[科普中國(guó)]-親核芳香取代反應(yīng)

芳香族親核取代反應(yīng)（Nucleophilic Aromatic Substitution reaction，SNAr）是親核取代反應(yīng)的一類(lèi)，發(fā)生在芳香環(huán)上。當(dāng)中一個(gè)親核體取代了一個(gè)好的離去基團(tuán)，例如在芳香環(huán)上的鹵代烴?，F(xiàn)有六種芳香環(huán)的親核取代反應(yīng)機(jī)理。

簡(jiǎn)介芳香族親核取代反應(yīng)（Nucleophilic Aromatic Substitution reaction，SNAr）是親核取代反應(yīng)的一類(lèi)，發(fā)生在芳香環(huán)上。當(dāng)中一個(gè)親核體取代了一個(gè)好的離去基團(tuán)，例如在芳香環(huán)上的鹵代烴?，F(xiàn)有四種芳香環(huán)的親核取代反應(yīng)機(jī)理。1

反應(yīng)機(jī)理分類(lèi)正常的SN1和SN2難以發(fā)生，在芳環(huán)上可以進(jìn)行的親核取代反應(yīng)有以下幾種：

雙分子SNAr2機(jī)理芳香親核取代最重要的機(jī)理；

分為兩步，與脂肪族親核取代四面體機(jī)理，以及芳香族親電取代芳基正離子機(jī)理類(lèi)似，第一步進(jìn)攻試劑與底物成鍵形成中間體，然后離去基團(tuán)離去；通常第一步為決速步驟；

機(jī)理的證明：

1）二級(jí)動(dòng)力學(xué)證明：

2）1902年，分離得到了穩(wěn)定的Meisenheimer鹽；

3）取代基效應(yīng)

鄰硝基氯苯和其對(duì)位吸電子基團(tuán)取代衍生物在和甲醇鈉的反應(yīng)中的相對(duì)速度：

4）當(dāng)X分別為Cl, Br, I, SOPh，時(shí)，反應(yīng)速率差別很小，表明C-X的斷裂不是決速步驟；與SN1, SN2機(jī)理不同；速率并不完全一致，X的性質(zhì)會(huì)影響Y的進(jìn)攻速率，X電負(fù)性增加，被進(jìn)攻位點(diǎn)上電子云密度減小，親核進(jìn)攻速率加快；例如如下反應(yīng)中，氟是芳環(huán)親核取代反應(yīng)最好的離去基團(tuán)( F>CI>Br>I ) ， SN1, SN2機(jī)理中，氟是最差的離去基團(tuán)。1

單分子SNAr1機(jī)理在芳環(huán)上按照SNAr1機(jī)理進(jìn)行的反應(yīng)很少 ，重氮鹽的水解被認(rèn)為是按照SNAr1機(jī)理進(jìn)行的，主要存在于芳基重氮化物的親核取代反應(yīng)中。

證據(jù)：反應(yīng)速率與重氮化合物濃度呈一級(jí)關(guān)系，與Y濃度無(wú)關(guān)；當(dāng)鄰位被氘代的底物進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，二級(jí)同位素效應(yīng)很大，表明C-N鍵斷裂是決速步驟；當(dāng)作為反應(yīng)物，回收的起始物中含有，表明第一步是起始反應(yīng)。1

苯炔機(jī)理消除加成機(jī)理:

第一步，酸性最強(qiáng)的氫脫去，與Z的場(chǎng)效應(yīng)有關(guān)，吸電子基團(tuán)有利于鄰位氫脫去，給電子基團(tuán)有利于對(duì)位氫脫去；第二步，能形成最穩(wěn)定碳負(fù)離子中間體的位點(diǎn)是親核進(jìn)攻的首選位點(diǎn)。

證明：如果芳基鹵化物具有兩個(gè)鄰位取代基，反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；Cilne取代，苯基上有取代基時(shí)，親核取代反應(yīng)可能發(fā)生在不同位點(diǎn)上，由取代基定位效應(yīng)導(dǎo)致；不是所有的Cilne取代都是此反應(yīng)機(jī)理；鹵化物反應(yīng)活性順序?yàn)锽r>I>Cl>F，表明非SNAr機(jī)理；溫度8K時(shí)的氬基質(zhì)中可分離出苯炔，可觀測(cè)到其紅外光譜，苯炔可以被捕獲；本卻具有芳香性，多出的一對(duì)電子僅覆蓋兩個(gè)碳原子的p軌道。1

SRN1機(jī)理自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理，需要電子給體引發(fā)；

加入金屬鉀，更加有效提供溶劑化電子，Cline取代產(chǎn)物消失；加入自由基淬滅劑，9:10接近1.46:1。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大學(xué)