AROMATIK NÜKLEOFILIK IKAME: ETKILER, ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Nükleofilik aromatik sübstitüsyon (SNAr) bir nükleofil Gelenler'i iyi bir ayrılan grubunun yerine içeren organik kimya içinde meydana gelen bir reaksiyondur. Mekanizması ve elektronik yönleri açısından elektrofilik aromatik ikamenin (SEAr) zıt tarafıdır.

Genel olarak bir ayrılan grup, bir halojen, halid anyon X gibi olan çıkışlar ^- . Bu reaksiyon ancak aromatik halka (çoğunlukla benzen) elektron bakımından eksikse gerçekleşebilir; yani, elektron çeken ikame gruplarına sahipse.

Aromatik nükleofilik ikame için genel denklem. Kaynak: Sponk

Üstteki resim, önceki paragrafta söylenenleri özetlemektedir. Elektron çekici grubu EWG (Elektron Çekme Grubu), Nu ^- negatif türünün nükleofilik saldırısı için aromatik halkayı etkinleştirir . Halojenür X ^{- '} in serbest bırakıldığı veya çıktığı (merkezde) bir ara ürünün oluştuğu görülebilir .

Basit terimlerle X'in aromatik bir halkada Nu ile ikame edildiğine dikkat edin. Bu reaksiyon çok yönlüdür ve yeni ilaçların sentezinde olduğu kadar sentetik organik kimya çalışmalarında da gereklidir.

Genel Özellikler

Aromatik halka, ikame edicilerinin (orijinal CH bağını değiştirenler) ne olduğuna bağlı olarak elektronlardan "yüklenebilir" veya "boşaltılabilir".

Bu ikame ediciler, halkaya elektron yoğunluğu verebildiklerinde, onu elektronlarla zenginleştirdikleri söylenir; Aksine, elektron yoğunluğunun çekicileriyse (yukarıda bahsedilen EWG), elektron halkasını yoksullaştırdığı söylenir.

Her iki durumda da halka belirli bir aromatik reaksiyon için aktive edilirken diğeri için devre dışı bırakılır.

Örneğin, elektron açısından zengin bir aromatik halkanın aromatik elektrofilik ikame için aktif olduğu söylenir; yani elektronlarını elektrofilik bir türe, E ^{+ '} ya bağışlayabilir . Ancak, negatif yükler birbirini iteceğinden, bir Nu ^- türüne elektron bağışlamayacaktır .

Şimdi, eğer halka elektron bakımından zayıfsa, onları E ⁺ türlerine nasıl vereceği yoktur (SEAr oluşmaz); Öte yandan, bu Nu elektronları kabul etmek kullanılabilir ^- türler (SCMM geliştirilmiştir).

Aromatik elektrofilik ikame ile farklılıklar

Genel girdi hususları netleştirildikten sonra, SNAr ve SEAr arasındaki bazı farklılıklar artık listelenebilir:

- Aromatik halka bir elektrofil (elektron eksikliği) gibi davranır ve bir nükleofil tarafından saldırıya uğrar.

- Ayrılan bir X grubu, halkadan ikame edilir; H ⁺ değil

- Karbokatyonlar oluşturulmaz, ancak rezonansla yerinden çıkarılabilen negatif yüklü aracılar

- Halkadaki daha fazla çekici grubunun varlığı, ikameyi yavaşlatmak yerine hızlandırır

- Son olarak, bu gruplar ikamenin nerede (hangi karbon üzerinde) olacağı konusunda yönlendirici etkiler uygulamazlar. İkame her zaman X grubundan ayrılan karbona bağlı olacaktır.

Son nokta da resimde gösterilmektedir: CX bağı, yeni C-Nu bağı oluşturmak için kırılır.

Efekt düzenleme

İkame sayısının

Doğal olarak, halka ne kadar elektron açısından fakirse, rSNA o kadar hızlı olacak ve gerçekleşmesi için gerekli koşullar o kadar az şiddetli olacaktır. Aşağıdaki resimde gösterilen şu örneği düşünün:

Sübstitüentlerin 4-nitroklorobenzen sübstitüsyonları üzerindeki etkileri. Kaynak: Gabriel Bolívar.

4-nitroklorobenzenin (mavi halka), Cl'nin OH ile ikame edilmesi için sert koşullar (yüksek basınç ve 350 ° C'lik bir sıcaklık) gerektirdiğine dikkat edin. Bu durumda, klor ayrılan gruptur (Cl ^- ) ve hidroksit nükleofildir (OH ^- ).

