Химическая энциклопедия - нитроксильные радикалы

(аминилоксидные, ими-ноксильные, аминоксильные, азотокисные радикалы), содержат нитроксильную группу Наиб. изучены органические Н. р. общей ф-лы RR'NO^., где R, R'-opr. остаток. Известны также неорганические Н. р., напр. соль Фреми (NaOSO2)2NO^.. В зависимости от числа нитроксильных групп различают моно-, би-, ..., полирадикалы.

Называют Н. р., добавляя к систематич. назв. соед. окончание "оксил". Напр., соед. ф-лы I (везде черточками обозначены группы СH3)-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил. Используют также др. способ наименования-добавляют окончание "нитроксил" к назв. заместителей R и R', напр. ( трет- С 4 Н 9)2NO^. -ди- тpет -бутилнитроксил, (С 6 Н 5)2NO^. -дифенилнитроксил.

Нитроксильная группа содержит трехэлектронную связь NЧО; ее строение м. б. изобpажено резонансными ф-лами:

Неспаренный электрон находится на разрыхляющей p*-орбитали, образованной из 2pz -орбиталей атомов N и О. Гибридизация связей атома N близка к sp².В ди- тpет -алкилнитроксилах неспаренный электрон почти полностью локализован на группе NЧО, причем спиновые плотности r на атомах N и О приблизительно равны. Замена алкильного заместителя на ароматический значительно понижает rN, в то время как rO изменяется мало. Длина связи NЧО в Н. р. 0,123-0,13 нм.

Большое кол-во Н. р. выделено в индивидуальном состоянии. Для них характерно наличие стерич. затруднений вблизи радикального центра-гл. обр. третичных атомов С, обрамляющих нитроксильную группу. Стабильные Н. р.-полярные (для соед. I m 10,6^.10^-30 Кл ^. м) окрашенные твердые в-ва или жидкости, лишь бис -(трифторметил) нитроксил (CF3)2NO^. -газ при нормальных условиях. Примеры стабильных Н. р.-соед. I-VIII.

Нек-рые Н. р. (напр., соль Фреми) в твердом состоянии-диамагн. димеры.

В ИК спектрах нитроксилов колебания группы NO проявляются в области 1340-1370 см ^-1. Для масс-спектров, как правило, характерно наличие интенсивного пика мол. иона М ⁺. > Интенсивность пиков ионов [М+1]⁺ превышает интенсивность пика изотопного иона. В спектрах ЭПР Н. р. проявляется триплетное расщепление, обусловленное сверхтонким взаимод. (СТВ) неспаренного электрона с ядром атома ¹⁴N. Константа СТВ aN зависит от строения радикала и характеризуется след. значениями (мТ):

* Квинтетное расщепление.

g-Фактор большинства Н. р. составляет 2,005-2,006.

Стабильность Н. р. определяется степенью делокализации неспаренного электрона по связям заместителей и стерич. затруднениями вблизи атомов с высокой спиновой плотностью. Мн. ди- трет -алкилнитроксилы хранятся годами без разложения. Диалкилнитроксилы, имеющие a-Н-атомы, быстро диспропорционируют:

Разложение диарили алкиларилнитроксилов обычно включает стадию бимол. атаки нитроксильной группой по орто- или nара -положению, напр.:

Потенциал окисления стабильных Н. р. довольно высок; они окисляются в оксоаммониевые соли только такими сильными окислителями, как Сl2, SbCl5, SnCl4, напр.:

Н. р.-очень слабые основания, напр.: для соед. I р К а Ч5,5. В кислых средах они находятся в равновесии с катион-радикалами и продуктами их одноэлектронного диспропорционирования:

К-ты Льюиса, напр. АlСl3, образуют с Н. р. парамагн. комплексы донорно-акцепторного типа.

Восстановление Н. р. приводит к зависимости от природы восстановителя к соответствующим гидроксиламинам RR'NOH или аминам RR'NH. Щелочные металлы реагируют с Н. р. лишь при повыш. т-ре. Взаимод. с металлоорг. соед. протекает легко, напр.:

При повыш. т-ре Н. р. реагируют с углеводородами по схеме:

На способности стабильных Н. р. взаимодействовать с активными алкильными (но не пероксильными) радикалами основано их ингибирующее действие на цепные радикальные процессы.

На примере стабильных Н. р. были обнаружены т. наз. р-ции без затрагивания своб. валентности, напр.:

С помощью подобных р-ций было синтезировано большое число Н. р. На их использовании основан метод спиновых меток (см. Спинового зонда метод).

Др. важные методы получения Н. р. включают окисление (окислители PbO2, Ag2O, MnO2 и др.) N,N-диза-мещенных гидроксиламина; окисление вторичных и третичных аминов (чаще всего используют Н 2 О 2 в присут. вольфрамата Na); восстановление нитросоед., напр.: ; присоединение активных радикалов к нитрозосоед. и нитронам, напр.:

Последнюю р-цию применяют в спиновых ловушек методе.

Н. р. используют в научных исследованиях для изучения механизмов хим. р-ций, как спиновые метки и зонды, парамагн. модели в биофизике и медицине, стабилизаторы полимеров и др.

Лит.: Бучаченко А. Л., Вассерман A.M., Стабильные радикалы, М., 1973; Розанцев Э. Г., Шолле В. Д., Органическая химия свободных радикалов, М., 1979; Нитроксильные радикалы. Синтез, химия, приложения, М., 1987; Имидазо-линовые нитроксильные радикалы, Новосиб., 1988. В. Д. Шолле.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988