Opći prikaz reakcija elektrofilne supstitucije:
R − X + Y + → R − Y + X + (\displaystyle (\mathsf (R\!\!-\!\!X+Y^(+)))\desna strelica (\mathsf (R\!\! -\!\!Y+X^(+))))(kationski elektrofil)
R − X + Y − Z → R − Y + X − Z (\displaystyle (\mathsf (R\!\!-\!\!X+Y\!\!-\!\!Z))\rightarrow ( \mathsf (R\!\!-\!\!Y+X\!\!-\!\!Z)))(neutralni elektrofil)
Postoje aromatske (rasprostranjene) i alifatske (rjeđe) reakcije elektrofilne supstitucije. Priroda reakcija elektrofilne supstitucije posebno za aromatske sustave objašnjava se visokom gustoćom elektrona aromatskog prstena, koji može privući pozitivno nabijene čestice.
Reakcije aromatske elektrofilne supstitucije igraju iznimno važnu ulogu u organskoj sintezi i naširoko se koriste kako u laboratorijskoj praksi tako iu industriji.
Enciklopedijski YouTube
1 / 5
✪ Elektrofilna aromatska supstitucija
✪Mehanizam elektrofilne aromatske supstitucije
✪ Alkeni. Mehanizam reakcije elektrofilne adicije.
✪ Mehanizmi kemijskih reakcija. 2. dio. Klasifikacija mehanizama. Elektrofilne i nukleofilne reakcije.
✪ Klasifikacija reakcija: nukleofili, elektrofili, radikali
titlovi
Već smo govorili o benzenskom prstenu. Dobro, loše sam nacrtao, daj da precrtam. Dakle, već smo raspravljali o tome da je stabilnost benzena povezana s njegovom aromatičnošću. Ovi elektroni u ovim π orbitalama koji tvore dvostruke veze ne pripadaju samo ovim vezama. U stalnom su pokretu. Ovaj može ići ovdje. Ovaj ide ovdje. A ovaj je ovdje. Elektroni se ne kreću samo naprijed-natrag. Oni "kruže" cijelim prstenom. Stoga je aromatska molekula stabilnija. Već smo vidjeli primjere aromatskih spojeva, ili, točnije, vidjeli smo primjere benzenskog prstena s uvedenim supstituentima, halogenim supstituentima ili OH skupinom. U ovom video vodiču želio bih pobliže pogledati kako možete dodati supstituent benzenskom prstenu. Danas ćemo proučavati elektrofilnu aromatsku supstituciju. Zapišimo to. Elektrofilna aromatska supstitucija. Mogli biste s pravom istaknuti: "Sal, rekao si da dodaješ supstituente." Ali u stvarnosti, benzen već ima šest atoma vodika. Postoji jedan vodik, dva vodika, tri vodika, četiri vodika, pet vodika i na kraju šest vodika. Benzen ih uvijek ima. I, čak i ne crtajući ih, mislimo na njih. Kada dodamo klor ili brom, ili OH skupinu, zamijenimo ih jednim od atoma vodika. Zato se i zove "supstitucija". I "aromatičan" jer imamo posla s benzenskim prstenom. Dakle, gledat ćemo aromatsku molekulu, i vidjet ćemo da nam je za supstituciju potreban vrlo jak elektrofil. Pokušajmo zamisliti kako će se to dogoditi. Ali prvo, dopustite mi da kopiram i zalijepim sliku tako da je ne moram ponovno crtati. Kopirajmo to. Recimo da imamo stvarno jak elektrofil. U sljedećem video vodiču pogledat ćemo nekoliko konkretnih primjera kako biste razumjeli što je jaki elektrofil. Ali mislim da sama riječ "elektrofil" sugerira da je to nešto što voli elektrone. Elektrofil jako, jako, jako želi elektrone. I obično elektrofil ima pozitivan naboj. Dakle, zahtijeva elektrone. Razjasnimo malo ovu točku. Nemojmo pisati da elektrofil treba elektrone. Jer kada govorimo o elektrofilima ili nukleofilima, mislimo na njihovu reaktivnost. Napišimo to drugačije: prima elektrone. Stvarno je, jako, jako dobar u prihvaćanju elektrona. Što će se dogoditi? Kao što smo već rekli, benzen je stabilna molekula. Ti elektroni, ti π-elektroni, neprestano kruže. Što se događa ako se takva molekula na određeni način sudari s molekulom elektrofila? Označimo ovaj elektron ovdje. Kao što se može vidjeti sa slike, nalazi se na ovom atomu ugljika. Mislim da je jasno da je ugljik ovdje. Iako ga zapravo nisam nacrtao. Ali ako se ovaj elektrofil, koji je dobar u prihvaćanju elektrona, sudari na određeni način s benzenom, tada će ovaj elektron otići elektrofilu. Dakle, na ovaj način... Samo da kopiram i zalijepim originalnu molekulu. Dakle, što se sada promijenilo? Više nemamo ovu vezu. Ovaj ugljik je sada vezan na elektrofil. Razjasnimo ovo. Ovaj elektron je bio ovdje prije. Taj elektron i dalje pripada tom ugljiku, a drugi elektron ide elektrofilu koji ga sretno uzima za sebe. Sada ovaj elektron pripada elektrofilu. Elektrofil je tako dobio elektron. Prije je bio pozitivno nabijen, a sada je neutralan. Ponavljam da ćemo pogledati konkretne primjere u sljedećim video tutorijalima. Vratimo se zamjeni. Tu vezu sada možemo vidjeti ovdje. Ovaj ugljikov atom izgubio je elektron. A budući da je izgubio elektron, postat će pozitivno nabijen. Zapravo, učiniti to s molekulom stabiliziranom rezonancijom nije lako. Stoga, kao što sam više puta rekao, u reakciji mora sudjelovati stvarno jak elektrofil. Vrijedno je napomenuti da je dobiveni karbokation relativno stabilan. I, unatoč činjenici da je to samo sekundarni karbokation, ispada da je stabilan zbog rezonancije. Ovaj elektron može otići u karbokation. Ako se to dogodi, to je ono što dobivamo. Ponovno nacrtajmo prsten. Nacrtajmo rezonantne strukture što je brže moguće. Ovdje imamo vodik. Ovdje elektrofil. Zapravo, ovo više nije elektrofil, ovaj supstituent samo nazivamo "E". Ovdje je vodik. Ovdje postoji dvostruka