Chapter 16 - Benzen

‫פרק ‪ – 16‬ריאקציות של בנזנים‬ ‫מותמרים‬ ‫בנזנים מותמרים רבים מצויים בטבע‪ -‬אדרנלין‪ ,‬מלנין‪ ,‬אפדרין‪ ,‬ועוד‪.‬‬ ‫בהקדמה בספר מתוארות כל מיני תרכובות נוספות והשימוש בהן )אספירין‪,speed ,‬‬ ‫משמרי מזון וכו'( למעוניינים – עמודים ‪.622-623‬‬ ‫‪ .1‬נומנקלטורה של בנזנים דו‪-‬מותמרים ורב‪-‬מותמרים‬ ‫בנזנים דו‪-‬מותמרים‬ ‫מיקומם היחסי של שני המתמירים על טבעת בנזן מצוין ע"י מספרים או ע"י קידומות ‪ meta ,ortho‬ו‪.para -‬‬ ‫‪ – Ortho‬מתמירים סמוכים‬ ‫‪ – Meta‬מתמירים המופרדים ע"י פחמן אחד‬ ‫‪ – Para‬מתמירים הממוקמים זה מול זה‬ ‫בעת נתינת השם משתמשים בד"כ רק באות הראשונה‬ ‫)‪.(o ,m ,p‬‬ ‫אם שני המתמירים שונים‪ ,‬הם ירשמו בסדר אלפבתי‪ .‬המתמיר הראשון מקבל את עמדה ‪ ,1‬והטבעת ממוספרת בכיוון שייתן למתמיר‬ ‫השני את המספר הנמוך ביותר‪.‬‬

‫אם שמו של אחד המתמירים יכול להיכלל בשם הטבעת‪ ,‬הוא יקבל את העמדה ‪.1‬‬ ‫‪OH‬‬

‫‪NH2‬‬ ‫‪Cl‬‬

‫‪CH2CH3‬‬

‫‪CH3‬‬ ‫‪NO2‬‬

‫‪2-ethylphenol‬‬ ‫‪ortho-ethylphenol‬‬

‫‪4-nitroaniline‬‬ ‫‪para-nitroaniline‬‬

‫רק מספר מועט של בנזנים דו‪-‬מותמרים כוללים את שמותיהם של שני המתמירים‪.‬‬

‫‪1‬‬

‫‪2-chlorotoluene‬‬ ‫‪ortho-chlorotoluene‬‬

‫בנזנים רב‪-‬מותמרים‬ ‫אם לטבעת הבנזן יש יותר משני מתמירים‪ ,‬הם ימוספרו באופן שיעניק להם את המספרים הנמוכים ביותר‪ .‬המתמירים נרשמים בסדר‬ ‫אלפבתי עם מספריהם המתאימים‪.‬‬

‫כמו אצל בנזנים דו‪-‬מותמרים‪ ,‬אם שמו של אחד המתמירים יכול להיכלל בשם הטבעת‪ ,‬הוא יקבל את העמדה ‪ .1‬הטבעת ממוספרת‬ ‫כך שיתר המתמירים יקבלו את המספרים הנמוכים ביותר‪.‬‬

‫‪3-bromo-4-chlorophenol‬‬

‫‪ .2‬ריאקציות של מתמירים על בנזן‬ ‫בפרק ‪ 15‬למדנו כיצד להפיק טבעות בנזן עם מתמירים הלוגנים‪ ,‬ניטרים‪ ,‬גופרתיים‪ ,‬אלקילים ואצילים‪ .‬טבעות בנזן עם מתמירים‬ ‫אחרים מופקים ע"י סינתזה של בנזנים מותמרים אלו ואז שינוי המתמיר באופן כימי‪.‬‬ ‫ריאקציות של מתמירים אלקילים‬ ‫ברומין מתמיר מימן בנזילי באופן סלקטיבי‪ ,‬בריאקצית‬ ‫התמרה רדיקלית‪.‬‬ ‫ברגע שהלוגן התמזג בטבעת הבנזן‪ ,‬ניתן להחליפו בנוקליאופיל ע"י ריאקצית ‪ SN2‬או ‪ .SN1‬מגוון רחב של בנזנים מותמרים מופקים‬ ‫בשיטה זו‪.‬‬

‫זכרו כי קבוצות אלקיליות עם מתמיר הלוגני יכולות לעבור גם ריאקציות ‪E1‬‬ ‫ו‪ .E2 -‬שימו לב שמשתמשים בבסיס גדול )‪ (tert-BuO-‬לעודד אלימינציה על פני‬ ‫התמרה‪.‬‬ ‫מתמירים עם קשרים כפולים או משולשים עוברים הידרוגנציה מזורזת‪ .‬סיפוח של‬ ‫מימן לקשר כפול או משולש הוא דוגמא לריאקצית חיזור‪ .‬כאשר תרכובת אורגנית‬ ‫עובר חיזור‪ ,‬או שמספר קשרי ‪ C-H‬בתרכובת עולה או שמספר קשרי ‪C-N ,C-O‬‬ ‫או ‪ X) C-X‬הוא הלוגן( יורד‪.‬‬

‫‪2‬‬

‫זכרו כי בנזן הוא תרכובת יציבה באופן חריג‪ ,‬ולכן הוא עובר חיזור רק‬ ‫בטמפרטורות ולחצים גבוהים‪.‬‬ ‫קבוצה אלקילית שמחוברת לטבעת בנזן יכולה להתחמצן לקבוצה קרבוקסילית‪ .‬כאשר תרכובת אורגנית עוברת חמצון‪ ,‬או שמספר‬ ‫קשרי ‪ C-N ,C-O‬או ‪ X) C-X‬הוא הלוגן( עולה‪ ,‬או שמספר קשרי ‪ C-H‬יורד‪ .‬ריאגנטים מחמצנים נפוצים הם ‪ KMnO4‬או‬ ‫תמיסות חומציות של ‪ .Na2Cr2O7‬מאחר וטבעת בנזן יציבה כ"כ‪ ,‬היא לא תעבור חמצון‪ ,‬אלא רק הקבוצה האלקילית‪.‬‬ ‫מתמיר אלקילי יעבור חמצון לקבוצת ‪ COOH‬ללא קשר לאורכו‪ ,‬בהינתן ומימן מחובר לפחמן הבנזילי‪.‬‬

