2.6. Ориентация электрофильного замещения и реакционная способность замещенных бензолов

2.6.1. Изомерные -комплексы

Для реакций монозамещанных бензолов могут существовать четыре -комплекса: орто, мета, пара и ипсо. Термин "ипсо" обозначает атаку или замещение в положение, несущее заместитель отличный от водорода.

Из орто-, мета- и пара- -комплексов образуются продукты замещения водорода (путем отщепления протона), а из ипсо-комплекса может образоваться продукт замещения группы Х путем отщепления катиона Х⁺. Ипсо-замещение наиболее характерно для арильных металлоорганических соединений; как правило, в них металл замещается легче протона.

Кроме того, довольно распространенным является электрофильное ипсо-замещение сульфогруппы (SO₃H), что успешно используется в органическом синтезе. Реже встречается ипсо-замещение при Х=Alk, Br или I. Конкретные примеры ипсо-замещения приведены в разделах 3.1.2; 3.3.2; 3.6 ; 3.6.3. Для других замещенных бензолов ( X=OH,NR₂,NO₂,CN,COR,F,Cl) ипсо-замещение не происходит, так как эти заместители должны открываться в виде малоустойчивых катионов Х⁺. Заместители Х по легкости их отрыва в виде Х⁺ от sp³-гибридного атома углерода аренониевых ионов располагаются в следующий ряд: NO₂ < i-Pr < ~ SO₃H< t-Bu <NO < H <HgCl . Чем ниже электрофильная активность Х⁺, тем лучше группа Х отщепляется при мономолекулярном распаде аренониевых ионов.

Если ипсо-замещение не происходит, это не означает, что в реакции не происходит ипсо-атака электрофила (см.разд.3.1.2.) Аренониевые ионы - это типичные карбокатионы, для которых очень характерны внутримолекулярные перегруппировки типа перегруппировки Вагнера-Меервейна. Поэтому образовавшийся в результате ипсо-атаки ипсо- -комплекс может не отщеплять Х⁺, а перегруппироваться в орто- -комплекс, который отщепит легко уходящий протон и даст дополнительное количество орто-продукта (ипсо-атака без ипсо-замещения).

Причина того, что в монозамещенных бензолах ипсо-замещение наблюдается редко, состоит не только в том, что многие заместители Х (Х= OH, NR₂, NO₂, CN, F) относятся к плохим уходящим группам, но также и в том, что ипсо- -комплексы, как правило, менее устойчивы, чем изомерные им орто-, мета- и пара- -комплексы.

2.6.2. Классификация заместителей

Монозамещенные бензолы С₆Н₅Х могут быть более или менее реакционноспособны, чем сам бензол. Если в реакцию ввести эквивалентную смесь С₆Н₅Х и С₆Н₆, то замещение будет происходить селективно: в первом случае в реакцию будет вступать преимущественно С₆Н₅Х, а во втором случае - преимущественно бензол.

В настоящее время заместители делят на три группы с учетом их активирующего или дезактивирующего влияния, а также ориентации замещения в бензольном кольце.

1. Активирующие орто-пара-ориентирующие группы. К ним относятся: NH₂, NHR, NR₂, NHAc, OH, OR, OAc, Alk и др.

2. Дезактивирующие орто-пара-ориентирующие группы. Это галогены F, Cl, Br и I.

Эти две группы (1 и 2) заместителей называют ориентантами I-го рода.

3. Дезактивирующие мета-ориентирующие группы. Эту группу составляют NO₂, NO, SO₃H, SO₂R, SOR, C(O)R, COOH, COOR, CN, NR₃₊ ,CCl₃ и др. Это ориентанты II-го рода.

Естественно, что существуют и группировки атомов промежуточного характера, обусловливающие смешанную ориентацию. К ним, например, относятся: CH₂NO, CH₂COCH₃, CH₂F, CHCl₂, CH₂NO₂, CH₂CH₂NO₂, CH₂CH₂NR₃⁺, CH₂PR₃⁺, CH₂SR₂⁺ и др.

Приведем некоторые типичные примеры влияния ориентантов I и II-го рода: