Второй фактор - природа действующего агента

Действующие на бензол полярные реагенты можно разделить на 2 группы:

электрофильные и нуклеофильные.

Наиболее характерны для ароматических соединений реакции электрофильного замещения, например, алкилирования, галогенирования, сульфирования, нитрования.

Известны реакции и нуклеофильного замещения, такие как гидроксилирование, аминирование (взаимодействие с NaOH, NH₂Na) и другие.

Статический фактор или статический подход – это рассмотрение распределения электронной плотности в нереагирующей молекуле и определение предполагаемых продуктов реакции.

Заместители 1-огорода (кроме галогенов) облегчают реакции с электрофилами, так как электронная плотность бензольного ядра большая от присутствия электронодонорного заместителя, причем эти заместители ориентируют электрофилы в орто- и пара-положения (ион нитрония –NO₂⁺, диазокатиони – ArN₂⁺, катион хлора – Cl⁺), а нуклеофилы (гидроксид-ион - OH^–, амино-ион - NH₂^– ) – в мета-положение:

׃ NH₂ ׃ NH₂ ׃ NH₂

S_E NO₂

2 ^{δ – δ –} + 2 HO-NO₂ + +2H₂O

_{δ + δ +} (NO₂⁺) легко

^{δ –}

анилин (-I,+M-p-π) NO₂

(мезо-формула) о-нитроанилин п-нитроанилин

NH₂⁺ NH₂⁺ NH₂⁺ NH₂⁺

^{- 1/ 3 -1/ 3}

или

граничные структуры ^{-1/ 3}

׃ NH₂ ׃ NH₂

S_N

^{δ – δ –} + NaOH + NaH

_{δ + δ +} (OH ^–) трудно OH

_{δ –}

анилин м-оксианилин

(-I,+M-p-π)

Заместители 2-ого рода затрудняют реакции с электрофилами, так как обедняют электронную плотность кольца. Они ориентируют новый заместитель-электрофил в мета-положение. В то же время заместители 2-ого рода облегчают реакции с нуклеофилами:

NO₂ NO₂

S_E

^{δ + δ +} + HO-NO₂ + H₂O

_{δ – δ –} трудно NO₂

_{δ +}

нитробензол м-динитробензол

(мезо-формула)

(-I,-M-π-π)

O^– O O^– O O^– O O^– O O^– O

N⁺ N⁺ N⁺ N⁺ N⁺

^{+ + +1/ 3 +1/ 3}

^{+ +1/ 3}

граничные формулы

NO₂ NO₂ NO₂

^{δ + δ +} S_N OH

2 + 2 NaOH + + 2NaH

^{δ – δ –} легко

^{δ +}

о-оксинитробензол OH п-оксинитробензол

Большие исследования по ориентации заместителей в бензольном ядре были проведены Голлеманом и Бейльштейном, установившие, что при наличии нескольких заместителей преобладающее направление реакции замещения оказывает тот из них, который обладает наибольшим активирующим эффектом.

При наличии двух заместителей разного рода место вступления следующего электрофила определяет заместитель 1-ого рода, так как он активирует бензольное ядро к электрофильной атаке. Например, хлорирование м-нитротолуола:

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

FeCl₃ Cl Cl

3 + 3Cl₂ + +

NO₂ –3HCl NO₂ NO₂ NO₂

Cl

м-нитротолуол 1-метил-2-хлор- 1-метил-3-нитро- 1-метил-3-нитро-

3-нитробензол 4-хлорбензол 6-хлорбензол

Другой пример, нитрование м-метоксибензойной кислоты:

OCH₃ OCH₃ OCH₃ OCH₃

H₂SO₄ NO₂ O₂N

3 + 3HNO₃ + +

COOH – 3H₂O COOH COOH COOH

NO₂

м-метоксибензойная кислота 3-метокси-2-нитро- 3-метокси-4-нитро- 3-метокси-

бензойная кислота бензойная кислота -6-нитро-

бензойная

кислота

Если же оба ориентанта одного рода, то место вступления электрофила определяет более сильный ориентант, а при не слишком разнящейся ориентирующей способности получаются все изомеры, требуемые как одним, так и другим ориентантом.

Ориентация может быть согласованной, когда оба наличных заместителя ориентируют в одно положение, и несогласованной, например: