Adottak a következő vegyületek: benzol, fenol, benzoesav és klórbenzol. A nitrálási reakcióban a vegyületek reaktivitásának csökkenő sorrendje hogyvan?

A nitrálás lényege, hogy egy nitrónium ion, azaz egy NO2(+) támad rá a benzolgyűrű pi-elektron rendszerére. Logikus tehát, hogy minél elektrondúsabb a gyűrű, annál jobban megnő a vonzás a benzol és a támadó fél között, vagyis annál könnyebben megy a reakció. Azt kell tehát eldönteni, hogy a gyűrűn lévő csoportok elektronküldők, vagy elektronszívók. A csupasz benzol lesz középen, tőle jobban reagálnak az elektronküldővel ellátott gyűrűk, lassabbak viszont az elektronszívós gyűrűk.

A funkciós csoportok elektronküldési vagy szívási hajlamát két jelenség segít eldönteni, ezek az I és az M effektus. Mindkettőből van + és -. Az I effektus lényege az elektronegativitások különbsége. Ha egy szénnél nagyobb elektronegativitású elem kapcsolódik a szénhez, akkor az elszipkázza tőle az elektront. ez a -I effektus. Ha viszont a szénnél kisebb elektronegativitású elemem van (illetve ide soroljuk még az egyszerű alkil-csoportokat pl a metilt, etilt, stb. is), akkor azok elektronküldőek lesznek, +I effektusról beszélünk.

Az M effektus már kicsit bonyolultabb. Azt kell megvizsgálni, hogy a benzolgyűrűhöz hozzá tud-e adni vagy el tud-e venni egy elektronpárt a funkciós csoport. Például egy oxigén nemkötő elektronpárokkal rendelkezik, amit "be tud donálni" a benzolgyűrű aromás rendszerébe, megnövelve ezzel az elektronsűrűséget, tehát ő +M effektusú. Vannak azonban olyan csoportok, amik nem csak hogy nem rendelkeznek nemkötő elektronpárral, hanem még ki is tudnak emelni a benzolból egy "kettős kötést", ez viszont van annyira bonyolult, hogy egy ilyen kommentben nem lehet jól elmagyarázni, keress rá az M effektusra és próbálj az ábrák alapján tájékozódni. Szerencsére -M effektus most nem szerepel a feladatban, tehát enélkül is megoldjuk a dolgot.

Lássuk a feladatot. A benzol lesz középen, és még meg kell vizsgálni, hogy az OH, COOH és a Cl csoportok közül kik az elektronküldők, és kik a szívók. Az O nagy elektronegativitású elem, tehát -I effektusa van, viszont rendelkezik nemkötő elektronpárral, ami miatt +M effektusa is lesz. A két hatás közül az oxigén esetén a +M a nagyobb, ezért ő elektronküldő. (Ez az amit nem lehet logikával magyarázni, tanuld meg hogy oxigénre +M>-I) A COOH az ugyan szénatommal kapcsolódik a benzolhoz, de mivel rajta két O is található, ezért az elektronszívó csoportok közé soroljuk (-I), M effektusa ennek a csoportnak enyhén negatív, ezt most nem fejteném ki részletesen, de lényeg hogy két negatív effektusunk is van, ez a csoport erősen elektronszívó. A klór is nagy elektronegativitású elem (erős -I effektus), de nemkötő elektronpárjai is vannak (+M effektus), kettejük közül a -I az erősebb, de mivel ezt gyengíti némi pozitív effektus jelenléte, ezért a klór csak max közepesen elektronszívó csoport.

Tehát a sorrend: elektronküldősek>csupsz benzol>elektronszívósak. Elektronszívósból kettő is van, de megbeszéltük hogy a COOH kettős negatív effektusú, a klór pedig 1+ és 1- tehát a COOH elektronszívóbb, A helyes sorrend: benzoesav<klórbenzol<benzol<fenol (legkevésbé reaktívtól kezdve a legreaktívabb felé).