Επιρροή της Οδηγίας

Και τα έξι άτομα υδρογόνου στους δακτυλίους βενζολίου είναι ισοδύναμα, όπως δείξαμε. Ως αποτέλεσμα, οποιαδήποτε υποκατάσταση αντικαθιστά ένα από αυτά τα έξι άτομα υδρογόνου οδηγεί πάντα σε ένα μόνο μονο-υποκατεστημένο προϊόν.

Ωστόσο, όταν το μονο-υποκατεστημένο βενζόλιο υποκαθίσταται περαιτέρω, η ομάδα στον δακτύλιο βενζολίου επηρεάζει τις εισερχόμενες επιθετικές ομάδες.

Ο κατευθυντικός αντίκτυπος των ομάδων αναφέρεται στην ικανότητα μιας ομάδας που υπάρχει ήδη στον δακτύλιο βενζολίου να οδηγεί μια ομάδα που εισέρχεται σε ένα συγκεκριμένο μέρος.

Η παρουσία ενός υποκαταστάτη στον δακτύλιο έχει δύο αποτελέσματα:

Φαινόμενο προσανατολισμού:οι υποκαταστάτες έχουν αντίκτυπο στον προσανατολισμό της αντίδρασης. Το Ortho, το para και το meta, τα τρία πιθανά διυποκατεστημένα προϊόντα, δεν παράγονται σε ίσες ποσότητες.

Η θέση της δεύτερης υποκατάστασης καθορίζεται από τη φύση των υποκαταστατών που υπάρχουν ήδη στον δακτύλιο βενζολίου.

Ως αποτέλεσμα, κάθε ομάδα μπορεί να ταξινομηθεί σε μία από τις δύο κατηγορίες:ομάδες ορθο-παρά σκηνοθεσίας και μετα-σκηνοθετικές ομάδες.

Η αντιδραστικότητα των αρωματικών δακτυλίων επηρεάζεται από τους υποκαταστάτες. Ορισμένοι υποκαταστάτες ενεργοποιούν τον δακτύλιο, καθιστώντας τον πιο αντιδραστικό από το βενζόλιο.

Ορισμένες ομάδες, από την άλλη πλευρά, απενεργοποιούν τον δακτύλιο, καθιστώντας τον λιγότερο αντιδραστικό από το βενζόλιο.

Η ομάδα –ΟΗ, για παράδειγμα, καθιστά τον δακτύλιο πιο αντιδραστικό από το βενζόλιο στην αρωματική νίτρωση, αλλά η νιτροομάδα κάνει τον δακτύλιο λιγότερο αντιδραστικό.

Αντικατάσταση δακτυλίου βενζολίου

Όταν το μονο-υποκατεστημένο βενζόλιο προσβάλλεται ηλεκτροφιλικά, ο ρυθμός αντίδρασης και η θέση προσβολής διαφέρουν ανάλογα με τη λειτουργική ομάδα που συνδέεται με αυτό.

Ορισμένες ομάδες είναι γνωστές ως ομάδες ενεργοποίησης επειδή αυξάνουν την αντιδραστικότητα του δακτυλίου βενζολίου, ενώ άλλες είναι γνωστές ως ομάδες απενεργοποίησης επειδή μειώνουν την αντιδραστικότητα.

Περαιτέρω ταξινομούμε αυτές τις ομαδοποιήσεις σε δύο κατηγορίες με βάση τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζουν τον προσανατολισμό επίθεσης του εισερχόμενου ηλεκτροφίλου.

Οι σκηνοθέτες ορθο-παράταξης ενισχύουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων στις θέσεις «όρθο» και «παρά», ενώ οι μεταδιευθυντές αυξάνουν την πυκνότητα ηλεκτρονίων στη θέση «μετα».

