Theo cơ chế phản ứng SNAr, vị trí nhóm thế ảnh hƣởng rất lớn đến tốc độ phản ứng của phản ứng SNAr. Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành khảo sát phản ứng với các nhóm thế ở các vị trí ortho, meta, para, cụ thể là 1-bromo-4-nitrobenzene, 1-bromo-3- nitrobezene, 1-bromo-2-nitrobezene. Phản ứng đƣợc thực hiện ở 90 oC trong thời gian 3 giờ, dung môi sử dụng là [Bmim]Br, tỷ lệ mol tác chất phản ứng là 1.0 : 3.0.
Hình 3.15 Cơ chế phản ứng N-aryl hóa giữa 1-bromo-4-nitrobenzene và piperidine
Kết quả nghiên cứu cho thấy nhóm thế ở vị trí para làm cho phản ứng xảy ra dễ dàng hơn nhóm thế ở vị trị ortho. Thật vậy, khi sử dụng tác chất là 1-bromo-4- nitrobenzene thì phản ứng đạt độ chuyển hóa là 94%, còn khi sử dụng tác chất là 1- bromo-2-nitrobenzenen thì phản ứng chỉ đạt độ chuyển hóa là 82% (Hình 3.16). Điều này đƣợc lý giải là do khi ở vị trí para, nhóm NO2 gây ra hiệu ứng liên hợp –C, hơn nữa nhóm NO2 là nhóm hút điện tử mạnh, do đó thúc đẩy phản ứng xảy ra dễ dàng. Khi ở vị trí ortho, mặc dù nhóm NO2 ở gần nhóm Br sẽ làm tăng khả năng hút điện tử, làm liên kết C-Br phân cực mạnh hơn. Tuy nhiên, nhóm NO2 lại gây ra hiệu ứng không gian làm cản trở sự tấn công của piperidine vào liên kết C-Br, do đó làm giảm khả năng phản ứng, nên độ chuyển hóa giảm [30]. Với tác chất là 1-bromo-3-nitrobenzene, phản ứng ghép đôi không xảy ra sau 3 giờ. Điều này là phù hợp với lý thuyết,khi nhóm ở vị trí meta, nhóm NO2 không có khả năng tạo hệ liên hợp với nguyên tử Br, dẫn đến ảnh
hƣởng hút e-
làm độ phân cực của liên kết C-Br không còn đáng kể. Hơn nữa theo cơ chế phản ứng này, ở giai đoạn chậm của phản ứng, nhóm NO2 sẽ tạo hợp chất không bền, dẫn đến không xảy ra phản ứng [30]. Kết quả này của chúng tôi phù hợp với các nghiên cứu trƣớc đây. George R Brown và cộng sự đã thực hiện phản ứng ghép đôi C- N giữa các dẫn xuất của aryl halide và morpholine. Khi nhóm thế hút điện tử ở vị trí meta, để phản ứng xảy ra cần thực hiện ở nhiệt độ cao và thời gian dài hơn so với điều kiện thực hiện phản ứng của các dẫn xuất aryl halide chứa nhóm thế hút điện tử ở vị trí ortho và para[4].
Hình 3.16 Ảnh hưởng của vị trí nhóm thế đối với độ chuyển hóa của phản ứng