Ориентационные эффекты заместителей

• Активирующие заместители — группы, повышающие реакционную способность кольца и увеличивающие его электронную плотность.
• Дезактивирующие заместители — группы, снижающие реакционную способность кольца и уменьшающие его электронную плотность.
• Орто-пара-ориентанты — заместители, направляющие электрофильную атаку в орто- и пара-положения.
• Мета-ориентанты — заместители, направляющие электрофильную атаку в мета-положение.
• Индуктивный эффект (I-эффект) — смещение электронной плотности по σ-связям вследствие различия электроотрицательностей атомов.
• Мезомерный эффект (M-эффект) — делокализация π-электронов между заместителем и ароматическим кольцом.

Заместители, присоединённые к бензольному кольцу, влияют на скорость и направление электрофильного замещения благодаря своим индуктивным и мезомерным эффектам^[1].

Группы, обладающие +I и/или +M эффектами, увеличивают электронную плотность в кольце и направляют электрофильную атаку в орто- и пара-положения^[2].

• Гидроксильная группа (–OH): +I и +M эффекты.

• Аминогруппа (–NH₂): +I и +M эффекты.

• Алкильные группы (–CH₃, –C₂H₅): +I эффект.

• Галогены (–F, –Cl, –Br, –I): –I и +M эффекты.

Заместители с –I и/или –M эффектами снижают электронную плотность в кольце и направляют атаку в мета-положение.

• Нитрогруппа (–NO₂): –I и –M эффекты.

• Карбонильные группы (>C=O): –I и –M эффекты.

• Сульфогруппа (–SO₃H): –I и –M эффекты.

• Циангруппа (–CN): –I и –M эффекты.

Смещает электронную плотность по σ-связям.

• +I эффект: заместитель отдаёт электронную плотность в кольцо.
• –I эффект: заместитель оттягивает электронную плотность из кольца.

Обусловлен взаимодействием π-электронов.

• +M эффект: заместитель передаёт электронную плотность в кольцо через сопряжение.
• –M эффект: заместитель выводит электронную плотность из кольца^[3].

Метильная группа (–CH₃) является орто-пара-ориентантом с +I эффектом.

${\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{5}CH_{3}+HNO_{3}\longrightarrow {\begin{cases}\ \ \ ortho{-}NO_{2}{-}C_{6}H_{4}CH_{3}\\\ \ \ para{-}NO_{2}{-}C_{6}H_{4}CH_{3}\end{cases}}+H_{2}O} }$.

Продукты реакции — орто- и пара-нитротолуолы.

Нитрогруппа (–NO₂) — мета-ориентант с –M и –I эффектами:

${\displaystyle {{\ce {C_6H_5NO_2 + HNO_{3}-> meta{-}(NO_2)_2-C_6H_4 + H_2O}}}}$.

Образуется мета-динитробензол.

Понимание ориентационных эффектов заместителей позволяет предсказывать продукты электрофильных ароматических замещений. Заместители влияют на реакционную способность и направление замещения через индуктивные и мезомерные эффекты, что является ключевым для синтеза нужных соединений в органической химии.