Effetti dei Sostituenti nella Sostituzione Elettrofila Aromatica :
Attivanti molto forti Attivanti forti Attivanti Il riferimento è H Disattivanti Disattivanti forti
Disattivanti molto forti
Classificazione dei Sostituenti nelle Sostituzioni Elettrofile Aromatiche
1. Tutti i sostituenti attivanti sono orto-para orientanti.
2. Gli alogeni sono debolmente
disattivanti ma orto-para orientanti.
3. I sostituenti fortemente disattivanti sono meta orientanti.
H H H H H + E+ H E H H H H + H+ H H H H H H H E +
Nello stadio cineticamente determinante si forma una specie carbocationica
quindi sostituenti elettron donatori la stabilizzano mentre sostituenti elettron attrattori la destabilizzano
sono orto-para orientanti e attivanti Y
Y include —R, —Ar, e —C=C Gruppi Elettron-Donatori (Attivanti)
sono orto-para orientanti e fortemente attivanti Y
Y = —OH, e —OR sono fortemente attivanti Gruppi Elettron-Donatori
avviene circa 1000 volte più velocemente della nitrazione del benzene
OH HNO3 OH NO2 OH NO2 + 44% 56%
FeBr3 non necessario OCH3 Br2 OCH3 Br 90% acido acetico Bromurazione dell’Anisolo
Y con una coppia solitaria sull’atomo direttamente attaccato all’anello sono orto-para orientanti
e fortemente attivanti Y
Gruppi Elettron-Donatori
• •
Tutti questi sono gruppi orto-para orientanti e attivanti forti e molto forti
Esempi Y = • • • • OH •• • • OR •• • • OCR •• O • • NH2 • • NHCR O • • NHR • • NR2
Effetto dei Sostituenti nella Sostituzione Elettrofila Aromatica :
Tutti questi sono meta orientanti e fortemente disattivanti Molti W hanno un Gruppo Carbonilico
Attaccato Direttamente all’Anello
—W = O —CH O —CR O —COH O —COR O —CCl
Tutti questi gruppi sono meta orientanti e forti disattivanti Altri W Includono:
—W = —NO2 —SO3H —C N
HNO3
75-84% Nitrazione della Benzaldeide
CH O H2SO4 CH O O2N
Cl2 62% Esempio CCl O FeCl3 CCl O Cl
SO3
90% Disolfonazione del Benzene
H2SO4
SO3H HO3S
Br2
60-75% Bromurazione del Nitrobenzene
Fe
Br
Effetto dei Sstituenti sull’orientamento
Orto-para orientanti (Attivanti e Alogeni)
La coppia solitaria stabilizza per effetto coniugativo gli Intermedi nella sostituzione orto e para
Questa stabilizzazione non è possibile per intermedi che portano alla meta sostituzione
H H H H H X + Y H H H H H X + Y
+ H H H H H Br OCH•• 3 • • H H H H H Br + OCH•• 3 • • H H H H H Br + OCH•• 3 Esempio:
La coppia solitaria dell’Ossigeno Stabilizza l’Intermedio
Tutti gli atomi hanno l’ottetto
Y stabilizza per effetto induttivo gli intermedi per la sostituzione orto e para
H H H H H X + Y H H H H H X + Y
Esempio:
il metile stabilizza per effetto induttivo gli intermedi per la sostituzione orto e para
H H H H H X + CH3 H H H H H X + CH3
I Gruppi Elettron-attrattori Destabilizzano
per effetto induttivo gli Intermedi per la Sostituzione orto e para
H H H H H X + W H H H H H X + W
—CF3 è un W forte. E’ fortemente
+ H H H H H Br H H H H H Br + N NO2 O- O + + Br NO2 H H H H H particolarmente instabile
I Gruppi Elettron-attrattori Destabilizzano
per effetto induttivo gli Intermedi per la Sostituzione orto e para
Effetto dei Sostituenti nella Sostituzione Elettrofila Aromatica :
Alogeni
F, Cl, Br, e I sono orto-para orientanti, ma disattivanti
Nitrazione del Clorobenzene Cl HNO3 Cl NO2 Cl NO2 Cl NO2 + + 69% 1% 30%
La velocità di nitrazione del clorobenzene è circa 30 volte minore che sul benzene.
Nitrazione del Toluene e Clorobenzene CH3 42 2.5 58 42 2.5 0.137 0.009 0.029 Cl 0.029 0.009
Tutti i possible siti sono equivalenti Il Caso più Semplice
AlCl3 O CH3COCCH3 O + CH3 CH3 CH3 CH3 CCH3 O 99%
In questo caso l’effetto orientante dei 2 gruppi va
nella stessa direzione;infatti avviene in orto al gruppo metilico e in meta al gruppo nitro
Un altro caso semplice CH3 NO2 CH3 NO2 Br 86-90% Br2 Fe
Generalizzazione
La regioselettività è controllata dal sostituente più attivante
Tutti i possibili siti dovrebbero essere equivalenti Il caso più semplice
Br2 NHCH3 Cl 87% acido acetico NHCH3 Cl Br attivante forte
la sostituzione avviene in orto al gruppo più piccolo Quando gli effetti attivanti sono simili...
