推廣到酯EACastroChemRev,1999,99:HKOh,JEPark,DDSungJOrgChem,2004,69:EACastro,FJGilJAmChemSoc,1977,99:EACastro,CLSantanderJOrgChem,1985,50:EACastro,PMunoz,JGSantosJOrgChem,1999,64:EACastro,MAliaga,JGSantosJOrgChem,2005,70:IHUm,JYLee,SHKoetalJOrgChem,2006,71:IHUm,YMPark,MFujioetalJOrgChem,2007,72:IHUm,KHKim,HRParketalJOrgChem,2004,69:IHUm,JSMin,JAAhnetalJOrgChem,2000,65:IHUm,EYKim,HRParketalJOrgChem,2006,71:IHUm,KAkhtar,YHShinetalJOrgChem,2007,72:IHUm,SJHwang,MHBaeketalJOrgChem,2006,71:IHUm,SELee,HJKwonJOrgChem,2002,67:IHUm,SMChun,OMChaeetalJOrgChem,2004,69:RWTaftJAmChemSoc,1952,74:LPHammettJAmChemSoc,1937,59:CZCao,ZLLiJChemInfComputSci,1998,38:CZCao,YBLinJChem