Aromatické sloučeniny
Přihlásit se
Aromatické sloučeniny (11/14) · 8:40

Halogenace benzenu Mechanismus elelktrofilní aromatické halogenace.

Navazuje na Alkoholy, ethery a sulfidy.
V tomto videu se podíváme na halogenaci benzenu. Začneme s bromací. Tady je benzenový kruh. Na ten navážeme brom. Naším katalyzátorem bude bromid hlinitý. Místo AlBr₃ byste mohli použít FeBr₃ (bromid železitý místo bromid hlinitý). To je v pořádku. Výsledkem je substituce atomu bromu na aromatický proton v kruhu. Pojďme se podívat na mechanismus této elektrofilní aromatické substituce. Když se podíváme na katalyzátor, bromid hlinitý, vidíme 6 elektronů okolo atomu hliníku. Tady jsou 2, 4, dohromady 6. Díky umístění atomu hliníku v tabulce prvků, může přijmout další 2 elektrony. Bromid hlinitý bude fungovat jako Lewisova kyselina, neboť přijímá elektronový pár. Brom bude fungovat jako Lewisova zásada. Bude donorem elektronového páru. Představme si, že tento volný elektronový pár se přesune na hliník. Vznikne tak vazba mezi bromem a hliníkem. Pojďme dále, nakresleme si výsledek Lewisovy acidobazické reakce. Brom se váže na hliník. Na hliník se vážou další atomy bromu. Nebudu kreslit volné elektronové páry okolo atomů bromu, pro úsporu času. Podívejme se na tyto elektrony. Fialové elektrony jsou ty, které byly darovány hliníku a vytvářejí vazbu mezi bromem a hliníkem. Hliník tak získal náboj -1. A brom bude mít náboj +1. Takto. Technicky vznikl komplex, který bude reagovat s benzenovým jádrem. Je docela těžké v tomto komplexu najít elektrofilní činidlo (elektrofil). Pojďme si ukázat, co je to elektrofil, pak se vrátíme zpátky k našemu komplexu s benzenem. Když se tyto elektrony přesunou na atom bromu vpravo, atom bromu vlevo ztratí vazbu. Bude pouze obklopen třemi volnými elektronovými páry a získá tak náboj +1. V našem příkladu elektrofilní aromatické substituce ho můžeme považovat za elektrofil. I když technicky bude s benzenem reagovat celý komplex. Máme Br⁺. Druhý atom bromu zůstane vázán na hliník a bude mít 3 volné elektronové páry. Vraťme se zpátky a podívejme se na tyto červeně označené elektrony. Přesunou se na atom bromu vpravo. Na hliník se stále vážou 3 další atomy bromu a pořád má náboj -1. Máme elektrofil. Je to jedna z možností, jak objasnit, že Br⁺ je elektrofil a může reagovat s benzenovým jádrem. Vraťme se k benzenovému jádru. Br⁺ je elektrofil. Elektrofil má rád elektrony a je elektrony přitahován. Elektrony jsou záporně nabité a jsou přitahovány něčím pozitivním. Proto tyto pí elektrony benzenového jádra fungují jako nukleofil. Máme tady nukleofil, který reaguje s elektrofilem. Podívejme se na výsledek reakce. Tady je aromatický kruh a v něm pí elektrony. Vidíme navázání bromu na jeden z atomů uhlíku. Je jedno na který, jsou rovnocenné. Adici bromu Vám ukážu na tomto uhlíku. Má na sobě už vodík. Tyto elektrony se přesunou na brom. Zvýrazním elektrony, o kterých mluvím. Tyto pí elektrony fungují jako nukleofil a vytvářejí vazbu s bromem. Když odebereme vazbu z uhlíku dole, získá náboj +1. Vytvořili jsme uhlíkový kation. Pro připomenutí, s benzenem reaguje tento komplex. Když to vyjádříme lépe a přesněji, fialově označené elektrony se přesunou na atom bromu vlevo, červeně označené elektrony se přesunou na atom bromu vpravo a vytvoří tento komplex. Toto znázornění je výstižnější a lépe vyjadřuje skutečnost, že Br⁺ je elektrofil. Když jsme vytvořili uhlíkový kation, můžeme nakreslit i rezonanční struktury. Vezmu tyto pi elektrony, přesunu je sem a nakreslím rezonanční strukturu, která vznikla. Mám aromatický kruh, mám pí elektrony a mám vodík a brom navázané na kruhu. Přesunu pi elektrony sem. A vysvětlím: tyto pi elektrony se přesunuly sem, a tím vzaly vazbu tomuto atomu uhlíku. Je to jeden ze způsobů, jak získat náboj +1. Nakreslíme jinou rezonanční strukturu. Tyto pí elektrony se přesunou sem. Jaký bude výsledek teď? Opět mám kruh, mám vodík a brom, pí elektrony zůstávají tady a tyto se přesunuly jinam. Znovu vysvětlím: Tyto pí elektrony se přesunuly sem, a vzaly vazbu hornímu atomu uhlíku, který tak získal náboj +1. Máme tři rezonanční struktury pro jeden uhlíkový kation. Nezapomeňte, že stávající ion je hybrid všech tří rezonančních struktur. Označujeme ho jako sigma komplex. Posledním krokem v mechanismu elektrofilní aromatické substituce je deprotonace sigma komplexu a úprava aromatického kruhu. Podívejme se na to. Náš komplex bude fungovat jako zásada. Tyto elektrony mohou reagovat s protonem, přesunou se sem a obnoví aromatický kruh. Výsledkem je brombenzen. Protože tu máme hodně šipek, zvýrazním elektrony, na které se podíváme podrobněji. Označím je třeba modře. Přesunou se sem a dotvoří aromatický kruh. Celý tento komplex funguje jako zásada. Elektrony přitáhnou proton a vznikne HBr, bromovodík. Máme HBr a já zvýrazním jiné elektrony třeba zeleně. Podívejme se na katalyzátor. Katalyzátor AlBr₃ byl reakcí pozměněn. Takový je mechanismus bromace benzenu. Pokud byste chtěli vidět adici jiného halogenu na benzenové jádro, ukážeme si, jak probíhá chlorace. Na začátku je benzenové jádro a k němu chceme přidat chlor. Použijeme na to Cl₂. Katalyzátorem bude AlCl₃, chlorid hlinitý nebo FeCl₃. Je jedno, který katalyzátor použijeme. Výsledkem bude substituce jednoho protonu aromatického kruhu chlorem. Výsledkem tedy bude... ...podívám se, jestli to můžu nakreslit sem... benzenové jádro a na něm chlor, vznikne chlorbenzen. Dalším produktem reakce je HCl, tady je. Toto jsou dva mechanismy halogenace benzenu.
video