RJC
9 #:
Aromatyczne
Aromatyczne
Aromatyczne
Aromatyczne
Substytucje Elektrofilowe
Substytucje Elektrofilowe
Substytucje Elektrofilowe
Substytucje Elektrofilowe
-H
E +
E
E
H
Slides 1 to 41
RJC
Aromatyczne
Aromatyczne
9 #:
Addycje Elektrofilowe
Addycje Elektrofilowe
...do pierścienia aromatycznego przerywa
...do pierścienia aromatycznego przerywa
sprzÄ™\
enie elektronów Ą i powoduje utratę
sprzÄ™\
enie elektronów Ą i powoduje utratę
stabilizacji poprzez rezonans.
stabilizacji poprzez rezonans.
X
EX +
E
RJC
Aromatyczna Substytucja Eltrofilowa
Aromatyczna Substytucja Eltrofilowa
9 #:
...nie zakłóca aromatycznego charakteru cząsteczki
...nie zakłóca aromatycznego charakteru cząsteczki
(jej aromatyczności).
(jej aromatyczności).
-H
E +
E
RJC
Mechanizm Substytucji Elektrofilowej
Mechanizm Substytucji Elektrofilowej
9 #:
Addycja czÄ…steczki elektrofila (E+) prowadzi do
Addycja czÄ…steczki elektrofila (E+) prowadzi do
powstania karbokationu, który następnie eliminuje
powstania karbokationu, który następnie eliminuje
H+ co powoduje, \
e główny pierścień odzyskuje
H+ co powoduje, \
e główny pierścień odzyskuje
charakter aromatyczny.
charakter aromatyczny.
-H
E +
E
E
H
RJC
Diagram Energetyczny Reakcji
Diagram Energetyczny Reakcji
9 #:
Aromatyczna substytucja elektrofilowa jest
Aromatyczna substytucja elektrofilowa jest
procesem dwuetapowym; na profilu energii
procesem dwuetapowym; na profilu energii
występuje więc minimum.
występuje więc minimum.
E
Energia
H
E
Postęp reakcji
RJC
Diagram Energetyczny Reakcji
Diagram Energetyczny Reakcji
9 #:
Szybkość całej reakcji jest określona przez energię
Szybkość całej reakcji jest określona przez energię
swobodnÄ… "G! pierwszego etapu (first step).
swobodnÄ… "G! pierwszego etapu (first step).
Energia
"G!
Postęp reakcji
RJC
9 #:
Odczynniki Elektrofilowe (Elektrofile)
Odczynniki Elektrofilowe (Elektrofile)
Pierścienie aromatyczne są mniej podatne na
Pierścienie aromatyczne są mniej podatne na
reakcje z elektrofilami ni\
alkeny i dlatego
reakcje z elektrofilami ni\
alkeny i dlatego
wymagana jest  aktywacja elektrofila.
wymagana jest  aktywacja elektrofila.
Br
Br2
CH2=CH2 BrCH2CH2Br
Br2
RJC
Bromowanie
Bromowanie
9 #:
SÅ‚aby odczynnik elektrofilowy jakim jest brom Br2
SÅ‚aby odczynnik elektrofilowy jakim jest brom Br2
jest aktywowany przez kwas Lewisa, np. chlorek
jest aktywowany przez kwas Lewisa, np. chlorek
\
elaza (III) FeBr3.
\
elaza (III) FeBr3.
Br + FeBr Br + (FeBr4)
Br2 + FeBr3 Br + (FeBr )
-H
Br +
Br
RJC
Chlorowanie
Chlorowanie
9 #:
W podobny sposób następuje aktywacja
W podobny sposób następuje aktywacja
elektrofilowej czÄ…steczki chloru Cl2 (dodatek
elektrofilowej czÄ…steczki chloru Cl2 (dodatek
FeCl3).
FeCl3).
Cl + FeCl Cl + (FeCl4)
Cl2 + FeCl3 Cl + (FeCl )
-H
Cl +
Cl
RJC
9 #:
Jodowanie
Jodowanie
Bardzo słaby elektrofil, jakim jest cząsteczka jodu
Bardzo słaby elektrofil, jakim jest cząsteczka2+jodu
I2 jest aktywowany przez dodatek soli Cu2+.
I2 jest aktywowany przez dodatek soli Cu .
I2 + 2Cu2+ 2I + 2Cu+
I2 + 2Cu2+ 2I + 2Cu+
-H
I +
I
RJC
Nitrowanie
Nitrowanie
9 #:
Kation nitroniowy NO2+ jest reaktywnym
Kation nitroniowy NO2+ jest reaktywnym
odczynnikiem elektrofilowym.
odczynnikiem elektrofilowym.
