Elektrofilná aromatická substitúcia

Elektrofilná aromatická substitúcia je chemická reakcia, v ktorej sa na aromatický uhľovodík zavádzajú rôzne funkčné skupiny.

Schéma elektrofilnej substitúcie benzénu

Mechanizmus

Všeobecne sa dá popísať mechanizmus elektrofilnej aromatickej substitúcie ako reakcia elektrofilu s aromatickým uhľovodíkom. Elektrofil najprv reaguje s π-elektrónmi aromatického uhľovodíka a naviaže sa na ne. Vzniká takzvaný π-komplex. Tento π-komplex vzniká relatívne rýchlo, pretože aromatické uhľovodíky majú dostatok π-elektrónov s ktorými rýchlo reaguje elektrofil. Elektrofil sa postupne naviaže na samotné aromatické jadro. Tým vzniká takzvaný σ-komplex. Tento proces je relatívne pomalý, pretože je potrebné zrušiť väzbu v π-komplexe. Po utvorení σ-komplexu prichádza do reakcie báza, ktorá svojím elektrónovým párom naviaže vodík; tým sa celý systém stabilizuje a vzniká konečný produkt.

Rozdelenie

Elektrofilná aromatická substitúcia sa podľa druhu elektrofilu delí na nitráciu, sulfonáciu, halogenáciu, alkyláciu a acyláciu.[1]

Nitrácia

Nitrácia je zavádzanie -NO₂ skupiny na zlúčeninu. Na nitráciu sa využíva nitračná zmes, čo je zmes kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej.

Sulfonácia

Pri sulfonácii sa účinkom H₂SO₄ zavádza skupina -SO₃H.

Halogenácia

Halogenácia je reakcia, ktorá zavádza halogény na zlúčeninu.

Alkylácia

Friedel-Craftsova alkylácia je reakcia, ktorá zavedie alkyl na aromatickú zlúčeninu.

Acylácia

Acylácia je podobná reakcia ako alkylácia. Na zlúčeninu sa však zavádza acyl.

Dvojité substitúcie benzénu

Substituovať sa môže aj už substituovaná látka. Vlastnosti druhotnej substitúcie závisia od druhu substituenta, ktorý sa na benzéne už nachádza.[2]

Ovplyvnenie reaktivity

Substituent na benzéne ovplyvňuje mimo iného aj reaktivitu. Niektoré skupiny aktivujú benzén, to znamená, že bude v porovnaní z nesubstituovaným benzénom reaktívnejší. Iné naopak benzén deaktivujú. Vo všeobecnosti možno povedať, že substituent ktorý odťahuje elektróny z benzénu je deaktivujúci a substituent ktorý ich pridáva je aktivujúci. Substituent môže pridávať alebo odoberať elektróny pomocou dvoch efektov: indukčného a mezomérneho.

Ovplyvnenie polohovej aktivity

Substituent na benzéne taktiež ovplyvňuje polohu do ktorej bude ďalší substituent zavedený. Na benzéne rozoznávame tri rôzne polohy dvoch substituentov: orto(1,2) , meta(1,3) a para (1,4).

Polohu ovplyvňujú substituenty taktiež pomocou indukčného a mezomérneho efektu. Zvýšením elektrónovej hustoty na konkrétnom uhlíku sa v tom mieste zvýši reaktivita. Ako príklad možno použiť -OH skupinu. Voľný elektrónový pár hydroxylovej skupiny sa zapája do konjugácie s π-elektrónmi benzénu. Kyslík je elektronegatívnejší ako uhlík a tak priťahuje elektróny z benzénu. Mezomérny efekt konjugácie voľného elektrónového páru je však oveľa silnejší ako indukčný efekt kyslíka. Elektróny sa teda budú posúvať v smere šípok.

Takýmto posunom sa zvýši elektrónová hustota v orto a para polohe. Hydroxylová skupina je teda orto, para orientujúca. Keďže do benzénu dodáva elektróny, je aktivujúca.

Pomocou mezomérneho a indukčného efektu sa dajú odvodiť orientácie všetkých substituentov.

Aj napriek tomu, že teoreticky by substituenty mali vstupovať do určenej polohy, vznikajú zmesi produktov. Najväčšie zastúpenie v zmesi produktov bude mať teoreticky odvodený produkt.

Tabuľka

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené niektoré substituenty a ich vlastnosti.[3]

Substituent	Reaktivita	Orientácia	Indukčný efekt	Mezomérny efekt
-R	aktivujúci	orto, para	slabý donorný	žiadny
-OH, -NH₂	aktivujúci	orto, para	slabý akceptórny	silný donorný
-F, -Cl, -Br, -I	deaktivujúci	orto, para	silný akceptórny	slabý donorný
-N⁺(CH₃)₃	deaktivujúci	meta	silný akceptórny	žiadny
-NO₂, -CN, -CHO, -COOR, -COR, -COOH	deaktivujúci	meta	silný akceptórny	silný akceptórny

Trojité substitúcie benzénu

Podobne ako monosubstituované zlúčeniny sa aj disubstituované zlúčeniny dajú ďalej substituovať. Vlastnosti o reaktivite a orientácii platia aj v tomto prípade, avšak je veľmi pravdepodobné, že pri substitúcii budú vznikať zmesi produktov vo väčšom pomere.[4]

Pozri aj

Chemický portál

Zdroje

MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 528.
MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 539-542.
MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 548.
MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 539.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 528.

[2] MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 539-542.

[3] MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 548.

[4] MCMURRY, John. Organická chemie. 6. vyd. [s.l.] : [s.n.]. ISBN 978-80-214-3291-8. S. 539.