Cel nauczania
- Podajemy przykłady typów reakcji, którym zazwyczaj ulegają związki aromatyczne
Kluczowe punkty
- Związki aromatyczne lub areny ulegają reakcjom substytucji, w których wodór aromatyczny jest zastępowany przez elektrofil, stąd ich reakcje przebiegają na drodze substytucji elektrofilowej.
- Areny zawierają wiązania podwójne podobnie jak alkeny, ale nie ulegają addycji elektrofilowej, ponieważ spowodowałoby to utratę przez nie aromatyczności pierścienia.
- Kolejność podstawiania związków aromatycznych jest regulowana przez charakter podstawników obecnych w pierścieniu aromatycznym.
- W reakcjach elektrofilowego podstawienia aromatycznego powstaje karbokation, podczas gdy w reakcjach nukleofilowego podstawienia aromatycznego powstaje karboanion.
- Reakcje uwodornienia przekształcają związki aromatyczne w związki nasycone.
- Metalowe sprzęganie krzyżowe, takie jak reakcja Suzuki, umożliwia tworzenie wiązań węgiel-węgiel między dwoma lub więcej związkami aromatycznymi.
Terminy
- nukleofilZwiązek lub grupa funkcyjna, która jest atrakcyjna dla ośrodków o ładunku dodatnim i oddaje elektrony; oddaje parę elektronową elektrofilowi w celu utworzenia wiązania.
- uwodornienieReakcja chemiczna wodoru z inną substancją, zwłaszcza z nienasyconym związkiem organicznym, zwykle pod wpływem temperatury, ciśnienia i katalizatorów.
- elektrofilZwiązek lub grupa funkcyjna, która jest atrakcyjna dla ośrodków o ładunku dodatnim i przyjmuje elektrony; przyjmuje parę elektronową od nukleofila w celu utworzenia wiązania.
Pierścień benzenowy jest często zauważany ze względu na stabilność, jaką zyskuje dzięki swojej aromatyczności. Jednak związki aromatyczne mogą uczestniczyć w wielu reakcjach chemicznych, w tym w szeregu reakcji substytucji, sprzęgania i uwodornienia. Za obserwowaną reaktywność odpowiedzialne są elektrony w układzie pi pierścienia benzenowego. Podczas gdy związki aromatyczne są najlepiej reprezentowane przez ciągłą gęstość elektronową równomiernie rozmieszczoną wokół rdzenia aromatycznego, naprzemienne wiązania pojedyncze i podwójne, które są powszechnie rysowane, są bardzo przydatne przy przewidywaniu reaktywności związków aromatycznych. Wiele reakcji wspólnych dla alkenów (podwójne wiązania węgiel-węgiel) również funkcjonuje w podobny sposób z „podwójnymi wiązaniami” w związkach aromatycznych, chociaż ogólnie bariera aktywacji jest wyższa ze względu na stabilizującą siłę aromatyczności (ok. 36 kcal/mol).
Substytucja aromatyczna
Przykład reakcji substytucji aromatycznej jest pokazany poniżej. W obecności silnego kwasu siarkowego i azotowego do pierścienia można dodać grupę nitrową.
Nukleofilowe substytucje aromatyczne
W reakcji nukleofilowej substytucji aromatycznej, nukleofil wypiera podstawnik na pierścieniu aromatycznym. Podstawiony element jest zazwyczaj dobrą grupą opuszczającą, jak gazowy azot lub jon halogenkowy. Obecność na pierścieniu grupy odbierającej elektrony może przyspieszyć przebieg tej klasy reakcji. Z chemicznego punktu widzenia jest to reakcja podobna do reakcji addycji do akceptora Michaela lub innego pozbawionego elektronów układu nienasyconego, po której następuje reakcja eliminacji.
Elektrofilowe substytucje aromatyczne
W reakcji elektrofilowej substytucji aromatycznej podstawnik na pierścieniu aromatycznym jest wypierany przez elektrofil. Reakcje te obejmują nitrowanie aromatyczne, halogenowanie aromatyczne, sulfonowanie aromatyczne oraz acylacje i alkilacje Friedela-Craftsa. W reakcjach tych może uczestniczyć stabilizowany rezonansowo pośredni karbokation znany jako kompleks sigma. O reaktywności można myśleć w kategoriach alkenu atakującego gatunki kationowe, tak jak w pierwszym etapie katalizowanej kwasem hydratacji alkenu.
Zaobserwowano szereg prawidłowości dotyczących reakcji podstawionych pierścieni benzenowych. Obserwacje te zostały uogólnione w celu dostarczenia reguły predykcyjnej dla elektrofilowych podstawień aromatycznych. Zgodnie z nią podstawnik oddający elektrony generalnie przyspiesza substytucję i kieruje reaktywność w stronę pozycji orto i para na pierścieniu, podczas gdy podstawnik odbierający elektrony spowalnia postęp reakcji i faworyzuje pozycje meta na pierścieniu.
Reakcje sprzęgania
Reakcje sprzęgania są reakcjami z udziałem katalizatora metalowego, które mogą prowadzić do utworzenia wiązania węgiel-węgiel między dwoma rodnikami.
Uwodornienie
Uwodornienie może być wykorzystane do utworzenia w pełni nasyconego układu pierścieniowego. Jest to podobne do uwodornienia alkenu w celu utworzenia alkanu, aczkolwiek trudniejsze ze względu na stabilność układu aromatycznego.
http://en.wiktionary.org/wiki/electrophile
Wiktionary
CC BY-SA 3.0.
http://en.wiktionary.org/wiki/nucleophile
Wiktionary
CC BY-SA 3.0.
http://en.wiktionary.org/wiki/hydrogenation
Wiktionary
CC BY-SA 3.0.
http://en.wikipedia.org/wiki/Aromatic_hydrocarbons
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.
http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=File:EAS_substitution_Para_director.svg&page=1
Wikipedia
CC BY-SA.
http://en.wikipedia.org/wiki/Aromatic_hydrocarbon
Wikipedia
GNU FDL.
.
