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