veza. Nacrtajmo ga malo pažljivije. Ovdje imamo vodik. Ovdje je vodik, ovdje je vodik i ovdje. Rekao sam da je ova struktura stabilizirana. Elektron odavde može skočiti ovdje. Ako ovaj elektron prijeđe ovamo, dvostruka veza će sada završiti ovdje. Opet. Elektron će otići ovdje i dvostruka veza je sada ovdje. Ovaj atom ugljika predao je svoj elektron i sada je pozitivno nabijen. Zato se takva struktura pokazuje rezonantno stabiliziranom. Elektron nas može vratiti u prethodnu strukturu, ili može sam skočiti ovdje. Dopustite mi da sve ponovno nacrtam. Nacrtajmo sve atome vodika odjednom. Ovdje imamo supstituent i atom vodika. Više vodika ovdje, više ovdje, ovdje i ovdje. Obično ne obraćamo toliko pozornosti na vodike, ali budući da će se jedan od tih atoma odvojiti tijekom mehanizma, u ovom slučaju radije ih označavam da ne zaboravim da su atomi vodika tamo. Vratimo se rezonantnoj stabilizaciji. Ako ovaj elektron ode ovamo, onda će ova dvostruka veza završiti ovdje. Ovaj atom ugljika izgubio je elektron i sada nosi pozitivan naboj. Nacrtajmo ovu dvostruku vezu koja je bila ovdje na vrhu na istom mjestu gdje je bila. Možemo se kretati iz jedne strukture u drugu. Elektroni se neprestano kreću oko prstena. Naravno, ne govorimo o tako snažnoj stabilizaciji kada bi ova molekula bila potpuno aromatična. Elektroni su se uvijek iznova kretali oko π orbitala, stabilizirajući strukturu. Ali ovaj je karbokation još uvijek relativno stabilan zbog "kruženja" elektrona oko prstena. Također možemo zamisliti ovaj pozitivni naboj kao "razmazan" između ovog ugljika, ovog ugljika i ovog ugljika. Međutim, ovoj vezi nedostaje stabilnost. Molekula želi ponovno postati aromatična, vratiti svoje stabilno stanje. A da bi se vratio u stabilno stanje, karbokation treba nekako dobiti elektron. Način na koji karbokation može dobiti elektron je da baza u svom okruženju ukloni taj proton, proton iz atoma ugljika koji je također vezan za elektrofil. Dakle, ova baza uklanja proton. Govorimo samo o jezgri vodika, budući da vodikov elektron ostaje ovdje. Obojimo ovo u drugu boju. Točnije, ovo je elektron koji je vodik imao, sada ide na atom ugljika ovdje. Ovo sjecište linija izgleda pomalo zbunjujuće. Elektron može prijeći na ovaj ugljik. Što ćemo onda dobiti? I ovo je ono što dobivamo. Dakle, ako se ovo dogodi... Nacrtajmo naš šesteročlani prsten žutom bojom. Sada nacrtajmo sve vodike. Koju boju odabrati? Obojimo ih ovako u zeleno. Dakle, nacrtajmo sve atome vodika. Sada uzmimo vrijeme. Ovaj vodik, odnosno samo njegova jezgra, odvojila se od baze. Dakle, atom vodika je prešao na bazu. Ovaj elektron je prenesen na atom vodika. Dakle, jedan elektron je otišao ovom vodiku, a drugi elektron još uvijek pripada bazi. Imamo bazu konjugiranu kiselinu, drugim riječima, bazu koja je dobila proton. I ovaj atom ugljika sada je povezan samo sa supstituentom, koji je prije bio naš elektrofil. Obojimo ga jednom bojom radi jednostavnosti. Ono što je nekada bio elektrofil je upravo ovdje, a ova veza odgovara ovoj vezi. Lijevo malo. Držat ćemo se istih boja. Ova dvostruka veza odgovara ovoj dvostrukoj vezi. Imamo ovu dvostruku vezu. Ova dvostruka veza koju sada ovdje crtamo. A onda će se taj elektron vratiti na gornji ugljikov atom. Posložimo sve u red. Ova veza i ovaj elektron vraćaju se na ovaj gornji ugljik. Nacrtajmo vezu i elektron koji su na mjestu. Ovaj gornji ugljik više nije pozitivno nabijen. I opet dobivamo rezonantno stabiliziranu strukturu. Zaboravio sam spomenuti optužbe. Moguće je da je ta baza bila negativno nabijena. Iako to uopće nije potrebno. Ali, ako je ta baza imala negativan naboj, onda će nakon što preda svoj elektron vodiku, negativni naboj nestati. To ima svoju logiku, jer smo prvo imali i pozitivne i negativne naboje, a nakon što je sve reagiralo, naboji su nestali. Ukupni naboj je nula. Vratimo se na pitanje elektrofilne aromatske supstitucije. Zamijenili smo jedan od ovih vodika. Zamijenili smo ovaj vodik ovdje s elektrofilom. Ono što je nekoć bio elektrofil, nakon dobivanja elektrona, sada je samo supstituent vezan za benzenski prsten. I, prošavši cijeli ovaj težak put, konačno smo došli do nove aromatske molekule s E-supstituentom. U sljedećem video vodiču pogledat ćemo specifične primjere elektrofila i baza. Titlovi zajednice Amara.org
Reakcije aromatske elektrofilne supstitucije
Za aromatske sustave zapravo postoji jedan mehanizam elektrofilne supstitucije - S E Ar. Mehanizam S E 1(slično mehanizmu S N 1) - izuzetno je rijedak, ali S E 2(odgovara po analogiji S N 2) - uopće se ne pojavljuje.
Reakcije S E Ar
Mehanizam reakcije S E Ar ili reakcije aromatske elektrofilne supstitucije(Engleski) Elektrofilna aromatska supstitucija) je najčešća i najvažnija od reakcija supstitucije aromatskih spojeva i sastoji se od dva stupnja. U prvoj fazi se dodaje elektrofil, au drugoj fazi se odvaja elektrofuga:
| Brzina reakcije = k** |
Čestice koje napadaju obično su relativno slabi elektrofili, pa se u većini slučajeva reakcija S E Ar nastaje pod utjecajem katalizatora – Lewisove kiseline. Najčešće se koriste AlCl 3, FeCl 3, FeBr 3, ZnCl 2.
