Concetti Chiave
- I sostituenti si classificano in attivanti, che aumentano la reattività dell'anello benzenico, e disattivanti, che la riducono, influenzando la velocità delle reazioni.
- L'effetto induttivo è legato alla differenza di elettronegatività, con gruppi più elettronegativi che tendono ad attirare elettroni, mentre l'effetto mesomero si basa sulla condivisione degli elettroni attraverso risonanza.
- I gruppi attivanti come NH2 e OH donano elettroni all'anello tramite risonanza, rendendo l'anello più reattivo, mentre i gruppi disattivanti come NO2 e SO3H hanno un effetto opposto.
- La posizione di attacco del secondo gruppo in una reazione di sostituzione elettrofila è influenzata dall'ingombro sterico e dalla natura del sostituente, con attivanti che orientano in orto-para e disattivanti in meta.
- Gli alogeni, pur essendo disattivanti per effetto induttivo, orientano in orto-para grazie alla loro capacità di stabilizzare l'anello attraverso l'effetto mesomero.
Tipi di sostituenti
Ci sono due tipi di sostituenti:
- Quelli che attivano l’anello: attivare qualcosa significa renderlo più reattivo verso una data reazione. I composto che reagiscono più velocemente del benzene sono quelli attivati. (CH3,OCH3,NH2,OH, alogeni in orto-para)
- Quelli che disattivano l’anello: disattivare significa renderlo meno reattivo. I composti che reagiscono più lentamente rispetto al benzene sono disattivati. (NO2,SO3H,C=OH,C=OOH)
Quali sono gli effetti induttivi e mesomeri?
- Effetto induttivo: dipende dalla differenza di elettronegatività tra i gruppi: quelli più elettronegativi sono –I, attirano elettroni per effetto induttivo, e avviene attraverso i legami sigma. +I sono attivanti (CH3 è l’unico, anche CH3CH2 ecc, tutti i gruppi alchilici, perché cedono elettroni). Con Cl, O, NH2, NO2, sono –I, perché sono gruppi più elettronegativi dell’H quindi tendono ad attirare verso di sé gli elettroni.
- Effetto mesomero: corrisponde alla condivisione degli elettroni; è l’effetto della risonanza=condivisione elettronica. Se il gruppo ha doppietti elettronici liberi, può condividere i doppietti con l’anello benzenico, e sono +M, cioè attivanti per effetto mesomero. Ogni struttura di risonanza stabilizzano e rendono più reattivo.
I gruppi che attirano elettroni, forma strutture di risonanza che usa elettroni dell’anello, la carica positiva si sposta, quindi contribuiscono a disattivare l’anello in quanto attirano elettroni.
Attivanti e disattivanti
Risultano fortemente attivanti: NH2, anilina, OH, fenolo, OCH3, anisolo, (CH3-OH cresolo) donano elettroni all’anello per risonanza, li richiamano per effetto I, ma prevale la risonanza. Sono attivanti per effetto +M
Sostituenti moderatamente attivanti: NH-C(=O)R oppure O-CR=O)
Ci sono doppietti liberi sull’atomo attaccato all’anello.
Debolmente attivanti: CH3, CH2CH3 ecc sono +I, non hanno effetto mesomero perché non hanno elettroni da condividere; gli alogeni hanno –I e +M, ma prevale l’effetto induttivo, quindi gli alogeni sono disattivanti.
Disattivanti: hanno –I e –M C=OH, C=OR, C=OOR, C=OOH, NO2 (il più fote), C=-N,SO3H.
+I e +M non è presente.
Per fare risonanza devo spostare doppi legami.
Orientazione : dipende dall’effetto mesomero.
Gli attivanti orientano in orto-para: il secondo gruppo si attacca in orto-para. Dipende dall’ingombro sterico se il gruppo è molto grande, il secondo si attaccherà in para, non in orto, anche se quindi in orto abbiamo due posizioni possibile, si attaccherà di più in para per l’ingombro sterico.
Se il gruppo è disattivante, orienta in meta;
Gli alogeni, disattivano l’anello ma orientano in orto-para, perché hanno un –I che prevale e disattiva, ma il +M determina l’orientamento, quindi sarà meta.
Domande da interrogazione
- Quali sono i principali tipi di sostituenti e come influenzano la reattività dell'anello benzenico?
- Qual è la differenza tra effetto induttivo e effetto mesomero?
- Come si classificano i sostituenti in base alla loro attivazione?
- Qual è l'effetto dell'ingombro sterico sull'orientazione dei sostituenti?
I sostituenti si dividono in attivanti, che aumentano la reattività dell'anello (es. CH3, OCH3, NH2), e disattivanti, che la riducono (es. NO2, SO3H). Gli attivanti reagiscono più velocemente del benzene, mentre i disattivanti reagiscono più lentamente.
L'effetto induttivo è legato alla differenza di elettronegatività e coinvolge il trasferimento di elettroni attraverso legami sigma, mentre l'effetto mesomero riguarda la condivisione degli elettroni e la stabilizzazione dell'anello benzenico tramite risonanza.
I sostituenti possono essere fortemente attivanti (es. NH2, OH), moderatamente attivanti (es. NH-C(=O)R), debolmente attivanti (es. CH3) e disattivanti (es. NO2, C=OH). Gli attivanti donano elettroni, mentre i disattivanti li attirano.
L'ingombro sterico influisce sull'orientazione dei sostituenti: i gruppi attivanti tendono a orientarsi in orto-para, mentre i disattivanti orientano in meta. Se un gruppo è grande, il secondo sostituente si attaccherà preferibilmente in para per evitare l'ingombro.
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