HNO + H2SO4 NO + HSO4 + H2O
HNO3 + H SO NO2 + HSO + H O
-H
NO2 +
NO2
RJC
Sulfonowanie
Sulfonowanie
9 #:
DymiÄ…cy kwas siarkowy (VI) jest z
ródłem
DymiÄ…cy kwas siarkowy (VI) jest z
ródłem
reaktywnego odczynnika (SO3 lub HSO3+).
reaktywnego odczynnika (SO3 lub HSO3+).
SO + H2SO4 HSO + HSO4
SO3 + H SO HSO3 + HSO
-H
HSO3 +
+
HO3S
RJC
Alkilowanie Friedla-Craftsa
Alkilowanie Friedla-Craftsa
9 #:
Aktywacja halogenków alkilowych przy u\
yciu chlorku
Aktywacja halogenków alkilowych przy u\
yciu chlorku
glinu AlCl3 prowadzi do powstawania reaktywnego
glinu AlCl3 prowadzi do powstawania reaktywnego
elektrofila w postaci karbokationu (R+).
elektrofila w postaci karbokationu (R+).
R-Cl + AlCl3 R + (AlCl4)
R-Cl + AlCl3 R + (AlCl4)
-H
-H
R +
R
RJC
Ograniczenia w Reakcji Alkilowania
Ograniczenia w Reakcji Alkilowania
MetodÄ… Friedla-Craftsa
MetodÄ… Friedla-Craftsa
9 #:
Ograniczenia i utrudnienia w reakcji alkilowania;
Ograniczenia i utrudnienia w reakcji alkilowania;
Nie nadajÄ… siÄ™ halogenki arylowe oraz
allilowe.
allilowe.
Polialkilowanie
Przegrupowania karbokationów
RJC
Halogenki Allilowe oraz Arylowe
Halogenki Allilowe oraz Arylowe
9 #:
...karbokationy pochodzące od halogenków
...karbokationy pochodzące od halogenków
arylowych oraz allilowych sÄ… stabilizowane
arylowych oraz allilowych sÄ… stabilizowane
rezonansem elektronowym i dlatego są b. mało
rezonansem elektronowym i dlatego są b. mało
reaktywnymi elektrofilami.
reaktywnymi elektrofilami.
reaktywnymi elektrofilami.
reaktywnymi elektrofilami.
karbokation allilowy karbokation arylowy
RJC
Polialkilowania
Polialkilowania
9 #:
W reakcjach Friedla-Craftsa mo\
liwe sÄ… poli-
W reakcjach Friedla-Craftsa mo\
liwe sÄ… poli-
alkilowania, poniewa\
powstajÄ…cy produkt jest
alkilowania, poniewa\
powstajÄ…cy produkt jest
bardziej reaktywny od niepodstawionego
bardziej reaktywny od niepodstawionego
substratu.
substratu.
R R
-H
etc...
etc...
R +
R
R R
R
RJC
Przegrupowania Karbokationów
Przegrupowania Karbokationów
9 #:
Pierwszorzędowy karbokation ulega
Pierwszorzędowy karbokation ulega
przegrupowaniu do innego karbokationu o wy\
szej
przegrupowaniu do innego karbokationu o wy\
szej
rzędowości (migracja protonu).
rzędowości (migracja protonu).
CH3CH2CH2Cl CH3CH2CH2
CH3CHCH3
RJC
Acylowanie Friedla-Craftsa
Acylowanie Friedla-Craftsa
9 #:
Aktywacja chlorku kwasowego przy u\
yciu AlCl3
Aktywacja chlorku kwasowego przy u\
yciu AlCl3
prowadzi do powstawania jonu acyliowego, który
prowadzi do powstawania jonu acyliowego, który
jest aktywnym elektrofilem.
jest aktywnym elektrofilem.
RCOCl + AlCl3 RCO + (AlCl4)
RCOCl + AlCl3 RCO + (AlCl4)
O
-H
-H
O
+
+
RC
RC
RJC
Wpływ Podstawników na Aromatyczne
Wpływ Podstawników na Aromatyczne
Substytucje Elektrofilowe
Substytucje Elektrofilowe
9 #:
Podstawniki obecne w pierścieniu aromatycznym
Podstawniki obecne w pierścieniu aromatycznym
działają jako grupy elektrono-donorowe lub
działają jako grupy elektrono-donorowe lub
elektrono-akceptorowe.
elektrono-akceptorowe.
