AROMĀTISKĀ NUKLEOFĪLĀ AIZVIETOŠANA: EFEKTI, PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Nukleofīlā aromātiskā aizvietošana (SNAR) ir reakcija, kas notiek organiskajā ķīmijā, kas ietver nobīdi labu atøæeîamu grupu ar nukleofilu ienākošajā. No tā mehānisma un elektronisko aspektu viedokļa tā ir elektrofīlā aromātiskās aizvietošanas (SEAr) pretējā puse.

Parasti atøæeîama grupa ir halogēna atoms, kuru izejas kā halogēna anjons X ^- . Šī reakcija var notikt tikai tad, ja aromātiskajā gredzenā (galvenokārt benzolā) ir elektronu deficīts; tas ir, ja tajā ir elektronus atņemošas aizvietotāju grupas.

Aromātiskās nukleofīlās aizvietošanas vispārīgais vienādojums. Avots: Sponk

Augšējais attēls apzīmē to, kas tika teikts iepriekšējā rindkopā. Elektronu pievilcēju grupa EWG (elektronu izņemšanas grupa) aktivizē aromātisko gredzenu negatīvās sugas Nu ^- nukleofīlijas uzbrukumam . To var redzēt, ka starpposma veidojas (centrā), no kura halogenīdu X ^- ir atbrīvots vai izejām .

Ņemiet vērā, ka vienkāršā izteiksmē X aromātiskajā gredzenā aizvieto Nu. Šī reakcija ir ļoti universāla un nepieciešama jaunu zāļu sintēzē, kā arī sintētiskās organiskās ķīmijas pētījumos.

Vispārīgās iezīmes

Aromātisko gredzenu var “uzlādēt” vai “izlādēt” elektronus atkarībā no tā, kādi ir tā aizvietotāji (tie, kas aizvieto sākotnējo CH saiti).

Kad šie aizvietotāji var ziedot elektronu blīvumu gredzenam, tiek uzskatīts, ka tie to bagātina ar elektroniem; ja gluži pretēji tie ir elektronu blīvuma piesaistītāji (iepriekš minēts EWG), tad tiek teikts, ka tie noārda elektronu gredzenu.

Abos gadījumos gredzens tiek aktivizēts īpašai aromātiskai reakcijai, bet otru - deaktivizē.

Piemēram, tiek teikts, ka ar ar elektroniem bagāts aromātiskais gredzens ir aktīvs aromātiskā elektrofilā aizstāšanā; tas ir, tas var ziedot savus elektronus elektrofīlai sugai E ⁺ . Tomēr tas nedos elektronus Nu ^- sugai , jo negatīvie lādiņi atgrūž viens otru.

Tagad, ja gredzenā ir slikti elektroni, tam nav, kā tos piešķirt E ⁺ sugām (SEAr nenotiek); no otras puses, ir iespējams pieņemt Nu ^- sugas elektronus (tiek izstrādāta rSNA).

Atšķirības ar aromātisko elektrofīlo aizvietošanu

Kad vispārējie ievades aspekti ir noskaidroti, tagad var uzskaitīt dažas atšķirības starp SNAr un SEAr:

- Aromātiskais gredzens darbojas kā elektrofils (ar elektronu deficītu), un tam uzbrūk nukleofils.

- aizejošā grupa X ir aizvietota no gredzena; nevis H ⁺

- Carbocations neveidojas, bet ir starpnieki ar negatīvu lādiņu, ko var pārvietot ar rezonansi

- Vairāk piesaistītāju grupu klātbūtne gredzenā paātrina aizstāšanu, nevis palēnina

- visbeidzot, šīm grupām nav direktīvas ietekmes uz to, kur (uz kuru oglekli) notiks aizvietošana. Aizvietošana vienmēr notiks pie oglekļa, kas pievienots aizejošajai X grupai.

Pēdējais punkts ir parādīts arī attēlā: CX saite saplīst, veidojot jauno C-Nu saiti.

Efektu rediģēšana

No aizvietotāju skaita

Protams, jo vairāk elektronu ir slikts gredzens, jo ātrāka būs rSNA un jo mazāk radikāli būs apstākļi, kas nepieciešami tā veidošanai. Apsveriet šo piemēru, kas parādīts zemāk redzamajā attēlā:

Aizvietotāju ietekme uz 4-nitrohlorbenzola aizvietotājiem. Avots: Gabriel Bolívar.

Ņemiet vērā, ka 4-nitrohlorbenzols (zilais gredzens) prasa radikālus apstākļus (augsts spiediens un temperatūra 350 ºC), lai Cl aizstātu ar OH. Šajā gadījumā hlors ir aizejošā grupa (Cl ^- ), un hidroksīds satur nukleofilu (OH ^- ).

