Нитрование бензола

Нитрование бензола — реакция замещения атома водорода в бензольном кольце нитрогруппой с образованием нитробензола. Нитрование проводят под действием нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот) при 45-50 °С. Серная кислота необходима для увеличения выхода электрофильной частицы — катиона нитрония:

Нитрование протекает по ^механизму; скоростьопределяющей стадией является образование а-комплекса:

Сульфирование бензола

Сульфирование бензола — реакция замещения атома водорода в бензольном кольце на сульфогруппу с образованием бензолсульфоновых кислот. Реакция протекает по механизму S_E с участием электрофильной частицы — катиона сульфония либо нейтральной молекулы серного ангидрида (SO3):

Сульфирование, в отличие от других реакций S_E, является обратимой реакцией. Обратная реакция называется десульфированием, ее скорость увеличивается при снижении концентрации сульфирующего агента. Десульфирование проводят также при обработке бензолсульфоновой кислоты перегретым водяным паром:

Сульфогруппа в бензольном кольце может легко замещаться другими функциональными группами, поэтому сульфоновые кислоты являются исходными веществами для синтеза многих классов ароматических соединений (фенолов, ариламинов, карбоновых кислот и др.).

Алкилирование по Фриделю — Крафтсу

Алкилирование бензола — реакция замещения атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу в присутствии кислот Льюиса, которые впервые были использованы в качестве катализатора Ш. Фриделем и Дж. Крафтсом. Применяется для получения гомологов бензола. Реакция алкилирования алкил- галогенидами протекает по механизму электрофильного замещения после образования электрофильной частицы с участием катализатора (безводного хлорида металла), например хлорида железа (III):

Механизм алкилирования (Sp):

Регенерация катализатора:

Вступающий в кольцо алкил умеренно активирует его за счет +/-эффекта, поскольку является электронодонорным заместителем, поэтому может протекать реакция полиалкилирования с образованием диалкилпроизводных бензола.

В реакциях алкилирования помимо алкилгалогенидов могут быть использованы и другие алкилирующие агенты, например алкены и спирты (в кислой среде):

Реакции алкилирования ароматических субстратов имеют биологические аналоги и осуществляются в живых организмах, например при синтезе некоторых жирорастворимых витаминов и коферментов.