Механизъм на електрофилното ароматно заместване

Да разгледаме общата реакция на електрофилно ароматно заместване. Започваме с бензенов пръстен, като бензенът реагира с молекула, която съдържа в себе си електрофил. И протича електрофилно ароматно заместване. Електрофилът ще замести протон от бензеновия пръстен. И ето тук сега виждаме, че електрофилът е на мястото на този протон. Ето откъде идва тази електрофилна част. А оттук идва частта със замесването. Електрофилът замества един протон. Ароматно идва от това, че се преобразува ароматният пръстен в хода на реакцията. Електрофилното ароматно заместване изисква катализатор. Ролята на катализатора е да генерира електрофил. Така че тук долу можеш да видиш, че катализаторът реагира, за да се получи положително зареден електрофил. Спомни си, че електрофил означава "обичащ електрони". Ако нещо е заредено положително, то обича електрони. Образува се каталитичен комплекс, който ще участва в нашия механизъм. Сега, след като получихме нашия електрофил, да разгледаме по-подробно как протича електрофилното ароматно заместване. Започваме с нашия бензенов пръстен. Ще покажа един от водородните атоми при бензеновия пръстен. Може да е всеки един от шестте, тъй като те са идентични. Получили сме електрофила от катализатора. Тези р-електрони в бензеновия пръстен могат да се свържат с положително заредения електрофил. Тъй като отрицателните заряди се привличат от положителните заряди. Така че р-електроните в нашия бензенов пръстен ще действат като нуклеофил, а тези електрони ще атакуват електрофила. Значи това е нуклеофил- електрофилна атака, в която тези р-електрони ще се свържат с този електрофил. Тези р-електрони ще образуват ковалентна връзка с нашия електрофил. Ще покажа как става това. Значи тези р-електрони не правят нищо. Водородът е ето тук. Сега ще покажа електрофила, който се присъединява към някой от тези два въглерода от двете страни на двойната връзка. Може да е този въглерод, или може да е този. Понеже съм поставил този водород тук отгоре, ще приема, че електрофилът се присъединява тук към горния въглерод. Значи това е моят електрофил. Сега ще оцветя електроните, които образуват ковалентната връзка. Това са тези р-електрони, които действат като нуклеофил. Тези р-електрони ще образуват тази връзка ето тук. Образуваме тази връзка, но отнемаме връзка от този въглерод долу. Затова този въглерод отдолу остава с положителен формален заряд. Сега можем да направим резонансната структура на този катион. Ще покажа възможната резонансна структура тук. Тези р-електрони могат да се преместят тук. Да видим какво ще се получи, когато това се случи. Сега тези р-електрони са тук горе. Имаме нашия водород. Имаме нашия електрофил. Електроните се преместват тук на тази позиция. Ще оцветя тези електрони в цикламено. Значи казвам, че тези р-електрони тук се преместват тук. Когато тези електрони се преместят тук, отнемаме връзка от този въглерод този път. Така че това е въглеродът, който получава формален заряд +1. Така че можем да направим друга резонансна структура. Добре, да го направим. Значи можем да вземем тези р-електрони и да ги преместим тук. Да видим как ще изглежда това. Ако тези р-електрони се преместят тук, сега отново ще имаме нашия водород, нашия електрофил, тези р-електрони, и тези р-електрони ето тук. Сега отново ще оцветя тези. Този път ще използвам синьо. Тези р-електрони ще се преместят тук. Отново отнемаме връзка от този въглерод. Този път това е горният въглерод. Това е въглеродът, който ще има положителен заряд. Това са всички резонансни структури. Спомни си, че действителният катион ще бъде хибрид между тези резонансни структури. Този хибрид се нарича сигма-комплекс. Имаме положителен формален заряд, който е делокализиран между три въглерода в нашия сигма-комплекс. Следващата стъпка от механизма... Ще препиша първата резонансна структура, която направихме. Ще я препиша ето тук долу. Значи преписвам първата резонансна структура. В първата резонансна структура имахме водород тук, нашия електрофил, свързан вече с пръстена. И имаме формален заряд +1 при този въглерод тук. Запомни, катализаторът образува комплекс. Представям го така. Нещо свързано с нашия катализатор ето така. Нека да се върнем горе и да си припомним. Тук горе получихме електрофила, получихме и този каталитичен комплекс горе. Значи имаме Y-свързан с този катализатор тук долу. Можеш да го разглеждаш, че действа като основа. Т.е., че ще присъедини един протон. Ще покажа електроните тук, които ще свържат протона. Ако отнеме този протон, той ще остави електроните си. Тези електрони ще се преместят тук, за да се реформира бензеновия пръстен и да отнеме този положителен формален заряд. Нека да покажа това. Сега имаме нашия бензенов пръстен. Нашият електрофил сега е свързан с пръстена. А протонът се е отделил. Значи този електрофил напълно е заместил този протон. Ще проследя тези електрони отново. Електроните в цикламено, ето тези ще се преместят тук, за да се реформира нашия ароматен пръстен. Отделянето на протон от сигма-комплекса възстановява ароматния пръстен. Тук имаме стабилен продукт. Другият продукт, който можеш да разгледаш тук е с този У, сега ще бъде свързан с този протон. Значи имаш този У свързан с този протон. Можем да оцветим тези електрони. Можеш да видиш, че тези електрони сега са ето тези електрони. Като отнемем тези електрони от катализатора, катализаторът ще се регенерира. И е готов да катализира друга реакция. Това е общият механизъм на електрофилно ароматно заместване, като ще видим реакции, които доста точно следват този общ механизъм.