‫אם לקבוצה האלקילית אין מימן בנזילי‪ ,‬ריאקצית‬ ‫החימצון לא תתרחש משום שהשלב הראשון בריאקצית‬ ‫החמצון הוא הסרת מימן מהפחמן הבנזילי‪.‬‬ ‫אותם ריאגנטים שמחמצנים מתמירים אלקילים יחמצנו גם‬ ‫אלכוהולים בנזילים לקבלת חומצה בנזואית‪.‬‬ ‫אולם‪ ,‬אם משתמשים בריאגנט מחמצן מתון כגון ‪ ,MnO2‬אלכוהולים בנזילים יעברו‬ ‫חמצון לאלדהידים או לקטונים‪.‬‬

‫חיזור מתמיר ניטרו‬ ‫מתמיר ניטרו שעובר חיזור הופך למתמיר אמיני‪ .‬החיזור נעשה ע"י מתכת בסביבה חומצית או ע"י הידרוגנציה קטליטית‪ .‬אם הסביבה‬ ‫חומצית‪ ,‬התוצר יתקבל בצורתו החומצית )יון אניליניום(‪,‬‬ ‫ולכן בתום הריאקציה ניתן להוסיף בסיס להחזיר את‬ ‫התוצר לצורתו הבסיסית )אנילין(‪.‬‬ ‫ניתן לחזר באופן סלקיטיבי רק אחת מהקבוצות הניטריות‪.‬‬

‫‪ .3‬השפעות מתמירים על ריאקטיביות‬ ‫כמו בנזן‪ ,‬בנזנים מותמרים עוברים חמישה סוגים של התמרות ארומטיות אלקטרופיליות‪ ,‬שנדונו בפרק ‪ :15‬הלוגנציה‪ ,‬ניטרציה‪,‬‬ ‫סולפונציה‪ ,‬אלקילציה ואצילציה‪ .‬כעת עלינו לגלות אם בנזן מותמר הוא ריאקטיבי יותר הוא ריאקטיבי פחות מבנזן עצמו‪ .‬התשובה‬ ‫טמונה במתמיר‪ :‬חלק מהמתמירים הופכים את הטבעת לריאקטיבית יותר כלפי התמרה ארומטית אלקטרופילית‪ ,‬וחלק הופכים אותה‬ ‫לריאקטיביות פחות‪.‬‬ ‫השלב האיטי של התמרה ארומטית אלקטרופילית הוא סיפוח של האלקטרופיל לטבעת הארומטית הנוקליאופילית ליצירת תוצר‬ ‫ביניים קרבוקטיוני‪.‬‬ ‫מתמירים שיכולים לתרום אלקטרונים לטבעת בנזן ייצבו הן את תוצר הביניים הקרבוקטיוני והן את מצב המעבר המוביל להיווצרותו‪ ,‬כך‬ ‫שהם יגבירו את קצב ההתמרה הארומטית האלקטרופילית‪ .‬בניגוד לכך‪ ,‬מתמירים שמושכים אלקטרונים מטבעת הבנזן יפחיתו את יציבות‬ ‫תוצר ביניים הקרבוקטיוני ומצב המעבר שמוביל להיווצרותו‪ ,‬כך שהם מאטים את קצב ההתמרה הארומטית האלקטרופילית‪.‬‬ ‫‪3‬‬

