Aromatické nukleofilní substituční efekty, příklady

2397
Sherman Hoover

The aromatická nukleofilní substituce (SNAr) je reakce, ke které dochází v organické chemii, která spočívá v vytěsnění dobře odstupující skupiny příchozím nukleofilem. Z hlediska mechanismu a elektronických aspektů jde o opačnou stranu elektrofilní aromatické substituce (SEAr).

Obecně je odstupující skupinou halogen, který vychází jako halogenidový anion X-. K této reakci může dojít, pouze pokud má aromatický kruh (většinou benzen) nedostatek elektronů; to znamená, pokud má substituční skupiny přitahující elektrony.

Obecná rovnice pro aromatickou nukleofilní substituci. Zdroj: Sponk [public domain]

Horní obrázek nastiňuje to, co bylo řečeno v předchozím odstavci. Skupina elektronových atraktorů EWG (pro zkratku v angličtině: Skupina pro výběr elektronů), aktivuje aromatický kruh pro nukleofilní útok negativních druhů Nu-. Je vidět, že se vytváří meziprodukt (ve středu), ze kterého se halogenid X uvolňuje nebo vystupuje-.

Všimněte si, že jednoduše je X nahrazeno Nu v aromatickém kruhu. Tato reakce je velmi univerzální a nezbytná při syntéze nových léčiv i při studiích syntetické organické chemie..

Rejstřík článků

  • 1 Obecné aspekty
    • 1.1 Rozdíly s elektrofilní aromatickou substitucí
  • 2 efekty
    • 2.1 Z počtu substituentů
    • 2.2 Z odstupující skupiny
  • 3 Příklad
    • 3.1 Závěrečný komentář
  • 4 Odkazy

Obecné znaky

Aromatický kruh může být „nabitý“ nebo „vybitý“ elektronů v závislosti na tom, jaké jsou jeho substituenty (ty, které nahrazují původní vazbu CH).

Když tyto substituenty mohou darovat elektronovou hustotu kruhu, říká se, že ho obohacují elektrony; Pokud jsou naopak atraktory elektronové hustoty (výše zmíněný EWG), pak se říká, že ochuzují kruh elektronů.

V obou případech je kruh aktivován pro určitou aromatickou reakci, zatímco pro druhou je deaktivován..

Například se říká, že aromatický kruh bohatý na elektrony je aktivní pro elektrofilní aromatickou substituci; to znamená, že může darovat své elektrony elektrofilním druhům, např+. Nebude však darovat elektrony druhu Nu-, protože záporné poplatky by se navzájem odpuzovaly.

Nyní, pokud je prsten chudý na elektrony, nemá způsob, jak je dát druhu E.+ (SEAr se nevyskytuje); na druhou stranu má schopnost přijímat elektrony druhu Nu- (SNAr je vyvinut).

Rozdíly s aromatickou elektrofilní substitucí

Po vyjasnění obecných vstupních aspektů lze nyní uvést některé rozdíly mezi SNAr a SEAr:

- Aromatický kruh funguje jako elektrofil (nedostatek elektronů) a je napaden nukleofilem.

- Odstupující skupina X je substituovaná na kruhu; ne H+

- Carbocations nejsou tvořeny, ale zprostředkovatelé se záporným nábojem, který lze delokalizovat rezonancí

- Přítomnost více atraktorových skupin v kruhu urychluje substituci, místo aby ji zpomalila

- Nakonec tyto skupiny nemají žádné přímé účinky na to, kde (na kterém uhlíku) dojde k substituci. Substituce bude vždy probíhat na uhlíku připojeném k odstupující skupině X.

Poslední bod je také znázorněn na obrázku: vazba C-X se rozbije a vytvoří novou vazbu C-Nu.

Efekty upravit

Z počtu substituentů

Přirozeně, čím je prsten chudší na elektrony, tím rychlejší je rSNA a tím méně drastické jsou podmínky, za kterých může dojít. Zvažte následující příklad znázorněný na obrázku níže:

Účinky substituentů na 4-nitrochlorbenzenové substituce. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Pamatujte, že 4-nitrochlorbenzen (modrý kruh) vyžaduje drastické podmínky (vysoký tlak a teplota 350 ° C), aby mohlo dojít k nahrazení Cl OH. V tomto případě je chlór odstupující skupina (Cl-) a hydroxid nukleofil (OH.)-).

