Language
Country/Area
No result found
Bí mật của phản ứng SNAr đã được tiết lộ! Tại sao clorobenzen lại được thay thế ngay lập tức dưới lực hút điện tử mạnh?
Trong hóa học hữu cơ, phản ứng thế thơm nucleophilic (SNAr) là phản ứng thế trong đó nucleophile thay thế một nhóm rời tốt, chẳng hạn như halogen, trên vòng thơm. Mặc dù các vòng thơm thường có tính ái nhân, nhưng một số hợp chất thơm có khả năng thực hiện các phản ứng thế ái nhân trong những điều kiện thích hợp.
Cơ chế của phản ứng thế thơm nucleophilic khác với phản ứng SN2 thông thường vì nó xảy ra trên các nguyên tử carbon phẳng hình tam giác.
Khi thực hiện phản ứng SN2, nucleophile phải tiếp cận nguyên tử carbon từ phía sau nhóm rời đi, nhưng lại bị tác động bởi vật cản không gian trên vòng benzen nên loại phản ứng này hầu như không xảy ra. Cơ chế SN1 về mặt lý thuyết là có thể thực hiện được, nhưng trừ khi nhóm rời đi cực tốt thì không khả thi. Điều này đòi hỏi sự giải phóng tự nhiên của nhóm rời đi để tạo thành cation thơm, điều này rất bất lợi trong thực tế.
Cơ chế thay thế thơm nucleophin
Sự thay thế nucleophil của các vòng thơm có thể xảy ra thông qua nhiều con đường khác nhau, bước quan trọng nhất là cơ chế SNAr (cộng-loại bỏ). Cơ chế này đặc biệt được ưa chuộng khi các nhóm hút điện tử như nhóm nitro nằm ở vị trí trực giao hoặc para so với nhóm thoát halogen. Nhóm thu hút electron có thể ổn định mật độ electron trên vòng và thúc đẩy phản ứng nucleophilic.
Trong cơ chế phản ứng thay thế thơm nucleophilic, hoạt động của 2,4-dinitrochlorobenzen trong dung dịch nước kiềm rất mang tính đại diện.
Nhóm nitro đóng vai trò là chất kích hoạt, tăng cường khả năng thay thế nucleophilic và ổn định các electron bị thu hút thông qua sự cộng hưởng khi nucleophile tấn công nhóm carboxyl. Trạng thái siêu bền được hình thành được gọi là phức hợp Masonheimer. Khi cấu trúc được tăng cường mật độ electron này được hình thành, các ion hydroxit có thể bị loại bỏ một cách có chọn lọc hoặc clo sẽ rời đi.
Quá trình phản ứng
Trong quá trình phản ứng, phần lớn phức hợp Masonheimer tách clo để tạo thành 2,4-dinitrophenol, phần còn lại được trả lại cho chất phản ứng. Khi phản ứng diễn ra, 2,4-dinitrophenol sẽ bị khử proton bởi dung dịch kiềm, cuối cùng đạt đến trạng thái cân bằng. Vì sản phẩm này ở trạng thái năng lượng thấp hơn nên nó không quay trở lại tạo thành chất phản ứng.
Sự hình thành chậm của phức hợp Meissenheimer là trạng thái năng lượng cao do giảm độ thơm do sự tấn công nucleophin.
Sở dĩ nhóm clo hoặc hydroxyl tiếp theo ra đi nhanh chóng là do sau khi mất nhóm rời đi, vòng thơm sẽ trở lại trạng thái thơm và giải phóng năng lượng. Do đó, tốc độ của các phản ứng thay thế nucleophilic chủ yếu được xác định bởi tốc độ này.
Ảnh hưởng của nucleophile và nhóm rời bỏ
Trong phản ứng SNAr, các nhóm rời và nucleophile khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Thông thường, các nucleophile nhàn rỗi bao gồm amin, rượu phosphonate, sunfua, v.v. Đối với các nhóm clo, brom và iốt rời khỏi, tốc độ phản ứng của flo là tối ưu trong phản ứng SNAr, một hiện tượng dường như trái ngược với phản ứng SN2.
Mặc dù flo là liên kết mạnh nhất nhưng nó là nhóm rời khỏi lý tưởng nhất trong phản ứng SNAr vì liên kết C-F có độ phân cực cực cao giúp phản ứng diễn ra dễ dàng hơn.
Chất nucleophile trong phản ứng này có thể phản ứng với nhiều loại hợp chất hữu cơ để tạo thành cấu trúc hóa học mới. Ví dụ, nhiều nucleophile của các nguyên tố nitơ, oxy hoặc carbon có thể thực hiện các phản ứng thay thế một cách hiệu quả để tạo ra nhiều loại hợp chất khác nhau.
Định hướng tương lai
Khả năng thực hiện các phản ứng thay thế thơm nucleophilic được coi là một hướng tổng hợp đầy hứa hẹn trong một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển. Công trình hiện tại cho thấy rằng trong một số trường hợp, phức hợp Mersenneheimer không chỉ là trạng thái trung gian mà đôi khi có thể là trạng thái chuyển tiếp trong quy trình SN2 mặt trước.
Phương pháp tổng hợp bất đối xứng của các phân tử bất đối được báo cáo lần đầu tiên vào năm 2005 đã chứng minh tầm quan trọng của sự thay thế thơm nucleophin trong việc xây dựng các phân tử đa dạng.
Điều đáng chú ý là sự hiểu biết hoặc sự phát triển tiềm năng trong tương lai về các cơ chế và cơ chế cơ bản của các phản ứng như vậy có thể tác động đến nhiều khía cạnh của tổng hợp hữu cơ. Đối mặt với phản ứng hóa học hấp dẫn như vậy, bạn có mong chờ những nghiên cứu và ứng dụng của nó trong tương lai không?
