Concetti Chiave
- La nitrazione del toluene è regioselettiva, formando prevalentemente i prodotti orto e para a causa della stabilità dei carbocationi terziari rispetto a quelli secondari.
- Con sostituenti come -OH e -NH2, si formano carbocationi più stabili grazie alla delocalizzazione della carica positiva, favorendo gli attacchi orto e para.
- Nel nitrobenzene, la posizione meta è preferita per la nitrazione poiché evita la repulsione tra cariche positive nelle conformazioni orto e para.
- I gruppi meta orientanti, come il nitro, aldeidico e carbossilico, hanno atomi con carica positiva, che influenzano la regioselettività della reazione.
- La stabilità del carbocatione è determinante nella scelta della posizione di attacco durante la nitrazione, influenzando i prodotti finali.
Stabilità del carbocatione nel toluene
Nitrazione del toluene: nel caso dell’attacco orto-para, tra le differenti forme di risonanza dell’orto e del para nitrotoluene ve ne è una particolarmente stabile: quella in cui dove si forma un carbocatione terziario, ossia quella in cui la carica positiva si trova sul carbonio legate al gruppo metilico. Nel caso dell’attacco meta invece le forme di risonanza sono equivalenti e presentanti solamente carbocationi secondari; la nitrazione del
toluene è perciò una reazione regioselettiva perché forma prevalentemente le forme orto e para, a discapito delle meta;
2: nitrazione di un benzene legato a -OH, -NH2 e alogeni: nel caso dell’attacco orto-para, rispetto al caso precedente, vi è una formula di risonanza in più: se la carica positiva è adiacente a uno dei sostituenti in questione, un doppietto elettronico del sostituente può essere utilizzato per creare un doppio legate tra il sostituente e tra il carbonio dell’anello e per prelevare la carica positiva che si trova ora sul sostituente. Nel caso dell’attacco meta vi sono invece solamente tre forme di risonanza; quindi, per gruppi che possiedono doppietti elettronici, si prediligono gli attacchi orto e para perché in questo modo di formano carbocationi più stabili dal momento che presentano più forme di risonanza;
3: nitrazione del nitrobenzene: nella conformazione orto o para orientata si trova una situazione in cui la carica positiva del carbocatione è in corrispondenza della carica positiva del sostituente; questa struttura è molto instabile dato che le due cariche positive si respingono. Al contrario, in conformazione meta, ciò non si verifica. Il nitrogruppo è perciò meta orientante. In generale i gruppi meta orientanti presentano, legato all’anello, un atomo con carica positiva intera o parziale. Sono perciò gruppi meta orientanti anche il gruppo aldeidico e carbossilico.
Domande da interrogazione
- Perché la nitrazione del toluene è considerata una reazione regioselettiva?
- Qual è l'effetto dei sostituenti come -OH e -NH2 sulla nitrazione del benzene?
- Perché il nitrobenzene è considerato un gruppo meta orientante?
La nitrazione del toluene è regioselettiva perché forma prevalentemente le forme orto e para, dove si generano carbocationi terziari più stabili, a discapito della forma meta, che presenta solo carbocationi secondari.
I sostituenti come -OH e -NH2 favoriscono l'attacco orto-para durante la nitrazione, poiché possono stabilizzare il carbocatione attraverso la risonanza, creando forme di risonanza più stabili rispetto all'attacco meta.
Il nitrobenzene è meta orientante perché, nella conformazione orto o para, la carica positiva del carbocatione si trova in corrispondenza della carica positiva del sostituente, creando instabilità. Invece, nella conformazione meta, questa interazione non si verifica, rendendo il nitrogruppo meta orientante.
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