CH3 C(CH3)3 CH3 C(CH3)3 NO2 HNO3 H2SO4 88%
La posizione tra due sostituenti è la posizione più ingombrata
Gli effetti sterici controllano la regioselettività quando gli effetti elettronici sono simili
HNO3 H2SO4 98% CH3 CH3 NO2 CH3 CH3
Sintesi Regioselettiva dei Composti Aromatici Disostituiti
Fattori da Considerare
ordine di introduzione dei sostituenti per assicurare la corretta orientazione
Sintesi del m-Bromoacetofenone Br CCH3 O
Quale sostituente
va introdotto per
primo?
Sintesi del m-Bromoacetofenone Br CCH3 O para meta
Se il bromo è introdotto prima, il p-bromoacetofenone è il
Sintesi del m-Bromoacetofenone CCH3 O O CH3COCCH3 O AlCl3 Br2 AlCl3 CCH3 O Br
Fattori da Considerare
L’ordine di introduzione dei sostituenti per assicurare la corretta orientazione
Le reazioni di Friedel-Crafts (alchilazione,
acilazione) non possono avvenire su composti aromatici fortemente disattivati
Sintesi del m-Nitroacetofenone NO2 CCH3 O
Quale sostituente
va introdotto per
primo?
Sintesi del m-Nitroacetofenone
NO2
CCH3 O
Se il NO2 è introdotto per primo,
la reazione successiva (acilazione di Friedel-Crafts) fallisce.
Sintesi del m-Nitroacetofenone CCH3 O O CH3COCCH3 O AlCl3 HNO3 H2SO4 CCH3 O O2N
Fattori da Considerare
L’ordine di introduzione dei sostituenti per assicurare la corretta orientazione
Le reazioni di Friedel-Crafts (alchilazione, acilazione) non avvengono su composti aromatici fortemente disattivati
Talvolta le sostituzioni elettrofile aromatiche devono essere combinate con una
Sintesi dell’acido p-Nitrobenzoico dal Toluene Che fare? (ossidazione del gruppo metilico o nitrazione dell’anello) CH3 CO2H NO2 CH3
Sintesi dell’acido p-Nitrobenzoico dal Toluene CH3 CO2H NO2 CH3 La nitrazione dà l’acido m-nitrobenzoic L’ossidazione dà l’acido p-nitrobenzoico
Sintesi dell’acido p-Nitrobenzoico dal Toluene CH3 NO2 CH3 HNO3 H2SO4 NO2 CO2H Na2Cr2O7, H2O H2SO4, calore
due siti possibili per la sostituzione elettrofila aromatica
Tutti gli altri siti ai quali la sostituzione può avvenire sono equivalenti a 1 e 2 Naftalene 1 2 H H H H H H H H
SEA nel Naftalene AlCl3 O CH3CCl 90% CCH3 O
SEA nel Naftalene
qaundo l’attacco è al C-1
il carbocatione è stabilizzato per risonanza allilica
e il carattere benzenoide dell’altro anello è conservato
E H E H
+ +
SEA nel Naftalene
quando l’attacco avviene al C-2
affinchè il carbocatione sia stabilizzato per risonanza allilica, il carattere benzenoide dell’altro anello è sacrificato
E H + E H +
Sostituzioni nei
Ci sono così tanti tipi diversi di composti
eterociclici aromatici che nessuna generalizzazione è possibile.
Alcuni composti eterociclici aromatici sono molto reattivi verso le sostituzioni
elettrofile aromatiche, altri sono poco reattivi.. Generalizzazione
La piridina è poco reattiva; somiglia al nitrobenzene nella sua reattività.
La presenza dell’atomo elettronegativo (N) nell’anello rende gli elettroni
p
meno disponibili che nel benzene.Piridina
La piridina viene solfonata ad alte temperature. La SEA avviene al C-3. Piridina N SO3, H2SO4 HgSO4, 230°C SO3H N 71%
Pirrolo, Furano, e Tiofene O •• •• S •• •• N H ••
Hanno un anello con un atomo in meno rispetto al benzene o alla piridina che porta lo stesso
numero di elettroni
p
(6).Gli elettroni
p
sono trattenuti meno fortemente. Questi composti sono relativamente reattividà SEA prontamente
la posizione più reattiva è al C-2
Esempio: il Furano BF3 O CH3COCCH3 O + CCH 3 O 75-92% O O
Sostituzione nucleofila aromatica degli alogenuri arilici
X Nu
Sostituzione nucleofila aromatica su alogenuri
Il meccanismo deve essere necessariamente diverso da SN1 e da SN2
SN1
Cl O2N NO2 NO2 OH -Cl O2N NO2 -HO N O O -+ Cl O2N NO2 N O -O -HO Cl O2N NO2 -HO N O O -+ Cl O2N N NO2 O -O -+ HO Cl N NO2 NO2 -OH O O -+ Cl N NO2 OH O -O -+ NO2
Meccanismo di addizione -eliminazione
Cl O2N NO2 NO2 -HO OH O2N NO2 NO2 2° step eliminazione
Cl H OH -Cl -+ H2O Cl -+ OH -OH -OH -+ H2O OH
