Μηχανισμός Ηλεκτρόφιλης Υποκατάστασης
Στη διαδικασία της ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης, ένα ηλεκτρόφιλο αντικαθιστά τη λειτουργική ομάδα που είναι συνδεδεμένη σε ένα μόριο. Η λειτουργική ομάδα μετατόπισης είναι συνήθως ένα άτομο υδρογόνου. Η ηλεκτροφιλική αλειφατική υποκατάσταση είναι ένας τύπος ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης. Η σύνθεση ενός καρβοκατιόντος ως ενδιάμεσου και η απομάκρυνση ενός πρωτονίου από το διάλυμα απαιτούνται και οι δύο για την παραγωγή ενός ηλεκτρόφιλου.
Οι διεργασίες ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης του βενζολίου περιλαμβάνουν αλκυλίωση, ακυλίωση, αλογόνωση, νίτρωση, σουλφονίωση και άλλες διαδικασίες ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης.
Μηχανισμός αντίδρασης ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης
Ο μηχανισμός αντίδρασης ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης περιλαμβάνει τρία στάδια.
1. Δημιουργία ηλεκτρόφιλων:Η χλωρίωση, η αλκυλίωση και η ακυλίωση ενός αρωματικού δακτυλίου χρησιμοποιώντας άνυδρο χλωρίδιο βοηθά στο σχηματισμό ηλεκτροφίλων. Τα ηλεκτρόφιλα σχηματίζονται όταν το άνυδρο χλωριούχο αργίλιο Cl+, R+ και RC+ O συνδυάζεται με τα επιθετικά αντιδραστήρια.
2.Σχηματισμός Carbocation:Το ηλεκτρόφιλο δημιουργεί ένα ιόν αρενίου και ένα σύμπλοκο σίγμα μετά την επίθεση στον αρωματικό δακτύλιο. Μερικοί άνθρακες εντός του συμπλέγματος sigma sp3 υβριδίζονται. Το ιόν αρενίου, αντί για το σύμπλοκο σίγμα, επιτυγχάνει σταθεροποίηση στη δομή συντονισμού στο δεύτερο του κύκλου ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης. Η αρωματική ιδιότητα του συμπλέγματος σίγμα εξαλείφεται επειδή η μετεγκατάσταση ηλεκτρονίων σταματά στον υβριδοποιημένο άνθρακα sp3.
3.Αφαίρεση πρωτονίων:Ένα άλλο βήμα είναι απαραίτητο για την αποκατάσταση του αρωματικού χαρακτηριστικού, επειδή ένα πρωτόνιο εκπέμπεται από τον υβριδισμένο άνθρακα sp3 κάθε φορά που το AlCl4 επιτίθεται στο σύμπλεγμα σίγμα ή ακόμα και στο ιόν του αρενίου. Το ηλεκτρόφιλο στον δακτύλιο βενζολίου αντικαθιστά το υδρογόνο στο τρίτο στάδιο.
Αντίδραση αμινών
Οι αμίνες είναι παραλλαγές οργανικής αμμωνίας (NH3) όπου το υδρογόνο υποκαθίσταται από αλκυλ, κυκλοαλκυλ ή αρωματικές ομάδες για να συνδεθεί με το άτομο αζώτου. Το πιο βασικό στοιχείο της αρωματικής αμίνης είναι η ανιλίνη, η οποία έχει άζωτο τύπου αμίνης συνδεδεμένο με έναν αρωματικό δακτύλιο.
Ακολουθούν ορισμένες περιπτώσεις αντιδράσεων αμίνης:
Όταν η αμίνη αντιδρά με το οξύ ως βάση, σχηματίζεται ένα άλας.
Όταν μια αμίνη λειτουργεί ως πυρηνόφιλο και συνδυάζεται μόνο με ένα αλκυλαλογονίδιο, η διαδικασία υποκατάστασης SN2 προκαλεί αλκυλίωση.
Ενώ το KMNO4 οξειδώνει βασικές αλειφατικές αμίνες, μπορεί να παραχθεί αιθανόλη.
Τύποι αντιδράσεων ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης ανιλινών
Η ανιλίνη είναι ένα οργανικό μόριο με χημικό τύπο C6H5NH2 που έχει μια ομάδα φαινυλίου συνδεδεμένη με μια αμινομάδα. Επειδή η ανιλίνη είναι μια ομάδα τύπου δότη ηλεκτρονίων, η λειτουργική ομάδα (NH2) είναι ιδιαίτερα ενεργή σε αντιδράσεις ηλεκτροφιλικής υποκατάστασης. Η διαδικασία ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης της ανιλίνης στοχεύει τόσο τις θέσεις o όσο και p ενός δακτυλίου βενζολίου, επειδή οι θέσεις παρα θέσης έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια αρνητικού φορτίου από τη μετατοποθεσία. Οι ακόλουθες διαδικασίες ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης μπορούν να πραγματοποιηθούν με ανιλίνη:
Νίτρωση ανιλίνης
Το μόριο ανιλίνης πρωτονιώνεται σε ένα όξινο μέσο για να δημιουργήσει ένα ιόν ανιλίου. Ένα μετα-ισομερές ανιχνεύεται μαζί με το para στη διαδικασία νίτρωσης της ανιλίνης. Παρά το γεγονός ότι η ομάδα NH2 είναι ένδειξη o και p, δημιουργεί μετα-νιτροανιλίνη όποτε αντιδρά με οξύ.
Σουλφονίωση της ανιλίνης
Η ανιλίνη αντιδρά έντονα με το θειικό οξύ για να δημιουργήσει όξινο θειικό ανιλίνιο, το οποίο, όταν θερμαίνεται, παράγει 4-αμινο βενζολοσουλφονικό οξύ που έχει δομή συντονισμού με αμφιτεριόν. Αυτή η αντίδραση είναι γνωστή ως σουλφονίωση της ανιλίνης.
Αλογόνωση της ανιλίνης
Ένα λευκό ίζημα που ονομάζεται 2, 4, 6 – τριβρωμοανιλίνη εμφανίζεται κάθε φορά που η ανιλίνη υφίσταται χειρισμό από βρωμιούχο νερό σε θερμοκρασία δωματίου. Συμβαίνει επίσης επειδή ένα μόριο βρωμίου αναπτύσσει πολικότητα, αλλά το βρώμιο πρέπει να συμπεριφέρεται ως ηλεκτρόφιλο λόγω του ελαφρώς θετικού φορτίου του. Ακολουθεί τις θέσεις ορθο και παρά πυκνό ηλεκτρόνιο της ανιλίνης.
Συμπέρασμα
Οι τρεις κύριες διαδικασίες στην αντίδραση ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης είναι η σύνθεση ενός ηλεκτρόφιλου, η δημιουργία ενός καρβοκατιόντος ως ενδιάμεσου και η απομάκρυνση ενός πρωτονίου από το μέσο.
