Реакции электрофильного замещения

Реакции электрофильного замещения атома водорода являются наиболее характерными для бензола (хотя в ароматическом ряду и известны некоторые реакции нуклеофильного и радикального замещения).

Общие реакции электрофильного замещения в бензоле

Рассмотрим подробнее общие закономерности взаимодействия элетрофильной частицы с бензолом.

Образование ^-комплекса. На первой стадии реакции замещения бензола происходит взаимодействие электрофильной частицы с л-электронным облаком ароматического ядра:

Электрофильная частица притягивается всем ароматическим секстетом электронов, но пока не соединена настоящей химической связью, образуется я-комплекс.

Образование ст-комплекса. На следующей стадии два из шести л-электронов цикла локализуются у одного атома углерода и образуют новую ковалентную a-связь с вступающим заместителем, а остальные четыре электрона распределяются между пятью атомами углерода цикла. Образуется промежуточный карбкатион, в котором нарушается ароматичность — а-комплекс.

Образование а-комплекса — самая медленная стадия реакции электрофильного замещения, определяющая скорость всей реакции в целом. При образовании а-комплекса один из шести атомов бензольного кольца (тот, у которого происходит замещение) переходит из состояния .^-гибридизации в состояние 5р³-гибридизации, приобретая тетраэдрическую конфигурацию. Доказано, что а-комилекс не переходное состояние, а промежуточное соединение.

Для производных бензола возможно образование трех различных ст-комплексов:

В этом случае реакция будет протекать в направлении наименьших затрат энергии, т. е. через образование наиболее устойчивых о-комплексов. Таким образом, образование о-комплскса есть решающая стадия реакции, определяющая ее скорость и направление.

Стадия стабилизации. Ароматическая система обладает особой устойчивостью, поэтому a-комплекс быстро теряет протон, восстанавливая ароматичность:

Итак, реакции электрофильного замещения в бензоле фактически представляют собой присоединение с последующим отщеплением.

Рассмотрим примеры реакций.