U ovom slučaju, mehanizam reakcije je sljedeći (na primjeru kloriranja benzena, katalizatora FeCl 3):
1. U prvoj fazi, katalizator stupa u interakciju s česticom koja napada i formira aktivno elektrofilno sredstvo:
C l − C l + F e C l 3 ⇄ C l − C l + ⋅ ⋅ ⋅ F e C l 3 − ⇄ C l + F e C l 4 − (\displaystyle (\mathsf (Cl\!\!- \!\!Cl+FeCl_(3)))\desnolijevo strelice (\mathsf (Cl\!\!-\!\!Cl^(+)))\!\cdot \cdot \cdot (\mathsf (FeCl_(3 )^(-)))\rightleftarrows (\mathsf (Cl^(+)FeCl_(4)^(-))))
2. U drugoj fazi, zapravo, mehanizam se provodi S E Ar:
H N O 3 + 2 H 2 S O 4 → N O 2 + + H 3 O + + 2 H S O 4 − (\displaystyle (\mathsf (HNO_(3)+2H_(2)SO_(4)))\rightarrow (\mathsf ( NO_(2)^(+)+H_(3)O^(+)+2HSO_(4)^(-))))
| Brzina reakcije = k** |
X 2 + F e X 3 → X + + F e X 4 − (\displaystyle (\mathsf (X_(2)+FeX_(3)))\desna strelica (\mathsf (X^(+)+FeX_(4) ^(-))))
Kod supstituiranih benzena, tzv ipso-napad, odnosno zamjena postojećeg supstituenta drugim:
Reakcije alifatske elektrofilne supstitucije
Reakcije S E 1
Mehanizam reakcije S E 1 ili monomolekularne reakcije elektrofilne supstitucije (
Reakcije elektrofilne supstitucije karakteristične su za aromatske, karbocikličke i heterocikličke sustave. Kao rezultat delokalizacije p-elektrona u molekuli benzena (i drugim aromatskim sustavima), gustoća p-elektrona je ravnomjerno raspoređena na obje strane prstena. Takva zaštita ugljikovih atoma prstena p-elektronima štiti ih od napada nukleofilnih reagensa i, obrnuto, olakšava mogućnost napada elektrofilnim reagensima.
Ali za razliku od reakcija alkena s elektrofilnim reagensima, interakcija aromatskih spojeva s njima ne dovodi do stvaranja adicijskih produkata, jer bi u tom slučaju aromatičnost spoja bila poremećena i njegova bi se stabilnost smanjila. Zadržavanje aromatičnosti moguće je ako elektrofilna vrsta zamijeni vodikov kation.
Mehanizam reakcija elektrofilne supstitucije sličan je mehanizmu reakcija elektrofilne adicije, budući da postoje opći obrasci reakcija.
Opća shema mehanizma reakcija elektrofilne supstitucije S E:
U prvoj fazi reakcije, p-kompleks s elektrofilnom česticom (brzi stupanj), koja se zatim pretvara u s-kompleks(spori stadij) zbog nastajanja s- spajanje jednog od ugljikovih atoma s elektrofilnom česticom. Za obrazovanje s- spajanjem s elektrofilnom česticom, par elektrona "izbija" iz konjugacije, a dobiveni produkt dobiva pozitivan naboj. U s-kompleks aromatičnost je poremećena jer je jedan od ugljikovih atoma u sp 3 hibridizaciji, a četiri elektrona i pozitivan naboj delokalizirani su na ostalih pet ugljikovih atoma.
Za regeneraciju termodinamički povoljnog aromatskog sustava dolazi do heterolitičkog cijepanja C sp 3 -H veze. Kao rezultat toga, H + ion se odvaja, a par veznih elektrona odlazi na obnavljanje sustava konjugacije, dok se hibridizacija atomskih orbitala atoma ugljika koji je uklonio proton mijenja iz sp 3 u sp 2 . Mehanizam reakcija nitracije, sulfonacije, halogenacije, alkilacije, acilacije aromatskih spojeva uključuje dodatnu fazu koja nije navedena u općoj shemi - fazu stvaranja elektrofilne čestice.
Jednadžba reakcijenitriranjebenzen ima oblik:
U reakcijama nitriranja dolazi do stvaranja elektrofilne čestice kao rezultat interakcije dušične i sumporne kiseline, što dovodi do stvaranja nitronijevog kationa NO 2 +, koji dalje reagira s aromatskim spojem:
U molekuli benzena svi atomi ugljika su ekvivalentni; supstitucija se događa na jednom od njih. Ako molekula sadrži supstituente, tada su reaktivnost i smjer elektrofilnog napada određeni prirodom ovog supstituenta. Svi supstituenti se prema utjecaju na reaktivnost i smjeru napada dijele u dvije skupine.
Orijentanti prve vrste. Ovi supstituenti olakšavaju elektrofilnu supstituciju u usporedbi s benzenom i usmjeravaju ulaznu skupinu na orto i para položaj. To uključuje supstituente koji doniraju elektron i povećavaju gustoću elektrona u benzenskom prstenu. Kao rezultat njegove preraspodjele na položaje 2,4,6 (orto- i para-pozicije), nastaju djelomični negativni naboji, što olakšava dodavanje elektrofilne čestice na te položaje s nastankom s-kompleks.
Orijentanti druge vrste. Ovi supstituenti otežavaju reakcije elektrofilne supstitucije u usporedbi s benzenom i usmjeravaju nadolazeću skupinu na jednu od meta pozicija. To uključuje supstituente koji privlače elektrone koji smanjuju gustoću elektrona u benzenskom prstenu. Kao rezultat njegove preraspodjele u položajima 3,5 (meta-pozicije), nastaju djelomični negativni naboji i dodavanje elektrofilne čestice sa stvaranjem s-kompleks ide u teškim uvjetima.
Atomi halogena usmjeravaju elektrofilnu česticu u orto- ili para-položaj (zbog pozitivnog mezomernog učinka), ali istovremeno kompliciraju reakciju, jer su supstituenti koji privlače elektrone (-I>+M). Reakcije benzen halogenih derivata s elektrofilnim reagensima odvijaju se u teškim uvjetima.
U reakcijama sulfoniranje ulogu elektrofilne čestice ima molekula SO 3 nastala kao rezultat reakcije: 2H 2 SO 4 «SO 3 +H 3 O + + HSO 4 - . Atome sumpora u ovoj molekuli karakterizira jak nedostatak gustoće elektrona i prisutnost djelomičnog pozitivnog naboja i, prema tome, atom S je taj koji se, kao elektrofil, mora vezati na atom ugljika benzenskog prstena toluena. .
Metilna skupina u toluenu je orijentacijsko sredstvo prve vrste, a kao supstituent koji donira elektron olakšava reakciju supstitucije i usmjerava nadolazeću skupinu na orto i para položaj. U praksi supstitucijski produkti nastaju iu meta poziciji, ali je njihova količina znatno manja od količine supstitucijskih produkata u orto-para poziciji.