‫לפני שנראה כיצד תרומת אלקטרונים מייצבת תוצר הביניים קרבוקטיוני ומשיכת אלקטרונים מערערת את יציבותו‪ ,‬נבחן את‬ ‫הדרכים בהן מתמיר יכול לתרום או למשוך אלקטרונים‪.‬‬ ‫קיימות שתי דרכים בהן מתמירים יכולים לתרום אלקטרונים‪ :‬תרומת‬ ‫אלקטרונים מושרת‪ ,‬ותרומת אלקטרונים ע"י רזוננס‪ .‬ישנן גם שתי‬ ‫דרכים בהן מתמירים יכולים למשוך אלקטרונים‪ :‬משיכת אלקטרונים‬ ‫מושרת‪ ,‬ומשיכת אלקטרונים ע"י רזוננס‪.‬‬ ‫תרומת או משיכת אלקטרונים מושרת‬ ‫אם מתמיר שמחובר לטבעת בנזן מושך אלקטרונים פחות טוב ממימן‪ ,‬האלקטרונים בקשר ‪ σ‬שמחבר את המתמיר לטבעת הבנזן ינועו‬ ‫לעבר הטבעת יותר מאשר האלקטרונים בקשר ‪ σ‬שמחבר את המימן לטבעת הבנזן‪ .‬מתמיר כזה תורם אלקטרונים באופן מושרה‬ ‫בהשוואה למימן‪ .‬תרומת אלקטרונים דרך קשר ‪ σ‬נקראת תרומת אלקטרונים מושרת ‪ .inductive electron donation‬מתמירים‬ ‫אלקילים )כגון ‪ (CH3‬תורמים אלקטרונים באופן מושרה בהשוואה למימן‪.‬‬ ‫שימו לב שיכולת תרומת אלקטרונים של קבוצה אלקילית – ולא יכולת תרומת אלקטרונים של אטום פחמן – מושוות לזו של מימן‪.‬‬ ‫פחמן הוא למעשה תורם אלקטרונים פחות טוב ממימן )פחמן יותר אלקטרונגטיבי ממימן(‪ ,‬אך קבוצה אלקילית תורמת אלקטרונים‬ ‫יותר ממימן בגלל ‪.hyperconjugation‬‬ ‫אם מתמיר הוא מושך אלקטרונים טוב יותר ממימן‪ ,‬הוא ימשוך את אלקטרוני קשר ‪ σ‬הרחק מטבעת הבנזן חזק יותר מאשר מימן‪.‬‬ ‫משיכת אלקטרונים דרך קשר ‪ σ‬נקראת משיכת אלקטרונים מושרת ‪ .inductive electron withdrawal‬קבוצה ‪ +NH3‬היא‬ ‫מתמיר שמושך אלקטרונים באופן מושרה טוב יותר כיוון‬ ‫שהיא יותר אלקטרונגטיבית ממימן‪.‬‬ ‫תרומת או משיכת אלקטרונים ע"י רזוננס‬ ‫אם למתמיר יש זוג אלקטרונים לא קושר על אטום שמחובר ישירות לטבעת הבנזן‪ ,‬זוג האלקטרונים יכול להתפזר )‪ (delocalize‬על‬ ‫הטבעת‪ .‬מתמירים אלו תורמים אלקטרונים ע"י רזוננס‪.‬‬ ‫מתמירים כגון ‪ OR ,OH ,NH2‬ו‪ Cl -‬תורמים אלקטרונים ע"י‬ ‫רזוננס‪ .‬מתמירים אלו גם מושכים אלקטרונים באופן מושרה‬ ‫מאחר והאטום המחובר לטבעת הבנזן יותר אלקטרונגטיבי‬ ‫ממימן‪.‬‬ ‫אם מתמיר מחובר לטבעת בנזן ע"י אטום שמחובר בקשר כפול או משולש לאטום יותר אלקטרונגטיבי‪ ,‬אלקטרוני ‪ π‬של הטבעת‬ ‫יכולים להתפזר )‪ (delocalize‬על המתמיר‪ .‬מתמירים אלו‬ ‫מושכים אלקטרונים ע"י רזוננס‪.‬‬ ‫מתמירים כגון ‪ C≡N ,C=O‬ו‪ NO2 -‬מושכים אלקטרונים ע"י‬ ‫רזוננס‪ .‬מתמירים אלו גם מושכים אלקטרונים באופן מושרה‬ ‫משום שלאטום המחובר לטבעת בנזן יש מטען חיובי מלא או‬ ‫חלקי ולכן הוא יותר אלקטרונגטיבי ממימן‪.‬‬ ‫ריאקטיביות יחסית של בנזנים מותמרים‬ ‫המתמירים בטבלה ‪) 16.1‬בעמוד הבא( מסודרים לפי הדרך בה הם משפיעים על הריאקטיביות של טבעת בנזן כלפי התמרה ארומטית‬ ‫אלקטרופילית‪ ,‬בהשוואה עם בנזן בו המתמיר הוא מימן‪.‬‬ ‫המתמירים האקטיביים )=תורמים אלקטרונים לטבעת( הופכים את טבעת הבנזן ריאקטיבית יותר כלפי התמרה אלקטרופילית‬ ‫ומתמירים הדה‪-‬אקטיביים )=מושכים אלקטרונים מהטבעת( הופכים את טבעת הבנזן פחות ריאקטיביות כלפי התמרה אלקטרופילית‪.‬‬

‫‪4‬‬

‫כל המתמירים האקטיביים החזקים תורמים אלקטרונים לטבעת ע"י רזוננס ומושכים‬ ‫אלקטרונים מהטבעת באופן מושרה‪ .‬הם נחשבים‬ ‫לאקטיביים חזקים משום שתרומת האלקטרונים‬ ‫שלהם לתוך הטבעת הרבה יותר משמעותית‬ ‫ממשיכת האלקטרונים שלהם הרחק מהטבעת‪.‬‬ ‫כל המתמירים האקטיביים המתונים גם תורמים אלקטרונים לטבעת ע"י רזוננס‬ ‫ומושכים אלקטרונים מהטבעת באופן מושרה‪ .‬היות והם רק‬ ‫אקטיביים מתונים‪ ,‬הם תורמים אלקטרונים לטבעת בצורה‬ ‫פחות יעילה מאשר התורמים האקטיביים החזקים‪.‬‬ ‫מתמירים אלו פחות טובים בתרומת אלקטרונים לטבעת ע"י‬ ‫רזוננס משום שבניגוד למתמירים האקטיבים החזקים‬ ‫שתורמים אלקטרונים ע"י רזוננס רק לתוך הטבעת‪ ,‬הם תורמים אלקטרונים ע"י‬ ‫רזוננס בשתי דרכים מתחרות‪ :‬לתוך הטבעת ומחוצה לה‪ .‬אולם‪ ,‬העובדה שהם‬ ‫מכונים "אקטיביים" מעידה על כך שסך התרומה ה"מצומצמת" שלהם ע"י רזוננס‬ ‫עולה על סך המשיכה המושרית‪.‬‬

‫אלקיל‪ ,‬אריל וקבוצות ‪ CH=CHR‬הם מתמירים אקטיביים חלשים‪ .‬ראינו שמתמיר אלקילי‪,‬‬ ‫בהשוואה למימין‪ ,‬תורם אלקטרונים באופן מושרה‪ .‬אריל וקבוצות ‪ CH=CHR‬יכולים לתרום‬ ‫אלקטרונים לטבעת ע"י רזזונס ויכולים למשוך אלקטרונים מהטבעת ע"י רזוננס‪ .‬העובדה שהם‬ ‫אקטיביים בצורה חלשה מעידה על כך שהם תורמים מעט יותר אלקטרונים מאשר מושכים‪.‬‬ ‫ההלוגנים הם מתמירים דה‪-‬אקטיביים חלשים‪ .‬הם תורמים אלקטרונים לטבעת ע"י רזוננס‬ ‫ומושכים אלקטרונים מהטבעת באופן מושרה‪ .‬הוכח ע"י ניסויים כי ההלוגנים מושכים‬ ‫אלקטרונים באופן מושרה יותר מאשר תורמים אותם ע"י רזוננס‪ ,‬לכן הם דה‪-‬אקטיביים‪.‬‬ ‫למתמירים הדה‪-‬אקטיביים המתונים יש קבוצה קרבונילית שמחוברת ישירות לטבעת הבנזן‪ .‬קבוצת‬ ‫קרבוניל מושכת אלקטרונים גם בצורה מושרה וגם ע"י רזוננס‪.‬‬ ‫המתמירים הדה‪-‬אקטיביים החזקים מושכים אלקטרונים בצורה הכי חזקה‪ .‬למעט יוני‬ ‫האמוניום‪ (+NR3 ,+NHR2 ,+NH2R ,+NH3) ,‬מתמירים אלו מושכים אלקטרונים גם‬ ‫בצורה מושרית וגם ע"י רזוננס‪ .‬יוני האמוניום לא מושכים אלקטרונים ע"י רזוננס‪ ,‬אבל‬ ‫המטען החיובי על החנקן גורם למשיכה מושרית חזקה ביותר‪.‬‬ ‫‪ .4‬השפעת המתמירים על אוריינטציה‬ ‫כאשר בנזן מותמר עובר ריאקצית התמרה אלקטרופילית‪ ,‬לאן החומר‬ ‫החדש מתחבר? האם תוצר של הריאקציה הוא איזומר ‪ para ,ortho‬או‬ ‫‪?meta‬‬ ‫‪5‬‬

