Elektrofilná aromatická substitúcia

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

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

 Nitrácia 

Nitrácia je zavádzanie -NO2 skupiny na zlúčeninu. Na nitráciu sa využíva nitračná zmes, čo je zmes kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej.
File:Nitracia(sub).png

 Sulfonácia 

Pri sulfonácii sa účinkom H2SO4 zavádza skupina -SO3H.
File:Sulfonacia(sub).png

 Halogenácia 

Halogenácia je reakcia, ktorá zavádza halogény na zlúčeninu.
File:Halogenacia(sub).png

 Alkylácia 

Friedel-Craftsova alkylácia je reakcia, ktorá zavedie alkyl na aromatickú zlúčeninu. 
File:Alkylacia(sub).png

Acylácia

Acylácia je podobná reakcia ako alkylácia. Na zlúčeninu sa však zavádza acyl.
File:Acylacia(sub).png

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

Ovplyvnenie reaktivity
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
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).
File: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. 
File: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
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené niektoré substituenty a ich vlastnosti.
 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
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.

Pozri aj

Elektrofilná adícia
Radikálová substitúcia
Nukleofilná substitúcia
Radikálová adícia
Eliminácia
Nukleofilná adícia

Zdroje

Kategória:Organické reakcie