Halogeniranje benzena i mnogih aromatskih spojeva, djelovanje samog halogena događa se samo u prisutnosti katalizatora kao što su ZnCl 2, AlCl 3, FeBr 3 itd. Katalizatori su obično Lewisove kiseline. Veza se stvara između atoma metala i atoma halogena putem donor-akceptorskog mehanizma, što uzrokuje polarizaciju molekule halogena, pojačavajući njen elektrofilni karakter. Rezultirajući adukt može proći disocijaciju kako bi se formirao složeni anion i halogeni kation, koji tada djeluje kao elektrofilna čestica:
Vodene otopine HO-Hal u prisutnosti jakih kiselina također se mogu koristiti kao sredstva za halogeniranje. Stvaranje elektrofilne čestice u ovom slučaju može se objasniti sljedećim reakcijama:
Mehanizam daljnje interakcije Br + ili Cl + kationa ne razlikuje se od mehanizma nitriranja s NO 2 + kationima. Razmotrimo mehanizam reakcije na primjeru bromiranja anilina (ograničit ćemo se na stvaranje monosupstituiranih proizvoda). Kao što je poznato, anilin dekontaminira bromnu vodu, na kraju stvarajući 2,4,6-tribromoanilin, koji se oslobađa u obliku bijelog taloga:
Nastala elektrofilna vrsta napada p-elektrone benzenskog prstena, tvoreći p-kompleks. Iz dobivenog p-kompleksa nastaju dva glavna s-kompleksi u kojima se veza ugljik-brom javlja u orto- i para-položaju prstena. U sljedećoj fazi dolazi do apstrakcije protona, što dovodi do stvaranja monosupstituiranih derivata anilina. U suvišku reagensa ti se procesi ponavljaju, što dovodi do stvaranja dibromo i tribromo derivata anilina.
Alkiliranje(zamjena vodikovog atoma alkilnim radikalom) aromatskih spojeva događa se u njihovoj interakciji s haloalkanima (Friedel-Craftsova reakcija). Interakcija primarnih alkil halida, na primjer CH3Cl, s aromatskim spojevima u prisutnosti Lewisovih kiselina po svom mehanizmu ne razlikuje se mnogo od reakcija halogeniranja. Razmotrimo mehanizam na primjeru metilacije nitrobenzena. Nitro skupina, kao orijentacijski agens drugog reda, deaktivira benzenski prsten u reakcijama elektrofilne supstitucije i usmjerava nadolazeću skupinu na jedan od meta položaja.
Općenito, jednadžba reakcije ima oblik:
Stvaranje elektrofilnih vrsta događa se kao rezultat reakcije haloalkana s Lewisovom kiselinom:
Nastali metil kation napada p-elektrone benzenskog prstena, što dovodi do stvaranja p-kompleksa. Rezultirajući p-kompleks zatim polako prelazi u s-kompleks (karbokation) u kojem se veza između metil kationa i ugljikovog atoma prstena javlja primarno u položajima 3 ili 5 (tj. u meta položajima u kojima nastaju djelomični negativni naboji zbog elektroničkih učinaka nitro skupine) . Konačna faza je apstrakcija protona iz s-kompleks i obnova pripadajućeg sustava.
Alkeni ili alkoholi također se mogu koristiti kao alkilirajuća sredstva u alkilaciji benzena umjesto alkil halogenida. Za nastanak elektrofilne čestice - karbokationa - neophodna je prisutnost kiseline. Mehanizam reakcije u ovom slučaju će se razlikovati samo u fazi generiranja elektrofilne čestice. Razmotrimo ovo na primjeru alkilacije benzena s propilenom i propanolom-2:
Generacija elektrofilne čestice:
Kada se kao reagens koristi propilen, nastaje karbokation kao rezultat dodavanja protona (prema Markovnikovljevom pravilu). Kada se kao reagens koristi propanol-2, dolazi do stvaranja karbokationa kao rezultat eliminacije molekule vode iz protoniranog alkohola.
Nastali izopropil kation napada p-elektrone benzenskog prstena, što dovodi do stvaranja p-kompleksa, koji se dalje pretvara u s- kompleks s narušenom aromatičnošću. Naknadno uklanjanje protona dovodi do regeneracije aromatskog sustava:
Reakcije aciliranje(zamjena kationa H + s acilnom skupinom R-C + =O) događa se na sličan način. Razmotrimo primjer reakcije aciliranja metoksibenzena, čija se jednadžba može prikazati na sljedeći način:
Kao i u prethodnim slučajevima, elektrofilna vrsta nastaje reakcijom klorida octene kiseline s Lewisovom kiselinom:
Rezultirajući acilijski kation najprije tvori p-kompleks, iz kojeg nastaju uglavnom dva s-kompleks u kojem nastajanje s- Veza između prstena i elektrofilne čestice javlja se pretežno u orto- i para-položajima, budući da u tim položajima nastaju djelomični negativni naboji zbog elektroničkog utjecaja metoksi skupine.
Aromatski heterocikli također prolaze kroz reakcije elektrofilne supstitucije. U ovom slučaju peteročlani heterocikli - pirol, furan i tiofen - lakše ulaze u S E reakcije, jer su p-suvišni sustavi. Međutim, pri provođenju reakcija s ovim spojevima potrebno je voditi računa o njihovoj acidofobnosti. Nestabilnost ovih spojeva u kiseloj sredini objašnjava se gubitkom aromatičnosti kao rezultat dodatka protona.
Tijekom reakcija elektrofilna čestica zamjenjuje proton u a-položaju; ako su obje a-pozicije zauzete, tada se supstitucija događa na b-poziciji. Inače, mehanizam reakcija elektrofilne supstitucije sličan je gore navedenim slučajevima. Uzmimo bromiranje pirola kao primjer:
Mehanizam reakcije koji uključuje aromatske heterocikle uključuje sve gore razmotrene faze - stvaranje elektrofilne čestice, formiranje p-kompleksa, njegovu transformaciju u s- kompleks (karbokation), oduzimanje protona što dovodi do stvaranja aromatskog produkta.
Prilikom izvođenja reakcija elektrofilne supstitucije koje uključuju aromatske sustave s nedostatkom p, kao što su piridin i pirimidin, mora se uzeti u obzir njihova inicijalno niža reaktivnost (manjak gustoće p-elektrona otežava stvaranje p-kompleksa i njegovu pretvorbu u s- kompleks), koji se još više smanjuje kada se reakcije provode u kiseloj sredini. Iako aromatičnost ovih spojeva nije narušena u kiselom okruženju, protonacija dušikovog atoma dovodi do povećanog nedostatka gustoće p-elektrona u prstenu.
Piridin je sposoban za alkilaciju, sulfonaciju, nitraciju, acilaciju i halogenaciju. Međutim, u većini slučajeva, nukleofilniji atom dušika stvara vezu s elektrofilnom česticom, a ne piridinski atomi ugljika.
