Превращение нитроарена в нитрозо с одновременным каплингом

[Phobos]

Наткнулся вот на такую странную, незивестную мне реакцию. п-Бромонитробензол с анилином вместо ожидаемого замещения брома амином дают ортозамещенный нитрозо-продукт. Объясните как оно так происходит, и почему вообще нет побочек в виде прямого замещения.

Nitroso.jpg

[ChemNavigator]

https://en.wikipedia.org/wiki/Wohl%E2%80%93Aue_reaction
Но я думал, что реакция идёт в одну стадию, непонятно зачем там нужен BSA и какую роль он играет.

А по поводу того, почему не происходит прямого замещения брома, я вижу 2 объяснения:
1. Выход первой стадии на схеме 55%, так что не исключено что прямое замещение брома там всё же происходит.
2. На схеме реакцию проводят при -78⁰, возможно это делается как раз для снижения активности брома.

[Jokermaniak]

Нуклеофильное замещение водорода в таких системах - обычное дело. Был бы фтор вместо брома - пошло бы в пара, а с бромом идет замещение водорода. Кстати, а почему вы уверены, что побочки нет? Выход 55%, может в оставшихся 45% есть как раз продукт пара-замещения. Такой комплекс Мейзенгеймера может вообще водород самопроизвольно скидывать. А тут нитро-группа выступает как окислитель. У сладкой парочки Чупахин-Чарушин есть обзоры на эту тему.

На второй стадии вроде всё понятно, нитрозо протонируется, получается N-электрофил, циклизуется, сбрасывает воду с ароматизацией.

[Phobos]

Надо же, сто двадцать лет реакции, а я никогда с ней не встречался. В рамках свойств нитроаренов-анилинов нигде нам ее не преподавали.
Видимо, если греть вторую стадию просто так, то вторичный амин тоже может заместить все еще активный бром. Поэтому ввели вот этот реагент дегидратации.

[Jokermaniak]

Не, там бром уже мертвый в интермедиате. И нуклеофильность диариламина околонулевая. BSA нужен, видимо, чтобы электрофильную частицу из нитрозо сгенерить.

[Phobos]

Интересно, в статье 51-го года, на которую вики ссылается, есть еще упоминание, что феназин может остаться в виде феназин-N-оксидов разного строения.

[Nickolas]

А по поводу того, почему не происходит прямого замещения брома, я вижу 2 объяснения:
1. Выход первой стадии на схеме 55%, так что не исключено что прямое замещение брома там всё же происходит.
2. На схеме реакцию проводят при -78⁰, возможно это делается как раз для снижения активности брома.

Какое может быть замещение брома анилином при -78С? ИМХО, для подобных реакций нужен нагрев, это же не бромангидрид.

Первая стадия это викариозное нуклеофильное замещение:
https://en.wikipedia.org/wiki/Vicarious ... bstitution

[Phobos]

Бром в позициях орто и пара к нитро - лабильный и может замещаться нуклеофилами. Хлор замещается при нагреве, бром по идее может и при комнатной.

[Nickolas]

Хлор замещается при нагреве, бром по идее может и при комнатной.

Анилин такой себе нуклеофил, сомневаюсь, что пойдет при КТ.
А там -78С и при комнатной даже не выдерживают.

[fullerist]

Бром в позициях орто и пара к нитро - лабильный и может замещаться нуклеофилами. Хлор замещается при нагреве, бром по идее может и при комнатной.

