Γιατί οι 5-μέι δακτύλιοι αρωματικοί ετεροκυκλοί πυρρόλης και φουράνης υποβάλλονται σε ηλεκτρόφιλη υποκατάσταση ταχύτερα από το βενζόλιο, ενώ 6 μέλη όπως η πυριδίνη είναι λιγότερο αντιδραστικές βενζ;
Δαχτυλίδια 5 μελών (πυρρόλης και φουρανίου) - πιο αντιδραστικά από το βενζόλιο:
* πλούσια σε ηλεκτρόνια φύση: Το Pyrrole και το Furan περιέχουν ετεροατόματα (Ν και Ο, αντίστοιχα) με ζεύγη ηλεκτρονίων. Αυτά τα μοναχικά ζεύγη απομακρύνονται στο σύστημα π του δακτυλίου, καθιστώντας τον πλούσιο σε ηλεκτρόνιο δακτύλιο.
* Αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων: Αυτή η αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων καθιστά το δακτύλιο πιο ευαίσθητο στην επίθεση από ηλεκτρόφιους, καθώς προσελκύονται από το πλούσιο σε ηλεκτρόνια περιβάλλον.
* σταθεροποίηση συντονισμού: Οι δομές συντονισμού των πυρρόλης και του φουρανίου τοποθετούν ένα αρνητικό φορτίο στα άτομα άνθρακα δίπλα στο ετεροατόμα. Αυτό το αρνητικό φορτίο αυξάνει περαιτέρω την πυκνότητα ηλεκτρονίων και ενισχύει την αντιδραστικότητα τους.
* Επαγωγικό αποτέλεσμα: Τα ετεροατόμα σε πυρρόλη και φουράν έχουν επαγωγική επίδραση Α +Ι (Ηλεκτρονική-δονητική) που συμβάλλει επίσης στον πλούτο του ηλεκτρονίου του δακτυλίου.
Δαχτυλίδια με 6 μέλη (πυριδίνη) - λιγότερο αντιδραστικά από το βενζόλιο:
* Φύση με ηλεκτρονικά φτωχό: Το άτομο αζώτου στην πυριδίνη έχει ένα μοναδικό ζεύγος ηλεκτρονίων, αλλά δεν είναι πλήρως απομακρυσμένο στο σύστημα π. Το άτομο αζώτου αποσύρεται στην πραγματικότητα πυκνότητα ηλεκτρονίων από το δακτύλιο λόγω της ηλεκτροαρνητικότητάς του.
* Μειωμένη πυκνότητα ηλεκτρονίων: Αυτή η απόσυρση ηλεκτρονίων καθιστά το δακτύλιο λιγότερο πλούσιο σε ηλεκτρόνια και λιγότερο ευαίσθητη στην επίθεση από ηλεκτρόφιλους.
* Δομές συντονισμού: Οι δομές συντονισμού της πυριδίνης τοποθετούν ένα θετικό φορτίο στο άτομο αζώτου, μειώνοντας περαιτέρω την πυκνότητα ηλεκτρονίων του δακτυλίου.
* Επαγωγικό αποτέλεσμα: Το άτομο αζώτου στην πυριδίνη έχει ένα -I επαγωγικό αποτέλεσμα (που εμπλέκεται από ηλεκτρόνια) που συμβάλλει επίσης στην ανεπάρκεια ηλεκτρονίων του δακτυλίου.
Βασικές διαφορές:
* πυκνότητα ηλεκτρονίων: Η βασική διαφορά είναι η πυκνότητα ηλεκτρονίων των δακτυλίων. Το Pyrrole και το Furan είναι πλούσιες σε ηλεκτρόνια, ενώ η πυριδίνη είναι φτωχό με ηλεκτρόνια.
* Αντιδραστικότητα: Οι πλούσιοι σε ηλεκτρόνια δακτυλίους είναι πιο αντιδραστικοί προς το EAS, ενώ οι δακτύλιοι με φτωχό ηλεκτρόνιο είναι λιγότερο αντιδραστικά.
Συνοπτικά:
Η αντιδραστικότητα των αρωματικών ετεροκυκλίων στις αντιδράσεις EAS σχετίζεται άμεσα με την πυκνότητα ηλεκτρονίων τους. Τα 5-μέλη δακτυλίων όπως το πυρρόλιο και το φουρανικό είναι πιο αντιδραστικοί από το βενζόλιο λόγω της πλούσιας σε ηλεκτρόνια φύση τους, ενώ οι 6-μελές δακτυλίους όπως η πυριδίνη είναι λιγότερο αντιδραστικά λόγω της φύσης τους.