‫המתמיר שכבר קיים על טבעת הבנזן מכווין את המתמיר החדש למקומו‪ .‬יש לו שתי אפשרויות‪ :‬או שיכווינו לעמדות ‪ ortho‬ו‪,para -‬‬ ‫או שיכווינו לעמדת ‪ .meta‬כל המתמירים האקטיביים וההלוגנים הדה‪-‬אקטיביים החלשים מכווינים לעמדות ‪ ortho‬ו‪ .para -‬כל‬ ‫המתמירים שיותר דה‪-‬אקטיביים מההלוגנים מכווינים לעמדת ‪ .meta‬כך‪ ,‬מחלקים את המתמירים לשלוש קבוצות‪:‬‬ ‫‪ (1‬כל המתמירים האקטיביים מכווינים אלקטרופיל לעמדות ‪ ortho‬ו‪.para -‬‬ ‫‪ (2‬ההלוגנים הדה‪-‬אקטיביים החלשים מכווינים אלקטרופיל לעמדות ‪ ortho‬ו‪.para -‬‬ ‫‪ (3‬כל המתמירים הדה‪-‬אקטיביים המתונים והחזקים מכווינים אלקטרופיל לעמדת ‪.meta‬‬ ‫כדי להבין מדוע מתמיר מכווין אלקטרופיל לעמדה מסוימת‪ ,‬עלינו להסתכל על יציבות תוצר הביניים הקרבוקטיוני שנוצר בשלב‬ ‫הקובע קצב של הריאקציה‪ .‬כאשר בנזן מותמר עובר התמרה אלקטרופילית‪ ,‬שלושה תוצרי ביניים קרבוקטיונים יכולים להיווצר‪:‬‬ ‫קרבוקטיון מותמר‪ ,ortho-‬קרבוקטיון מותמר‪ meta-‬וקרבוקטיון מותמר‪ .para-‬היציבות היחסית של שלושת הקרבוקטיונים‬ ‫מאפשרת לנו לקבוע את המסלול המועדף לריאקציה‪ ,‬בגלל שהקרבוקטיון היציב ביותר נוצר הכי מהר‪.‬‬ ‫אם מתמיר תורם אלקטרונים בצורה מושרית )למשל קבוצת מתיל(‬ ‫התורמים הרזונטיבים היציבים ביותר מודגשים באיור מס' ‪.1‬‬ ‫המתמיר מחובר ישירות לפחמן הטעון חיובית‪ ,‬אותו הוא מייצב ע"י‬ ‫תרומת אלקטרונים מושרית‪ .‬התורמים הרזונטיבים היציבים יחסית‬ ‫מתקבלים רק כאשר המתמיר החדש מוכוון או לעמדת ‪ ortho‬או‬ ‫לעמדת ‪ .para‬לכן‪ ,‬הקרבוקטיון הכי יציב נוצר ע"י הכוונה לעמדות‬ ‫אלה‪ .‬כלומר‪ ,‬כל מתמיר שתורם אלקטרונים בצורה מושרית‪ ,‬מכווין‬ ‫לעמדות ‪ ortho‬או ‪.para‬‬

‫‪1‬‬

‫אם מתמיר תורם אלקטרונים בצורה רזונטיבית‪ ,‬הקרבוקטיון שנוצר‬ ‫ע"י הכוונה של האלקטרופיל לעמדות ‪ ortho‬או ‪ para‬הוא בעל‬ ‫ארבעה תורמים רזונטיבים )איור מס' ‪ .(2‬זהו תורם רזונטיבי יציב‬ ‫במיוחד משום שהוא היחיד שלכל האטומים שלו )למעט מימן( יש‬ ‫אוקטט מלא‪ .‬אי לכך‪ ,‬כל המתמירים שתורמים אלקטרונים ע"י רזוננס‬ ‫מכווינים לעמדות ‪ ortho‬או ‪.para‬‬ ‫מתמירים עם מטען חיובי מלא או חלקי על אטום שמחובר‬ ‫לטבעת הבנזן מושכים אלקטרונים בצורה מושרית‬ ‫מהטבעת‪ ,‬ורובם עושים זאת גם ע"י רזוננס‪ .‬התורמים‬ ‫הרזונטיבים שמודגשים באיור מס' ‪ 3‬הם הכי פחות יציבים‬ ‫משום שיש להם מטען חיובי על שני אטומים סמוכים‪ .‬לכן‪,‬‬ ‫הקרבוקטיון היציב ביותר נוצר כאשר האלקטרופיל מוכוון‬ ‫לעמדת ‪ .meta‬כלומר‪ ,‬כל המתמירים שמושכים אלקטרונים‬ ‫)למעט ההלוגנים שתורמים אלקטרונים ע"י רזוננס( מכווינים‬ ‫לעמדת ‪.meta‬‬

