bg‑gray1

Sulfonowanie benzenu

Ze względu na specyficzną budowę pierścienia aromatycznego, typowym mechanizmem reakcji, którym ulega benzen, jest substytucja elektrofilowa.

Wysoka trwałość sekstetu elektronów pi utrudnia addycję, natomiast duża gęstość elektronowa w pierścieniu powoduje, że cząsteczka staje się atrakcyjna dla elektrofila.

Jedną z wielu reakcji, jakim ulega pierścień benzenowy – zgodnie z mechanizmem substytucji elektrofilowej – jest reakcja sulfonowania. Zachodzi ona w oleumoleumoleum, gdzie następuje podstawienie grupy sulfonowej -SO3H w miejsce atomu wodoru.

bg‑gray1

Aromatyczność benzenu

RdOjKlBfpOMtF1
Wybierz jedno nowe słowo poznane podczas dzisiejszej lekcji i ułóż z nim zdanie.

Cząsteczka jest aromatyczna, jeśli spełnia trzy warunki:

  • ma budowę pierścieniową;

  • wszystkie atomy tworzące pierścień leżą w jednej płaszczyźnie;

  • liczba elektronów π jest oznaczona następującym wzorem: 4n+2, gdzie: n=1, 2, 3, ...

bg‑gray1

Reaktywność benzenu

RPNUM9gCczptt
Nakładanie się sześciu niezhybrydyzowanych orbitali pz prowadzi do otrzymania trzech zdelokalizowanych wiązań π.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Rc1AxIy5DXrCO
Płaty gęstości elektronowej wiązań zdelokalizowanych π
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Duża trwałość układu zdelokalizowanego odpowiada za skłonność związków aromatycznych do ulegania reakcjom substytucji. Z kolei odpowiednio duża gęstość elektronowa zlokalizowana na pierścieniu aromatycznym wskazuje, że reakcje te będą zachodziły zgodnie z mechanizmem elektrofilowym.

bg‑gray1

Mechanizm elektrofilowy

Typową reakcją związków aromatycznych jest substytucja elektrofilowa S E .

R1Vfb01TPyt2F
Ogólny zapis reakcji substytucji elektrofilowej z udziałem benzenu
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑gray1

Sulfonowanie – etap 1

R13ETQhQUA4iB1
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
bg‑gray1

Sulfonowanie – etap 2

RiT2a1k9Yrh331
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑pink

Stan przejściowy – stabilizowany rezonansem

R1cOplzh6pXGt
Stan przejściowy karbokationu
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑gray1

Sulfonowanie – etap 3

bg‑pink

Następuje odłączenie jonu H+ (protonu) i odtworzenie trwałego układu aromatycznego

RZjGkS1pnfDVF
Schemat przedstawia etap 3 sulfonowania – odłączenie jonu H+ (protonu) i odtworzenie trwałego układu aromatycznego.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Procesowi odłączania jonu wodoru sprzyja obecność powstałych wskutek heterolizy kwasu siarkowego cząsteczek nukleofili, tj. cząsteczek wody oraz jonów wodorosiarczanowych(VI), które mogą tworzyć z nim kolejno kationy oksoniowe oraz cząsteczki kwasu siarkowego(VI). Kiedy elektrofilem jest cząsteczka tlenku siarki(VI), wtedy oderwanie protonu nie zachodzi – zostaje on przesunięty na jeden z atomów tlenu, pochodzących z tlenku siarki(VI).

bg‑gray1

Właściwości kwasu benzenosulfonowego

Rokd6HX9u8mev1
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.

Słownik

elektrofil
elektrofil

cząsteczka lub kation pełniąca rolę kwasu Lewisa, czyli akceptora pary elektronowej

sulfonowanie w pierścieniu aromatycznym
sulfonowanie w pierścieniu aromatycznym

reakcja wymiany atomu wodoru na grupę sulfonową -SO3H w pierścieniu aromatycznym

oleum
oleum

roztwór SO3 w kwasie siarkowym(VI); oleum uzyskuje się zwykle w trakcie produkcji kwasu siarkowego; nasycając stopniowo 95% kwas siarkowy gazowym SO3, uzyskuje się najpierw 100% kwas siarkowy, a przy dalszym jego nasycaniu tworzy się oleum

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek  M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Morrison R. T., Robert N. B., Chemia organiczna, Warszawa 2010.