Лучший способ избавиться от искушения – поддаться
емуОскар Уайльд
Реакции ароматического нуклеофильного
замещения
Реакции SNAr
Ar-B + C- ArC + B-
Ароматические соединения
• Характерны реакции замещения, в первую очередь электрофильного, вследствие высокой электронной плотности ароматического кольца, которое притягивает положительные, а не отрицательные частицы.
Нуклеофильное замещение в ароматических и
гетероароматических системах
• 1) реакции, активируемые электроноакцепторными группами в орто- и пара-положениях к уходящей группе;
• 2) реакции, катализируемые очень сильными основаниями и протекающие через образование ариновых интермедиатов;
• 3) реакции, инициируемые донорами электронов;
• 4) реакции, в которых азот в соли диазония замещается нуклеофилом
SNAr
• нуклеофуги - уходящие частицы:
Hal-, RO-, NO2- и др., в том числе и
водород.
• Эта область органической химии в последние десятилетия особенно интенсивно развивается, в ней было открыто несколько новых механизмов.
SNAr (сходен с тетраэдрическим)
Cl
+
CH
Cl OH
OH
OH + Cl
SNAr
• Ускоряется в присутствии электроноакцепторных заместителей (особенно в орто- и пара-положениях), катализаторов, -коплексованием, в гетероциклах атомом азота ( и -положения), N-оксидной функцией
• Тормозится в присутствии электронодонорных заместителей
Классический механизм SNAr
-комплексы Джексона-Мейзенгеймера-Яновского могут быть обнаружены спектроскопическими методами (особенно ЯМР).
+
-
-+
X
NO2
NO2
X Nu
NO2
Nu
XNu -
Соль Мезенгеймера1902 г. – ЯМР, РСА
NO2
O2N NO2
OEt
NO2
O2N NO2
EtO OMe
-
+CH3
O
SNAr
Первая стадия – лимитирующаяX = Cl, Br, I, SOPh, SO2Ph
kmax/kmin=5
X
NO2
NO2
+NH
N
O2N NO2
+ X
SNAr
Реакционная способность уходящих групп
F, NO2, OTs, SOPh, Cl, Br, I, N3, OAr, OR, SR, SO2R, NH2
SB-GA (Specific Base - General Acid)
• Баннет: протекает через образование цвитерионного -комплекса
(часто депротонирование –лимитирующая стадия)
X
NO2
+ N R2
R1
H
NO2
X N+ R1
H
R2
-NO2
X NR2
R1
-
B -
BH
BH
NO2
NR2R1
-HX
SNAr с переносом электрона
• Присутствие радикалов было доказано методом ЭПР
+ CH3O-
NO2
OCH3-.
+ CH3O.
NO2
OCH3 OCH3
NO2
OCH3
-
SNAr с переносом электрона
NO2
NO2
+ OH
NO2
NO2
-.
+ OH
NO2
OHO2N
-NO2
OH
Ариновый и гетероариновый механизм
• Робертс в 1953 году:
Cl* KNH2 NH2*
+
NH2
*
NH3
Ариновый и гетероариновый механизм
• побочные реакции циклоприсоединения, Дильса-Альдера и др.
• В 1973 г. Чапман выделил бензин в матрице аргона при 80К (ИК спектр)
Cl* NH2 * NH3NH2*
+
NH2
*
Ариновый и гетероариновый механизм
Cl
Y
X
+ NH2
Ариновый и гетероариновый механизм
• Отщепляется более кислый водород (акцепторы – от орто-положения)
ClY Y Y+
Ариновый и гетероариновый механизм
•
Cl
Cl
KNH2
NH2
Cl
NH3
Ариновый и гетероариновый механизм
• Cl
Cl
KNH2
Cl
NH2
NH3
Ариновый и гетероариновый механизм
• Cl
Cl
KNH2
NH2
Cl
NH3
Механизм SRN1
Баннет и Ким
1970 г.
Механизм SRN12:1 = 1.46
X
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
X
NH2
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
NH2
CH3
CH3
CH3
KNH2 KNH2
NH3
NH3
1 2
Механизм SRN1
• Для йода
2:1 = 0.63 или 2:1 = 5.9
В присутствии радикальных ловушек
2:1 = 1.5
В присутствии металлического калия
только продукты без перегруппировки
SRN1
ArX + e [ArX]-.
[ArX]-. Ar. + X-
Ar. + Y- [ArY]-.
ArX + [ArY]-. [ArX]-. + ArY
SRN1
• Не нужна активация сильно электроноакцепторными группами
• Отсутствует чувствительность к стерическим препятствиям
• Эффективно фотостимулирование или электрохимическое инициирование
SRN1
• Метод позволяет превратить:
PhOH PhNH2
SN1Ar
ArN2+ N2 + Ar+ (медленно)
Ar+ + Nu- Ar-Nu
Ph+ + H2O PhOH2+
PhOH2+ PhOH + H+
SN1Ar
Ar+ + CH3OH Ar-OCH3 + H+
Ar+ + I- ArI
Ar+ + CN- ArCN
SN1Ar
• 1) Скорость не зависит от [Nu]
• 2) Влияние заместителей в ароматическом кольце
• 3) Ar15N+N ArN+N15
SN(ANRORC)
• Этот механизм был открыт Ван-дер-Плассом в 70-е гг.
• Название раcшифровывается - присоединение нуклеофила,
раскрытие ароматического кольца, закрытие цикла.
SN(ANRORC)
N
N
R
Br
KNH2N
N
R
NH2
N
N
R
BrKNH2
SN(ANRORC)
N
N
R
NN
N
R
Br
+ LiN
N
R
NCN
SN(ANRORC)(83% переместилась метка)
N
N
R
Br
KNH2N
N
R
NH2
*
* *
*
SN(ANRORC)
N
N
R
Br
N
N
R
BrNH2
H
KNH2
NHNCH
NH2
R Br
NNCH
NH2
R
N
N
R
NH2
*
*
*
*
**
**
*
*
Замещение гидроксигруппы
ОН
NO2
NO2
PCl5NO2
NO2
+ POCl3 + HCl
Cl
2,4-Динитрофенол 2,4-Динитро- хлобензол
Реакция SNAr в кислой среде
OHH
+
OH+
HH
RSH
HH
OH SH+
R
-H2O
S+
HH
R
H+
-
SR
Реакция Бухерера
Реакция Бухерера
Реакция Ульмана
ArI + Cu ArCu
ArCu + ArI ArAr
Фенолы – С-нуклеофилы
OH
+
X
NO2
OH
NO2
OH
DMSO
Перегруппировка Смайлса
Реакция Ульмана
Ar-I + Cu ArCu
ArCu + Ar-I Ar-Ar
Реакция Стефена-Кастро
Получение
Получение кислот
1
C O
R MgBr
H2O, H
MgBrR C
(абс. эф.)
1C O
R MgBr1
OOO
OH