Bir elektron çekicisi (yeşil halka) olan NO ₂ grubu göründüğünde , ikame, ortam basıncında 150 ° C'lik bir sıcaklıkta gerçekleştirilebilir. Mevcut NO ₂ gruplarının sayısı arttıkça (mor ve kırmızı halkalar), ikame daha düşük ve daha düşük sıcaklıklarda (sırasıyla 100ºC ve 30ºC) gerçekleşir.

Bu nedenle, NO ₂ grupları rSNA'yı hızlandırır ve elektron halkasını yok eder, bu da onu OH ^- saldırısına daha duyarlı hale getirir .

NO ile ilgili olarak Cl nispi konumları ₂ 4-Nitrochlorobenzene içinde ve bu reaksiyon oranını değiştiren nasıl olacak burada açıklanamayan ; örneğin, 2-nitroklorobenzen ve 3-nitroklorobenzenin reaksiyon hızları farklıdır, ikincisi diğer izomerlerle karşılaştırıldığında en yavaş olanıdır.

Giden gruptan

4-nitroklorobenzeni yeniden alarak, ikame reaksiyonu, florlu muadili ile karşılaştırıldığında daha yavaştır:

Ayrılan grubun SNAr reaksiyonlarındaki etkisi. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Bunun açıklaması, F ve Cl arasındaki farktan başka bir değişkende yatamaz.Flor, çok kötü bir ayrılan gruptur, çünkü CF bağını kırmak C-Cl bağından daha zordur. Bu nedenle, bu bağın kırılması SCMM hız belirleme adımı, ancak Nu ilavesi değil ^- aromatik bir halka oluşturur.

Flor, klordan daha elektronegatif olduğu için, ona bağlı karbon atomunun daha büyük bir elektronik eksikliği vardır (C ^{δ +} -F ^δ- ). Sonuç olarak, CF bağın karbon daha duyarlı Nu tarafından saldırıya için ^- C-CI bağının daha. OH yerine F'nin ikame edilmesinin OH yerine Cl'den çok daha hızlı olmasının nedeni budur.

Misal

2-metil-4-nitroflorobenzenin para-kresol ile elektrofilik aromatik ikamesi. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Son olarak, bu tür organik reaksiyonların bir örneği, yukarıdaki resimde aşağıda gösterilmiştir. Para-kresol bir nükleofil gibi görünmemektedir; ancak bazik bir ortam olduğu için, OH grubu protondan arındırılır ve 2-metil-4-nitroflorobenzene saldıran bir fenoksit anyonu olarak kalır.

Bu saldırı gerçekleştiğinde, nükleofilin elektrofile (2-metil-4-nitroflorobenzenin aromatik halkası) eklediği söylenir. Bu adım, ara bileşiğin halkaya ait her iki ikame ediciyle oluşturulduğu görüntünün sağında görülebilir.

Para-kresol eklendiğinde, halka içindeki rezonansla yer değiştiren negatif bir yük belirir (artık aromatik olmadığına dikkat edin).

Resim sadece florin F ^- olarak bittiği son rezonans yapısını gösterir ; ama gerçekte, söz konusu negatif yük, NO ₂ grubunun oksijen atomlarında bile yer değiştirmeye başlar . Ekleme adımından sonra eleme adımı gelir, son adım, ürünün nihayet oluştuğu zamandır.

Son yorum

Kalan NO ₂ grubu , NH indirgenebilir ₂ grubu , ve oradan son molekül değiştirmek için başka sentez reaksiyonları gerçekleştirmek mümkün olmaktadır. Bu, rSNA'nın sentetik potansiyelini vurgular ve mekanizmasının aynı zamanda iki adımdan oluştuğunu gösterir: biri ekleme, diğeri eleme için.

Ancak şu anda, reaksiyonun aslında uyumlu bir mekanizmaya göre ilerlediğine dair deneysel ve sayısal kanıtlar vardır; burada her iki adım, bir ara ürün değil, aktive edilmiş bir kompleks aracılığıyla aynı anda gerçekleşir.

Referanslar

1. Morrison, RT ve Boyd, R, N. (1987). Organik Kimya. 5. Baskı. Editör Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organik Kimya. (Altıncı baskı). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organik Kimya. Aminler. (10. baskı.). Wiley Plus.
4. Vikipedi. (2019). Nükleofilik aromatik ikame. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
5. James Ashenhurst. (6 Eylül 2019). Nükleofilik Aromatik Yer Değiştirme (NAS). Kurtarıldı: masterorganicchemistry.com
6. Kimya LibreTexts. (5 Haziran 2019). Nükleofilik Aromatik Yer Değiştirme. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı