Aromatický elektrofilný substitučný mechanizmus a príklady

Ten Aromatická elektrofilná náhrada (Sear) Je to organická reakcia, pri ktorej zlý druh v elektronoch, tj elektrofle, nahrádza jeden z vodít aromatického kruhu. Táto reakcia je proti prídavkom, ktoré utrpeli alkény, čo dokazuje účinok aromaticity na reaktivity benzénu a jeho derivátov.

Elektrofil, mnohokrát sa vytvára počas toho istého molekulárneho mechanizmu, produkt zmesi reagencií a katalyzátora, ktorý pozostáva z kyseliny Lewisu, napríklad všetkých₃ alebo fecl₃. Tieto katalyzátory zvyšujú aviditu elektrofilu elektrónmi aromatického kruhu, čím sa zrýchľuje reakcia.

Pri aromatickej elektrofilnej substitúcii je to benzénový kruh, ktorý útočí na elektrofilu. Zdroj: Gabriel Bolívar cez Molview.

Na vynikajúcom obraze máme jednoduché znázornenie elektrofilného útoku benzénu smerom k elektrofilu a⁺. Všimnite si, že útok pochádza z elektrónov jedného z jeho dvojitých väzieb; to znamená, že začínajú elektróny konjugovaného systému π.

Táto reakcia umožňuje, aby benzén a iné aromatické zlúčeniny získali substituenty, ako sú OH skupiny, nie₂, SW₃H, Cl, Br, R, Cor, Coch₃, medzi inými. Napríklad fenol sa syntetizuje pomocou pátra od benzénu a ďalších derivátov.

[TOC]

Aromatický elektrofilný substitučný mechanizmus

Krok 1: Elektrofylický útok

Všeobecný mechanizmus pre pálenie. Zdroj: Soonlorpai Via Wikipedia.

Na vynikajúcom obraze je mechanizmus aromatickej elektrofilnej substitúcie podrobnejšie znázornený. Ktorý z troch dvojitých väzieb benzénu útočí na elektrofil a⁺, Na vytvorenie sprostredkovateľských druhov známych ako ión Arenio (delokalizovaný cyklohexadien), uzamknutý v červených držiakoch.

Môže vám slúžiť: chemické zrážky

Všimnite si, že kladné zaťaženie e⁺ Teraz sa presuňte do interiéru kruhu. Ale nielen to: presídlí sa medzi tri atómy uhlíka v ortho (susedných) pozíciách a (naopak) ako uhlík spojený s E (C-E). Tento sprostredkovateľ existuje presne vďaka stabilite udelenej jeho rezonančnými štruktúrami.

Krok 2: Strata protónového alebo vodíkového iónu

Avšak ión musí čoskoro neutralizovať svoje pozitívne zaťaženie stratou vodíkového protónu alebo iónu. Tu vyvrcholilo výmenu. Elektrofil e⁺ preto nahrádza jeden z benzénových vodíkov a zanecháva to ako ión h⁺ mimo kruhu, aby sa zachovali pozitívne poplatky.

Ak sa pozorne pozoruje, všetky kroky sú v rovnováhe, takže náhrada je reverzibilná. To znamená, že ak sa zvýšia koncentrácie H⁺, potom vodík nahradí E a znova získame reagencie.

Príklady aromatickej elektrofilnej substitúcie

Benzén

Benzénový sear je najjednoduchší zo všetkých, už uvedené vyššie. Ktorýkoľvek z hydrogénov môže byť nahradený e⁺, Pretože všetky sú chemicky rovnocenné.

Neexistujú od seba žiadne rozdiely. Preto je pravdepodobnosť, že výmena nastane v jednom zo šiestich atómov uhlíka. Všetko sa však mení, keď sú v benzénom kruhu prítomné aj ďalšie substituenty, ako uvidíme nižšie.

Fenol

Ortho, za útoky na bránky

Rezonančné štruktúry pre fenol v jeho aromatickej elektrofilnej substitučnej reakcii. Zdroj: Pete Davis, verejná doména, cez Wikimedia Commons

Zvážte teraz pálenie pre fenol. Tentokrát je elektrofiami nitrónskym katiónom, nie₂⁺, ktoré sa pri prepojení na benzénový kruh transformuje do skupiny nitro, -No₂.

Môže vám slúžiť: dusičnany: vlastnosti, štruktúra, nomenklatúra, školenie

Teraz, keď je prítomná skupina OH, ostatné vodíny prestanú byť chemicky ekvivalent; Niektoré sú náchylnejšie na výmenu ako iné. A navyše, OH má v tomto bode priamy vplyv.

