Elektrofilná aromatická substitúcia

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Schéma elektrofilnej substitúcie benzénu

Elektrofilná aromatická substitúcia je chemická reakcia, v ktorej sa na aromatický uhľovodík zavádzajú rôzne funkčné skupiny.

Mechanizmus[upraviť | upraviť zdroj]

Všeobecne sa dá popísať mechanizmus elektrofilnej aromatickej substitúcie ako reakcia elektrofilu s aromatickým uhľovodíkom. Elektrofil najprv reaguje s π-elektrónmi aromatického uhľovodíka a naviaže sa na ne. Vzniká takzvaný π-komplex. Tento π-komplex vzniká relatívne rýchlo, pretože aromatické uhľovodíky majú dostatok π-elektrónov s ktorými rýchlo reaguje elektrofil. Elektrofil sa postupne naviaže na samotné aromatické jadro. Tým vzniká takzvaný σ-komplex. Tento proces je relatívne pomalý, pretože je potrebné zrušiť väzbu v π-komplexe. Po utvorení σ-komplexu prichádza do reakcie báza, ktorá svojím elektrónovým párom naviaže vodík; tým sa celý systém stabilizuje a vzniká konečný produkt.

Rozdelenie[upraviť | upraviť zdroj]

Elektrofilná aromatická substitúcia sa podľa druhu elektrofilu delí na nitráciu, sulfonáciu, halogenáciu, alkyláciu a acyláciu.[1]

Nitrácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Nitrácia

Nitrácia je zavádzanie -NO2 skupiny na zlúčeninu. Na nitráciu sa využíva nitračná zmes, čo je zmes kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej.

Nitracia(sub).png

Sulfonácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Sulfonácia

Pri sulfonácii sa účinkom H2SO4 zavádza skupina -SO3H.

Sulfonacia(sub).png

Halogenácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Halogenácia

Halogenácia je reakcia, ktorá zavádza halogény na zlúčeninu.

Halogenacia(sub).png

Alkylácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Friedel-Craftsova alkylácia

Friedel-Craftsova alkylácia je reakcia, ktorá zavedie alkyl na aromatickú zlúčeninu.

Alkylacia(sub).png

Acylácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Friedel-Craftsova acylácia

Acylácia je podobná reakcia ako alkylácia. Na zlúčeninu sa však zavádza acyl.

Acylacia(sub).png

Dvojité substitúcie benzénu[upraviť | upraviť zdroj]

Substituovať sa môže aj už substituovaná látka. Vlastnosti druhotnej substitúcie závisia od druhu substituenta, ktorý sa na benzéne už nachádza.[2]

Ovplyvnenie reaktivity[upraviť | upraviť zdroj]

Substituent na benzéne ovplyvňuje mimo iného aj reaktivitu. Niektoré skupiny aktivujú benzén, to znamená, že bude v porovnaní z nesubstituovaným benzénom reaktívnejší. Iné naopak benzén deaktivujú. Vo všeobecnosti možno povedať, že substituent ktorý odťahuje elektróny z benzénu je deaktivujúci a substituent ktorý ich pridáva je aktivujúci. Substituent môže pridávať alebo odoberať elektróny pomocou dvoch efektov: indukčného a mezomérneho.

Ovplyvnenie polohovej aktivity[upraviť | upraviť zdroj]

Substituent na benzéne taktiež ovplyvňuje polohu do ktorej bude ďalší substituent zavedený. Na benzéne rozoznávame tri rôzne polohy dvoch substituentov: orto(1,2) , meta(1,3) a para (1,4).

Benzen(polohy).png

Polohu ovplyvňujú substituenty taktiež pomocou indukčného a mezomérneho efektu. Zvýšením elektrónovej hustoty na konkrétnom uhlíku sa v tom mieste zvýši reaktivita. Ako príklad možno použiť -OH skupinu. Voľný elektrónový pár hydroxylovej skupiny sa zapája do konjugácie s π-elektrónmi benzénu. Kyslík je elektronegatívnejší ako uhlík a tak priťahuje elektróny z benzénu. Mezomérny efekt konjugácie voľného elektrónového páru je však oveľa silnejší ako indukčný efekt kyslíka. Elektróny sa teda budú posúvať v smere šípok.

Fenol(orientacia).png

Takýmto posunom sa zvýši elektrónová hustota v orto a para polohe. Hydroxylová skupina je teda orto, para orientujúca. Keďže do benzénu dodáva elektróny, je aktivujúca.

Pomocou mezomérneho a indukčného efektu sa dajú odvodiť orientácie všetkých substituentov.

Aj napriek tomu, že teoreticky by substituenty mali vstupovať do určenej polohy, vznikajú zmesi produktov. Najväčšie zastúpenie v zmesi produktov bude mať teoreticky odvodený produkt.

Tabuľka[upraviť | upraviť zdroj]

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené niektoré substituenty a ich vlastnosti.[3]

Substituent Reaktivita Orientácia Indukčný efekt Mezomérny efekt
-R aktivujúci orto, para slabý donorný žiadny
-OH, -NH2 aktivujúci orto, para slabý akceptórny silný donorný
-F, -Cl, -Br, -I deaktivujúci orto, para silný akceptórny slabý donorný
-N+(CH3)3 deaktivujúci meta silný akceptórny žiadny
-NO2, -CN, -CHO, -COOR, -COR, -COOH deaktivujúci meta silný akceptórny silný akceptórny

Trojité substitúcie benzénu[upraviť | upraviť zdroj]

Podobne ako monosubstituované zlúčeniny sa aj disubstituované zlúčeniny dajú ďalej substituovať. Vlastnosti o reaktivite a orientácii platia aj v tomto prípade, avšak je veľmi pravdepodobné, že pri substitúcii budú vznikať zmesi produktov vo väčšom pomere.[4]

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]

Zdroje[upraviť | upraviť zdroj]

  1. MCMURRY, John. Organická chemie, 6. ISBN 978-80-214-3291-8.
  2. MCMURRY, John. Organická chemie, 6. ISBN 978-80-214-3291-8.
  3. MCMURRY, John. Organická chemie, 6. ISBN 978-80-214-3291-8.
  4. MCMURRY, John. Organická chemie, 6. ISBN 978-80-214-3291-8.