‫‪2‬‬

‫‪3‬‬

‫שימו לב ששלושת תוצרי הביניים הקרבוקטיונים האפשריים‬ ‫שמתוארים באיורים ‪ 1‬ו‪ 3 -‬הם זהים למעט במתמירים‬ ‫שלהם‪ .‬אופי המתמיר קובע אם התורם הרזונטיבי בו המתמיר‬ ‫מחובר ישירות לפחמן הטעון חיובית הוא הכי יציב )מתמיר‬ ‫תורם אלקטרונים( או הכי פחות יציב )מתמיר מושך‬ ‫אלקטרונים(‪.‬‬ ‫‪6‬‬

‫המתמירים הדה‪-‬אקטיביים היחידים שמכווינים לעמדות ‪ ortho‬או ‪ para‬הם ההלוגנים‪ ,‬שהינם המתמירים הדה‪-‬אקטיביים החלשים‬ ‫ביותר‪ .‬ראינו שהם מכונים "דה‪-‬אקטיביים" היות והם מושכים אלקטרונים בצורה מושרית מהטבעת חזק יותר מאשר הם תורמים‬ ‫אותם לטבעת ע"י רזוננס‪ .‬ולמרות הכל‪ ,‬ההלוגנים מכווינים לעמדות ‪ ortho‬או ‪ para‬בגלל יכולתם לתרום אלקטרונים ע"י רזוננס‪.‬‬ ‫הם יכולים לייצב את מצבי המעבר המובילים לריאקציה בעמדת ה‪ ortho -‬או ה‪ para -‬ע"י תרומת אלקטרונים רזונטיבית )איור מס'‬ ‫‪.(2‬‬ ‫לסיכום‪ ,‬כפי שמתואר בטבלה ‪ ,16.1‬ההלוגנים וכל המתמירים האקטיביים מכווינים לעמדות ‪ ortho‬ו‪ para -‬ואילו המתמירים‬ ‫שיותר דה‪-‬אקטיביים מהלוגנים מכווינים לעמדת ‪ .meta‬כל המתמירים שתורמים אלקטרונים לטבעת באופן מושרה או ע"י רזוננס‬ ‫מכווינים לעמדות ‪ ortho/para‬וכל המתמירים שאינם יכולים לתרום אלקטרונים לטבעת באופן מושרה או ע"י רזוננס מכווינים לעמדת‬ ‫‪.meta‬‬ ‫אין צורך לשנן אם מתמיר מסוים מכווין לעמדות ‪ ortho/para‬או לעמדת ‪ .meta‬קל להבחין ביניהם‪ :‬כל המכווינים לעמדות‬ ‫‪) ortho/para‬למעט קבוצות אלקיליות‪ ,‬אריליות ו‪ (CH=CHR -‬מכילים לפחות זוג אחד של אלקטרונים לא קושרים על האטום‬ ‫שמחובר ישירות לטבעת‪ .‬כל המתמירים שמכווינים לעמדת ‪ meta‬הם בעלי מטען חיובי מלא או חלקי על האטום שמחובר לטבעת‪.‬‬ ‫‪ .5‬השפעת המתמירים על ‪pKa‬‬ ‫ראינו שמתמיר מושך אלקטרונים מעלה את החומציות של התרכובת )פרקים ‪ 1‬ו‪ .(7-‬לכן‪ ,‬כאשר מתמיר מושך או תורם אלקטרונים‬ ‫לטבעת הבנזן‪ ,‬ערכי ה‪ pKa -‬של פנולים מותמרים‪ ,‬חומצות בנזואיות מותמרות‪ ,‬ואנילינים טעונים חיובית )בעלי פרוטון עודף(‬ ‫מותמרים ישקפו את המשיכה או התרומה הזו‪ .‬לדוגמא‪ ,‬ה‪ pKa -‬של פנול במים בטמפרטורת החדר הוא ‪ .9.95‬לעומת זאת‪ ,‬ה‪pKa -‬‬ ‫של ‪ para-nitrophenol‬נמוך יותר )‪ (7.14‬משום שמתמיר הניטרו מושך אלקטרונים מהטבעת‪ .‬מצד שני‪ ,‬ה‪ pKa -‬של ‪para-‬‬ ‫‪ methyl phenol‬גבוה יותר )‪ (10.19‬משום שהמתיל תורם אלקטרונים לטבעת‪.‬‬

‫השוו בין השפעתו של מתמיר על הריאקטיביות של טבעת בנזן כלפי התמרה אלקטרופילית עם השפעתו על ‪ pKa‬של פנול‪ .‬שימו לב‬ ‫שככל שהמתמיר דה‪-‬אקטיבי יותר‪ ,‬ה‪ pKa -‬של הפנול נמוך יותר‪ ,‬וככל שהמתמיר אקטיבי יותר‪ ,‬ה‪ pKa -‬של הפנול גבוה יותר‪.‬‬ ‫במילים אחרות‪ ,‬משיכת אלקטרונים מורידה את הריאקטיביות כלפי התמרה אלקטרופילית ומגבירה את החומציות‪ ,‬ותרומת אלקטרונים‬ ‫מעלה את הריאקטיביות כלפי התמרה אלקטרופילית ומקטינה את החומציות‪.‬‬ ‫למתמיר יש השפעה דומה על ‪ pKa‬של חומצה בנזואית מותמרת ושל אנילינים טעונים חיובית )בעלי פרוטון עודף( מותמרים‪.‬‬ ‫‪ .6‬יחס ‪ortho-para‬‬ ‫כאשר טבעת בנזן בעלת מתמיר מכווין לעמדות ‪ ortho/para‬עוברת התמרה ארומטית אלקטרופילית‪ ,‬איזה אחוז מהתוצרים יהיה‬ ‫איזומר ‪ ortho‬ואיזה יהיה איזומר ‪?para‬‬ ‫אם נשפוט לפי ההסתברות בלבד‪ ,‬נצפה לקבל יותר תוצר ‪ ortho‬משום שיש שתי עמדות ‪ ortho‬בטבעת לעומת עמדת ‪ para‬אחת‪.‬‬ ‫אולם‪ ,‬בעמדת ‪ ortho‬יש הפרעות סטריות שאינן קיימות בעמדת ‪ .para‬כתוצאה מכך‪ ,‬בתוצר תהיה עדיפות לאיזומר ‪ para‬אם‬ ‫המתמיר שעל הטבעת או האלקטרופיל התוקף הינם גדולים‪ .‬ריאקציות הניטרציה הבאות מדגימות את הקטנת יחס ‪ ortho-para‬עם‬ ‫העליה בגודל המתמיר האלקילי‪:‬‬

