تفاعلات المركبات الأروماتية

ما هي تفاعلات المركبات الأروماتية؟

الهيدروكربونات الأروماتية: هي عبارة عن مركبات عضوية ذات هيكل دائري تحتوي على روابط سيجما مع إلكترونات باي غير محددة التمركز ويشار إليها أيضًا باسم أرينيس أو هيدروكربونات أريل.

يشار إلى الهيدروكربونات الأروماتية التي لا تحتوي على حلقة بنزين عادةً باسم الهيتيروارين وتخضع كل هذه الكائنات غير المتجانسة لقاعدة (Huckel) العدد الإجمالي لإلكترونات (pi) في حلقة أحادية الحلقة (4n + 2) حيث (n) هي أي عدد صحيح موجب أو صفر. في هذه الأنواع من المركبات يتم استبدال كربون واحد على الأقل إما بالنيتروجين أو الأكسجين أو الكبريت. من الأمثلة الشائعة على الكائنات غير المتجانسة الفوران (يحتوي على الأكسجين) والبيريدين (يحتوي على النيتروجين).

تخضع المركبات الأروماتية أو الأرينات لتفاعلات الاستبدال حيث يتم استبدال الهيدروجين العطري بمحلول كهربائي ومن ثمّ تستمر تفاعلاتها عن طريق الاستبدال الإلكتروفيلي. تحتوي الأرينات على روابط مزدوجة تمامًا مثل الألكينات ولكنّها لا تخضع للإضافة الكهربية لأنّها قد تؤدي إلى فقدها لعطرية الحلقة ويخضع ترتيب الاستبدال في المركبات العطرية لطبيعة البدائل الموجودة في الحلقة العطرية، في تفاعلات الاستبدال العطرية الكهربية يتم إنشاء (carbocation) بينما في البدائل العطرية (nucleophilic) يتم إنشاء (carboanion). تفاعلات الهدرجة تحوّل المركبات العطرية إلى مركبات مشبعة، يسمح اقتران المعدن مثل تفاعل سوزوكي بتكوين روابط كربون – كربون بين مركبين عطريين أو أكثر.

غالبًا ما تتم ملاحظة حلقة البنزين للاستقرار الذي تكتسبه من عطريتها، ومع ذلك يمكن أن تشارك المركبات العطرية في مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية بما في ذلك مجموعة من تفاعلات الاستبدال والاقتران والهدرجة. الإلكترونات في نظام روابط (pi) لحلقة البنزين مسؤولة عن التفاعل الملحوظ في حين أنّ أفضل تمثيل للمركبات العطرية هو كثافة الإلكترون المستمرة الموزعة بالتساوي حول النواة العطرية، فإنّ الروابط الفردية والمزدوجة التي يتم رسمها عادةً تكون مفيدة للغاية عند التنبؤ بفاعلية المركبات العطرية.

العديد من التفاعلات الشائعة للألكينات (روابط الكربون – الكربون المزدوجة) تعمل أيضًا بطريقة مماثلة مع (الروابط المزدوجة) في المركبات العطرية على الرغم من أنّ حاجز التنشيط أعلى بشكل عام بسبب قوة تثبيت العطرية (حوالي 36 كيلو كالوري / مول).

تفاعلات الاستبدال في المركبات الأروماتية

من الأمثلة على تفاعل الاستبدال في المركبات العطرية في حالة وجود حمض النيتريك والكبريتيك القوي يمكن إضافة مجموعة نيترو إلى الحلقة. مثال آخر على تفاعل الاستبدال العطري تهاجم الرابطة المزدوجة كاتيون (NO2) ثمّ يُفقد بروتون (كاتيون الهيدروجين) لإعادة تنظيم النظام.

تفاعل استبدال أروماتي للنيوكلوفيل

في تفاعل الاستبدال الأروماتي المحب للنيوكليوفيل يحل محب النواة النووي محل بديل على حلقة عطرية، وعادةً ما تكون الأنواع المستبدلة مجموعة ترك جيدة مثل غاز النيتروجين أو أيون الهاليد ويمكن أن يؤدي وجود مجموعة سحب الإلكترون على الحلقة إلى تسريع تقدم هذه الفئة من التفاعلات. كيميائيًا هذا مشابه لتفاعل إضافة إلى نظام غير مشبع يعاني من نقص الإلكترون متبوعًا بتفاعل الإزالة.

تفاعل استبدال أروماتي إلكتروفيلي

في تفاعل الاستبدال الأروماتي الإلكتروفيلي يتم إزاحة البديل الموجود على حلقة عطرية بواسطة جهاز كهربائي وتشمل هذه التفاعلات النترات العطرية والهالوجين العطري والسلفنة العطرية والتأهيلات والألكيلات الخاصة بفريدل كرافتس. يمكن أن تتضمن هذه التفاعلات وسيطًا كربونيًا مستقرًا بالرنين يُعرف باسم مجمع سيجما ويمكن التفكير في التفاعل من حيث ألكين يهاجم نوعًا كاتيونيًا كما هو الحال في الخطوة الأولى لترطيب ألكين محفز بالحمض.

لوحظ عدد من الأنماط بخصوص تفاعل حلقات البنزين المستبدلة وتمّ تعميم هذه الملاحظات لتوفير قاعدة تنبؤية للبدائل العطرية الالكتروفيلية وتنص هذه القاعدة على أنّ البديل المتبرع بالإلكترون يسرّع بشكل عام الاستبدال ويوجه التفاعل نحو المواضع التي تكون (ortho) و(para) لها على الحلقة بينما البديل الذي يسحب الإلكترون سيبطئ تقدم التفاعل ويفضل الموضع الفوقي على الحلقة.

تحدث آلية الاستبدال العطري الكهربائي (EAS) من الأسفل إلى الأعلى، حيث يحدث استبدال عطري كهربائي (ortho) أو (para) لمجموعات التبرع بالإلكترون مثل الأمينات بسبب استقرار الشحنة الموجبة الوسيطة. بسبب الإلكترونات التي توفرها مجموعة (NH2) يتم تثبيت هذا الوسيط.

كلورة البنزين – Chlorination Of Benzene

تستمر المعالجة بالكلور بشكل مماثل إلى المعالجة بالبروم وفي هذا التفاعل يكون محفز حمض لويس المستخدم هو (AlCl₃).

نترات التولوين – Nitration Of Toluene

تتفاعل مشتقات البنزين بالمعنى العام بنفس الطريقة التي يتفاعل بها البنزين وعلى الرغم من وجود بعض الاختلافات المثيرة للاهتمام فمثلاً يتفاعل التولوين أسرع بنحو (25) مرة من البنزين في ظل ظروف مماثلة ويعد التولوين نشط نحو الاستبدال العطري الإلكتروفيلي وأنّ مجموعة الميثيل هي مجموعة تنشيط، ينتج عن نترات التولوين خليط من المنتجات المنتجات الرئيسية هي تلك التي يتم استبدالها في (ortho) أو (para).