- Główne cechy
- Różnice z aromatyczną substytucją elektrofilową
- Efekty Edytuj
- Liczba podstawników
- Z grupy wychodzącej
- Przykład
- Komentarz końcowy
- Bibliografia
Nukleofilowego podstawienia aromatycznego (SNAr) jest reakcją, która zachodzi w chemii organicznej, co wiąże się z przemieszczenia w grupę odszczepiającą się z nukleofilem przychodzących. Z punktu widzenia mechanizmu i aspektów elektronicznych jest to przeciwna strona elektrofilowej substytucji aromatycznej (SEAr).
Ogólnie grupą odszczepiającą się jest atom chlorowca, który wychodzi w halogenku X - . Ta reakcja może mieć miejsce tylko wtedy, gdy pierścień aromatyczny (głównie benzen) jest ubogi w elektrony; to znaczy, jeśli ma odciągające elektrony podstawniki.
Ogólne równanie aromatycznej substytucji nukleofilowej. Źródło: Sponk
Górny obraz przedstawia to, co zostało powiedziane w poprzednim akapicie. Grupa atraktorów elektronów EWG (Electron Withdrawing Group) aktywuje pierścień aromatyczny dla ataku nukleofilowego negatywnego gatunku Nu - . Można zauważyć, że tworzy się półprodukt (w środku), z którego halogenek X - jest uwalniany lub wychodzi .
Zauważ, że w prostych słowach X jest zastąpiony Nu w pierścieniu aromatycznym. Ta reakcja jest bardzo wszechstronna i niezbędna w syntezie nowych leków, a także w badaniach syntetycznej chemii organicznej.
Główne cechy
Pierścień aromatyczny może być „naładowany” lub „wyładowany” z elektronów w zależności od tego, jakie są jego podstawniki (te, które zastępują oryginalne wiązanie CH).
Kiedy te podstawniki mogą przekazać pierścieniowi gęstość elektronów, mówi się, że wzbogacają go w elektrony; Jeśli z drugiej strony są atraktorami o gęstości elektronowej (wspomniana wyżej EWG), to mówi się, że zubażają pierścień elektronów.
W każdym przypadku pierścień jest aktywowany dla określonej reakcji aromatycznej, podczas gdy jest dezaktywowany dla drugiego.
Na przykład, mówi się, że bogaty w elektrony pierścień aromatyczny jest aktywny w aromatycznej substytucji elektrofilowej; to znaczy, może przekazać swoje elektrony gatunkowi elektrofilowemu E + . Jednak nie przekaże elektrony do Nu - gatunki , ponieważ ładunki ujemne byłoby odpychają się wzajemnie.
Otóż, jeśli pierścień jest ubogi w elektrony, nie ma sposobu, jak je przekazać gatunkowi E + (SEAr nie występuje); Z drugiej strony, jest ona dostępna, aby zaakceptować elektronów Nu - gatunek (the RSNA jest rozwijany).
Różnice z aromatyczną substytucją elektrofilową
Po wyjaśnieniu ogólnych aspektów danych wejściowych można teraz wymienić niektóre różnice między SNAr a SEAr:
- Pierścień aromatyczny działa jako elektrofil (z niedoborem elektronów) i jest atakowany przez nukleofil.
- Grupa opuszczająca X jest podstawiona z pierścienia; nie H +
- Nie powstają karbokationy, ale pośrednicy z ładunkiem ujemnym, który może zostać zdelokalizowany przez rezonans
- Obecność większej liczby grup atraktorów w pierścieniu przyspiesza substytucję zamiast ją spowalniać
- Wreszcie, grupy te nie wywierają wpływu dyrektywy na to, gdzie (na jakim węglu) nastąpi podstawienie. Podstawienie zawsze będzie następowało przy atomie węgla przyłączonym do grupy opuszczającej X.
Ostatni punkt jest również zilustrowany na ilustracji: wiązanie CX pęka, tworząc nowe wiązanie C-Nu.
Efekty Edytuj
Liczba podstawników
Oczywiście, im bardziej ubogi w elektrony pierścień, tym szybsze będzie rSNA i tym mniej drastyczne będą warunki wymagane do jego wystąpienia. Rozważmy następujący przykład przedstawiony na poniższym obrazku:
Wpływ podstawników na podstawienia 4-nitrochlorobenzenu. Źródło: Gabriel Bolívar.
Należy zauważyć, że 4-nitrochlorobenzen (niebieski pierścień) wymaga drastycznych warunków (wysokie ciśnienie i temperatura 350 ° C), aby nastąpiło zastąpienie Cl przez OH. W tym przypadku chlor jest grupą opuszczającą (Cl - ), a wodorotlenkiem nukleofilu (OH - ).
