Zadanie 25.

Benzokaina to ester etylowy kwasu 4-aminobenzoesowego (4-aminobenzenokarboksylowego) o wzorze podanym obok.

Benzokaina jest ciałem stałym, słabo rozpuszczalnym w wodzie.

 

Zadanie 25.3.

Ze względu na obecność pierścienia aromatycznego w cząsteczce benzokainy może ona ulegać reakcji z bromem.

Dokończ zdanie. Wybierz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1., 2. albo 3.

Przemiana prowadzona w obecności FeBr₃, w której substratami są benzokaina i brom, jest reakcją

A.	addycji	i przebiega według mechanizmu	1.	elektrofilowego
B.	substytucji		2.	nukleofilowego
			3.	rodnikowego

 

 

---

Odpowiedź:

Przemiana prowadzona w obecności FeBr₃, w której substratami są benzokaina i brom, jest reakcją

A.	addycji	i przebiega według mechanizmu	1.	elektrofilowego
B.	substytucji		2.	nukleofilowego
			3.	rodnikowego

 

 

---

Wyjaśnienie:

W obecności bromku żelaza(III) brom ulegnie reakcji substytucji elektrofilowej do pierścienia aromatycznego benzokainy. 

W reakcjach substytucji elektrofilowej dochodzi do wymiany elektrofili.

Elektrofil - atom lub grupa atomów, która "lubi elektrony" i dąży do utworzenia wiązania. Elektrofilami są najczęściej kationy, choć również występują elektrofile obojętne.
Najpopularniejsze elektrofile to: 

• Cl⁺, Br⁺
• H⁺
• CH₃⁺, C₂H₅⁺
• NO₂⁺

Szczegółowy mechanizm substytucji elektrofilowej na przykładzie reakcji chlorowania benzenu:

 

Chlorowanie benzenu to reakcja substytucji elektrofilowej, która prowadzi do wprowadzenia atomu chloru w miejsce atomu wodoru w pierścieniu aromatycznym. Reakcja ta zachodzi w obecności katalizatora, najczęściej chlorku żelaza(III) lub chlorku glinu.

Mechanizm reakcji chlorowania benzenu

• Cząsteczka chloru sama w sobie nie jest wystarczająco reaktywna, aby bezpośrednio zaatakować pierścień benzenowy. Dlatego konieczny jest katalizator, taki jak FeCl₃ lub AlCl₃ który aktywuje cząsteczkę chloru.

Katalizator tworzy kompleks z chlorowcem, co prowadzi do powstania silnie elektrofilowego kationu Cl⁺:

$\mathrm{Cl}{}_2+\mathrm{FeCl}{}_3\to \mathrm{FeCl}{}_4{}^{-}+\mathrm{Cl}{}^{+}$
 
Kation Cl⁺ jest elektrofilem w reakcji i atakuje pierścień benzenowy.

• Następuje reakcja pierścienia aromatycznego z elektrofilem. Elektrony zdelokalizowane w pierścieniu benzenu  tworzą tymczasowy π-kompleks z elektrofilem (kationem Cl⁺). W wyniku tej reakcji pierścień benzenowy traci swoją aromatyczność i powstaje karbokation, który jest niestabilny (struktury rezonansowe zapisano w kwadratowym nawiasie).
• W kolejnym etapie następuje usunięcie protonu z węgla, do którego przyłączył się chlor. Proton jest odbierany przez kompleks katalizatora, który odtwarza cząsteczkę katalizatora i wydziela chlorowodór

$\mathrm{H}{}^{+}+\mathrm{FeCl}{}_4{}^{-}\to \mathrm{HCl}+\mathrm{FeCl}{}_3$
​
W ten sposób odtwarzana jest aromatyczność pierścienia, a produktem reakcji jest chlorobenzen i chlorowodór.

$\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_6+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{\mathrm{FeCl}{}_3}{\to }\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_5\mathrm{Cl}+\mathrm{HCl}$

 

W reakcji substytucji rodnikowej biorą udział rodniki.

Rodnik - drobina zawierająca pierwiastek z niesparowanym elektronem 

Rodniki generowane są najczęściej pod wpływem światła, rzadziej wysokiej temperatury. Te dwa czynniki powodują rozpad wiązania, np. w chlorowcach (Cl₂, Br₂) i wytworzenie rodników, które następnie biorą udział w dalszych etapach reakcji. Jeżeli nad strzałką w równaniu reakcji występuje światło, to jest to najprawdopodobniej reakcja biegnąca według mechanizmu rodnikowego.

 

W reakcjach substytucji nukleofilowej dochodzi do wymiany nukleofili

nukleofil - atom lub grupa atomów, która posiada nadmiar elektronów i co najmniej jedną wolną parę elektronową, i może ją wykorzystać do utworzenia wiązania. Nukleofilami są najczęściej aniony, choć również występują nukleofile obojętne.
Najpopularniejsze nukleofile to:

• Cl^-, Br^-
• OH^-
• NH₃, CH₃NH₂
• H₂O