常见的芳香亲核取代反应机理

学术   2024-12-23 08:01   上海  
芳香族亲核取代反应(Nucleophilic Aromatic Substitution reaction,SNAr)是亲核取代反应的一类,发生在芳香环上。当中一个亲核体取代了一个好的离去基团,例如在芳香环上的卤代烃。现有六种芳香环的亲核取代反应机理。芳香族化合物通常对亲核取代反应是惰性的、然而对于具有强吸电子取代基如氰基或硝基的芳环、或者反应经由重氮,苯炔等特殊活性基团的情况的时候,也能发生亲核取代反应。

 反应机理

正常的SN1和SN2难以发生,在芳环上可以进行的亲核取代反应有以下几种


一、双分子SNAr2机理(加成-消除机理)

芳香亲核取代最重要的机理;分为两步,与脂肪族亲核取代四面体机理,以及芳香族亲电取代芳基正离子机理类似,第一步进攻试剂与底物成键形成中间体,然后离去基团离去;通常第一步为决速步骤;机理为二级动力学历程,1902年,分离得到了稳定的Meisenheimer盐。【Meisenheimer络合物

当X分别为Cl, Br, I, SO2Ph,时,反应速率差别很小,表明C-X的断裂不是决速步骤;与SN1, SN2机理不同;速率并不完全一致,X的性质会影响Y的进攻速率,X电负性增加,被进攻位点上电子云密度减小,亲核进攻速率加快;氟是芳环亲核取代反应最好的离去基团( F>CI>Br>I ) , SN1, SN2机理中,氟是最差的离去基团。 


二、单分子SNAr1机理

在芳环上按照SNAr1机理进行的反应很少 ,重氮盐的水解被认为是按照SNAr1机理进行的,主要存在于芳基重氮化物的亲核取代反应中。

反应速率与重氮化合物浓度呈一级关系,与Y浓度无关;当邻位被氘代的底物进行反应时,二级同位素效应很大,表明C-N键断裂是决速步骤;第一步是起始反应。
 

三、苯炔机理(消除-加成机理)

第一步,酸性最强的氢脱去,与Z的场效应有关,吸电子基团有利于邻位氢脱去,给电子基团有利于对位氢脱去;第二步,能形成最稳定碳负离子中间体的位点是亲核进攻的首选位点。

证明:如果芳基卤化物具有两个邻位取代基,反应无法进行;Cilne取代,苯基上有取代基时,亲核取代反应可能发生在不同位点上,由取代基定位效应导致;不是所有的Cilne取代都是此反应机理;卤化物反应活性顺序为Br>I>Cl>F,表明非SNAr机理;温度8K时的氩基质中可分离出苯炔,可观测到其红外光谱,苯炔可以被捕获;本却具有芳香性,多出的一对电子仅覆盖两个碳原子的p轨道。


四、SN(ANRORC)机理(亲核加成-开环-关环机理)

经过一次开环过程的特殊的机理。


五、间接芳香亲核取代机理(Vicarious Nucleophilic Substitution
       在离去基团存在于亲核侧而不是芳环的特殊情况下。从形式上而言,芳香环上的氢被置换。此取代反应通常在硝基邻对位进行,亲核试剂进攻带有强吸电子基团的苯环,形成加成中间体,碱拔氢,发生β-消除生成环外双键,酸化芳构化。



六、SRN1机理(Free Radical)

当硫醇盐或者碘等作为离去基团的场合,也就是具有氧化还原特性的基团的底物。自由基链式反应机理,需要电子给体引发;加入金属钾,更加有效提供溶剂化电子,Cline取代产物消失;加入自由基淬灭剂,9:10接近1.46:1。




编辑自:

一、百度百科:https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%B2%E6%A0%B8%E8%8A%B3%E9%A6%99%E5%8F%96%E4%BB%A3%E5%8F%8D%E5%BA%94/6441392?fr=aladdin

二、化学空间:https://cn.chem-station.com/reactions/2017/12/%E8%8A%B3%E9%A6%99%E6%97%8F%E4%BA%B2%E6%A0%B8%E5%8F%96%E4%BB%A3%E5%8F%8D%E5%BA%94-nucleophilic-aromatic-substitution.html

三、https://wenku.baidu.com/view/c52652b45fbfc77da369b139.html



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