芳香化合物的反应

亲核芳香取代(nucleophilic aromatic substitution)

/ noo-klee-oh-FILL-ik; SNAr /

苯的 pi 云富电子,所以它的本能是吸引亲电试剂、而非亲核试剂——这正是寻常芳香取代之所以是亲电的原因。但在合适的情形下,你可以反其道而行:让一个亲核试剂直接取代环碳上的离去基团。这就是亲核芳香取代。它不会轻易发生,需要特别的帮助才能进行。

常见路线叫加成-消除,只有当两样东西同时存在时才会进行:环上有一个离去基团(通常是卤素),以及一个或多个强吸电子基(如 -NO2)位于它的邻位或对位。亲核试剂加到带离去基团的那个碳上,暂时破坏芳香性,生成一个带负电的中间体,叫做迈森海默络合物(Meisenheimer complex)。这个阴离子中间体是芳正离子的镜像:EAS 生成由给电子基稳定的正中间体,而这里负电荷由吸电子基稳定(-NO2 能通过共振吸收负电荷)。随后离去基团离开,芳香性恢复。注意这里的意外:氟在这里是最好的离去基团,因为决速步是亲核试剂的加成,而氟强烈的吸电子作用加快了这一步。

对于缺少那些活化基的环,还有第二条更奇特的路线——苯炔(benzyne,消除-加成)机理,它经由一个极其活泼、带三键的环。无论哪条路线,亲核芳香取代都是把一个源自亲核试剂的基团(-OH、-OR、-NH2、-CN)直接装到环碳上的变通办法——这是 EAS 永远做不到的;它在许多建立在缺电子芳香环上的药物和染料的合成中不可或缺。

1-氯-2,4-二硝基苯与氢氧根顺利反应,生成 2,4-二硝基苯酚 + 氯离子。位于氯的邻位和对位的两个 -NO2 基稳定了带负电的迈森海默中间体,使取代得以发生。

正是强吸电子基使环能够接受一个亲核试剂。

这并不是环上的 SN2——几何结构禁止背面进攻。加成-消除路线颠倒了通常的离去基团逻辑:氟胜过碘,因为决速步是亲核试剂的加成、而非离去基团的离去,而氟的吸电子作用最能加快这步加成。

又称
SNAr亲核芳香族取代反应親核芳香族取代反應