Наиболее типичной реакцией электрофильного замещения является реакция нитрования бензола, приводящая к образованию нитробензола:
Механизм реакции электрофильного замещения включает пять стадий.
1. На первой стадии образуется электрофильный реагент. В условиях реакции нитрования электрофильным реагентом является нитроний–катион. Образуется нитроний–катион в результате взаимодействия двух молекул азотной кислоты или взаимодействия молекулы азотной кислоты и молекулы серной кислоты:
2. На второй стадии образуется π-комплекс между молекулой бензола и электрофильным реагентом. Особенность π-комплекс в том, что все атомы углерода в молекуле субстрата находятся в состоянии sp2-гибридизации:
3. На третье стадии один атом углерода бензольного кольца переходит в состояние sp3-гибридизации. При этом образуется σ-комплекс или бензенониевый (аренониевый) ион:
4. На четвертой стадии σ-комплекс перегруппировывается во второй π-комплекс с замещенным атомом углерода:
|
|
5. На пятой стадии π-комплекс диссоциирует с образованием конечного продукта замещения:
На четвертой стадии механизма σ-комплекс мог бы присоединить нуклеофильный реагент, что привело бы к образованию продукта присоединения и разрушению ароматической системы. Система предпочитает сохранить ароматическую систему, и сама делает выбор в пользу замещения.
5.5. Реакции электрофильного замещения катализируемые кислотами Бренстеда и σ -кислотами.
К числу реакций электрофильного замещения катализизируемых кислотами Бренстеда и σ-кислотами относятся: