A kinetic study is reported for the nucleophilic substitution reactions of phenyl Y-substituted-phenyl carbonates (5a-5k) with piperidine in 80 mol % $H_2O$/20 mol % DMSO at $25.0{\pm}0.1^{\circ}C$. The plots of $k_{obsd}$ vs. [piperidine] for the reactions of substrates possessing a strong electron-withdrawing group (EWG) in the leaving group (i.e., 5a-5i) are linear and pass through the origin. In contrast, the plots for the reactions of substrates bearing a weak EWG or no substituent (i.e., 5j or 5k) curve upward, indicating that the electronic nature of the substituent Y in the leaving group governs the reaction mechanism. Thus, it has been suggested that the reactions of 5a-5i proceed through a stepwise mechanism with a zwitterionic tetrahedral intermediate (i.e., $T^{\pm}$) while those of 5j and 5k proceed through a stepwise mechanism with two intermediates (i.e., $T^{\pm}$ and its deprotonated form $T^-$). The slope of the Br${\o}$nsted-type plot for the second-order rate constants (i.e., $k_N$ or $Kk_2$) changes from -0.41 to -1.89 as the leaving-group basicity increases, indicating that a change in the rate-determining step (RDS) occurs. The reactions of 5a-5k with piperidine result in larger $k_1$ values than the corresponding reactions with ethylamine.
Second-order rate constants (kN) have been measured for Michael-type addition reactions of a series of alicyclic secondary amines to 1-phenyl-2-propyn-1-one (2) in MeCN at 25.0 ${\pm}$ 0.1 ${^{\circ}C}$. All the amines studied are less reactive in MeCN than in $H_2O$ although they are more basic in the aprotic solvent by 7-9 p$K_a$ units. The Bronsted-type plot is linear with $\beta_{nuc}$ = 0.40, which is slightly larger than that reported previously for the corresponding reactions in $H_2O$ ($\beta_{nuc}$ = 0.27). Product analysis has shown that only E-isomer is produced. Kinetic isotope effect is absent for the reactions of 2 with morpholine and deuterated morpholine (i.e., $k^H/k^D$ = 1.0). Thus, the reaction has been concluded to proceed through a stepwise mechanism, in which proton transfer occurs after the rate-determining step. The reaction has been suggested to proceed through a tighter transition state in MeCN than in H2O on the basis of the larger $\beta_{nuc}$ in the aprotic solvent. The nature of the transition state has been proposed to be responsible for the decreased reactivity in the aprotic solvent.
A kinetic study is reported for the SNAr reaction of 1-Y-substituted-phenoxy-2,4-dinitrobenzenes (1a-1h) with OH- in 80 mol % $H_2O$/20 mol % DMSO at $25.0{\pm}0.1^{\circ}C$. The second-order rate constant ($k_{OH^-}$) increases as the substituent Y in the leaving group changes from an electron-donating group (EDG) to an electronwithdrawing group (EWG). The Br${\o}$nsted-type plot for the reactions of 1a-1h is linear with ${\beta}_{lg}$ = -0.16, indicating that the reactivity of substrates 1a-1h is little affected by the leaving-group basicity. A linear Br${\o}$nsted-type plot with ${\beta}_{lg}=-0.3{\pm}0.1$ is typical for reactions reported previously to proceed through a stepwise mechanism in which formation of a Meisenheimer complex is the rate-determining step (RDS). The Hammett plot correlated with ${\sigma}_Y{^{\circ}}$ constants results in a much better correlation than that correlated with ${\sigma}_Y{^-}$constants, implyng that no negative charge is developing on the O atom of the leaving group (or expulsion of the leaving group is not advanced at all in the TS). This excludes a possibility that the $S_NAr$ reaction of 1a-1h with $OH^-$ proceeds through a concerted mechanism or via a stepwise pathway with expulsion of the leaving group being the RDS. Thus, the current reactions have been concluded to proceed through a stepwise mechanism in which expulsion of the leaving group occurs rapidly after the RDS.
Kim, Min-Young;Kim, Tae-Eun;Lee, Jieun;Um, Ik-Hwan
Bulletin of the Korean Chemical Society
/
제35권8호
/
pp.2271-2276
/
2014
Second-order rate constants ($k_N$) have been measured spectrophotometrically for the reaction of 4-chloro-2-nitrophenyl X-substituted-benzoates (6a-6h) with a series of primary amines including hydrazine in 80 mol % $H_2O$/20 mol % DMSO at $25.0^{\circ}C$. The Br${\o}$nsted-type plot for the reaction of 4-chloro-2-nitrophenyl benzoate (6d) is linear with ${\beta}_{nuc}$ = 0.74 when hydrazine is excluded from the correlation. Such a linear Br${\o}$nsted-type plot is typical for reactions reported previously to proceed through a stepwise mechanism in which expulsion of the leaving group occurs in the rate-determining step (RDS). The Hammett plots for the reactions of 6a-6h with hydrazine and glycylglycine are nonlinear. In contrast, the Yukawa-Tsuno plots exhibit excellent linear correlations with ${\rho}_X$ = 1.29-1.45 and r = 0.53-0.56, indicating that the nonlinear Hammett plots are not due to a change in RDS but are caused by resonance stabilization of the substrates possessing an electron-donating group (EDG). Hydrazine is ca. 47-93 times more reactive than similarly basic glycylglycine toward 6a-6h (e.g., the ${\alpha}$-effect). The ${\alpha}$-effect increases as the substituent X in the benzoyl moiety becomes a stronger electron-withdrawing group (EWG), indicating that destabilization of the ground state (GS) of hydrazine through the repulsion between the nonbonding electron pairs on the two N atoms is not solely responsible for the substituent-dependent ${\alpha}$-effect. Stabilization of transition state (TS) through five-membered cyclic TSs, which would increase the electrophilicity of the reaction center or the nucleofugality of the leaving group, contributes to the ${\alpha}$-effect observed in this study.
