De aromatisk nukleofil substitution (SNAr) är en reaktion som sker i organisk kemi, som består av förskjutning av en bra lämnande grupp av en inkommande nukleofil. Ur synvinkeln för dess mekanism och elektroniska aspekter är det motsatt sida av den elektrofila aromatiska substitutionen (SEAr).
Generellt är den lämnande gruppen en halogen, som kommer ut som en halogenidanjon X-. Denna reaktion kan endast äga rum om den aromatiska ringen (mestadels bensen) saknar elektroner; det vill säga om den har elektronuttagande substituentgrupper.
Den övre bilden visar vad som sagts i föregående stycke. Elektronattraktionsgruppen EWG (för dess förkortning på engelska: Electron Withdrawing Group), aktiverar den aromatiska ringen för den nukleofila attacken hos den negativa arten Nu-. Det kan ses att en mellanprodukt bildas (i mitten), från vilken haliden X frigörs eller går ut-.
Observera att X i enkla termer ersätts med Nu i en aromatisk ring. Denna reaktion är mycket mångsidig och nödvändig i syntesen av nya läkemedel, liksom i syntetiska organiska kemistudier..
Artikelindex
Den aromatiska ringen kan "laddas" eller "urladdas" av elektroner beroende på vilka dess substituenter är (de som ersätter den ursprungliga C-H-bindningen).
När dessa substituenter kan donera elektrontäthet till ringen sägs de berika den med elektroner; Om de tvärtom är lockare av elektrondensitet (EWG som nämns ovan), sägs det att de utarmar ringen av elektroner.
I båda fallen aktiveras ringen för en specifik aromatisk reaktion, medan den avaktiveras för den andra..
Exempelvis sägs en elektronrik aromatisk ring vara aktiv för elektrofil aromatisk substitution; det vill säga den kan donera sina elektroner till en elektrofil art, E.+. Det kommer dock inte att donera elektroner till en Nu-art-, eftersom negativa laddningar skulle stöta ut varandra.
Nu, om ringen är fattig med elektroner, har den inget sätt att ge dem till arter E+ (SEAr förekommer inte); å andra sidan har den tillgången att acceptera elektronerna av Nu-arten- (SNAr är utvecklad).
När de allmänna inmatningsaspekterna har förtydligats kan vissa skillnader mellan SNAr och SEAr nu listas:
- Den aromatiska ringen fungerar som en elektrofil (elektronbrist) och attackeras av en nukleofil.
- En lämnande grupp X är substituerad på ringen; inte en H+
- Karbokationer bildas inte utan mellanhänder med en negativ laddning som kan avlokaliseras genom resonans
- Närvaron av fler attraktorgrupper i ringen påskyndar substitutionen istället för att sakta ner den
- Slutligen har dessa grupper inga riktade effekter på var (på vilket kol) substitutionen kommer att ske. Substitutionen kommer alltid att ske på det kol som är fäst vid den lämnande gruppen X.
Den sista punkten illustreras också i bilden: C-X-bindningen bryts för att bilda den nya C-Nu-bindningen.
Ju mer elektronfattig ringen är, desto snabbare är rSNA och desto mindre drastiska förutsättningar för att den ska inträffa. Tänk på följande exempel i bilden nedan:
Observera att 4-nitroklorbensen (blå ring) kräver drastiska förhållanden (högt tryck och en temperatur på 350 ºC) för att substitution av Cl med OH ska ske. I detta fall är klor den lämnande gruppen (Cl-och hydroxid nukleofilen (OH-).
När gruppen NO visastvå, som är en elektronattraktor (grön ring) kan substitutionen utföras vid en temperatur av 150 ° C vid omgivande tryck. När antalet NO-grupper ökartvå närvarande (lila och röda ringar) sker substitutionen vid lägre och lägre temperaturer (100 ° C respektive 30 ° C).
Därför är grupperna INTEtvå påskynda rSNA och beröva ringen av elektroner, vilket gör den mer mottaglig för OH-attack-.
De relativa positionerna för Cl med avseende på NO kommer inte att förklaras här.två i 4-nitroklorbensen, och hur dessa förändrar reaktionshastigheten; Till exempel är reaktionshastigheterna för 2-nitroklorbensen och 3-nitroklorbensen olika, den senare är den långsammaste jämfört med de andra isomererna..
Om man tar in 4-nitroklorbensen är dess substitutionsreaktion långsammare jämfört med dess fluorerade motsvarighet:
Förklaringen till detta kan inte ligga i någon annan variabel än skillnaden mellan F och Cl Fluor är en fruktansvärd lämnande grupp, eftersom C-F-bindningen är svårare att bryta än C-Cl-bindningen. Därför är brytningen av denna bindning inte det avgörande steget för hastigheten för SNAr utan tillägget av Nu- till den aromatiska ringen.
Eftersom fluor är mer elektronegativ än klor har kolatomen kopplad till den en större elektronisk brist (C5+-F5-). Följaktligen är kolet i C-F-bindningen mycket mer mottagligt för att attackeras av Nu- än C-Cl-bindningen. Det är därför som substitutionen av F för OH är mycket snabbare än för Cl för OH.
Slutligen visas ett exempel på denna typ av organiska reaktioner nedan i bilden ovan. Para-kresol verkar inte vara en nukleofil; men eftersom det finns ett basiskt medium deprotoneras dess OH-grupp och lämnar den som en fenoxidanjon, som attackerar 2-metyl-4-nitrofluorbensen.
När denna attack inträffar sägs nukleofilen lägga till elektrofilen (den aromatiska ringen av 2-metyl-4-nitrofluorbensen). Detta steg kan ses till höger om bilden, där mellanföreningen bildas med båda substituenterna som tillhör ringen.
När parakresol tillsätts, visas en negativ laddning som avlägsnas av resonans i ringen (notera att den slutar vara aromatisk).
Endast den sista resonansstrukturen visas i bilden, från vilken fluorn slutar som F-; men i verkligheten avlägsnas den negativa laddningen även i NO-gruppens syreatomertvå. Efter tillsatssteget kommer eliminationssteget, det sista, det är när produkten slutligen bildas.
Gruppen NOtvå rester kan reduceras till NH-gruppentvå, och därifrån är det möjligt att utföra fler syntesreaktioner för att modifiera den slutliga molekylen. Detta belyser den syntetiska potentialen hos rSNA, och att dess mekanism också består av två steg: ett för addition och det andra för eliminering..
För närvarande finns emellertid experimentella och beräkningsmässiga bevis för att reaktionen faktiskt fortsätter enligt en samordnad mekanism, där båda stegen sker samtidigt genom ett aktiverat komplex och inte en mellanprodukt..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.