Tiểu Luận Phản ứng thế electrophin và nucleophin vào nhân thơm

. Phản ứng thế ái điện tử

Phản ứng thế ái điện tử (Electrophilic Substitution - SE ) là phản ứng thế đặc trưng của benzene và dẫn xuất cũng như các hợp chất hydrocarbon thơm nói chung. Trong đó, tác nhân ái điện tử tấn công vào nhân thơm thường là một cation hay phần dương của một phân tử phân cực. Nhóm bị thế tách ra nhưng sẽ không mang theo đôi điện tử, hầu hết trong các trường hợp là proton H+ . Tác nhân ái điện tử có thể đi từ nhiều nguồn khác nhau và được hình thành bằng nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên các phản ứng này đều phải tuân theo một cơ chế chung, gồm có hai giai đoạn và là phản ứng lưỡng phân tử. Ví dụ, xét phản ứng giữa một tác nhân phân cực X-Y nào đó với benzene (giả sử X mang một phần điện tích dương, Y sẽ mang một phần điện tích âm), cơ chế phản ứng gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất: Đây là giai đoạn tạo phức σ (benzonium cation), được mô tả như sau:



Tác nhân ái điện tử tấn công vào nhân thơm trước hết sẽ hình thành phức π không bền. Trong phức π, hệ điện tử π của nhân thơm vẫn được bảo toàn và chưa có liên kết cộng hóa trị giữa tác nhân ái điện tử và nguyên tử carbon của nhân thơm. Quá trình tạo thành cũng như phân hủy các phức π xảy ra nhanh hơn nhiều so với các giai đoạn khác nên không có ảnh hưởng nhiều lên tốc độ phản ứng cũng như bản chất của sản phẩm được hình thành. Thông thường thì không thể cô lập được các phức π, tuy nhiên sự tồn tại của phức π được xác nhận bằng các phương pháp phân tích hóa lý.

Phức π sẽ chuyển hóa thành phức σ hay còn gọi là benzonium cation. Phức σ là sản phẩm trung gian không bền của phản ứng thế ái điện tử. Trong phức σ đã hình thành liên kết thực sự giữa tác nhân ái điện tử và một nguyên tử carbon của nhân thơm. Đó là một cation vòng không no, bốn điện tử π được phân bố trên năm orbital p của năm nguyên tử carbon vẫn ở trạng thái lai hóa sp2. Nguyên tử carbon còn lại có tham gia liên kết với tác nhân ái điện tử chuyển sang trạng thái lai hóa sp3, có cấu trúc tứ diện. Giai đoạn tạo phức σ là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng thế ái điện tử.