G G
G G
G G
G G
wpływ elektrono-donorowy wpływ elektrono-akceptorowy
RJC
Podstawniki (Grupy) Elektrono-Donorowe
Podstawniki (Grupy) Elektrono-Donorowe
9 #:
Zwiększają gęstość elektronową, czyli aktywują
Zwiększają gęstość elektronową, czyli aktywują
pierścień aromatyczny
pierścień aromatyczny
´+
´+
G
´- ´-
wzrost gęstości elektronowej
´-
RJC
Diagram Energetyczny Reakcji
Diagram Energetyczny Reakcji
9 #:
Obni\
enie wartości "G! oznacza wzrost szybkości
Obni\
enie wartości "G! oznacza wzrost szybkości
reakcji.
reakcji.
´+
G
- -
´- ´-
´-
energia
"G!
postęp reakcji
RJC
Struktury Rezonansowe
Struktury Rezonansowe
9 #:
... ilustrują fakt delokalizacji zwiększonej gęstości
... ilustrują fakt delokalizacji zwiększonej gęstości
elektronowej w obrębie pierścienia
elektronowej w obrębie pierścienia
aromatycznego.
aromatycznego.
G G G G
RJC
Wpływ Kierujący Orto & Para
Wpływ Kierujący Orto & Para
9 #:
Zwiększona gęstość elektronowa w pozycjach orto
Zwiększona gęstość elektronowa w pozycjach orto
i para wpływa na dominujący kierunek substytucji.
i para wpływa na dominujący kierunek substytucji.
´
´+
E E
E E
G
´- ´-
´-
E
RJC
Podstawniki AktywujÄ…ce i KierujÄ…ce w
Podstawniki AktywujÄ…ce i KierujÄ…ce w
9 #:
Pozycje orto & para
Pozycje orto & para
anilina fenol
toluen (metylobenzen)
metoksybenzen (anizol)
RJC
Dystrybucja Produktów Nitowania Benzenu
Dystrybucja Produktów Nitowania Benzenu
9 #:
G
G G
G
NO2
HNO3/H2SO4
NO2
NO2
Podstawnik (G) Orto Meta Para
CH3 63 3 34
OH 50 0 50
NHAc(NHCOMe) 19 2 79
RJC
Podstawniki Elektrono-Akceptorowe
Podstawniki Elektrono-Akceptorowe
9 #:
PowodujÄ… obni\
enie gęstości elektronowej, czyli
PowodujÄ… obni\
enie gęstości elektronowej, czyli
dezaktywację pierścienia aromatycznego.
dezaktywację pierścienia aromatycznego.
´-
´-
G
´+ ´+
obni\
enie gęstości elektronowej
´+
RJC
Diagram Energetyczny Reakcji
Diagram Energetyczny Reakcji
9 #:
Wzrost wartości "G! oznacza zmniejszenie
Wzrost wartości "G! oznacza zmniejszenie
szybkości reakcji.
szybkości reakcji.
´-
G
´ ´
´+ ´+
´+
energia
"G!
postęp reakcji
RJC
Struktury Rezonansowe
Struktury Rezonansowe
9 #:
...ilustrujÄ… delokalizacjÄ™ obni\
onej gęstości
...ilustrujÄ… delokalizacjÄ™ obni\
onej gęstości
elektronowej w pierścieniu aromatycznym.
elektronowej w pierścieniu aromatycznym.
G G G G
RJC
Wpływ Kierujący Meta
Wpływ Kierujący Meta
9 #:
Obni\
enie gęstości elektronowej w pozycjach orto
Obni\
enie gęstości elektronowej w pozycjach orto
i para powoduje, \
e podstawienie elektrofilowe
i para powoduje, \
e podstawienie elektrofilowe
zachodzi głównie w pozycji meta.
zachodzi głównie w pozycji meta.