‫ההבדלים בתכונות הפיזיקליות בין איזומר ‪ ortho‬לבין איזומר ‪ para‬מספיק משמעותיים לאפשר הפרדה קלה ביניהם‪ .‬אי לכך‪,‬‬ ‫התמרה ארומטית אלקטרופילית המובילה לשני האיזומרים הנ"ל הינה ריאקציה סינתזה יעילה משום שקל להפריד בין התוצר הרצוי‬ ‫לבין תערובת הריאקציה‪.‬‬ ‫‪7‬‬

‫‪ .7‬אספקטים נוספים בנוגע להשפעות המתמירים‬ ‫חשוב לדעת אם מתמיר הוא אקטיבי או דה‪-‬אקטיבי בשביל לקבוע את התנאים‬ ‫הדרושים לביצוע הריאקציה‪ .‬לדוגמא‪ ,‬מתמירי ‪ methoxy‬ו‪ hydroxy -‬הינם‬ ‫מתמירים אקטיביים חזקים כ"כ שהלוגנציה יוצאת לפועל ללא צורך בקטליזה‬ ‫של חומצת לואיס )‪ FeBr3‬או ‪.(FeCl3‬‬ ‫אם נשתמש בחומצת לואיס כזרז ובעודף ברומיד‪ ,‬אז נוכל ליצור ‪) tribromide‬איזה‬ ‫אושר!(‬ ‫כל ריאקציות ‪ Friedel-Crafts‬דורשות קטליזה של חומצת לואיס‪ .‬אולם‪ ,‬אם יש‬ ‫מתמיר מכווין ‪ meta‬על הטבעת )זכרו שכל מכוויני ‪ meta‬הם דה‪-‬אקטיביים חזקים או‬ ‫מתונים(‪ ,‬הטבעת תהיה כ"כ לא ריאקטיבית שהיא לא תעבור לא אצילציה ולא‬ ‫אלקילציה מסוג ‪.Friedel-Crafts‬‬ ‫אנילין ואנילינים ‪-N‬מותמרים גם אינם עוברים ריאקציות ‪ .Friedel-Crafts‬זוג אלקטרונים לא‬ ‫קושר של הקבוצה האמינית יגיב עם חומצת לואיס )‪ ,(AlCl3‬שהינה אחת מדרישות הריאקציה‪,‬‬ ‫ויהפוך את ה‪ NH2 -‬למתמיר דה‪-‬אקטיבי מכווין ‪ .meta‬כפי שראינו כרגע‪ ,‬ריאקציות ‪Friedel-‬‬ ‫‪ Crafts‬לא יוצאות לפועל עם טבעות בנזן שמכילות מתמירים מכוויני ‪.meta‬‬ ‫פנול ואניסול כן עוברים ריאקציות מסוג ‪ ,Friedel-Crafts‬בהכוונת ‪ ,ortho-para‬משום שחמצן‪ ,‬בהיותו בסיס חלש יותר מהחנקן‪,‬‬ ‫אינו מגיב עם חומצת לואיס‪.‬‬ ‫אנילין גם אינו יכול לעבור ניטרציה בגלל שחומצה ניטרית היא ריאגנט מחמצן ואמינים ראשוניים מחומצנים בקלות‪) .‬חומצה ניטרית‬ ‫ואנילין הם הרכב נפיץ‪ (.‬אמינים ארומטים שלישוניים‪ ,‬לעומת זאת‪ ,‬כן עוברים ניטרציה‪ .‬היות וקבוצה אמינית שלישונית הינה‬ ‫מתמיר אקטיבי חזק‪ ,‬הניטרציה יוצאת לפועל עם חומצה ניטרית בחומצה אצטית‪ ,‬שילוב מתון יותר מחומצה ניטרית בחומצה‬ ‫גופרתית‪ .‬בריאקציה זו‪ ,‬נוצר בערך פי ‪ 2‬איזומר ‪ para‬מאשר איזומר ‪.ortho‬‬

‫‪ .9‬סינתזה של בנזנים תלת‪-‬מותמרים‬ ‫כאשר בנזן דו‪-‬מותמר עובר התמרה ארומטית אלקטרופילית‪ ,‬ההשפעה המכווינה של‬ ‫שני המתמירים חייבת להילקח בחשבון‪ .‬אם שני המתמירים מכווינים את המתמיר‬ ‫החדש לאותה עמדה‪ ,‬ניתן לשער בקלות איזה תוצר יתקבל‪.‬‬ ‫בריאקציה הבאה‪ ,‬שימו לב שהמתמירים הקיימים מכווינים לשלוש עמדות אך‬ ‫המתמיר החדש מסתפח רק לשתים‪ .‬העמדה השלישית המצויה בין שני‬ ‫המתמירים הקיימים פחות נגישה בגלל הפרעות סטריות‪.‬‬ ‫אם שני המתמירים מכווינים את המתמיר החדש לעמדות שונות‪ ,‬מתמיר‬ ‫אקטיבי חזק יותר ינצח מתמירים אקטיביים חלשים או מתמירים דה‪-‬‬ ‫אקטיביים‪.‬‬

