Ониевые соединения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Ониевые соединения - катионы общей формулы Rn+1En+, где E - атом элемента Va-VIIa подгрупп, а n - низшая степень окисления элемента и их соли (ониевые соли)

К ониевым соединениям относятся три основных типа соединений[1]:

  1. катионы общей формулы Hn+1En+ образующиеся в результате протонирования простых гидридов элементов группы азота, халькогенов и галогенов Hn+1En+ (H3O - оксоний, H2Cl+ - хлороний, H4Bi+ - висмутоний);
  2. соединения, формально являющиеся продуктами замещения одного или нескольких атомов водорода в катионах Hn+1En+ одновалентной группой ((CH3)2S+H - диметилсульфоний, (CH3)3P+ Cl- - хлорид триметилфосфония);
  3. соединения, формально являющиеся продуктами замещения одного или нескольких атомов водорода в катионах Hn+1En+ двух- или трехвалентной группой (иминиевые соли R2C=N+HR1 X, нитрилиевые соли RC≡NH+ X-).

Наибольшее значение имеют органические ониевые соединения.

Свойства и реакционная способность[править | править вики-текст]

Стабильность органических ониевых соединений Rn+1En+ падает с ростом электроотрицательности элемента, несущего положительный заряд, т.е. при переходе от V к VII группе и увеличивается от II к V периоду; мезомерная делокализация заряда увеличивает стабильность. Так, тетраалкиламмониевые соединения устойчивы в сочетании с высоконуклеофильными анионами (I-), триалкилоксониевые образуют устойчивые соли только в сочетании с низконуклеофильными комплексными анионами (BF4-, PF6-, SbF6-) в апротонных растворителях и гидролизуются водой и спиртами:

Alk3O+ X- + ROH \to Alk2O + AlkOR + HX ,

катионы диалкилхлорония обнаружены только методом ПМР при низких (-80 — -120°С) температурах в в растворах хлоралканов, фторалканов и пентафторида сурьмы[2]:

RCl + RF + SbF5 \to R2Cl+ SbF6-

Диалкилхлорониевые соли разлагаются при температурах выше -50°С, в то время как соли диарилхлорония выделены в кристаллическом состоянии и стабильны до 80—100°С; наиболее стабильными являются соли йодония - диалкилйодониевые соли выделены в кристаллическом состоянии, соли диарилйодония стабильны до температур ~200°С.

Ониевые соли электроотрицательных элементов (кислород и галогены) являются сильными электрофилами и, соответственно, алкилирующими и арилирующими агентами. Так, триалкилоксониевые соли алкилируют не только сильно- и средненуклеофильные соединения (амины, сульфиды, спирты), но и низконуклеофильные соединения, не алкилирующиеся алкилгалогенидами и диалкилсульфатами (сложные эфиры, амиды, кетоны, нитрилы), при этом возможно получение других ониевых солей, например, нитрилиевых при алкилировании нитрилов:

R—C≡N + (C2H5)3O+ BF4- \to R—C≡N+—C2H5 BF4- + (C2H5)2O

и карбоксониевых при алкилировании кетонов:

R2C=O + (R1)3O+ BF4- \to R2C=O+—R1 BF4- + (R1)2O

В случае ониевых солей с нуклеофильными анионами при нагреве может происходить алкилирование либо арилирование аниона:

R3S+ X- \to R2S + RX
(C6H5)3O+ I- \to C6H5I + (C6H5)2O

Под действием щелочей алкилониевые соли образуют гидроксиды, являющиеся сильными основаниями, разлагающиеся при нагревании. В случае четвертичных аммониевых солей и ониевых солей халькогенов разложение происходит с отщеплением алкенов (по типу гофмановского расщепления четвертичных алкиламмониевых солей):

(RCH2CH2)n+1En+ OH- \to RCH=CH2 + (RCH2CH2)nE + H2O
E = N, S, Se

Гидроксиды фосфониевых солей разлагаются с отщеплением алкана и образованием соответствующего триалкилфосфиноксида:

(RCH2CH2)4P+ OH- \to RCH2CH3 + (RCH2CH2)3P=O

Аналогично протекает и разложение арсониевых и стибониевых солей.

Синтез[править | править вики-текст]

Общим методом синтеза алифатических ониевых соединений Rn+1En+ является алкилирование их предшественников RnE:

RnE + RX \to Rn+1En+ X-

В случае синтеза четвертичных аммонийных солей, а также стабильных ониевых соединений элементов группы азота и халькогенов в качестве алкилирующих агентов применяются алкилгалогениды, эфиры сульфокислот и серной кислоты (диметилсульфат, алкилтозилаты и мезилаты).

Синтез малостабильных ониевых соединений, оксониевых и галогенониевых соединений, являющихся сильными алкилирующими агентами, обычно проводят с использованием трифторида бора, пентахлорида или пентафторида сурьмы, образующих ненуклеофильные комплексные анионы BF4-, SbF6- и SbF6-.

R2O•BF3 + RF \to R3O+ BF4-
R2O + RHal + AgBF4 \to R3O+ BF4- + AgHal↓
RHal + CH3F + SbF5 \to CH3Hal+R SbF6-

Общий метод синтеза ароматических ониевых солей - арилирование их ArnE предшественников арениевыми катионами, образующимися при термическом разложении тетрафторборатов арилдиазониев:

Ar-N≡N+ BF4- \to Ar+ BF4-
ArnE + Ar+ BF4- \to Arn+1En+ BF4-

Этим методом могут быть синтезированы как галогеноноивые (включая хлорониевые) и оксониевые соединения, так и ониевые соединения менее электроотрицательных элементов.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. onium compounds // IUPAC Gold Book
  2. О.Я. Нейланд. Органическая химия — М.: Высшая школа, 1990