Obiettivo di apprendimento
- Dare esempi dei tipi di reazioni che i composti aromatici tipicamente subiscono
Punti chiave
- I composti aromatici o arene subiscono reazioni di sostituzione, in cui l’idrogeno aromatico è sostituito da un elettrofilo, quindi le loro reazioni procedono per sostituzione elettrofila.
- Gli areni contengono doppi legami proprio come gli alcheni, ma non subiscono l’addizione elettrofila perché questa porterebbe alla loro perdita di aromaticità dell’anello.
- L’ordine di sostituzione sui composti aromatici è governato dalla natura dei sostituenti presenti nell’anello aromatico.
- Nelle reazioni di sostituzione aromatica elettrofila, si genera un carbocatione mentre nelle sostituzioni aromatiche nucleofile, si genera un carboanione.
- Le reazioni di idrogenazione convertono i composti aromatici in composti saturi.
- L’accoppiamento incrociato metallico come la reazione Suzuki permette la formazione di legami carbonio-carbonio tra due o più composti aromatici.
Termini
- nucleofiloComposto o gruppo funzionale che è attraente per centri di carica positiva e dona elettroni; dona una coppia di elettroni a un elettrofilo per formare un legame.
- idrogenazioneLa reazione chimica dell’idrogeno con un’altra sostanza, specialmente con un composto organico insaturo, e di solito sotto l’influenza di temperatura, pressione e catalizzatori.
- elettrofiloUn composto o gruppo funzionale che è attraente per, e accetta elettroni; accetta una coppia di elettroni da un nucleofilo per formare un legame.
L’anello benzenico è spesso notato per la stabilità che ottiene dalla sua aromaticità. Tuttavia, i composti aromatici possono partecipare a una varietà di reazioni chimiche, compresa una serie di reazioni di sostituzione, accoppiamento e idrogenazione. Gli elettroni nel sistema pi dell’anello benzenico sono responsabili della reattività osservata. Mentre i composti aromatici sono meglio rappresentati da una densità di elettroni continua distribuita uniformemente intorno al nucleo aromatico, i legami singoli e doppi alternati che sono comunemente disegnati sono molto utili quando si prevede la reattività dei composti aromatici. Molte reazioni comuni agli alcheni (doppi legami carbonio-carbonio) funzionano anche in modo simile con i “doppi legami” nei composti aromatici, anche se generalmente la barriera di attivazione è più alta a causa della forza stabilizzante dell’aromaticità (circa 36 kcal/mol).
Sostituzione aromatica
Un esempio di reazione di sostituzione aromatica è mostrato sotto. In presenza di acido solforico e nitrico forte, un gruppo nitro può essere aggiunto all’anello.
Sostituzioni nucleofile aromatiche
In una reazione di sostituzione nucleofila aromatica, un nucleofilo sposta un sostituente su un anello aromatico. La specie sostituita è tipicamente un buon gruppo lasciante, come l’azoto gassoso o uno ione alogenuro. La presenza di un gruppo che ritira elettroni sull’anello può accelerare il progresso di questa classe di reazioni. Chimicamente, questo è simile ad una reazione di addizione ad un accettore di Michael o ad un altro sistema insaturo carente di elettroni, seguito da una reazione di eliminazione.
Sostituzioni aromatiche elettrofile
In una reazione di sostituzione aromatica elettrofila, un sostituente su un anello aromatico è spostato da un elettrofilo. Queste reazioni includono la nitrazione aromatica, l’alogenazione aromatica, la solfonazione aromatica e le acilazioni e alchilazioni di Friedel-Crafts. Queste reazioni possono coinvolgere un intermedio di carbocationi stabilizzato dalla risonanza, noto come complesso sigma. La reattività può essere pensata in termini di un alchene che attacca una specie cationica, come nel primo passo di un’idratazione catalizzata da un acido di un alchene.
Un certo numero di modelli sono stati osservati riguardo alla reazione degli anelli benzenici sostituiti. Queste osservazioni sono state generalizzate per fornire una regola predittiva per le sostituzioni aromatiche elettrofile. Essa afferma che un sostituente elettron-donante generalmente accelera la sostituzione e dirige la reattività verso le posizioni che sono orto e para ad esso sull’anello, mentre un sostituente elettron-donante rallenterà il progresso della reazione e favorirà la posizione meta sull’anello.
Reazioni di accoppiamento
Le reazioni di accoppiamento sono reazioni che coinvolgono un catalizzatore metallico che possono portare alla formazione di un legame carbonio-carbonio tra due radicali.
Idrogenazione
L’idrogenazione può essere usata per creare un sistema ad anello completamente saturo. Questo è simile all’idrogenazione di un alchene per formare un alcano, anche se più difficile a causa della stabilità del sistema aromatico.
