芳香亲核取代：作用，实例 - 化学 - 2025

所述亲核芳族取代（SNAR）是一种发生在有机化学，其被亲核试剂传入涉及良好离去基团的位移的反应。从其机理和电子方面来看，它是亲电子芳族取代（SEAr）的反面。

通常，离去基团是卤素，其作为退出卤化物阴离子X ^- 。仅当芳香环（主要是苯）缺乏电子时，才会发生此反应；也就是说，如果它具有吸电子取代基。

芳族亲核取代基的通用方程式。资料来源：Sponk

上图概述了上一段中所说的内容。电子吸引基团EWG（对于其英文缩写：吸电子基团），激活用于负物种努的亲核进攻芳香环^- 。可以看出，中间形成（在中心），从该卤化物X ^-被释放或排出。

注意，简单地讲，X取代了芳环中的Nu。该反应非常通用，在合成新药以及合成有机化学研究中是必需的。

一般特征

芳环可以根据其取代基（取代原始CH键的取代基）而被电子“带电”或“放电”。

当这些取代基可以为环提供电子密度时，据说它们会使电子富集。相反，如果它们是电子密度的吸引子（上述EWG），则可以说它们耗尽了电子环。

在两种情况下，该环均被激活以进行特定的芳族反应，而另一环则被钝化。

例如，据说富电子芳环对芳族亲电子取代具有活性；也就是说，它可以将电子捐赠给亲电子体E ⁺。但是，它不会提供电子到怒江^-物种，因为负电荷会互相排斥。

现在，如果该环中的电子贫乏，它就没有如何将其赋予E ⁺物种（不会发生SEAr的现象）。在另一方面，它是提供给接受怒江的电子^-种（北美放射学会开发）。

芳香亲电取代的差异

弄清常规输入方面之后，现在可以列出SNAr和SEAr之间的一些区别：

-芳香环起亲电试剂作用（电子不足），并被亲核试剂攻击。

-从环上取代一个离去基团X；不是H ⁺

-不会形成碳正离子，但带负电荷的中间物可通过共振而离域

-环中存在更多的吸引子基团会加速取代而不是减慢取代速度

-最后，这些基团对取代发生的位置（在哪个碳上）不产生指导作用。取代总是发生在与离去基团X相连的碳上。

最后一点也显示在图像中：CX键断裂形成新的C-Nu键。

效果编辑

取代基数

自然，环的电子越差，rSNA越快，并且发生它所需的条件越不剧烈。考虑下图所示的以下示例：

取代基对4-硝基氯苯取代的影响。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。

请注意，4-硝基氯苯（蓝环）需要苛刻的条件（高压和350℃的温度）才能用OH取代Cl。在这种情况下，氯气是离去基团（CL ^- ），和氢氧化亲核试剂（OH ^- ）。

当出现NO ₂基团（它是一个电子吸引子（绿色环））时，可以在环境压力下于150°C的温度下进行取代。随着存在的NO ₂基团数量的增加（紫色和红色环），取代反应在更低和更低的温度下（分别为100ºC和30ºC）进行。

因此，NO ₂基团加快RSNA和剥夺电子的环，使之更容易受到攻击OH ^- 。

在4-硝基氯苯中Cl相对于NO ₂的相对位置，以及它们如何改变反应速率，将不在这里解释。例如，2-硝基氯苯和3-硝基氯苯的反应速率是不同的，与其他异构体相比，后者是最慢的。

来自离任组

回收4-硝基氯苯，它的取代反应比氟化的取代物慢：

SNAr反应中离去基团的作用。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。

对此的解释不能在于F和Cl之间的差异。氟是一个可怕的离去基团，因为CF键比C-Cl键更难断裂。因此，这种键的断裂是不为RSNA速度确定步骤，但在加入女的^-到芳环上。

因为氟是比氯负电性更强，链接到它的碳原子具有更大的电子缺乏（C ^δ+ -F ^δ-）。因此，CF键的碳是更容易受到由女被攻击^-比C-Cl键的。这就是为什么F取代OH的速度要比Cl取代OH的速度快得多的原因。

例

2-甲基-4-硝基氟苯被对甲酚的亲电芳族取代。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。

最后，上图显示了这类有机反应的一个例子。对甲酚似乎不是亲核试剂。但由于存在碱性介质，因此它的OH基团会去质子化，留下一个酚盐阴离子，它确实会侵蚀2-甲基-4-硝基氟苯。

当发生这种攻击时，据说亲核试剂会添加到亲电子试剂（2-甲基-4-硝基氟苯的芳香环）中。该步骤可以在图像的右侧看到，其中形成的中间体化合物带有两个属于环的取代基。

当添加对甲酚时，会出现负电荷，该负电荷会通过环内的共振而离域（请注意，它不再是芳香族的）。

图像只是示出了最后的共振结构，从该两端氟为F ^-; 但是实际上说的是甚至在NO ₂基团的氧原子中负电荷也会离域。在添加步骤之后是消除步骤，最后一步是产品最终成型的时间。

最后评论

可以将剩余的NO ₂基团还原为NH ₂基团，然后可以进行进一步的合成反应以修饰最终分子。这突出了rSNA的合成潜力，其机制还包括两个步骤：一个用于添加，另一个用于消除。

但是，目前有实验和计算证据表明，反应实际上是根据一致的机理进行的，其中两个步骤都是通过活化的配合物而不是中间体同时发生的。

参考文献

1. 莫里森，RT和博伊德，河，北（1987）。有机化学。第5版。社论Addison-Wesley Interamericana。
2. 凯里·F（2008）。有机化学。（第六版）。Mc Graw Hill。
3. 格雷厄姆·所罗门斯（TW），克雷格·弗莱尔（Craig B. Fryhle）。（2011）。有机化学。胺类 （第10版）。Wiley Plus。
4. 维基百科。（2019）。亲核芳香族取代。从以下位置恢复：en.wikipedia.org
5. 詹姆斯·阿辛赫斯特（James Ashenhurst）。（2019年9月6日）。亲核芳香取代（NAS）。摘自：masterorganicchemistry.com
6. 化学LibreTexts。（2019年6月5日）。亲核芳香取代。从以下位置恢复：chem.libretexts.org