Second-order rate constants ($k_N$) have been measured spectrophotometrically for $S_NAr$ reactions of Y-substituted-phenoxy-2,4-dinitrobenzenes (1a-1g) with hydrazine and glycylglycine in 80 mol % $H_2O$/20 mol % DMSO at $25.0{\pm}0.1^{\circ}C$. Hydrazine is 14.6-23.4 times more reactive than glycylglycine. The magnitude of the ${\alpha}$-effect increases linearly as the substituent Y becomes a stronger electron-withdrawing group (EWG). The Br${\o}$nsted-type plots for the reactions with hydrazine and glycylglycine are linear with ${\beta}_{lg}=-0.21$ and -0.14, respectively, which is typical for reactions reported previously to proceed through a stepwise mechanism with expulsion of the leaving group occurring after rate-determining step (RDS). The Hammett plots correlated with ${\sigma}^{\circ}$ constants result in much better linear correlations than ${\sigma}^-$ constants, indicating that expulsion of the leaving group is not advanced in the transition state (TS). The reaction of 1a-1g with hydrazine has been proposed to proceed through a five-membered cyclic intermediate ($T_{III}$), which is structurally not possible for the reaction with glycylglycine. Stabilization of the intermediate $T_{III}$ through intramolecular H-bonding interaction has been suggested as an origin of the ${\alpha}$-effect exhibited by hydrazine.
A kinetic study is reported for $S_NAr$ reaction of 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene (5a) and 1-chloro-2,4-dinitrobenzene (5b) with alkali-metal ethoxides (EtOM, M = Li, Na, K and 18-crown-6-ether complexed K) in anhydrous ethanol. The second-order rate constant increases in the order $k_{EtOLi}$ < $k_{EtO^-}$ < $k_{EtONa}$ < $k_{EtOK}$ < $k_{EtOK/18C6}$ for the reaction of 5a and $k_{EtOLi}$ < $k_{EtONa}$ < $k_{EtO^-$ < $k_{EtOK}$ < $k_{EtOK/18C6}$ for that of 5b. This indicates that $M^+$ ion behaves as a catalyst or an inhibitor depending on the size of $M^+$ ion and the nature of the leaving group ($F^-$ vs. $Cl^-$). Substrate 5a is more reactive than 5b, although the $F^-$ in 5a is ca. $10pK_a$ units more basic than the $Cl^-$ in 5b, indicating that the reaction proceeds through a Meisenheimer complex in which expulsion of the leaving group occurs after the rate-determining step (RDS). $M^+$ ion would catalyze the reaction by increasing either the nucleofugality of the leaving group through a four-membered cyclic transition state or the electrophilicity of the reaction center through a ${\pi}$-complex. However, the enhanced nucleofugality would be ineffective for the current reaction, since expulsion of the leaving group occurs after the RDS. Thus, it has been concluded that $M^+$ ion catalyzes the reaction by increasing the electrophilicity of the reaction center through a ${\pi}$-complex between $M^+$ ion and the ${\pi}$-electrons in the benzene ring.
Second-order rate constants ($k_{HOO}$‒) have been measured spectrophotometrically for nucleophilic substitution reactions of Y-substituted phenyl benzenesulfonates (1a-g) with $HOO^-$ ion in $H_2O$ at $25.0\;{\pm}\;0.1\;{^{\circ}C}$. The Br$\phi$nsted-type plot is linear with ${\beta}_{lg}$ = ‒0.73. The Hammett plot correlated with with ${\sigma}^-$ constants results in much better linearity than ${\sigma}^o$ constants, indicating that expulsion of the leaving group occurs in the rate-determining step (RDS) either in a stepwise mechanism or in a concerted pathway. However, a stepwise mechanism in which departure of the leaving group occurs in the RDS has been excluded since $HOO^-$ ion is more basic and a poorer leaving group than the leaving Y-substituted phenoxide ions. Thus, the reactions of 1a-g with $HOO^-$ ion have been concluded to proceed through a concerted mechanism. The $\alpha$-nucleophile $HOO^-$ ion is more reactive than its reference nucleophile $OH^-$ ion although the former is ca. 4 p$K_a$ units less basic than the latter (i.e., the $\alpha$-effect). TS stabilization through intramolecular H-bonding interaction has been suggested to be irresponsible for the $\alpha$-effect shown by $HOO^-$ ion, since the magnitude of the $\alpha$-effect is independent of the electronic nature of substituent Y in the leaving group. GS destabilization through desolvation of $HOO^-$ ion has been concluded to be responsible for the $\alpha$-effect found in the this study.