Τα ακόλουθα είναι μερικά παραδείγματα κατευθυντικής επίδρασης λειτουργικής ομάδας στο μονο-υποκατεστημένο βενζόλιο:

Ορθο-παρά σκηνοθετική ομάδα: 

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αυτές οι ομάδες στοχεύουν τοποθεσίες «ορθό» και «παρά» για ηλεκτροφιλική επίθεση. Όλες οι ομάδες ενεργοποίησης, όπως –NH2, –NHR, –NHCOCH3, –OCH3, –CH3, –C2H5, είναι σκηνοθέτες «ορθό-παρά».

Η πυκνότητα ηλεκτρονίων στις θέσεις ορθο και παρά αυξάνεται λόγω του συντονισμού του δακτυλίου βενζολίου, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Ως αποτέλεσμα, οι φαινόλες έχουν ισχυρή συγγένεια ηλεκτροφιλικής προσβολής στις θέσεις «ορθο» και «παρά». Ως αποτέλεσμα, η ομάδα «–OH» μπορεί να ταξινομηθεί ως σκηνοθέτης ορθο-παρά.

Η πυκνότητα ηλεκτρονίων στις θέσεις «όρθο» και «παρά» αυξάνεται σε σύγκριση με τη θέση «μετα» λόγω του συντονισμού του δακτυλίου βενζολίου. Ως αποτέλεσμα, τα αλογόνα, παρά το γεγονός ότι είναι απενεργοποιητές λόγω της δράσης «-I», είναι επίσης ορθο-παρά σκηνοθέτες.

Μετα-σκηνοθετικές ομάδες: 

Αυτές οι ομάδες κατευθύνουν ηλεκτροφιλική επίθεση στις «μετα» θέσεις του συνδεδεμένου δακτυλίου βενζολίου. Οι μεταδιευθυντές γενικά απενεργοποιούν ομάδες, όπως –NO2, –CN, –CHO, –COR, –COOH, –COOR, –SO3H και ούτω καθεξής.

Η νίτρο ομάδα είναι μια ομάδα απενεργοποίησης δακτυλίου, που σημαίνει ότι μειώνει την πυκνότητα ηλεκτρονίων του συνδεδεμένου δακτυλίου βενζολίου.

Η πυκνότητα ηλεκτρονίων στη θέση «μετα» είναι αρκετά υψηλή σε σύγκριση με τις θέσεις «όρθο» και «παρά», όπως φαίνεται στο σχήμα.

Ως αποτέλεσμα, αυτές οι ομάδες είναι γνωστές ως μεταδιευθυντές επειδή επιτρέπουν την ηλεκτροφιλική αντικατάσταση του δακτυλίου σε «μετα» σημεία.

Τοξικότητα και καρκινογένεση:

Το βενζόλιο και οι πολυπυρηνικοί υδρογονάνθρακες με περισσότερους από δύο δακτυλίους βενζολίου συντηγμένους μεταξύ τους είναι δηλητηριώδεις και καρκινογόνοι.

Η ατελής καύση οργανικών υλικών όπως ο καπνός, ο άνθρακας και το πετρέλαιο τα παράγει.

Αυτά υπόκεινται σε μια ποικιλία μεταβολικών διεργασιών που βλάπτουν το DNA και καταλήγουν σε καρκίνο.

Συμπέρασμα

Οι ομάδες Ortho και Para Directing είναι ομάδες απελευθέρωσης ηλεκτρονίων που καθοδηγούν την εισερχόμενη ομάδα σε τοποθεσίες ορθο και παρά, 

όπου η πυκνότητα ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη. Ως αποτέλεσμα, η ηλεκτροφιλική υποκατάσταση συμβαίνει κυρίως σε αυτές τις θέσεις. Σε ορισμένες θέσεις, ο αρωματικός δακτύλιος γίνεται αντιδραστικός.

Η πυκνότητα ηλεκτρονίων είναι χαμηλότερη στη μετα-κατάσταση, επομένως είναι λιγότερο αντιδραστική. Οι ομάδες απόσυρσης ηλεκτρονίων, από την άλλη πλευρά, είναι μετακατευθυντικές.