Ako se reakcija odvija u piridinskom prstenu, supstitucija se događa na jednom od b-položaja, u kojem nastaju djelomični negativni naboji.
Arene karakteriziraju tri vrste reakcija:
1) elektrofilna supstitucija S E Ar (destrukcija C-H veze);
2) reakcije adicije (destrukcija p-veze);
3) reakcije s razaranjem benzenskog prstena.
Elektrofilna supstitucija u arenima (S E Ar)
Reakcije elektrofilne supstitucije odvijaju se prema općoj shemi stvaranjem π- i σ-kompleksa
Kao što proizlazi iz prikazane sheme, aromatska supstitucija S E Ar odvija se mehanizmom adicije-eliminacije. Za dodatak elektrofilnog sredstva X+ na aromatski supstrat uz stvaranje σ-kompleksa, nakon čega slijedi oduzimanje protona da bi se formirao produkt reakcije.
Reakcije elektrofilne supstitucije u arenima općenito slijede kinetičku jednadžbu drugog reda ( v = k 2[X+]).
Razmotrimo napredovanje procesa korak po korak.
1. faza. Stvaranje π-kompleksa
.
π–kompleksi – koordinacijski spojevi u kojima je donor elektrona aromatski spoj koji ima lako polarizirajuće π elektrone. π-kompleksi – ne klasični kemijski spojevi u kojima je elektrofilna vrsta vezana kovalentnom vezom na neki kovalentni atom reaktanta. Većina π-kompleksa se lako raspada kada se zagrije ili izloži vodi.
Sposobnost stvaranja π-kompleksa u arenima raste sljedećim redoslijedom:
C6H6< C 6 Н 5 СН 3 < п - СН 3 –С 6 Н 4 –СН 3 ~ п - СН 3 –О–С 6 Н 4 СН 3 <
<м - СН 3 –С 6 Н 4 -СН 3 < 1,3,5 (СН 3) 3 С 6 Н 3
Što veću gustoću π-elektrona ima spoj, to lakše tvori π-komplekse.
Faza 2. Stvaranje σ-kompleksa
σ-Kompleksi- to su kationi, pri čijem nastanku reagens X+ stvara kovalentnu vezu s jednim od ugljikovih atoma zbog 2 π-elektrona benzenskog prstena, dok ovaj C-atom prelazi iz sp 2- navodi u sp 3-hibridizacija, u kojoj su sve četiri njegove valencije pod kutom od ~109 0. Simetrija benzenskog prstena je prekinuta. Skupina x i atom vodika nalaze se u ravnini okomitoj na ravninu benzenove jezgre.
Stabilnost σ-kompleksa raste s povećanjem bazičnosti benzenskog prstena
Ovaj stupanj je najsporiji stupanj cijele reakcije i naziva se ograničavajući.
Faza 3. Odvajanje protona od σ kompleksa
U posljednjoj fazi proton se odvaja od σ-kompleksa i obnavlja se 6π-elektronski oblak (aromatska struktura). Ovaj proces se odvija uz energetski dobitak od ~ 42 kJ/mol. U mnogim reakcijama, apstrakciju protona u završnoj fazi olakšava odgovarajuća baza prisutna u otopini.
Prema razmatranom mehanizmu, u arenama se odvijaju sljedeće reakcije.
Međutim, predloženu shemu ne treba smatrati apsolutno dokazanom i univerzalnom. U različitim procesima na tijek reakcije utječu:
Ø struktura podloge;
Ø kemijska aktivnost reagensa;
Ø uvjeti za proces;
Ø priroda, aktivnost katalizatora i drugi čimbenici koji mogu dovesti do odstupanja u pojedinim slučajevima od predložene sheme procesa.
Pogledajmo neke primjere elektrofilne supstitucije u benzenu.
Primjer 1: Bromiranje benzena
Molekularni brom je preslabo elektrofilno sredstvo i, u nedostatku katalizatora, ne reagira s benzenom.
Najčešće se reakcija bromiranja benzena provodi u prisutnosti željezovog (III) bromida, koji igra ulogu Lewisove kiseline; potonji se dobiva u reakcijskoj masi izravnom interakcijom broma sa željezom
1. faza. Stvaranje elektrofilnog reagensa E + .
Molekula broma se aktivira kiselinsko-baznom reakcijom s Lewisovom kiselinom.
Faza 2. Stvaranje π-kompleksa 1.
Slobodni bromonijev ion ili ion kao dio ionskog para aktivno je elektrofilno sredstvo koje može reagirati s benzenom; u ovom slučaju prvo nastaje π-kompleks 1
Ulogu elektrofilnog agensa u ovoj fazi također može obavljati donorsko-akceptorski kompleks 
.
Faza 3. Preuređivanje π-kompleksa 1 i stvaranje σ-kompleksa ili arenonijevog iona.
Ovo je najsporiji stadij cijele reakcije.
Faza 4. Pregradnja σ-kompleksa u π-kompleks 2 supstitucijski produkt. Proton se odvaja od ugljikovog atoma koji prolazi kroz supstituciju; u ciklusu opet nastaje aromatski sekstet elektrona – uočava se rearomatizacija
Faza 5. Disocijacija π-kompleksa 2 uz nastanak supstitucijskog produkta
Mehanizam elektrofilnog bromiranja benzena ilustriran je energetskim dijagramom reakcije prikazanim na sl. 11.
Riža. 11. Energetski dijagram reakcije
elektrofilno bromiranje benzena;
PS – prijelazno stanje.
Koraci 2 i 5, uključujući π-komplekse početnog arena i produkta supstitucije, često su izostavljeni u shemama mehanizma elektrofilne aromatske supstitucije. S ovim pristupom, stvarna elektrofilna aromatska supstitucija uključuje samo tri faze.
Faza 1" – stvaranje elektrofilnog sredstva.
Faza 2" – stvaranje σ-kompleksa, zaobilazeći π-kompleks 1.
Faza 3" – razgradnja σ-kompleksa uz stvaranje supstitucijskog produkta, zaobilazeći π-kompleks 2.
Primjer 2 Nitracija arena
Nitriranje uključuje zamjenu vodikovog atoma benzenskog prstena s nitro skupinom NO 2 . Benzen reagira s koncentriranom dušičnom kiselinom sporo čak i pri zagrijavanju. Stoga se nitriranje najčešće provodi pomoću aktivnijeg nitrirajućeg sredstva - smjesa za nitriranje– smjese koncentrirane dušične i sumporne kiseline. Nitracija arena nitrirajućom smjesom glavna je metoda za dobivanje aromatskih nitro spojeva
Nitracija benzena s nitrirajućom smjesom provodi se pri 45-50 0 C. Budući da je reakcija nitracije nepovratna, dušična kiselina se koristi u minimalnom suvišku (5-10%), postižući gotovo potpunu konverziju benzena.
