Johdatus kemiaan

Termit

• nukleofiiliYhdiste tai funktionaalinen ryhmä, joka on vetovoimainen positiivisen varauksen keskuksille ja luovuttaa elektroneja; luovuttaa elektroniparin elektrofiilille sidoksen muodostamiseksi.
• hydrogenaatioKemiallinen reaktio, jossa vety reagoi toisen aineen, erityisesti tyydyttymättömän orgaanisen yhdisteen kanssa yleensä lämpötilan, paineen ja katalyyttien vaikutuksesta.
• elektrofiiliYhdiste tai funktionaalinen ryhmä, joka on vetovoimainen keskuksiin nähden ja vastaanottaa elektroneja; ottaa elektroniparin nukleofiililtä muodostaakseen sidoksen.

Bentseenirengas on usein huomioitu stabiilisuudestaan, jonka se saa aromaattisuudestaan. Aromaattiset yhdisteet voivat kuitenkin osallistua monenlaisiin kemiallisiin reaktioihin, kuten erilaisiin substituutio-, kytkentä- ja vetykäsittelyreaktioihin. Bentseenirenkaan pi-järjestelmän elektronit ovat vastuussa havaitusta reaktiivisuudesta. Vaikka aromaattiset yhdisteet esitetään parhaiten jatkuvalla elektronitiheydellä, joka on jakautunut tasaisesti aromaattisen ytimen ympärille, yleisesti piirretyt vuorottelevat yksi- ja kaksoissidokset ovat erittäin hyödyllisiä ennustettaessa aromaattisten yhdisteiden reaktiivisuutta. Monet alkeenien yhteiset reaktiot (hiili-hiili-kaksoissidokset) toimivat samalla tavalla myös aromaattisten yhdisteiden ”kaksoissidosten” kanssa, vaikka yleensä aktivointiraja on korkeampi aromaattisuuden stabiloivan voiman vuoksi (n. 36 kcal/mol).

Aromaattinen substituutio

Alhaalla on esitetty esimerkki aromaattisesta substituutioreaktiosta. Vahvan rikki- ja typpihapon läsnäollessa renkaaseen voidaan lisätä nitro-ryhmä.

Nukleofiiliset aromaattiset substituutiot

Nukleofiilisessä aromaattisessa substituutioreaktiossa nukleofiili syrjäyttää substituentin aromaattisella renkaalla. Korvattava laji on tyypillisesti hyvä poistuva ryhmä, kuten typpikaasu tai halogenidi-ioni. Elektronia vetävän ryhmän läsnäolo renkaalla voi nopeuttaa tämän tyyppisten reaktioiden etenemistä. Kemiallisesti tämä on samanlainen kuin additioreaktio Mikaelin akseptoriin tai muuhun elektronivajeiseen, tyydyttymättömään systeemiin, jota seuraa eliminaatioreaktio.

Elektrofiiliset aromaattiset substituutiot

Elektrofiilisessä aromaattisessa substituutioreaktiossa substituentti aromaattisella rengasrenkaalla syrjäytyy elektrofiilin avulla. Näihin reaktioihin kuuluvat aromaattiset nitraatiot, aromaattiset halogenoinnit, aromaattiset sulfonoinnit sekä Friedel-Crafts-asylaatiot ja -alkylaatiot. Näihin reaktioihin voi liittyä resonanssistabiloitunut karbokationivälituotos, joka tunnetaan nimellä sigmakompleksi. Reaktiivisuus voidaan ajatella siten, että alkeeni hyökkää kationisen lajin kimppuun, kuten alkeenin happokatalysoidun hydraation ensimmäisessä vaiheessa.

Substituoitujen bentseenirenkaiden reaktioista on havaittu useita malleja. Nämä havainnot on yleistetty siten, että niistä on saatu ennustussääntö elektrofiilisille aromaattisille substituutioille. Sen mukaan elektronia luovuttava substituentti yleensä kiihdyttää substituutiota ja ohjaa reaktiivisuutta kohti orto- ja para-asentoja renkaassa, kun taas elektronia vetävä substituentti hidastaa reaktion etenemistä ja suosii meta-asentoa renkaassa.

Kytkentäreaktiot

Kytkentäreaktiot ovat metallikatalyytin avulla tapahtuvia reaktioita, joissa kahden radikaalin välille voi muodostua hiili-hiili-sidos.

Hydrogenaatio

Hydrogenaatiota voidaan käyttää täysin tyydyttyneen rengassysteemin luomiseen. Tämä on samanlaista kuin alkeenin hydratointi alkaanin muodostamiseksi, vaikkakin vaikeampaa aromaattisen järjestelmän vakauden vuoksi.

.