Активирующие и дезактивирующие заместители — Органическая химия для олимпиад

Активирующие и дезактивирующие заместители

8 заданий

Доноры и акцепторы

linkОпора

В уроках 178–183 мы не раз видели, что заместитель в кольце влияет на реакцию: толуол нитруется легче бензола, а нитробензол — гораздо труднее. Теперь разберём это влияние систематически. Заместитель в кольце меняет скорость электрофильного замещения (урок 177) в миллионы раз. Доноры электронов (урок 27) ускоряют реакцию и называются активаторами, акцепторы замедляют её и называются дезактиваторами. Умение отличать одни от других понадобится, чтобы предсказывать продукты замещения в следующих уроках.

Как оценить влияние заместителя

  1. Если у атома, связанного с кольцом, есть неподелённая пара (\(\ce{-NH2}\), \(\ce{-OH}\), \(\ce{-OR}\)), заместитель отдаёт её кольцу по резонансу и сильно активирует кольцо.
  2. Алкильные группы отдают электроны индуктивно и слабо активируют кольцо.
  3. Группы с кратной связью к электроотрицательному атому (C=O, \(\ce{NO2}\), CN) оттягивают электроны по резонансу и дезактивируют кольцо.
  4. Галогены слабо дезактивируют кольцо: их индуктивный эффект сильнее резонансного (урок 186).
Донор снижает барьер, акцептор повышает
Донор снижает барьер, акцептор повышает
ЗаместительНитрование, относительно бензола
\(\ce{-OH}\)~1000
\(\ce{-CH3}\)25
\(\ce{-H}\)1
\(\ce{-Cl}\)0,033
\(\ce{-COOC2H5}\)0,0037
\(\ce{-NO2}\)\(6 \cdot 10^{-8}\)

Примеры

1. Анизол и бром. Метоксигруппа — донор по резонансу; анизол бромируется без катализатора и даёт 4-броманизол, тогда как бензолу нужен бромид железа.

Сильный активатор: реакция идёт без кислоты Льюиса
Сильный активатор: реакция идёт без кислоты Льюиса

2. Ацетофенон и нитрующая смесь. Ацетильная группа — акцептор; ацетофенон нитруется намного медленнее бензола, только при нагревании, и даёт 3-нитроацетофенон.

Дезактивированное кольцо требует жёстких условий
Дезактивированное кольцо требует жёстких условий

errorАктиватор — атом с неподелённой парой рядом с кольцом

Решает не элемент, а его окружение. Азот амидной группы \(\ce{-NHCOR}\) имеет свободную пару и отдаёт её кольцу — это донор и активатор. Азот нитрогруппы \(\ce{-NO2}\) свободной пары для кольца не имеет и оттягивает электроны — это акцептор и дезактиватор.

edit_noteПопробуйте сами

Что активнее в нитровании: анизол или бензол?

expand_moreПоказать решение

Анизол: метоксигруппа отдаёт кольцу неподелённую пару кислорода и активирует его.

Почему доноры ускоряют

Скорость электрофильного замещения определяется устойчивостью σ-комплекса: по постулату Хэммонда (урок 79) чем устойчивее интермедиат, тем ниже ведущий к нему барьер. Заместитель, стабилизирующий положительный заряд σ-комплекса, ускоряет реакцию, а дестабилизирующий — замедляет.

Как объяснить действие заместителя

  1. σ-Комплекс — катион. Донор с неподелённой парой делокализует его положительный заряд и тем самым ускоряет реакцию.
  2. Акцептор усиливает недостаток электронов в σ-комплексе и замедляет реакцию.
  3. Сравнивайте σ-комплексы: чем устойчивее σ-комплекс, тем ниже барьер его образования.
\[\ce{C6H5OH + 3Br2 -> C6H2Br3OH v + 3HBr}\]

Примеры

1. Фенол и бромная вода. Гидроксильная группа настолько сильно стабилизирует σ-комплекс, что фенол мгновенно и без катализатора даёт 2,4,6-трибромфенол — белый осадок.

Пара кислорода делокализует плюс σ-комплекса
Пара кислорода делокализует плюс σ-комплекса

2. Этилбензоат. Сложноэфирная группа оттягивает электроны, σ-комплекс дестабилизирован, и нитрование идёт в сотни раз медленнее, чем у бензола.

этилбензоат: нитруется в 270 раз медленнее бензола
этилбензоат: нитруется в 270 раз медленнее бензола
Акцептор повышает барьер образования σ-комплекса

errorСлишком активное кольцо трудно остановить

Фенол и анилин замещаются сразу по всем свободным орто- и пара-положениям, и монозамещённый продукт прямой реакцией получить нельзя. Чтобы остановиться на одном заместителе, активность кольца снижают защитой: аминогруппу ацилируют, а фенол превращают в эфир (урок 188).

edit_noteПопробуйте сами

Почему анилин бромируется без катализатора?

expand_moreПоказать решение

Аминогруппа сильно стабилизирует σ-комплекс, поэтому бром реагирует и без кислоты Льюиса.

push_pinГлавное

Доноры электронов стабилизируют σ-комплекс и ускоряют замещение (активаторы): сильные — \(\ce{-NH2}\), \(\ce{-NR2}\), \(\ce{-OH}\), \(\ce{-O-}\); средние — \(\ce{-OR}\), \(\ce{-NHCOR}\); слабые — алкилы, арил. Акцепторы замедляют (дезактиваторы): слабые — галогены; средние — C=O-группы, COOH, COOR; сильные — \(\ce{-NO2}\), \(\ce{-CN}\), \(\ce{-SO3H}\), \(\ce{-CF3}\), \(\ce{-NR3+}\). Относительные скорости нитрования: толуол 25, бензол 1, хлорбензол 0,03, нитробензол \(\sim 10^{-7}\).

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.