Механизм электрофильного ароматического замещения

Это уравнение реакции электрофильного ароматического замещения. Это бензольное кольцо, и оно взаимодействует с молекулой, содержащей электрофил. Это электрофильное ароматическое замещение. Электрофил замещает собой водород в бензольном кольце. Он оказывается на месте атома водорода. Вот в этом месте оказывается электрофил. Здесь происходит замещение. Электрофил замещает водород. Ароматическим оно называется из-за участия ароматического кольца в реакции. Электрофильное ароматическое замещение требует катализатора. Катализатор нужен для образования электрофила. В нижнем уравнении показано, как появляется положительно заряженный электрофил. Напомню, электрофил нуждается в электронах. Он положительно заряжен, ему нужен электрон. Катализатор образует вот этот комплекс и участвует в реакции. С электрофилом разобрались, теперь давайте подробно рассмотрим реакцию ароматического замещения. Начнем с бензольного кольца. Я покажу, как один из атомов водорода… Их шесть, все они одинаковы. С помощью катализатора мы получили электрофил. π-электроны бензольного кольца притягиваются к положительно заряженному электрофилу. Разноименные заряды всегда притягиваются. π-электроны бензольного кольца выступают в качестве нуклеофила. Эти электроны атакуют электрофил. Нуклеофил атакует электрофил, π-электроны образуют с электрофилом связь. Электроны образуют ковалентную связь с электрофилом. Давайте нарисуем результат. Эти π-электроны ни при чем. Водород еще здесь. А вот электрофил связывается с одним из атомов углерода на стороне двойной связи. Либо этим, либо этим. Так как я начал с этого атома водорода, то и электрофил присоединю рядом с ним. Вот и электрофил. Выделим цветом электроны, образующие ковалентную связь. Эти π-электроны выступают в качестве нуклеофила. Эти π-электроны образуют вот эту связь. При этом электроны покидают нижний атом углерода, и он получает формальный положительный заряд. Давайте нарисуем резонансную структуру этого катиона. Нарисуем возможную резонансную структуру. Эти π-электроны могут смещаться сюда. Давайте нарисуем что при этом получится. Вот тут π-электроны, тут атом водорода, тут электрофил. Электроны смещаются вот сюда. Я обозначу их розовым цветом. Итак, π-электроны смещаются оттуда сюда. Вследствие этого смещения атом углерода лишается своего электрона. Он приобретает формальный заряд +1. Возможна другая резонансная структура, давайте нарисуем ее. Вот эти π-электроны смещаются сюда. Нарисуем, что получится в итоге. Итак, π-электроны сместились сверху вниз. Вот атом водорода, вот электрофил, π-электроны, еще π-электроны. Вновь выделим электроны цветом, теперь синим. π-электроны смещаются сюда, отходя от своего атома углерода. Сейчас это верхний атом, и он приобретает формальный заряд +1. Вот все резонансные структуры. Реальный катион является гибридом этих резонансных структур. Этот гибрид называется сигма-комплексом и имеет формальный заряд +1, делокализованный на трех атомах углерода в цикле. Теперь следующий этап реакции. Для него я перерисую первую из трех резонансных структур. Я нарисую ее внизу. Итак, вот наша первая резонансная структура. Первая из трех структур. Вот атом водорода, вот электрофил, связанный с циклом. На атоме углерода под ним — формальный заряд +1. Вы помните, что катализатор образует комплекс. Я покажу его вот так. Это катализатор, связанный с чем-то. Отмотаем назад и освежим память. В начале реакции, при получении электрофила катализатор оказывался в составе комплекса. Вот этот комплекс — «Y + катализатор», справа. В химическом плане считайте его основанием, он присоединяет протон. Вот эти электроны присоединяют этот протон. Он забирает протон, а электроны остаются. Эти электроны возвращаются назад, в бензольное кольцо, устраняя формальный положительный заряд. Нарисуем результат. Вот вновь бензольное кольцо, с кольцом связан электрофил, а водорода нет. Электрофил полностью заместил водород. Посмотрим на электроны. Вот эти я отметил розовым. Они возвращаются назад, в ароматическую систему. Депротонирование сигма-комплекса восстанавливает ароматическое кольцо. Получаем стабильный продукт. Другой продукт реакции — молекула Y, связанная теперь с протоном. Нарисуем молекулу Y и протон, обозначим электроны. Вот эти электроны здесь стали этой связью. Когда их отняли у катализатора, катализатор регенерировал. Теперь он может катализировать следующую реакцию. Это был общий механизм электрофильного ароматического замещения. Реакции, которые мы рассмотрим, будут следовать этому общему механизму. Subtitles by the Amara.org community