Лекция 17Нуклеофильное ароматическое

замещение

Dubitando ad veritatem pervenimusСомневаясь мы приходим к истине

Бимолекулярный механизм SNAr замещение в рядугалогенаренов, замещение нитро-группы. Активирующиегруппы и ориентация. Комплексы Мейзенгеймера. Понятие офторхинолоновых антибиотиках. Замещение гидрид-иона с последующим окислением (NASH). Викариозное нуклеофильное замещение, примеры реакций снитробензолом, аминирование с использованиемгидроксиламина. Ариновый механизм, строение и реакционная способностьдегидробензола (региохимия присоединения нуклеофилов, реакции с диенами, синтез триптицена), методы синтеза изгалогенбензолов, о-аминобензойной кислоты, понятие игетероароматических и полиароматических производныхдегидробензола. Анион-радикальный механизм SRN синтетическиевозможности, механизм. Мономолекулярный механизм длясолей диазония SN1. Катализ комплексами Pd и Ni. Другие(ANRORC)

Ароматическое нуклеофильное замещение

SNArАриновый механизмNASH Замещение гидрид-иона (окисление)Викариозное замещениеSRN анион-радикальный механизмSN1Катализ комплексами Pd и NiДругие (ANRORC)

Механизм SNAr включает образование анионного σ-комплекса

Z

X

Cl

NO2

NO2

MeONa

PhSNa

KI

Z Nu

OMe

NO2

NO2

X

SPh

NO2

NO2

Nu

X

I

NO2

NO2

+ Nu:

89%

93%

70%

Cl

NO2

NO2

Cl

NO2

NO2

Nu

Cl

NO2

N+

Nu

-O O-

Cl

N+

NO2

Nu

O-

O-

Cl

NO2

NO2

Nu

Cl

NO2

NO2

Nu

Nu-

Комплексы Мейзенгеймера

OMe

NO2

NO2

O2N

EtONa

OMe

NO2

NO2

O2N

EtO

MeONa

OEt

NO2

NO2

O2N

NO2

I

NO2

Br

NO2

Cl

NO2

F

ускорение замещения

Z

Br

+

NH

NBr

Z

медленноN

Z

быстро

Ac 0.013 CN 0.031 MeSO2 0.053 NO2 1

относительная скорость реакции

Cl

Cl NO2

SH

BrS

Cl

NO2

Br

основание+

Cl NO2

OH-

Нитро-группа тоже может замещатьсяCN

NO2O2N

CN

OMeO2NMeONa

NO2

NO2

+

OH

CN

NO2

O

CN

NO2

O2N

+

OMeMeO

ONa

OMe

OMe

O

KF/DMSO

NO2

Фторхинолоновые антибиотики

FF

F

F O

CO2EtNH

N

N

O

N O

F

CO2Hофлоксацин

OH

Ариновый механизм (дегидробензол)

Cl

H2O

ClH2O

Cl OCH3

Cl

H2N

OH

HO

OCH3

NH2

NH2

HO

HO

+ NaOH350 - 400 °C

30 MПа

+2 : 3

+ NaOH350 - 400 °C

30 MПа

+

2 : 1

+ KNH2NH3 (жидк.)

- 33 °C+

+ KNH2NH3 (жидк.)

Hal

H

X

+ Nu:

Hal

X

+ HNu- Hal

X

X

+ Nu:-

Nu

X

Nu

+

HNu: HNu:

Nu

X

Nu

H

H+ Nu:-

X

X

Строение дегидробензола

118o

118o 123o

1,405Å

1,387Å 1,401Å

1,349Å

область перекрывания боковой π-свяя зи в дегидробензоле

Региохимия замещения

OMe

R

Br

NH2

NaNH2

OMe

NH2

R

NH2

OMe

R

NH2

NH2

OMe

NH2

R

NH2

нет стабилизации анионагруппой OMe

стабилизациягруппой OMe

NH3 (жидк.)+

возможен только один дегидробензол ~ 50 : 50

∗

Cl

+ KNH2NH3 (жидк.)

