Nukleofilní aromatická substituce

Nukleofilní aromatická substituce

Nukleofilní aromatická substituce je substituční reakce v organické chemii, při které nukleofil nahrazuje jinou skupinu navázanou na aromatické jádro. Může probíhat šesti různými mechanismy, mezi které patří

* SNAr (adiční-eliminační) mechanismus :SNAr mechanismus * aromatický SN1 mechanismus s diazoniovými solemi :+moresvg|300px'>Aromatický SN1 mechanismus * benzynový mechanismus (E1cb-AdN) :Benzynový mechanismus nukleofilní aromatické substituce * radikálový SRN1 mechanismus * ANRORC mechanismus.

Nejvýznamnější z nich je SNAr mechanismus, při němž skupina odtahující elektrony aktivuje jádro vůči nukleofilním atakům.

SNAr mechanismus

Dále je popsán mechanismus nukleofilní aromatické substituce 2,4-dinitrochlorbenzenu v zásaditém vodném roztoku.

Nukleofilní aromatická substituce 2,4-dinitrochlorbenzenu

Uhlíkový atom, na který je navázán chlor, se označuje číslem 1 a ostatní čísly 2 až 6 po směru hodinových ručiček. Jelikož je nitroskupina vůči nukleofilní substituci aktivující skupinou usměrňuje substituci do polohy meta, tak uhlíkovému atomu benzenového kruhu, na který je navázána, dodává záporný náboj. +more V Meisenheimerově komplexu se nevazebné elektrony karboaniontu navážou na aromatický π systém, čímž umožní připojení hydroxylu na ipso uhlík. Takto vytvořený meziprodukt se odštěpením hydroxylové skupiny nebo chloridu dostane na nižší energetickou hladinu; v roztoku probíhají oba tyto děje, přičemž malá část odštěpí chlorid za vzniku konečného produktu (2,4-dinitrofenolu), zatímco zbytek odštěpí hydroxyl, čímž dojde k obnovení reaktantu. 2,4-dinitrofenol má nižší potenciální energii než reaktant, a tak se po určité době vytvoří rovnovážný stav s převahou 2,4-dinitrofenolu.

Vznik rezonančně stabilizovaného Meisenheimerova komplexu je pomalý, protože má tento komplex vyšší energii než reaktant. Odštěpení chloridu probíhá rychle, protože se cyklus opět stává aromatickým. +more Ukazuje se ovšem, že v některých případech není meziproduktem Meisenheimerův komplex, ale meziprodukt „předního SN2 procesu“.

U arylhalogenidů nemůže proběhnout klasická SN2 reakce. Vazba uhlík-halogen se nachází v rovině aromatického jádra, protože uhlíkový atom má rovinnou trojúhelníkovou geometrii. +more Atak uhlíku ze zadní strany je tím znemožněn a k takovéto reakci tedy nemůže dojít. SN1 reakce nastat může, ale je velmi nepravděpodobná, protože by vedla k energeticky nevýhodnému oddělení odcházející skupiny a tvorbě arylového kationtu. Aktivující skupinou je při nukleofilní aromatické substituci nejčastěji nitroskupina, může to být také například kyano- nabo acylová skupina. Odcházející skupinou může být halogen nebo sulfid. S rostoucí elektronegativitou se rychlost nukleofilních ataků zvyšuje, a to díky tomu, že krokem určujícím rychlost reakce je zde nukleofilní atak a následný zánik aromaticity. Schopnost halogenů podstoupit SNAr reakci klesá v řadě F > Cl ≈ Br > I, tedy obráceně oproti SN2 reakci, což se může jevit jako zvláštní,m jelikož vazba C-F patří v organické chemii k nejsilnějším. Díky její značné polaritě je ovšem fluorid při SNAr reakci ideální odcházející skupinou. Nukleofily mohou být aminy, alkoxidy, thioethery a stabilizované karboanionty.

Příklady

K typickým nukleofilním substitučním reakcím arenů patří:

* Bambergerův přesmyk, kdy se N-fenylhydroxylaminy přeměňují na 4-aminofenoly. Nukleofilem je voda. +more * Sandmeyerova a Gattermannova reakce, při kterých diazoniové soli reagují s halogenidy. * Smilesův přesmyk, jenž je vnitromolekulární obdobou této reakce.

U heteroarenů probíhá nukleofilní aromatická substituce snadněji než u arenů. Pyridiny jsou obzvlášť reaktivní, pokud jsou substituovány v poloze orto nebo para, protože pak je záporný náboj ideálně delokalizován na dusíku. +more Příkladem takové reakce je Čičibabinova reakce, při níž pyridin reaguje s amidem alkalického kovu, jako je amid sodný, za vzniku 2-aminopyridinu.

U methyl-3-nitropyridin-4-karboxylátu lze nitroskupinu v poloze meta snadno nahradit fluorem reakcí s fluoridem cesným v dimethylsulfoxidu (DMSO) při 120 °C.

Nukleofilní aromatická substituce pyridinu

Asymetrická nukleofilní aromatická substituce

S nukleofily jako jsou 1,3-dikarbonylové sloučeniny, lze provést asymetrickou syntézu chirálních sloučenin pomocí nukleofilní aromatické substituce. Katalyzátorem je derivát cinchonidinu, který má na dusíku a kyslíku připojené benzylové skupiny.

:Asymetrická nukleofilní aromatická substituce

Odkazy

Reference

Související články

Elektrofilní aromatická substituce * Nukleofil * Substituční reakce * SN1 reakce * SN2 reakce * Nukleofilní acylová substituce

Externí odkazy

Kategorie:Organické reakce Kategorie:Substituční reakce