В арилгалогенидах порядок активности F > Cl > Br > I, если реакция идет по механизму типа SNAr, обратная, если через дегидробензол... Здесь Вы явно хотели бы реализацию первого механизма, где арилбромид малоактивен. Чтобы реакция прошла по связи C-Br, нужен катализатор.
Использование сильного основания критически важно для первой стадии. Оно депротонирует анилин, и в реакцию вступает уже анион. Почему атака селективно идет по орто-положению, не не в пара-? Возможно, вначале образуется комплекс с переносом заряда, в ориентацию которого вносит вклад наличие отрицательного заряда в анилид-ионе с преимущественной локализацией его на атоме азота и положительного заряда на атоме азота нитрогруппы, на двух орто-атомах и на пара-атоме. С моей точки зрения, это самый неясный момент. С другой стороны, если вспомнить, что орто-положений два, а пара- только одно, то выход 55% вполне согласуется с примерно равновероятной атакой. А примеров такой реакции на самом деле достаточно, хотя, конечно, в курсы для студентов она не попадает, как и многое другое. Хотя в Е-бурге, возможно, в спецкурсах есть. Все же именно там основной центр по изучению викариозного нуклеофильного замещения в России.
На второй стадии BSA активирует нитрозогруппу для электрофильной атаки по анилиновому циклу. Примеры подобной активации нитрозогруппы известны.

[ChemNavigator]

На второй стадии BSA активирует нитрозогруппу для электрофильной атаки по анилиновому циклу.

Почему берут именно BSA, а не Ac2O например?

[Jokermaniak]

Бром в позициях орто и пара к нитро - лабильный и может замещаться нуклеофилами. Хлор замещается при нагреве, бром по идее может и при комнатной.

В интермедиате нитро уже нет. А если вы про исходник, то:

Код: Выделить всё

"As such, the following pattern is seen with regard to halogen leaving group ability for SNAr: F > Cl ≈ Br > I (i.e. an inverted order to that expected for an SN2 reaction)." - Wiki

В галонитробензолах галоген не слишком лабильный. Хлор или бром замещают сильными нуклеофилами при > 100 С.

Интересно, в статье 51-го года, на которую вики ссылается, есть еще упоминание, что феназин может остаться в виде феназин-N-оксидов разного строения.

У них там второй стадии не было. А ароматизовалось оно скорее всего кислородом воздуха. Или нитробензолом. Интермедиат антиароматичен, ему очень хочется окислиться. На картинке несколько структур не потому, что они все получаются, а потому что авторы пытаются разобраться что на самом деле получилось у Воля и Ауе (ну и фамилии, прям лозунг какой-то воровской).

На второй стадии BSA активирует нитрозогруппу для электрофильной атаки по анилиновому циклу.

Почему берут именно BSA, а не Ac2O например?

Захотелось им так. Может и с Ас2О пойдет.

[Phobos]

Ангидрид может тупо проацилировать анилиновый азот, а вот силильные реагенты стараются привязаться к кислороду.

[Jokermaniak]

Чет мне кажется что диариламин не так просто проацилировать.

[Phobos]

Ну, они и с BTSA до 100 греют.

[ChemNavigator]

Посмотрел про BSA (https://en.wikipedia.org/wiki/Bis(trime ... )acetamide) - полезный реагент, оказывается.
Своего рода pH-нейтральный аналог TMS-Cl.

[Jokermaniak]

Посмотрел про BSA (https://en.wikipedia.org/wiki/Bis(trime ... )acetamide) - полезный реагент, оказывается.
Своего рода pH-нейтральный аналог TMS-Cl.

Да, я работал с ним, хорошая штука. И недорогая, кстати.

[Phobos]

Похоже, там все же не так все просто

Код: Выделить всё

https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ejoc.201402624

nucleophilic substitution of hydrogen with anilide anions takes place, which leads to the formation of intermediate N-aryl-2-nitrosoanilines followed by base-promoted cyclization to phenazines and/or their N-oxide derivatives. Three of the phenazine N-oxides, which were erroneously described as benzo[c]cinnoline oxides by Sythana et al., were obtained independently in the cyclization of N-aryl-2-nitrosoanilines possessing a leaving group at the ortho position in the N-aryl ring. A competitive substitution of hydrogen and a leaving group lead to the formation of 1-substituted phenazines and phenazine N-oxides, respectively, depending on the reaction conditions and the leaving group.

PS. Вот, кстати, попутно вопрос возник по реакции циклизации. Они ее делают в pressure flask под давлением, ацетонитрил при 100 С. А зачем мучиться? Можно же взять пропионитрил с подходящей температурой кипения и сделать реакцию в открытой системе. И аликвоты удобнее брать, и головной боли меньше по поводу возможных утечек.