Kad parādās NO ₂ grupa , kas ir elektronu piesaistītājs (zaļš gredzens), aizvietošanu var veikt 150 ° C temperatūrā pie apkārtējā spiediena. Palielinoties klāt esošo NO ₂ grupu skaitam (purpursarkani un sarkani gredzeni), aizvietošana notiek zemākā un zemākā temperatūrā (attiecīgi 100 ° C un 30 ° C).

Tādēļ NO ₂ grupas paātrināt RSNA un liegt gredzenu elektroniem, padarot to vairāk pakļauti uzbrukumiem OH ^- .

Šeit netiks izskaidrotas Cl relatīvās pozīcijas attiecībā pret NO ₂ 4-nitrohlorbenzolā un tas, kā tās ietekmē reakcijas ātrumu; piemēram, 2-nitrohlorbenzola un 3-nitrohlorbenzola reakcijas ātrumi ir atšķirīgi, pēdējais ir vislēnākais, salīdzinot ar citiem izomēriem.

No aizejošās grupas

Pārsaucot 4-nitrohlorbenzolu, tā aizvietošanas reakcija ir lēnāka, salīdzinot ar tā fluorēto ekvivalentu:

Aizejošās grupas ietekme SNAr reakcijās. Avots: Gabriel Bolívar.

To nevar izskaidrot citā mainīgā lielumā nekā atšķirība starp F un Cl. Fluors ir briesmīgi aizejoša grupa, jo CF saiti ir grūtāk sadalīt nekā C-Cl saiti. Tāpēc, laušana šī saikne nav ātrums nosakot solis RSNA, bet pievienojot Nu ^- pie aromātiskā gredzena.

Tā kā fluors ir vairāk elektronegatīvs nekā hlors, ar to saistītajam oglekļa atomam ir lielāks elektroniskais deficīts (C ^{δ +} -F ^δ- ). Līdz ar to oglekļa no CF saites ir daudz vairāk pakļauti uzbruka Nu ^- nekā C-Cl saiti. Tāpēc F aizvietošana OH ir daudz ātrāka nekā Cl aizvietošana ar OH.

Piemērs

Elektrofiliski aromātiska 2-metil-4-nitrofluorbenzola aizstāšana ar para-krezolu. Avots: Gabriel Bolívar.

Visbeidzot, šāda veida organisko reakciju piemērs ir parādīts zemāk attēlā. Parakrezols neliecina par nukleofilu; bet, tā kā ir pamata barotne, tā OH grupa tiek deprotonēta, paliekot kā fenoksīda anjons, kas uzbrūk 2-metil-4-nitrofluorbenzols.

Kad notiek šis uzbrukums, tiek teikts, ka nukleofils pievieno elektrofīlam (2-metil-4-nitrofluorbenzola aromātiskajam gredzenam). Šo soli var redzēt attēla labajā pusē, kur starpposma savienojums ir izveidots ar abiem aizvietotājiem, kas pieder pie gredzena.

Kad tiek pievienots parakrezols, parādās negatīvs lādiņš, kas tiek delokalizēts ar gredzena rezonansi (ņemiet vērā, ka tas vairs nav aromātisks).

Attēls vienkārši parāda pēdējo rezonanses struktūru, no kura fluora gali kā F ^- ; bet patiesībā minētais negatīvais lādiņš var delokalizēties pat NO ₂ grupas skābekļa atomos . Pēc pievienošanas posma nāk eliminācijas posms, pēdējais, kas ir tad, kad produkts ir beidzot izveidots.

Noslēguma komentārs

Atlikušo NO ₂ grupu var reducēt līdz NH ₂ grupai , un no turienes ir iespējams veikt papildu sintēzes reakcijas, lai modificētu galīgo molekulu. Tas izceļ rSNA sintētisko potenciālu un ka tā mehānisms sastāv arī no diviem posmiem: vienu pievienošanai un otru eliminācijai.

Pašlaik tomēr ir eksperimentāli un skaitļojoši pierādījumi tam, ka reakcija faktiski notiek saskaņā ar saskaņotu mehānismu, kur abas darbības notiek vienlaikus caur aktivizētu kompleksu, nevis starpposmu.

Atsauces

1. Morisons, RT un Boids, R., N. (1987). Organiskā ķīmija. 5. izdevums. Redakcijas Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
3. Grehems Solomons TW, Kreigs B. Frīls. (2011). Organiskā ķīmija. Amīni. (10. izdevums.). Wiley Plus.
4. Wikipedia. (2019. gads). Nukleofīlā aromātiskā aizvietošana. Atgūts no: en.wikipedia.org
5. Džeimss Ašenhursts. (2019. gada 6. septembris). Nukleofīlā aromātiskā aizvietošana (NAS). Atgūts no: masterorganicchemistry.com
6. Ķīmija LibreTexts. (2019. gada 5. jūnijs). Nukleofīlā aromātiskā aizvietošana. Atgūts no: chem.libretexts.org