‫‪8‬‬

‫אם לשני המתמירים תכונות אקטיביות דומות‪ ,‬תתקבל תערובת‬ ‫של שני התוצרים‪.‬‬ ‫‪ .10‬סינתזה של בנזנים מותמרים בעזרת מלחי‬ ‫‪Arenediazonium‬‬ ‫עד כה‪ ,‬למדנו כיצד לספח מספר מצומצם של מתמירים שונים לטבעת בנזן‪ .‬אולם‪ ,‬אפשר להרחיב את הסוגים השונים של המתמירים‬ ‫המסופחים ע"י שימוש במלחי ‪.arenediazonium‬‬ ‫ה"רצון" ליצור מולקולה של גז חנקן יציב )‪ (N2‬גורם לקבוצה העוזבת של‬ ‫יון ‪ diazonium‬להתנתק בקלות ע"י מגוון רחב של נוקליאופילים‪ .‬המנגנון‬ ‫על‪-‬פיו הנוקליאופיל מסלק קבוצת ‪ diazonium‬תלוי בנוקליאופיל‪ :‬חלק‬ ‫מהסילוקים צורכים קטיוני פניל‪ ,‬וחלקם צורכים רדיקלים‪.‬‬ ‫אמין ראשוני הופך למלח ‪ diazonium‬ע"י תגובה עם חומצה ניטרואית )‪ .(HNO2‬היות וחומצה ניטרואית אינה יציבה‪ ,‬היא נוצרת‬ ‫‪) in situ‬בתוך תערובת הריאקציה(‪ ,‬בשימוש תמיסה מימית של נתרן ניטריטי ו‪ HCl -‬או‬ ‫‪ .HBr‬גז החנקן ‪ N2‬הוא קבוצה עוזבת טובה כ"כ‪ ,‬שמלח ‪ diazonium‬מופק ב‪0°C -‬‬ ‫ושימושי מיד ללא צורך בבידוד‪.‬‬ ‫נוקליאופילים כגון ‪ Cl- ,–C≡N‬ו‪ Br- -‬מחליפים קבוצת ‪ diazonium‬אם המלח הנחושתי המתאים נוסף לתמיסה שמכילה את מלח‬ ‫ה‪ .arenediazonium -‬הריאקציה של מלח ‪ arenediazonium‬עם מלח נחושת ידועה כ‪.Sandmeyer reaction -‬‬ ‫לא ניתן להשתמש ב‪ KCl -‬או ב‪ KBr -‬במקום ‪ CuCl‬או ‪CuBr‬‬ ‫בריאקציות סנדמאיר‪ .‬יון הנחושת מעורב בריאקציה‪ ,‬כנראה כיזם‬ ‫רדיקלי‪.‬‬ ‫למרות שניתן לספח מתמירי כלורו או ברומו לטבעת בנזן ע"י‬ ‫הלוגנציה‪ ,‬ריאקצית סנדמאיר היא אלטרנטיבה שימושית‪ .‬למשל‪ ,‬אם‬ ‫רוצים להפיק ‪ ,para-chloroethylbenzene‬כלורינציה של‬ ‫אתילבנזן תוביל לתערובת איזומרי ‪ ortho‬ו‪ .para -‬אולם‪ ,‬אם‬ ‫מתחילים עם ‪ para-ethylaniline‬ומשתמשים בריאקצית סנדמאיר‪,‬‬ ‫רק איזומר ה‪ para -‬הרצוי יווצר‪.‬‬

‫מתמיר יודו יחליף קבוצה ‪ diazonium‬אם נוסיף ‪ KI‬לתערובת‬ ‫המכילה יון ‪.diazonium‬‬ ‫התמרת פלואורית מתרחשת אם מלח ‪arenediazonium‬‬ ‫מחומם עם חומצה ‪ .(HBF3) fluoroboric‬ריאקציה זו ידועה‬ ‫כ‪.Schiemann reaction -‬‬

‫אם מחממים את התמיסה המימית בה מלח ‪ diazonium‬סונתז ומוסיפים חומצה‪ ,‬קבוצת ‪ OH‬תחליף את קבוצה ה‪diazonium -‬‬ ‫)‪ H2O‬הוא הנוקליאופיל(‪ .‬זוהי שיטה נוחה ליצר פנול‪ .‬שיטה נוספת להפקת פנול בטמפרטורת החדר היא ע"י תערובת של ‪ Cu2O‬ו‪-‬‬ ‫‪ .Cu(NO3)2‬מימן יחליף קבוצת ‪ diazonium‬רק אם מוסיפים למלח ‪ diazonium‬חומצה ‪ . H3PO2‬זוהי שיטה יעילה אם קבוצת‬ ‫אמינו או קבוצת ניטרו דרושות להכוונה אך יש להסירן בסוף‪.‬‬ ‫‪9‬‬

‫‪ .11‬יון ‪ Arenediazonium‬כאלקטרופיל‬ ‫בנוסף לשימוש בסינתזת בנזנים מותמרים‪ ,‬משתמשים ביון ‪ arenediazonium‬כאלקטרופיל בהתמרות ארומטיות אלקטרופיליות‪.‬‬ ‫מאחר ויון זה אינו יציב בטמפרטורת החדר‪ ,‬הוא יכול לשמש‬ ‫כאלקטרופיל רק בריאקציות שיכולות לצאת לפועל הרבה מתחת‬ ‫לטמפרטורת החדר‪ .‬במילים אחרות‪ ,‬רק טבעות בנזן אקטיביות‬ ‫ביותר )פנולים‪ ,‬אנילינים‪ ,‬ו‪ (N-alkylanilines -‬יכולות לעבור‬ ‫התמרה ארומטית אלקטרופילית עם יון זה כאלקטרופיל‪ .‬תוצר‬ ‫הריאקציה הוא תרכובת אזו ‪ . azo‬הקשר ‪ N=N‬נקרא קשר אזו‪.‬‬ ‫היות והאלקטרופיל גדול כ"כ‪ ,‬הריאקציה יוצאת לפועל עם‬ ‫עדיפות רבה לאיזומר ‪ para‬שבו אין הפרעות סטריות‪.‬‬

‫אולם‪ ,‬במקרה ועמדת ה‪ para -‬תפוסה‪ ,‬הריאקציה כן‬ ‫תצא לפועל בעמדת ‪:ortho‬‬ ‫המנגנון עבור התמרה ארומטית אלקטופילית עם יון‬ ‫‪ arenediazonium‬לא שונה מכל מנגנון התמרה‬ ‫ארומטית אלקטרופילית אחר‪.‬‬

