Quy luật thế electrophin vào vòng benzen

QUY LUẬT THẾ ELECTROPHIN
VÀO VÒNG BENZEN
Người biên soạn:
Hoavang06
BENZEN (C
6
H
6
)
Vòng benzen là một vòng hợp bởi 6 nhóm C-H, mỗi nguyên tử C
còn lại một hóa trị;
Các nguyên tử C sử dụng hóa trị này tạo thành 3 nối đôi giống như
xiclohexadien.
3 nối đôi này không cố định mà có sự chuyển chỗ thường xuyên
giữa các nối đơn và nối đôi tạo thành vòng khép kín.
t­¬ng ®­¬ng víi
Công thức Kekule (1865):
BENZEN (C
6
H
6
)
Quan niệm hiện đại về cấu trúc của benzen:
Benzen có cấu tạo vòng đồng phẳng, 6 nguyên tử C và 6 nguyên tử H
nằm trên mặt phẳng là lục giác đều.
Sáu nguyên tử C trong benzen đều ở trạng thái lai hóa sp
2
tạo thành
mặt phẳng σ. Mỗi nguyên tử C còn một electron p chưa lai hóa xen phủ
hai phía với mức độ như nhau tạo thành hệ thống electron π giải toả đều
trên toàn bộ phân tử. Vòng benzen là một hệ liên hợp bền vững về mặt

nhiệt động học (năng lượng thơm hóa E = 36 kcal/mol).
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
Phản ứng thế electrophin ở vòng benzen (S
E
Ar)
Benzen tiêu biểu cho các hệ thống thơm, đặc điểm về cấu trúc của benzen thể
hiện các đặc điểm về tính chất:
- Khuynh hướng đi vào phản ứng thế chiếm ưu thế do ở phản ứng thế hệ
thống liên hợp được bảo toàn.
- Khuynh hướng đi vào phản ứng cộng giảm do ở phản ứng cộng hệ thống liên
hợp bị phá vỡ.
Phản ứng thế electrophin S
E
Ar là phản ứng đặc trưng quan trọng của vòng
benzen. Phản ứng tổng quát:
xóc t¸c
H
+
E Y
-
σσ

+
E
+
H Y
Tác nhân electrophin là cation E
+
hoặc phân tử E-Y.
Các phản ứng thế S
E
Ar đều cần sự có mặt của các chất xúc tác.
Vai trò của chất xúc tác là làm tăng quá trình tạo tác nhân electrophin.
Cơ chế phản ứng thế S
E
Ar
Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tác nhân electrophin tấn công vào hệ thống electron π của nhân thơm
tạo thành một phức
π
; tiếp đó phức
π
chuyển thành phức
σ
:
Giai đoạn 2: phức
σ
là một cation không bền với 4 electron π giải toản trên 5 nguyên
tử C; nguyên tử C thứ sáu của vòng liên kết với E ở trạng thái lai hóa sp
3
. Phức
σ

được bền
hóa theo 2 cách:
+ Cộng anion Y
−
để tạo thành hệ thống vòng xiclohexadien (tạo sản phẩm cộng)
+ Tách proton để tạo lại hệ thống electron π của vòng thơm (tạo sản phẩm thế).
Khuynh hướng tách
proton H
+
được ưu
tiên hơn do có mức
năng lượng thấp
hơn.
Một số phản ứng thế S
E
Ar
Halogen hóa
Benzen
Br
2
/FeBr
3
Brom benzen
Br
+ HBr
Br
2
+ FeBr
3
Br + [FeBr

4
]
Cơ chế:
Nitro hóa
Cơ chế:
HNO
3
+ H
2
SO
4
NO
2
+ 2HSO
4
+ H
2
O
Sunfo hóa
Cơ chế:
H
2
SO
4
SO
3
+ H
3
O + HSO
4