Sumporna kiselina u smjesi za nitriranje neophodna je za povećanje koncentracije elektrofilnog agensa - nitronijevog iona NO 2+.
1. faza. Stvaranje elektrofilnog agensa.
Aktivno elektrofilno sredstvo tijekom nitriranja je nitronijev ion, koji je potencijalno prisutan u cijeloj klasi spojeva.
Na primjer: HO _ NO2, O2N _ O _ NE 2, itd.
Njihova sklonost stvaranju nitronijevog iona raste s povećanjem elektronegativnosti supstituenta vezanog na nitro skupinu.
Hidroksilna skupina kao takva ne može se odcijepiti, stoga nitronijev ion iz dušične kiseline nastaje samo u kiseloj sredini
U najjednostavnijem slučaju, dušična kiselina se može sama protonirati ("samoprotonacija")
Međutim, ravnoteža je pomaknuta ulijevo, pa dušična kiselina slabo nitrira.
Kada se doda koncentrirana sumporna kiselina, koncentracija - kationa jako raste
Nitrirajući učinak mješavine dušične i sumporne kiseline (nitrirajuća smjesa) puno je jači od učinka same dušične kiseline. Daljnja povećanja reaktivnosti mogu se postići korištenjem dimeće dušične kiseline i oleuma.
Faza 2. Stvaranje σ kompleksa
Faza 3. Emisija protona za stvaranje supstitucijskog produkta
U praksi je potrebno uskladiti aktivnost nitrirajućeg sredstva s reaktivnošću aromatske jezgre.
Tako se npr. fenoli i fenol eteri nitriraju već razrijeđenom dušičnom kiselinom, dok se nitracija benzaldehida, benzojeve kiseline, nitrobenzena i dr. zahtijeva smjesu dimeće dušične kiseline i sumporne kiseline.
m-dinitrobenzen je teško nitrirati čak i sa smjesom dimeće dušične i sumporne kiseline (5 dana, 110 0 C; iskorištenje 45%).
Tijekom nitracije najčešća nusreakcija je oksidacija. Tome pogoduje povećanje reakcijske temperature. Proces oksidacije određen je oslobađanjem dušikovih oksida. Aldehidi, alkilaril ketoni i, u manjoj mjeri, alkilbenzeni također su osjetljivi na oksidaciju tijekom nitriranja.
Primjer 3 Alkilacija arena
R-HIg, ROH, R-CH=CH2 mogu se koristiti kao alkilirajuća sredstva u prisutnosti odgovarajućih katalizatora (osobito AICI3, AIBr3, H2SO4).
Katalizatori generiraju (tvore) elektrofilnu česticu - karbokation
Reakcije alkilacije imaju tri ozbiljna ograničenja:
1) reakciju je teško zaustaviti u fazi monoalkilacije, tj. nastavlja se dalje, uz stvaranje polialkilbenzena; Za suzbijanje polialkilacije obično se koristi višak arena;
2) ako aren sadrži samo elektroakceptorske supstituente (na primjer, -NO 2), tada se reakcija alkilacije ne može provesti;
3) reakciju alkilacije prati preraspodjela alkilnog radikala.
Preraspodjela alkilnog radikala u najstabilniji je karakteristično svojstvo karbokationa
Pravila orijentacije
Reakcije supstitucije vodika u benzenu odvijaju se jednako na bilo kojem atomu ugljika, budući da je molekula benzena simetrična. Međutim, ako benzen već ima supstituent, tada pozicije koje ostaju slobodne za reakcije elektrofilne supstitucije postaju nejednake.
Zakoni koji određuju smjerove supstitucijskih reakcija u benzenskom prstenu nazivaju se orijentacijskim pravilima.
– Aktivirajuća grupa– supstituent koji čini benzenski prsten reaktivnijim u reakcijama elektrofilne supstitucije u usporedbi s nesupstituiranim benzenom.
– Grupa za dekontaminaciju– supstituent koji čini benzenski prsten manje reaktivnim u reakcijama elektrofilne supstitucije u usporedbi s nesupstituiranim benzenom.
– o-, p-orijentant– supstituent koji usmjerava napad elektrofila pretežno na o- ili p-položaj benzenskog prstena.
– m-orijentant– supstituent koji usmjerava napad elektrofila pretežno na m-položaj benzenskog prstena.
Općenito, elektrofilna supstitucija u monosupstituiranom benzenu može se odvijati u tri smjera
Reaktivnost ugljikovih atoma u ovom slučaju određena je trima faktorima:
1) prirodu postojećeg supstituenta;
2) prirodu djelatne tvari;
3) uvjeti reakcije.
Prema utjecaju na orijentaciju u ovim reakcijama svi se supstituenti dijele u dvije skupine: supstituenti prve vrste (orto-, paraorijentanti) i supstituenti druge vrste (metaorijentanti).
Kemijska svojstva arena razlikuju se od zasićenih i nezasićenih ugljikovodika. To se objašnjava strukturnim značajkama benzenskog prstena. Delokalizacija šest p-elektrona u cikličkom sustavu smanjuje energiju molekule, što uzrokuje povećanu stabilnost (aromatičnost) benzena i njegovih homologa. Stoga areni nisu skloni reakcijama adicije ili oksidacije koje dovode do gubitka aromatičnosti. Najtipičnije reakcije za njih su one koje se odvijaju uz očuvanje aromatskog sustava, naime, reakcije supstitucije vodikovih atoma povezanih s ciklusom. Prisutnost područja povećane gustoće p-elektrona s obje strane planarnog aromatskog prstena dovodi do činjenice da je benzenski prsten nukleofil i stoga sklon napadu elektrofilnog reagensa. Stoga su reakcije elektrofilne supstitucije najtipičnije za aromatske spojeve.
Razmotrimo mehanizam elektrofilne supstitucije na primjeru nitracije benzena.
Benzen reagira s nitrirajućom smjesom (mješavina koncentrirane dušične i sumporne kiseline):
nitrobenzen
Reakcije supstitucije u prstenu odvijaju se samo stvaranjem pozitivno nabijenih intermedijarnih čestica.
p-kompleks 
s-kompleks
Zamijenjena čestica je proton.
