Cíl výuky
- Dat. příklady typů reakcí, kterým aromatické sloučeniny obvykle podléhají
Klíčové body
- Aromatické sloučeniny neboli areny podléhají substitučním reakcím, při nichž je aromatický vodík nahrazen elektrofilem, a proto jejich reakce probíhají prostřednictvím elektrofilní substituce.
- Areny obsahují dvojné vazby stejně jako alkeny, ale nepodléhají elektrofilní adici, protože ta by vedla ke ztrátě jejich aromaticity kruhu.
- Pořadí substituce u aromatických sloučenin se řídí povahou substituentů přítomných v aromatickém kruhu.
- Při elektrofilních aromatických substitučních reakcích vzniká karbokationt, zatímco při nukleofilních aromatických substitucích vzniká karboaniont.
- Hydrogenační reakce přeměňují aromatické sloučeniny na nasycené sloučeniny.
- Kovová křížová vazba, například Suzukiho reakce, umožňuje tvorbu vazeb uhlík-uhlík mezi dvěma nebo více aromatickými sloučeninami.
Termíny
- nukleofilSloučenina nebo funkční skupina, která je přitažlivá pro centra kladného náboje a odevzdává elektrony; odevzdává elektronový pár elektrofilu za vzniku vazby.
- hydrogenaceChemická reakce vodíku s jinou látkou, zejména s nenasycenou organickou sloučeninou, obvykle za působení teploty, tlaku a katalyzátorů.
- elektrofilSloučenina nebo funkční skupina, která je přitažlivá a přijímá elektrony; přijímá elektronový pár od nukleofilu za vzniku vazby.
Benzenový kruh se často vyznačuje stabilitou, kterou získává díky své aromaticitě. Aromatické sloučeniny se však mohou účastnit řady chemických reakcí, včetně řady substitučních, spojovacích a hydrogenačních reakcí. Za pozorovanou reaktivitu jsou zodpovědné elektrony v systému pi benzenového kruhu. Ačkoli aromatické sloučeniny jsou nejlépe reprezentovány spojitou elektronovou hustotou rovnoměrně rozloženou kolem aromatického jádra, střídavé jednoduché a dvojité vazby, které se běžně kreslí, jsou velmi užitečné při předpovídání reaktivity aromatických sloučenin. Mnoho reakcí běžných pro alkeny (dvojné vazby uhlík-uhlík) také funguje podobným způsobem s „dvojnými vazbami“ v aromatických sloučeninách, i když obecně je aktivační bariéra vyšší kvůli stabilizační síle aromaticity (cca 36 kcal/mol).
Aromatická substituce
Příklad reakce aromatické substituce je uveden níže. V přítomnosti silné kyseliny sírové a dusičné lze ke kruhu přidat nitroskupinu.
Nukleofilní aromatické substituce
Při nukleofilní aromatické substituční reakci vytěsňuje nukleofil substituent na aromatickém kruhu. Nahrazeným druhem je obvykle dobrá odcházející skupina, například plynný dusík nebo halogenidový ion. Přítomnost elektron-odtahující skupiny na kruhu může urychlit průběh této třídy reakcí. Z chemického hlediska se jedná o reakci podobnou adiční reakci na Michaelův akceptor nebo jiný elektronově deficitní nenasycený systém, po níž následuje eliminační reakce.
Elektrofilní aromatické substituce
V reakci elektrofilní aromatické substituce je substituent na aromatickém kruhu vytěsněn elektrofilem. Mezi tyto reakce patří aromatická nitrace, aromatická halogenace, aromatická sulfonace a Friedel-Craftsovy acylace a alkylace. Tyto reakce mohou zahrnovat rezonančně stabilizovaný karbokationtový meziprodukt známý jako sigma komplex. Reaktivitu si lze představit tak, že alken útočí na kationtovou formu, například v prvním kroku kyselinou katalyzované hydratace alkenů.
V souvislosti s reakcemi substituovaných benzenových kruhů byla pozorována řada zákonitostí. Tato pozorování byla zobecněna tak, aby poskytla prediktivní pravidlo pro elektrofilní aromatické substituce. Podle něj elektron-donující substituent obecně urychluje substituci a směřuje reaktivitu do poloh, které jsou vůči němu na kruhu orto a para, zatímco elektron-odtahující substituent zpomaluje průběh reakce a upřednostňuje polohu meta na kruhu.
Spojovací reakce
Spojovací reakce jsou reakce za účasti kovového katalyzátoru, které mohou vést ke vzniku vazby uhlík-uhlík mezi dvěma radikály.
Hydrogenace
Hydrogenací lze vytvořit plně nasycený kruhový systém. Je to podobné jako hydrogenace alkenů za vzniku alkanů, i když obtížnější vzhledem ke stabilitě aromatického systému.
.