∗

Cl

- Cl-

∗

NH2-

∗

H2N∗

NH2

+ NH3протонирование

∗

H2N

+

∗NH2

(48 %) (52 %)

Cl

4N - NaOH340 °C; H2O

OH

OH+

* **

(58 %) (42 %)

Другие методы генерирование дегидробензола

Br

F

Br

F

- LiBr

O

Li

F

MgBr

F

HClCH3OH

- LiF

OH

O

ТГФ; 60 °C

Li - Hg

(76 %) (90 %)

Mg - Hg

Триптицен (28 %)

Br

F

Cl

H

CN

H H

Et2O

NaNH2

C

H H

N

NH2C

N

Cl

CN

CN

CN

CN

Li - Hg+

дифенилен (24 %) трифенилен (3 %)

NH3 (жидк.)

NH3 (жидк.)

NH2

COOH

C5H11ONON

COO-

N

ТГФ; - 10 °Chν или t °C- CO2 - N2

F

[(CH3)2CH]2NH

N

COO

N N

N

Br

ClN

N

N[CH(CH3)2]2

[(CH3)2CH]2NH

O

O

N[CH(CH3)2]2

N

O

N

O

+ [(CH3)2CH]2NLi

эфир; -78 °C+

(13 %) (87 %)

t°фуран

(60 %)

Li - Hg

фуран

Другие арины

Нуклеофильное замещение гидрид-иона (NASH)

NO2

NO2

O2N NO2

NO2

O-

CN-O2N NO2

NO2

H CN

O2N NO2

H O

Ph

Br2

KMnO4

O2N NO2

NO2

CN

NO2

NO2

OPh

+

NO2

OMe- NO2

H OMe

PhNO2

NO2

OMe

Викариозное нуклеофильное замещение

NO2

B-

NO2

Y

NO2

Y+ XCH2Y +

Y- акцепторная группа CO2R, SO2R, CNX- уходящая группа Cl, Br, RO, RS

NO2 NO2 NO2

+

SO2Ph

SO2PhPhSO2CH2Cl

DMSO/KOH

NO2

SO2PhH

Cl N+

SO2Ph

-O O

-HCl

H+ NO2 SO2Ph

NO2

O2N NO2

NO2

NH2OH

NH2OH

NO2

H NHOH

NO2

NH2OH

O2N NO2

NO2

H NHOH

N+-O O-

H NH OH

NO2

NH2

N+-O O-

NH

H+

O2N NO2

NO2

NH2

NO2

NH2

60%

SRN анион-радикальный механизм

Cl

I

BrPh

O

I + KNH2

K

SPh

PhS

NH2

CH2CNPh

O

+ PhShν

NH3 (жидк.) (90 %)

+ K CH2CNhν

NH3 (жидк.)(97 %)

NH3 (жидк.) (64 %)

Механизм SRN

ArX

Ar

ArX

ArX

Ar

ArX

ArX

X-

e-

Nu-ArNu

ArNu

зарождение цепи

развитие цепи

+

ArNu +

Каталитический цикл SRN

ArX

X-

ArX

Ar

ArX

Nu-

ArNu

ArNu

K/NH3 или hν

I

F

Br

OK

O K

O

SPh

F

O

Ph

O

+ PhShν

NH3 (жидк.) (96 %)

(14 %)

hνNH3 (жидк.)

(86 %)

+

+ PhBrhν

NH3 (жидк.)(72 %)

+

SN1 – мономолекулярный механизм

NH2NaNO2, HCl

R

HNO3

H2SO4

R

NO2

H2

R

NH2

N N ClH2O

NaNO2, HCl

:OH2

N N

- H

R

N2

Cl

H2O∆

OH

R

OH

H2O, 5 °C

первичныйароматический амин

арил диазонивая сольстабильна при низкой температуре

свободнаяsp2 орбиталь

арил катион

Pd / C H2O, 5 °C

нельзя осуществить напрямую; нет подходящих реагентов

нагревание

N NAr+

15N NAr+

15

ArN

N15

Ar+ + N2

Некоторые препаративные реакции

SO3H

NaOH

SO3H

NaCN

OH

CN

сплавление

Реакция Ульмана

I

Cu

II

Cu

Br

PhNH2

HN

Br

PhOHO

CuCl

CuCl

Реакция Розенмунда-Брауна

Br

CuCN

CN

Катализ комплексами Pd и Ni

X

Pd(PPh3)4

NuNu

Nu - RMet, NH2R, PHR2, RSH, ROHX - I, Br, Cl (плохо), OTf