AROMATSKA NUKLEOFILNA SUPSTITUCIJA: UČINCI, PRIMJERI - KEMIJA

Nukleofilnom aromatskom supstitucijom (SNAr) je reakcija koja se odvija u organskoj kemiji, koja uključuje dislokaciju dobru izlaznu skupinu nukleofilom dolazne. Sa stajališta svog mehanizma i elektroničkih aspekata, to je suprotna strana elektrofilne aromatske supstitucije (SEAr).

Općenito odlazeća skupina je halogen koji izlazi kao halogenidni anion X ^-. Ova se reakcija može odvijati samo ako aromatični prsten (uglavnom benzen) ima nedostatak elektrona; to jest, ako ima zamjenske skupine koje povlače elektrone.

Opća jednadžba aromatske nukleofilne supstitucije. Izvor: Sponk

Gornja slika ocrtava ono što je rečeno u prethodnom odlomku. Privlačna skupina elektrona EWG (Electron Withdraading Group) aktivira aromatski prsten za nukleofilne napade negativne vrste Nu ^-. Može se vidjeti kako nastaje intermedijer (u sredini), iz kojeg se halid X ^- oslobađa ili izlazi.

Imajte na umu da je jednostavnim riječima X supstituiran za Nu u aromatičnom prstenu. Ova je reakcija vrlo svestrana i potrebna u sintezi novih lijekova, kao i u studijama sintetičke organske kemije.

Osnovne značajke

Aromatski prsten može biti „nabijen“ ili „pražnjen“ elektronima, ovisno o tome koji su njegovi supstituenti (oni koji zamjenjuju izvornu CH vezu).

Kad ovi supstituenti mogu donirati gustoću elektrona u prsten, kaže se da ga obogaćuju elektronima; Ako su s druge strane privlačnici elektronske gustoće (gore spomenuti EWG), tada se kaže da osiromaši prsten elektrona.

U oba slučaja prsten se aktivira za specifičnu aromatičnu reakciju, dok je za drugi deaktiviran.

Na primjer, za aromatski prsten bogat elektronom kaže se da je aktivan za aromatsku elektrofilnu supstituciju; to jest, može donirati svoje elektrone elektrofilnoj vrsti, E ⁺. Međutim, neće donirati elektrone Nu ^- vrsti, jer bi se negativni naboji odbijali.

Sada, ako je prsten siromašan elektronima, to nema kako ih dati na E ⁺ vrsta (opaliti ne dogodi); s druge strane, moguće je prihvatiti elektrone Nu ^- vrste (rSNA je razvijena).

Razlike s aromatskom elektrofilnom supstitucijom

Nakon što su pojašnjeni opći ulazni aspekti, sada se mogu nabrojati neke razlike između SNR-a i SEAr-a:

- Aromatski prsten djeluje kao elektrofil (manjak elektrona) i napada ga nukleofil.

- Odlazeća skupina X supstituirana je iz prstena; a ne H ⁺

- Karbokacije se ne formiraju, već su posrednici s negativnim nabojem koji se mogu delokalizirati rezonancom

- Prisutnost više atraktivnih skupina u prstenu ubrzava zamjenu umjesto da je uspori

- Konačno, ove skupine ne utječu na direktivu o tome gdje (na kojem ugljiku) će se dogoditi supstitucija. Zamjena će se uvijek dogoditi na ugljiku vezanom za napuštanje skupine X.

Posljednja točka je također prikazana na slici: CX veza prekida se u obliku nove C-Nu veze.

Učinci uređivanje

Od broja supstituenata

Naravno, što je prsten manje elektrona, brži će mu biti rSNA i manje su drastični uvjeti potrebni da se on dogodi. Razmotrimo slijedeći primjer prikazan na slici ispod:

Učinci supstituenata na supstitucije 4-nitroklorobenzenom. Izvor: Gabriel Bolívar.

Imajte na umu da 4-nitroklorobenzen (plavi prsten) zahtijeva drastične uvjete (visoki tlak i temperatura od 350 ºC) da bi došlo do zamjene Cl s OH. U ovom slučaju, klor je odlazeća skupina (Cl ^-), a hidroksid nukleofil (OH ^-).

