Электрофильное замещение.


По химическим свойствам арены отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Это объясняется особенностями строения бензольного кольца. Делокализация шести p-электронов в циклической системе понижает энергию молекулы, что обусловливает повышенную устойчивость (ароматичность) бензола и его гомологов. Поэтому арены не склонны вступать в реакции присоединения или окисления, которые ведут к нарушению ароматичности. Для них наиболее характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно, реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом. Наличие областей повышенной p-электронной плотности с двух сторон плоского ароматического цикла ведет к тому, что бензольное кольцо является нуклеофилом и в связи с этим склонно подвергаться атаке электрофильным реагентом. Таким образом, для ароматических соединений наиболее типичны реакции электрофильного замещения.

Рассмотрим механизм электрофильного замещения на примере нитрования бензола.

Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированных азотной и серной кислот):

нитробензол

Реакции замещения в кольцо протекают только через образование положительно заряженных промежуточных частиц.

p-комплекс s-комплекс

Замещаемой частицей является протон.

По такому механизму протекают реакции алкилирования, галогенирования, сульфирования, нитрования ароматических соединений и другие, различаясь лишь способом образования активной частицы реакции – электрофила Е+

а) сульфирование:

HO–SO3H + H–SO4H à HSO3+ + HSO4

б) галогенирование

Cl2 + AlCl3 à Cl+ + AlCl4

в) алкилирование:

CH3–CH2–Cl + AlCl3 à CH3–CH2+ + AlCl4

г) ацилирование

 

СН3СOCl + AlCl3 à СН3С+=O + AlCl4

В незамещенном кольце бензола все 6 положений равноценны для вхождения замещающей группы. Сложнее обстоит дело, если в реацию вступают гомологи или производные бензола. В этом случае вновь входящая группа вступает в определенное место в кольце. Это место зависит от уже имеющегося (или имеющихся) в кольце заместителя. Например, если в кольце имеется электронодонорная группировка типа: алкил–, –ОН, –ОСН3, –NH2, –NHR, NR2, –NH–COR, –Х (галоген)(заместители первого рода), то замещающая группа вступает в орто- или пара- положения относительно имеющейся группы:

Если в кольце уже имеется электроноакцепторная группировка типа: –NO2, –NO, –SO3H, –CX3, –COOH, –COH, –COR, –CN (заместители второго рода), то вновь вступающая группа становится в мета- положение к ним:

Таблица 2

Сводная таблица заместителей и их электронных эффектов

Заместитель или группа атомов Ориентация Эффекты
СН3 > CH3–CH2 > (CH3)2CH о-, п- ориентация, (галогены–дезактивирующие) + I, +M
(CH3)3C + I, M=0
Атом, присоединенный к p–системе, имеет неподеленную пару электронов: X– (галоген), –O, –OH, –OR, –NH2, –NHR, –NR2, –SH, –SR, – I, + M
присоединенный к p–системе атом в свою очередь связан с более электроотрицательным атомом: –N=O,–NO2, –SO3H, –COOH, –COH, –C(O)–R, –COOR, –CN, –CX3, –C=N=S, м-ориентация, с дезактивированием – I, –M
sp2-гибридизованный углерод: –СН=СН–, –С6Н5 (фенил) о-, п- ориентация I=0,+M  
Атом, не имеющий р–орбиталей, но с полным положительным зарядом –NH3+, –NR3+ , м- ориентация, с дезактивированием –I, M=0

Если в кольце имеется два заместителя разного рода, направляющие замещение несогласованно, то место вступления новой группы определяется по заместителю первого рода, например:

В следующем случае наблюдается согласованная ориентация.

 



Дата добавления: 2016-11-04; просмотров: 1881;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.009 сек.