Když se objeví skupina NOdva, což je přitahovač elektronů (zelený kruh), lze substituci provádět při teplotě 150 ° C za tlaku okolí. Jak se zvyšuje počet skupin NOdva přítomné (fialové a červené kroužky), substituce probíhá při nižší a nižší teplotě (100 ° C, respektive 30 ° C).

Skupiny proto NEJSOUdva urychlit rSNA a zbavit kruh elektronů, čímž je náchylnější k útoku OH-.

Relativní polohy Cl vzhledem k NO zde nebudou vysvětleny.dva v 4-nitrochlorbenzenu a jak tyto mění rychlost reakce; Například reakční rychlosti 2-nitrochlorbenzenu a 3-nitrochlorbenzenu jsou různé, přičemž druhá je nejpomalejší ve srovnání s ostatními izomery.

Z odchozí skupiny

Při opětovném užívání 4-nitrochlorbenzenu je jeho substituční reakce ve srovnání s jeho fluorovaným protějškem pomalejší:

Vliv odstupující skupiny na reakce SNAr. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Vysvětlení nemůže spočívat v žádné jiné proměnné, než je rozdíl mezi F a Cl. Fluor je strašná odcházející skupina, protože vazba CF je těžší prolomit než vazba C-Cl. Rozbití této vazby tedy není určujícím krokem rychlosti pro SNAr, ale přidáním Nu- do aromatického kruhu.

Protože fluor je více elektronegativní než chlor, má atom uhlíku s ním spojený větší elektronický nedostatek (Cδ+-Fδ-). V důsledku toho je uhlík vazby C-F mnohem náchylnější k útoku Nu- než vazba C-Cl. Proto je substituce F za OH mnohem rychlejší než u Cl za OH.

Příklad

Elektrofilní aromatická substituce 2-methyl-4-nitrofluorbenzenu para-kresolem. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Nakonec je příklad tohoto typu organických reakcí uveden níže na obrázku výše. Parakresol se nejeví jako nukleofil; ale protože existuje zásadité médium, jeho skupina OH je deprotonována a ponechává ji jako anion fenoxidu, který napadá 2-methyl-4-nitrofluorbenzen.

Když k tomuto útoku dojde, říká se, že nukleofil se přidává k elektrofilu (aromatický kruh 2-methyl-4-nitrofluorbenzenu). Tento krok je vidět na pravé straně obrázku, kde je vytvořena meziproduktová sloučenina s oběma substituenty patřícími do kruhu.

Když se přidá para-kresol, objeví se záporný náboj, který se delokalizuje rezonancí v kruhu (všimněte si, že přestává být aromatický).

Na obrázku je zobrazena pouze poslední rezonanční struktura, ze které fluor končí jako F-; ale ve skutečnosti se uvedený negativní náboj delokalizuje i v atomech kyslíku skupiny NOdva. Po kroku přidávání přichází krok eliminace, poslední, kterým je, když se produkt konečně vytvoří.

Závěrečný komentář

Skupina čdva zbytek může být redukován na NH skupinudva, a odtud je možné provádět více reakcí syntézy za účelem modifikace konečné molekuly. To zdůrazňuje syntetický potenciál rSNA a jeho mechanismus také sestává ze dvou kroků: jednoho pro přidání a druhého pro eliminaci..

V současné době však existují experimentální a výpočetní důkazy o tom, že reakce ve skutečnosti probíhá podle koordinovaného mechanismu, kde oba kroky probíhají současně prostřednictvím aktivovaného komplexu, a nikoli meziproduktu..

Reference

  1. Morrison, R. T. a Boyd, R, N. (1987). Organická chemie. 5. vydání. Redakční Addison-Wesley Interamericana.
  2. Carey F. (2008). Organická chemie. (Šesté vydání). Mc Graw Hill.
  3. Graham Solomons T.W., Craig B.Fryhle. (2011). Organická chemie. Miny. (10. vydání.). Wiley plus.
  4. Wikipedia. (2019). Nukleofilní aromatická substituce. Obnoveno z: en.wikipedia.org
  5. James Ashenhurst. (06. září 2019). Nukleofilní aromatická substituce (NAS). Obnoveno z: masterorganicchemistry.com
  6. Chemistry LibreTexts. (5. června 2019). Nukleofilní aromatická substituce. Obnoveno z: chem.libretexts.org

Zatím žádné komentáře