Læringsmål
- Giv eksempler på de typer af reaktioner, som aromatiske forbindelser typisk gennemgår
Nøglepunkter
- Aromatiske forbindelser eller arener gennemgår substitutionsreaktioner, hvor det aromatiske hydrogen erstattes med en elektrofil, og deres reaktioner foregår derfor via elektrofil substitution.
- Arener indeholder dobbeltbindinger ligesom alkener, men de undergår ikke elektrofil addition, da disse ville resultere i, at de mister ringens aromaticitet.
- Substitutionsrækkefølgen på aromatiske forbindelser er styret af arten af de substituenter, der er til stede i den aromatiske ring.
- I elektrofil aromatisk substitutionsreaktion dannes der en carbocation, mens der i nukleofil aromatisk substitution dannes en carboanion.
- Hydrogeneringsreaktioner omdanner aromatiske forbindelser til mættede forbindelser.
- Metal krydskobling som f.eks. Suzuki-reaktionen giver mulighed for dannelse af kulstof-kulstofbindinger mellem to eller flere aromatiske forbindelser.
Termer
- nukleofilEn forbindelse eller funktionel gruppe, der er tiltrækkende for centre med positiv ladning og afgiver elektroner; afgiver et elektronpar til en elektrofil for at danne en binding.
- hydrogeneringDen kemiske reaktion af hydrogen med et andet stof, især med en umættet organisk forbindelse, og normalt under påvirkning af temperatur, tryk og katalysatorer.
- elektrofiltEn forbindelse eller funktionel gruppe, der er tiltrækkende for og accepterer elektroner; accepterer et elektronpar fra en nukleofil for at danne en binding.
Benzenringen er ofte bemærket for den stabilitet, den opnår ved sin aromaticitet. Aromatiske forbindelser kan imidlertid deltage i en række kemiske reaktioner, herunder en række substitutions-, koblings- og hydrogeneringsreaktioner. Elektronerne i pi-systemet i benzenringen er ansvarlige for den observerede reaktivitet. Selv om aromatiske forbindelser bedst repræsenteres ved en kontinuerlig elektrontæthed, der er jævnt fordelt omkring den aromatiske kerne, er de vekslende enkelt- og dobbeltbindinger, der almindeligvis tegnes, meget nyttige ved forudsigelse af aromatiske forbindelsers reaktivitet. Mange reaktioner, der er almindelige for alkener (kulstof-kulstof-dobbeltbindinger), fungerer også på samme måde med “dobbeltbindingerne” i aromatiske forbindelser, selv om aktiveringsbarrieren generelt er højere på grund af den stabiliserende kraft af aromaticitet (ca. 36 kcal/mol).
Aromatisk substitution
Et eksempel på en aromatisk substitutionsreaktion er vist nedenfor. I tilstedeværelse af stærk svovl- og salpetersyre kan en nitrogruppe tilføjes til ringen.
Nukleofile aromatiske substitutioner
I en nukleofil aromatisk substitutionsreaktion fortrænger en nukleofil en substituent på en aromatisk ring. Den erstattede art er typisk en god afgangsgruppe, som f.eks. nitrogengas eller en halogenidion. Tilstedeværelsen af en elektron-fradragende gruppe på ringen kan fremskynde forløbet af denne klasse af reaktioner. Kemisk set svarer dette til en additionsreaktion til en Michael-acceptor eller et andet elektronmanglende, umættet system, efterfulgt af en eliminationsreaktion.
Elektrofile aromatiske substitutioner
I en elektrofil aromatisk substitutionsreaktion fortrænges en substituent på en aromatisk ring af en elektrofil. Disse reaktioner omfatter aromatisk nitrering, aromatisk halogenering, aromatisk sulfonering og Friedel-Crafts acyleringer og alkyleringer. Disse reaktioner kan involvere et resonansstabiliseret karbokationsintermediat, der er kendt som et sigmakompleks. Reaktiviteten kan tænkes i form af en alken, der angriber en kationisk art, som f.eks. i det første trin af en syre-katalyseret hydrering af en alken.
Der er observeret en række mønstre med hensyn til reaktionen af substituerede benzenringe. Disse observationer er blevet generaliseret til at give en forudsigelsesregel for elektrofil aromatiske substitutioner. Den fastslår, at en elektronafgivende substituent generelt fremskynder substitutionen og retter reaktiviteten mod de positioner, der er ortho og para til den på ringen, mens en elektronhævdende substituent vil bremse reaktionsforløbet og favorisere meta-positionen på ringen.
Koblingsreaktioner
Koblingsreaktioner er reaktioner med en metalkatalysator, der kan resultere i dannelsen af en kulstof-kulstof-binding mellem to radikaler.
Hydrogenering
Hydrogenering kan bruges til at skabe et fuldt mættet ringsystem. Dette svarer til hydrogenering af en alken for at danne en alkan, om end det er vanskeligere på grund af det aromatiske systems stabilitet.