Reakcije alkiliranja, halogeniranja, sulfoniranja, nitriranja aromatskih spojeva i drugih odvijaju se prema ovom mehanizmu, razlikuju se samo u metodi stvaranja aktivne reakcijske čestice - elektrofila E +
a) sulfoniranje:
HO–SO 3 H + H–SO 4 H à HSO 3 + + HSO 4 –
b) halogeniranje
Cl 2 + AlCl 3 à Cl + + AlCl 4 –
c) alkilacija:
CH 3 –CH 2 –Cl + AlCl 3 à CH 3 –CH 2 + + AlCl 4 –
d) aciliranje
CH 3 COCl + AlCl 3 à CH 3 C + =O + AlCl 4 –
U nesupstituiranom benzenskom prstenu, svih 6 položaja je ekvivalentno za uključivanje supstituentske skupine. Situacija je kompliciranija ako u reakciju ulaze homolozi ili derivati benzena. U tom slučaju novoušla grupa ulazi na određeno mjesto u prstenu. Ovo mjesto ovisi o supstituentu koji je već prisutan (ili postoji) u prstenu. Na primjer, ako prsten ima skupinu koja donira elektron kao što je: alkil–, –OH, –OSH 3 , –NH 2 , –NHR, NR 2 , –NH–COR, –X (halogen)(supstituenti prve vrste), tada supstituentska skupina ulazi u orto- ili para-pozicije u odnosu na postojeću skupinu:
Ako prsten već ima skupinu koja privlači elektron kao što je: –NO 2 , –NO, –SO 3 H, –CX 3 , –COOH, –COH, –COR, –CN (supstituenti druge vrste), tada nova grupa koja ulazi postaje meta-pozicija za njih:
tablica 2
Zbirna tablica supstituenata i njihovih elektroničkih učinaka
| Supstituent ili skupina atoma | Orijentacija | Efekti |
| CH 3 > CH 3 –CH 2 > (CH 3) 2 CH | o-, p- orijentacija, (halogeni – deaktivirajući) | +ja, +M |
| (CH 3) 3 C | + I, M=0 | |
| Atom vezan za p-sustav ima usamljeni par elektrona: X– (halogen), –O–, –OH, –OR, –NH 2, –NHR, –NR 2, –SH, –SR, | – ja, + M | |
| atom vezan za p-sustav zauzvrat je povezan s elektronegativnijim atomom: –N=O, –NO 2, –SO 3 H, –COOH, –COH, –C(O)–R, –COOR, – CN, – CX 3 , –C=N=S, | m-orijentacija, sa deaktivacijom | – ja, – M |
| sp 2 -hibridizirani ugljik: –CH=CH–, –C 6 H 5 (fenil) | o-, p- orijentacija | I=0,+M |
| Atom koji nema p-orbitale, ali s ukupnim pozitivnim nabojem –NH 3 +, –NR 3 +, | m- orijentacija, s deaktivacijom | –I, M=0 |
Ako prsten ima dvije različite vrste supstituenata, režijska zamjena nedosljedan, tada je ulazna točka nove grupe određena prema zamjenik prve klase, Na primjer.
Elektrofilna supstitucija nedvojbeno čini najvažniju skupinu reakcija aromatskih spojeva. Teško da postoji bilo koja druga klasa reakcija koja je tako temeljito, duboko i sveobuhvatno proučena kako sa stajališta mehanizma tako i sa stajališta primjene u organskoj sintezi. U području elektrofilne aromatske supstitucije prvi put je postavljen problem odnosa strukture i reaktivnosti, koji je glavni predmet proučavanja fizikalne organske kemije. Općenito, ova vrsta reakcije aromatskih spojeva može se predstaviti na sljedeći način:
ArE+H+
1. Pregled literature
1.1 Elektrofilna supstitucija u aromatskom nizu
Ove reakcije nisu tipične samo za sam benzen, već i za benzenski prsten općenito, gdje god se nalazio, kao i za druge aromatske prstenove - benzenoidne i nebenzenoidne. Reakcije elektrofilne supstitucije pokrivaju širok raspon reakcija: nitriranje, halogeniranje, sulfoniranje i Friedel-Craftsove reakcije karakteristične su za gotovo sve aromatske spojeve; reakcije kao što su nitrozacija i azo sprezanje svojstvene su samo sustavima s povećanom aktivnošću; reakcije kao što su desulfurizacija, izmjena izotopa i brojne reakcije ciklizacije, koje se na prvi pogled čine sasvim različitim, ali koje se također pokazuju prikladnim svrstati u reakcije istog tipa.
Elektrofilna sredstva E + , iako prisutnost naboja nije nužna, jer Elektrofil može biti i nenabijena čestica s manjkom elektrona (npr. SO 3, Hg(OCOCH 3) 2 itd.). Konvencionalno se mogu podijeliti u tri skupine: jake, srednje jakosti i slabe.
NO 2 + (nitronijev ion, nitroil kation); kompleksi Cl 2 ili Br 2 s raznim Lewisovim kiselinama (FeCl 3, AlBr 3, AlCl 3, SbCl 5 itd.); H2OCl+, H2OBr+, RSO2+, HSO3+, H2S2O7. Snažne električne pile stupaju u interakciju sa spojevima serije benzena koji sadrže i supstituente koji doniraju elektron i gotovo sve supstituente koji privlače elektron.
Elektrofili srednje jakosti
Kompleksi alkil halida ili acil halida s Lewisovim kiselinama (RCl. AlCl 3, RBr. GaBr 3, RCOCl. AlCl 3 itd.); kompleksi alkohola s jakim Lewisovim i Brønstedovim kiselinama (ROH. BF 3, ROH. H 3 PO 4, ROH. HF). Oni reagiraju s benzenom i njegovim derivatima koji sadrže supstituente koji doniraju elektron (aktivirajuće) ili atome halogena (slabo deaktivirajući supstituenti), ali obično ne reagiraju s derivatima benzena koji sadrže jake dezaktivirajuće supstituente koji privlače elektrone (NO 2, SO 3 H, COR, CN , itd.).
Slabi elektrofili
Diazonijevi kationi ArN +ê N, iminij CH 2 =N+ H 2, nitrozonij NO + (nitrozoil kation); ugljikov monoksid (IY) CO 2 (jedan od najslabijih elektrofila). slabi elektrofili stupaju u interakciju samo s derivatima benzena koji sadrže vrlo jake supstituente koji doniraju elektrone (+M) tipa (OH, OR, NH 2, NR 2, O-, itd.).