Gdy pojawia się grupa NO 2 , która jest atraktorem elektronów (zielony pierścień), podstawienie można przeprowadzić w temperaturze 150 ° C pod ciśnieniem otoczenia. Wraz ze wzrostem liczby obecnych grup NO 2 (fioletowe i czerwone pierścienie) następuje podstawienie w niższych i niższych temperaturach (odpowiednio 100 ° C i 30 ° C).
Dlatego grupy NO 2 przyspieszają rSNA i pozbawiają pierścień elektronów, czyniąc go bardziej podatnym na atak OH - .
Względne pozycje Cl w stosunku do NO 2 w 4-nitrochlorobenzenie i jak zmieniają one szybkość reakcji, nie zostaną tutaj wyjaśnione ; na przykład szybkości reakcji 2-nitrochlorobenzenu i 3-nitrochlorobenzenu są różne, przy czym ten ostatni jest najwolniejszy w porównaniu z innymi izomerami.
Z grupy wychodzącej
Odzyskując 4-nitrochlorobenzen, jego reakcja podstawienia jest wolniejsza w porównaniu z jego fluorowanym odpowiednikiem:
Wpływ grupy opuszczającej w reakcjach SNAr. Źródło: Gabriel Bolívar.
Wyjaśnienie tego nie może leżeć w innej zmiennej niż różnica między F i Cl. Fluor jest straszną grupą opuszczającą, ponieważ wiązanie CF jest trudniejsze do zerwania niż wiązanie C-Cl. Dlatego zerwanie tego wiązania nie jest krokiem determinującym prędkość dla rSNA, ale dodaniem Nu - do pierścienia aromatycznego.
Ponieważ fluor jest bardziej elektroujemny niż chlor, atom węgla do niego dołączony ma większy niedobór elektronów (C δ + -F δ- ). W konsekwencji węgiel wiązania CF jest znacznie bardziej podatny na atak Nu - niż wiązanie C-Cl. Dlatego podstawienie F za OH jest znacznie szybsze niż Cl za OH.
Przykład
Elektrofilowa substytucja aromatyczna 2-metylo-4-nitrofluorobenzenu przez para-krezol. Źródło: Gabriel Bolívar.
Wreszcie przykład tego typu reakcji organicznych pokazano poniżej na powyższym obrazku. Wydaje się, że para-krezol nie jest nukleofilem; ale ponieważ istnieje podłoże podstawowe, jego grupa OH jest deprotonowana, pozostając jako anion fenotlenkowy, który atakuje 2-metylo-4-nitrofluorobenzen.
Kiedy następuje ten atak, mówi się, że nukleofil dodaje do elektrofilu (pierścień aromatyczny 2-metylo-4-nitrofluorobenzenu). Ten krok można zobaczyć po prawej stronie obrazu, na którym powstaje związek pośredni z obydwoma podstawnikami należącymi do pierścienia.
Po dodaniu para-krezolu pojawia się ładunek ujemny, który jest zdelokalizowany przez rezonans w pierścieniu (należy zauważyć, że nie jest już aromatyczny).
Zdjęcie pokazuje tylko ostatnią strukturę rezonansową, z której fluor kończy się jako F - ; ale w rzeczywistości, że ładunek ujemny otrzymuje o przeniesieniu nawet atomów tlenu NO 2 grupy . Po etapie dodawania następuje etap eliminacji, ostatni, w którym produkt jest ostatecznie formowany.
Komentarz końcowy
Pozostałe NR 2 grupy można zredukować do NH 2 grupy , a stamtąd jest możliwe przeprowadzenie dalszych reakcji syntezy zmodyfikować ostateczną cząsteczki. To podkreśla syntetyczny potencjał rSNA i że jego mechanizm również składa się z dwóch etapów: jednego do dodawania i drugiego do eliminacji.
Obecnie jednak istnieją dowody eksperymentalne i obliczeniowe, że reakcja faktycznie przebiega zgodnie z uzgodnionym mechanizmem, w którym oba etapy zachodzą jednocześnie poprzez aktywowany kompleks, a nie związek pośredni.
Bibliografia
- Morrison, RT i Boyd, R, N. (1987). Chemia organiczna. Wydanie 5. Od redakcji Addison-Wesley Interamericana.
- Carey F. (2008). Chemia organiczna. (Wydanie szóste). Mc Graw Hill.
- Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chemia organiczna. Aminy. (Wydanie 10.). Wiley Plus.
- Wikipedia. (2019). Substytucja nukleofilowa aromatyczna. Odzyskane z: en.wikipedia.org
- James Ashenhurst. (06 września 2019). Nukleofilowa substytucja aromatyczna (NAS). Źródło: masterorganicchemistry.com
- Chemistry LibreTexts. (05 czerwca 2019). Nukleofilowa substytucja aromatyczna. Odzyskane z: chem.libretexts.org