Second-order rate constants have been measured for two series of nucleophilic displacement reactions, i.e., reactions of 4-nitrophenyl benzoate with Z-substituted phenoxides and those of Y-substituted phenyl benzoates (1a-h) with 4-chlorophenoxide (4-ClPhO–) in 80 mol% $H_2O$/20 mol% DMSO at 25.0 ${\pm}\;0.1\;{^{\circ}C}$. The Br$\phi$nsted-type plot for reactions of 4-nitrophenyl benzoate with Z-substituted phenoxides exhibits an excellent linear correlation with ${\beta}_{nuc}$ = 0.72. Reactions of 1a-h with 4-chlorophenoxide result in also a linear Br$\phi$nsted-type plot with ${\beta}_{lg}$ = –0.62, a typical ${\beta}_{lg}$ value for a concerted mechanism. The Hammett plots correlated with ${\sigma}^o\;and\;{\sigma}^-$ constants show many scattered points for reactions of 1a-h with 4-chlorophenoxide. In contrast, the corresponding Yukawa-Tsuno plot exhibits an excellent linear correlation with $\rho_Y$ = 2.26 and r = 0.53, indicating that expulsion of the leaving group occurs at the rate-determining step (RDS) either in a concerted mechanism or in a stepwise pathway. However, a stepwise mechanism with leaving group departure being the RDS is excluded since the leaving Y-substituted phenoxide is less basic and a better nucleofuge than the incoming 4-ClPh$O^-$. Thus, the reactions have been concluded to proceed through a concerted mechanism, in which bond formation between the nucleophile and electrophilic center is more advanced than expulsion of the leaving group in the transition state on the basis of the magnitude of ${\beta}_{nuc}\;and\;{\beta}_{lg}$ values.
Second-order rate constants (kN) have been determined spectrophotometrically for reactions of Y-substituted phenyl 2-furoates (1a-h) with piperidine and morpholine in 80 mol % H2O/20 mol % DMSO at 25.0 ± 0.1 oC. The Brønsted-type plot exhibits a downward curvature for the reactions with strongly basic piperidine but is linear for the reactions with weakly basic morpholine. The slope of the curved Brønsted-type plot changes from -1.25 to ?0.28 as the pKa of the conjugate acid of the leaving aryloxides decreases. The pKa at the center of the Brønsted curvature, defined as pKa°, was determined to be 6.4. The aminolysis of 1a-h has been concluded to proceed through a stepwise mechanism on the basis of the curved Brønsted-type plot. The reactions of Ysubstituted phenyl cinnamates (2a-g) with piperidine resulted in a curved Brønsted-type plot with a pKa° values of 6.4. However, the curved Brønsted-type plot has been suggested to be not due to a change in the RDS but due to a normal Hammond effect of a concerted mechanism, since the Brønsted-type plot for the corresponding reactions with morpholine results in also a curved Brønsted-type plot with a pKa° values of 6.1. The furoates with a basic leaving group (i.e., 1b-g) are less reactive than the corresponding cinnamates (i.e., 2b-g). The k2/ k-1 ratios for the reactions of 1b-h are much smaller than unity, which has been suggested to be responsible for their low reactivity.
The ${\alpha}$-Effect; Ground state; Transition state; Intramolecular H-bonding; Yukawa-Tsuno plot; Second-order rate constants for aminolysis of 2-chloro-4-nitrophenyl X-substituted-benzoates (1a-h) have been measured spectrophotometrically in 80 mol % $H_2O/20$ mol % DMSO at $25.0^{\circ}C$. The Br${\emptyset}$nsted-type plot for the reactions of 2-chloro-4-nitrophenyl benzoate (1d) with a series of primary amines curves downward, which has been taken as evidence for a stepwise mechanism with a change in rate-determining step (RDS). The Hammett plots for the reactions of 1a-h with hydrazine and glycylglycine are nonlinear while the Yukawa-Tsuno plots exhibit excellent linearity with ${\rho}_X=1.22-1.35$ and ${\gamma}= 0.57-0.59$, indicating that the nonlinear Hammett plots are not due to a change in RDS but are caused by stabilization of substrates possessing an electron-donating group (EDG) through resonance interactions between the EDG and C=O bond of the substrates. The ${\alpha}$-effect exhibited by hydrazine increases as the substituent X changes from a strong EDG to a strong electron-withdrawing group (EWG). It has been concluded that destabilization of hydrazine through the electronic repulsion between the adjacent nonbonding electrons is not solely responsible for the substituent dependent ${\alpha}$-effect but stabilization of the transition state is also a plausible origin of the ${\alpha}$-effect.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.