1.1.2 Mehanizam elektrofilne aromatske supstitucije
Trenutno se aromatska elektrofilna supstitucija smatra dvostupanjskom reakcijom adicije-eliminacije s intermedijarnim stvaranjem arenonijevog iona koji se naziva σ-kompleks
I-arenonijev ion (
-kompleks), u pravilu, kratkotrajan. Taj se mehanizam naziva S E Ar, t.j. S E (arenij). U ovom slučaju, u prvoj fazi, kao rezultat napada elektrofila, ciklički aromatski 6-elektronski π-sustav benzena nestaje i zamjenjuje se u intermedijaru I necikličkim 4-elektronskim konjugiranim sustavom cikloheksadienila. kation. U drugoj fazi aromatski sustav se ponovno obnavlja zbog apstrakcije protona.Struktura arenonijevog iona I prikazana je na različite načine:
Najčešće se koristi prva formula. Kompleks σ bit će mnogo bolje stabiliziran donorskim supstituentima u orto i para pozicijama nego donorskim supstituentima u meta poziciji.
π - Kompleksi
Kao što je poznato, areni su π-baze i mogu tvoriti donor-akceptorske komplekse s mnogim elektrofilnim reagensima. Dakle, kada se suhi plinoviti HCl ili DCl prepusti u otopinu benzena, toluena, ksilena ili drugih polialkilbenzena u n-heptanu na -78 o C, bilo je moguće detektirati stvaranje molekularnih kompleksa sastava 1:1 (G. Brown, 1952).
Ovi kompleksi nisu obojeni, a njihove otopine u aromatskim ugljikovodicima nisu električki vodljive. Kada se plinoviti DCl otopi u benzenu, toluenu, ksilenima, mezitilenu, pentametilbenzenu, ne dolazi do izmjene H za D. Budući da otopine kompleksa ne provode električnu struju, oni nisu ionske čestice, tj. To nisu arenonijevi ioni.
Takvi donor-akceptorski kompleksi nazivaju se π-kompleksi. Na primjer, kristali kompleksa benzena s bromom ili klorom sastava 1:1, prema podacima rendgenske difrakcije, sastoje se od lanaca izmjeničnih molekula π-donora sastava (C 6 H 6) i akceptora (Cl 2,Br 2), u kojem se molekula halogena nalazi okomito na ravninu prstena duž osi koja prolazi kroz njegovo središte simetrije.
σ-kompleksi (arenonijevi ioni)
Kada se otopini u alkilbenzenu AlCl 3 ili AlBr 3 dodaju HCl i DCl, otopina počinje provoditi električnu struju. Takve otopine su obojene i njihova boja se mijenja od žute do narančasto-crvene pri prelasku iz para-ksilena u pentametilbenzen. U sustavima ArH-DCl-AlCl 3 ili ArH-DF-BF 3 atomi vodika aromatskog prstena već su zamijenjeni deuterijem. Električna vodljivost otopina jasno ukazuje na stvaranje iona u ternarnom sustavu aren-vodikov halid-aluminijev halid. Struktura takvih iona utvrđena je NMR spektroskopijom na 1 H i 13 C jezgrama u sustavu ArH-HF (tekućina) -BF 3 ili ArH-HF-SbF 5 u SO 2 ClF na niskoj temperaturi.
1.1.3 Podjela supstituenata
Monosupstituirani benzeni C 6 H 5 X mogu biti više ili manje reaktivni od samog benzena. Ako se u reakciju uvede ekvivalentna smjesa C 6 H 5 X i C 6 H 6, tada će se supstitucija dogoditi selektivno: u prvom slučaju u reakciju će ući pretežno C 6 H 5 X, au drugom slučaju , pretežno benzen.
Trenutno se supstituenti dijele u tri skupine na temelju njihovog aktivirajućeg ili deaktivirajućeg učinka, kao i orijentacije supstitucije u benzenskom prstenu.
1. Aktiviranje orto-paraorijentacijskih grupa. Tu spadaju: NH2, NHR, NR2, NHAc, OH, OR, OAc, Alk itd.
2. Deaktiviranje orto-para-orijentacijskih grupa. To su halogeni F, Cl, Br i I.
3. Deaktiviranje meta-orijentacijskih grupa. Ovu skupinu čine NO 2, NO, SO 3 H, SO 2 R, SOR, C(O)R, COOH, COOR, CN, NR 3+, CCl 3 itd. To su orijentanti druge vrste.
Naravno, postoje i skupine atoma srednje prirode, što uzrokuje mješovitu orijentaciju. To, na primjer, uključuje: CH 2 NO, CH 2 COCH 3, CH 2 F, CHCl 2, CH 2 NO 2, CH 2 CH 2 NO 2, CH 2 CH 2 NR 3 +, CH 2 PR 3 +, CH 2 SR 2 + itd.
1.2 Elektrofilna supstitucija u π-suvišnim heterociklima
Furan, pirol i tiofen vrlo su reaktivni s uobičajenim elektrofilnim reagensima. U tom smislu nalikuju najreaktivnijim derivatima benzena, kao što su fenoli i anilini. Povećana osjetljivost na elektrofilnu supstituciju uzrokovana je asimetričnom raspodjelom naboja u tim heterociklima, što rezultira većim negativnim nabojem na atomima ugljika u prstenu nego u benzenu. Furan je nešto reaktivniji od pirola, a tiofen je najmanje reaktivan.
1.2.1 Elektrofilna supstitucija pirola
Iako pirol i njegovi derivati nisu skloni reakcijama nukleofilne adicije i supstitucije, vrlo su osjetljivi na elektrofilne reagense, a reakcije pirola s takvim reagensima odvijaju se gotovo isključivo kao supstitucijske reakcije. Nesupstituirani pirol, N- i C-monoalkilpiroli i, u manjoj mjeri, C,C-dialkil derivati polimeriziraju u jako kiselim sredinama, stoga većina elektrofilnih reagensa koji se koriste u slučaju derivata benzena nisu primjenjivi na pirol i njegove alkil derivate.
Međutim, ako postoje skupine koje privlače elektron u pirolnom prstenu koje sprječavaju polimerizaciju, kao što su esterske skupine, na primjer, postaje moguće koristiti jako kisele medije, sredstva za nitriranje i sulfoniranje.
Protonacija
U otopini se opaža reverzibilna adicija protona na svim položajima pirolnog prstena. Atom dušika se najbrže protonira, adicija protona na položaju 2 događa se dvostruko brže nego na položaju 3. U plinovitoj fazi, pri uporabi kiselina umjerene jakosti, kao što su C 4 H 9 + i NH 4 +, pirol protoniran je isključivo na atomima ugljika, a tendencija dodavanja protona na položaju 2 veća je nego na položaju 3. Termodinamički najstabilniji kation, 2H-pirolijev ion, nastaje kada se proton doda na položaj 2, a određena je Vrijednost pK a za pirol povezana je upravo s ovim kationom. Slaba N-bazičnost pirola posljedica je nedostatka mogućnosti mezomerne delokalizacije pozitivnog naboja u kationu 1H-pirola.
Liječenje ovisnosti o drogama Krasnoyarsk