Kada NO ₂ pojavljuje skupina, koja je u elektronima magnet (zeleni prsten), supstitucija se može provesti na temperaturi od 150 ° C kod atmosferskog tlaka. Kao i broj NO ₂ skupine prisutne povećava (ljubičasto i crvene prstena), supstitucija odvija na nižim temperaturama i donjim (100 ° C i 30 ° C, odnosno).

Dakle, NO ₂ skupine ubrzati NSRS i lišiti prsten elektrona, što je više osjetljivu na napad OH ^-.

Relativni položaji Cl u odnosu na NO ₂ u 4-nitroklorobenzenu, te kako ovi mijenjaju brzinu reakcije neće biti ovdje objašnjeno; na primjer, brzine reakcije 2-nitroklorobenzena i 3-nitroklorobenzena različite su, pri čemu je potonji najsporiji u odnosu na ostale izomere.

Iz odlazeće skupine

Primjenjujući 4-nitroklorobenzen, njegova supstitucijska reakcija je sporija u usporedbi s reakcijom njegovog fluoriranog kolege:

Učinak odlazeće skupine u SNAr reakcijama. Izvor: Gabriel Bolívar.

Objašnjenje za to ne može biti drugačija varijabla od razlike između F i Cl. Fluor je strašna odlazeća skupina, jer je CF vezu teže razdvojiti nego C-Cl vezu. Stoga razbijanje ove veze nije korak određivanja brzine za rSNA, već dodavanje Nu ^- aromatskom prstenu.

Budući da je fluor više negativan od klora, atom ugljika s njim ima veći elektronički nedostatak (C ^{δ +} -F ^δ-). Samim tim, ugljik CF veze mnogo je osjetljiviji na napad Nu ^{- u} odnosu na vezu C-Cl. Zbog toga je zamjena F za OH mnogo brža nego kod Cl za OH.

Primjer

Elektrofilna aromatska supstitucija 2-metil-4-nitrofluorobenzena para-krezolom. Izvor: Gabriel Bolívar.

Konačno, primjer ove vrste organskih reakcija prikazan je dolje na slici iznad. Čini se da para-krezol nije nukleofil; ali budući da postoji osnovni medij, njegova OH grupa je deprotonirana, ostavljajući ga kao fenoksidni anion, koji napada 2-metil-4-nitrofluorobenzen.

Kad se ovaj napad dogodi, za nukleofil se kaže da dodaje elektrofilu (aromatski prsten 2-metil-4-nitrofluorobenzena). Taj se korak može vidjeti s desne strane slike, gdje nastaje međuprodukt s oba supstituenta koji pripadaju prstenu.

Kada se doda para-krezol, pojavljuje se negativni naboj koji se delokalizira rezonancom unutar prstena (imajte na umu da više nije aromatičan).

Slika upravo prikazuje posljednju strukturu rezonancije iz koje fluor završava kao F ^-; ali u stvarnosti pri čemu je negativan naboj dobiva delocalize čak atomima kisika iz NO ₂ skupine. Nakon koraka dodavanja dolazi korak uklanjanja, posljednji, koji je kada se proizvod konačno formira.

Konačni komentar

Preostali NO ₂ skupina može biti reducirana u NH ₂ grupe, a od tamo se može izvesti daljnje reakcije sinteze modificirati konačne molekule. Ovo naglašava sintetski potencijal rSNA, te da se njegov mehanizam također sastoji od dva koraka: jedan za dodavanje, a drugi za uklanjanje.

Trenutno postoje, međutim, eksperimentalni i računski dokazi da se reakcija zapravo odvija prema usklađenom mehanizmu, gdje se oba koraka odvijaju istovremeno kroz aktivirani kompleks, a ne kao intermedijar.

Reference

Morrison, RT i Boyd, R, N. (1987). Organska kemija. 5. izdanje Uredništvo Addison-Wesley Interamericana.
Carey F. (2008). Organska kemija. (Šesto izdanje). Mc Graw Hill.
Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organska kemija. Amini. (10. izdanje.). Wiley Plus.
Wikipedia. (2019). Nukleofilna aromatska supstitucija. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
James Ashenhurst. (06. rujna 2019.). Nukleofilna aromatična supstitucija (NAS). Oporavak od: masterorganicchemistry.com
Kemija LibreTexts. (05. lipnja 2019.). Nukleofilna aromatična supstitucija. Oporavak od: chem.libretexts.org

AROMATSKA NUKLEOFILNA SUPSTITUCIJA: UČINCI, PRIMJERI - KEMIJA - 2025