´-
´-
G
´+ ´+
´+
E E
RJC
Podstawniki KierujÄ…ce w PozycjÄ™ meta;
Podstawniki KierujÄ…ce w PozycjÄ™ meta;
Podstawniki DezaktywujÄ…ce
Podstawniki DezaktywujÄ…ce
9 #:
nitrobenzen
kwas benzenosulfonowy
kwas benzoesowy
acetofenon
RJC
Dystrybucja Produktów Nitrowania
Dystrybucja Produktów Nitrowania
9 #:
G
G G
G
NO2
HNO3/H2SO4
NO2
NO2
Podstawnik (G) Orto Meta Para
NO2 7 91 2
CO2H 22 77 1
CN 17 81 2
COCH3 26 72 3
CHO 19 72 9
RJC
Atomy Fluorowców : Przypadek Szczególny
Atomy Fluorowców : Przypadek Szczególny
9 #:
...atomy X (F, Cl, Br, I), które są elektrono-
...atomy X (F, Cl, Br, I), które są elektrono-
akceptorowe i dezaktywujÄ…ce, kierujÄ… nowe grupy
akceptorowe i dezaktywujÄ…ce, kierujÄ… nowe grupy
w pozycje orto & para. W tym przypadku
w pozycje orto & para. W tym przypadku
konkurujÄ… dwa przeciwstawne efekty;
konkurujÄ… dwa przeciwstawne efekty;
dodatni efekt rezonansowy
ujemny efekt indukcyjny
RJC
(+) Efekt Rezonansowy
(+) Efekt Rezonansowy
(wpływ kierujący orto & para)
(wpływ kierujący orto & para)
9 #:
...powoduje on korzystne ulokowanie (wzrost)
...powoduje on korzystne ulokowanie (wzrost)
gęstości elektronowej w pozycjach orto & para.
gęstości elektronowej w pozycjach orto & para.
´+
" "
" "
" "
" "
"
" "
E E
E E
" "
" Cl"
"
´- ´-
´-
E
RJC
(-) Efekt Indukcyjny (dezaktywujÄ…cy)
(-) Efekt Indukcyjny (dezaktywujÄ…cy)
9 #:
Du\
a elektroujemność atomów typu X (F, Cl, Br,
Du\
a elektroujemność atomów typu X (F, Cl, Br,
I) powoduje sumarycznie obni\
enie gęstości
I) powoduje sumarycznie obni\
enie gęstości
elektronowej w pierścieniu aromatycznym.
elektronowej w pierścieniu aromatycznym.
Cl
´-
´+
RJC
Dystrybucja Produktów Nitrowania
Dystrybucja Produktów Nitrowania
9 #:
G
G G
G
NO2
HNO3/H2SO4
NO2
NO2
Podstawnik (G) Orto Meta Para
F 13 1 86
Cl 35 1 64
Br 43 1 56
I 45 1 54
RJC
Planowanie Syntezy... Przykład # 1
Planowanie Syntezy... Przykład # 1
9 #:
...odpowiedni dobór podstawników umo\
liwia kontrolÄ™
...odpowiedni dobór podstawników umo\
liwia kontrolÄ™
reaktywności oraz regiochemii reakcji podstawienia...
reaktywności oraz regiochemii reakcji podstawienia...
NHAc
NH2 NH2
NHAc
Ac2O
HNO3 H2SO4
H2SO4
NO2
NO2
RJC
9 #:
Planowanie Syntezy... Przykład # 2
Planowanie Syntezy... Przykład # 2
Synteza kwasu p-aminobenzoesowego
Synteza kwasu p-aminobenzoesowego
CH3
CH3 CO2H
CO2H
HNO3 O2
Zn/HCl
H2SO4
NO2
NH2
NO2
RJC
Planowanie Syntezy... Przykład # 3
Planowanie Syntezy... Przykład # 3
9 #:
Synteza anastetyków (benzokaina & novokaina)
Synteza anastetyków (benzokaina & novokaina)
N(Et)2 . HCl
2
O O
CO2Et
CO2H
OH
N(Et)2
EtOH
HCl
NH2
NH2
NH2
novokaina
benzokaina
RJC
9 #:
Planowanie Syntezy... Przykład # 4
Planowanie Syntezy... Przykład # 4
Synteza analgestyku (paracetamol)
Synteza analgestyku (paracetamol)
OAc
OAc
OH OAc
OH OAc
OAc
OAc
1. Ac2O
AcOH/H2O
Zn/HCl
2. HNO3/H2SO4
NO2
NHAc
NH2
RJC
Podsumowanie
Podsumowanie
9 #:
Aromatyczna substytucja elektrofilowa
Stabilizacja rezonansowa
Elektrofilowe bromowanie, chlorowanie,
jodowanie, nitrowanie oraz sulfonowanie
Alkilowanie i acylowanie Friedla-Craftsa
Podstawniki elektrono-donorowe i elektrono-
Podstawniki elektrono-donorowe i elektrono-
akceptorowe
Wpływ kierujący o & p, podstawniki aktywujące i
dezaktywujÄ…ce
Wpływ kierujący m, podstawniki dezaktywujące
Planowanie syntezy organicznej