Až máme tri substitúcie v rôznych pozíciách týkajúcich sa OH: Ortho útoky, za cieľ a cieľ. Všimnite si, že vo všetkých troch máme Sandy katión a jeho rezonančné štruktúry. Pri orto útokoch a pre kladné zaťaženie vo vnútri benzénového kruhu sa nachádza priamo v uhlíku spojenom s OH; Zatiaľ čo v cieľovom útoku sa tak nestane.

Ach ako ortho skupina a pre režiséra

OH predstavuje schopnosť poskytovať elektróny do kruhu pomocou rezonancie a indukcie. V obidvoch môže pomôcť „rozptýliť“ kladné zaťaženie uhlíka, s ktorým je spojený, a podľa toho stabilizuje štruktúra. Naopak, keď dôjde k cieľovému útoku, OH nemôže stabilizovať pozitívne zaťaženie rovnakým spôsobom, štruktúra je nestabilnejšia.

Preto orto útoky a pre väčšiu zvýhodnenú energiu. Potom sa hovorí, že OH je orto-for režisérska skupina, ktorá môže tiež aktivovať benzénny prsteň smerom k Sear. To znamená, že fenol reaguje oveľa rýchlejšie ako benzén, čo je demonštrované meraním reakčných rýchlostí.

Arilamíny

Rezonančné štruktúry pre anilín v jeho aromatickej elektrofilnej substitučnej reakcii. Zdroj: V8rik v angličtine Wikipedia, CC BY-SA 3.0, cez Wikimedia Commons

Prípad arilamínov, ako je prípad anilínu (vynikajúci obraz), je podobný ako v prípade fenolu. Všimnite si, že vo svojom mechanizme tentoraz stabilizácia pozitívneho zaťaženia atómu dusíka (H₂N⁺=), pomáha substitúcii orientovať sa na orto pozície a pre, ako v prípade OH.

Môže vám slúžiť: teórie kyseliny: Arrhenius, Bronsted Lowry, Lewis

Teraz je anilín reaktívnejší ako fenol proti elektrofilnej substitúcii. Pretože? Pretože atóm dusíka je menej elektronegatívny ako atmosgén, a preto dáva svojim párom voľných elektrónov ľahšie aromatický kruh. Kyslík, pretože je viac elektronegatívny, poskytuje jeden z jeho elektrónových párov s menšou „aviditou“.

Tiež atómový polomer dusíka je bližšie k veľkosti uhlíka. To má vplyv na skutočnosť, že rezonancia sa uskutočňuje najmä medzi atómami s podobnými rádiami alebo veľkostiami. Preto je rezonancia medzi uhlíkom a dusíkom o niečo stabilnejšia a účinnejšia ako medzi uhlíkom a kyslíkom.

Chlórbenzén

Na druhej strane v chlórbenzéne atóm CL spomaľuje substitúciu kvôli jeho elektronegativite. A hoci je tiež schopný darovať elektróny v dôsledku rezonancie k krúžku, jeho atómový polomer je podstatne väčší ako uhlík, a preto znižuje uvedený elektronický príspevok.

V reakcii chlórbenzén reaguje 50 -krát pomalšie ako benzén, pretože jeho krúžok je deaktivovaný kvôli chlóru. A tiež priťahovanie elektrónov k sebe je chlór cieľová skupina, takže v tejto polohe sa vyskytujú substitúcie prevažne v tejto polohe.

Odkazy

1. Graham Solomons t.W., Craig B. Fryhle. (2011). Organická chémia. (10^th Vydanie.). Wiley Plus.
2. Carey F. (2008). Organická chémia. (Šieste vydanie). MC Graw Hill.
3. Morrison a Boyd. (1987). Organická chémia. (Piate vydanie). Addison-Wesley Iberoamericana.
4. Wikipedia. (2020). Aromatická zlúčenina. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
5. Ed Vitz a kol. (8. september 2020). Aromatické uhľovodíky. Chémia librettexts. Získané z: Chem.Librettexts.orgán
6. Wyman Elizabeth. (2020). Aromatické uhľovodíky: Definícia, príklad a použitie. Štúdium. Získané z: štúdie.com
7. Boluda, C. J., Macías, m., & González Marrero, J. (2019). Chemická zložitosť automobilového benzínu. Veda, inžinierstvo a aplikácie,2(2), 51-79. Doi: doi.org/10.22206/cyap.2019.V2i2.Pp51-79