Реакции замещения

1. В присутствии катализаторов (FeCl₃, AlCl₃) хлор и бром не присоединяются к бензолу, но замещают атомы водорода в его молекуле:

бромбензол

2. Концентрированная серная кислота не вызывает полимеризации бензола, как это происходит в случае алкенов и алкадиенов, а приводит к образованию бензолсульфокислоты:

 

Бензолсульфокислота

 

3. При действии нитрующей смеси (концентрированная азотная и серная кислоты) происходит нитрование ядра:

нитробензол

Механизм этих реакций электрофильный. Он осуществляется и при протекании реакций алкилирования, ацилирования, азосочетания.

Механизм электрофильного замещения в бензольном кольце разберем на примере реакции галогенирования.

Под действием катализатора образуется активная форма электрофильного реагента:

Стадией, определяющей скорость реакции, является образование σ-комплекса:

 

π-комплекс σ-комплекс

π-Комплекс – это промежуточное состояние, в котором реагирующие частицы сориентировались относительно друг друга.

σ-Комплекс – это катион, лишенный ароматической структуры, с четырьмя π-электронами, делокализованными в сфере воздействия ядер пяти углеродных атомов. Шестой углеродный атом при образовании σ-комплекса переходит из состояния sp² в состояние sp³-гибридизации, приобретая таким образом тетраэдрическую симметрию.

σ-Комплекс – это не переходное состояние, а настоящее промежуточное соединение.

На следующей стадии лабильный σ-комплекс превращается в стабильный замещенный бензол с потерей протона:

Н⁺ + AlBr₄^– → AlBr₃ + HBr