Ориентирующее действие заместителей в бензольном кольце

Рассмотрим, как протекает реакция замещения хлором у метилбензола (толуола) и нитробензола.

Результаты этих реакций различны. При взаимодействии толуола с хлором образуются о- и n-хлорзамещенные соединения, а при взаимодействии нитробензола с хлором — м-хлорзамещенные соединения.

Проблема. Почему в этих реакциях образуются разные продукты?

Причина кроется в перераспределении в бензольном кольце электронной плотности. В зависимости от природы радикала (заместителя) электронная плотность в бензольном кольце увеличивается или уменьшается.

Имеющийся в бензольном кольце заместитель не только влияет на реакционную способность, но и проявляет ориентирующее действие по отношению к вновь вступающему в реакцию электрофилу.

Все заместители по своему ориентирующему действию делятся на две группы.

Ориентанты первого рода — заместители, повышающие электронную плотность в л-электронной системе бензольного кольца: алкильные группы, галогены, —ОН, —NH₂. Это заместители, обладающие положительным мезомерным эффектом (их индуктивный эффект может быть отрицательным) —ОН или — Вr, а также заместители с положительным индуктивным эффектом (алкильные группы). Эти заместители направляют второй заместитель в о- и n-положения. Мы уже видели, как распределяется электронная плотность в бензольном кольце в толуоле вследствие влияния метильной группы. Это характерно для всех заместителей первого рода.

Ориентанты второго рода — заместители, снижающие электронную плотность в π-электронной системе бензольного кольца: —NO₂, —SO₃H, —СООН, — CN, —СНО. Это заместители, обладающие отрицательным мезомерным эффектом, или отрицательным индуктивным эффектом, которые притягивают электронную плотность бензольного кольца. Эти заместители ориентируют второй заместитель в м-положение бензольного кольца. Они обедняют электронной плотностью о- и n-положения цикла в большей степени, чем м-положение. В этом случае электронная плотность смещается в обратном порядке, в отличие от толуола, — в сторону заместителя. При этом электронная плотность увеличивается в бензольном кольце в м-положении.