‫תרכובות אזו‪ ,‬כמו אלקנים‪ ,‬יכולות להתקיים בשתי צורות‪ :‬ציס וטרנס‪ .‬לאור המתח הסטרי‪ ,‬איזומר טרנס הרבה יותר יציב מאיזומר‬ ‫ציס‪.‬‬ ‫‪ .12‬מנגנון עבור ריאקציה של אמינים עם חומצה ניטרואית‬ ‫ריאקציות של אמינים ראשונים עם חומצה ניטרואית יוצרות מלח דיאזוניום‪ .‬הן אריל אמינים והן אלקיל אמינים עוברים ריאקציה זו‬ ‫עפ"י מנגנון זהה‪ .‬הפיכת קבוצה אמינית ראשונית לקבוצה דיאזונית דורשת יון ניטרוזוניום שנוצר כאשר מים מוסרים מחומצה‬ ‫ניטרואית בעלת פרוטון עודף‪.‬‬

‫יון הניטרוזוניום חולק בזוג האלקטרונים הלא קושר של חנקן של החומצה האמינית‪ .‬איבוד פרוטון מהחנקן יוצר ניטרוזמין )נקרא גם‬ ‫תרכובת ‪ N-nitroso‬בגלל שמתמיר ניטרוזו קשור לחנקן(‪ .‬הפיזור )‪ (delocalization‬של אלקטרוני החנקן הלא קושרים‬ ‫והפרוטונציה של החמצן יוצרים תרכובת‬

‫‪10‬‬

‫‪ N-hydroxyazo‬טעונה חיובית )עם פרוטון עודף(‪ .‬תרכובת זה נמצאת בש"מ עם צורתה הנייטרלית‪ ,‬שיכולה לעבור פרוטונציה‬ ‫מחדש על החנקן )ריאקציה הפוכה( או על החמצן‬ ‫)ריאקציה ישירה(‪ .‬אלימינציה של מים יוצרת יון‬ ‫דיאזוניום‪.‬‬ ‫זכרו שריאקציות עם יוני ‪arenediazonium‬‬ ‫חייבות להתבצע בטמפרטורה של ‪ ,0°C‬משום‬ ‫שיונים אלו אינם יציבים בטמפרטורות גבוהות‬ ‫יותר‪.‬‬ ‫יוני ‪ alkanediazonium‬יציבים אף פחות‪ .‬הם‬ ‫מאבדים מולקולת ‪ ,N2‬אפילו בטמפרטורה של‬ ‫‪ ,0°C‬ברגע שהם נוצרים‪ ,‬ומגיבים עם כל‬ ‫נוקליאופיל שנמצא בתערובת הריאקציה‪ ,‬הן‬ ‫במנגנון ‪ SN1/E1‬והן במנגנון ‪.SN2/E2‬‬ ‫אמינים ארילים ואמינים אלקילים שניוניים מגיבים עם יון ניטרוזוניום ליצירת ניטרוזמינים ולא יוני דיאזוניום‪ .‬המנגנון של‬ ‫הריאקציה דומה למנגנון הריאקציה של האמין הראשוני עם יון ניטרוזוניום‪ ,‬למעט העובדה שהריאקציה נעצרת בשלב הניטרוזמין‪.‬‬ ‫הריאקציה נעצרת משום שאמין שניוני‪ ,‬בניגוד לאמין ראשוני‪ ,‬אינו מכיל פרוטון נוסף שחייב להיות מוסר בשביל ליצור יון‬ ‫דיאזוניום‪.‬‬

‫התוצר שנוצר כאשר חנקן של אמין שלישוני משתף את זוג האלקטרונים הלא קושר‬ ‫שלו עם יון ניטרוזוניום לא יכול להיות מיוצב ע"י הסרת פרוטון‪ .‬לכן‪ ,‬אריל אמין‬ ‫שלישוני יכול לעבור התמרה ארומטית אלקטרופילית עם יון ניטרוזוניום‪ .‬תוצר‬ ‫הריאקציה הוא בעיקר איזומר ‪ para‬מכיוון שקבוצה ‪ dialkylamino‬גדולה חוסמת‬ ‫את הגישה של יון הניטרוזוניום לעמדת ‪.ortho‬‬ ‫‪ .13‬ריאקציות התמרה ארומטית נוקליאופילית‬ ‫ראינו שאריל הלידים לא מגיבים עם נוקליאופילים בתנאי ריאקציה סטנדרטים משום‬ ‫שאלקטרוני ה‪ π -‬דוחים את הנוקליאופיל‪.‬‬ ‫אמנם‪ ,‬אם האריל הליד מותמר פעם אחת או יותר במתמירים שמושכים אלקטרונים‬ ‫מהטבעת ע"י רזוננס‪ ,‬התמרה ארומטית נוקליאופילית יכולה להתרחש ללא שימוש‬ ‫בתנאים קיצוניים‪ .‬קבוצות מושכות אלקטרונים חייבות להיות בעמדות ‪ ortho‬או‬ ‫‪ para‬יחסית להלוגן‪ .‬ככל שיש יותר מתמירים מושכי אלקטרונים‪ ,‬כך קל יותר‬ ‫לריאצקיה לצאת לפועל‪.‬‬ ‫שימו לב להבדלים בתנאים שבהם יוצאות לפועל הריאקציות הבאות‪:‬‬ ‫מתמירים שמושכים אלקטרונים חזק וגורמים להגברת רגישות טבעת הבנזן‬ ‫להתמרה ארומטית נוקליאופילית הם אותם המתמירים שמפחיתים את‬ ‫רגישותה להתמרה ארומטית אלקטרופילית‪ .‬במילים אחרות‪ ,‬אם הטבעת‬ ‫פחות עשירה באלקטרונים‪ ,‬אז קל יותר לנוקליאופיל לתקוף אותה‪ ,‬וקשה‬ ‫יותר לאלקטרופיל‪ .‬כלומר כל מתמיר שמפחית את רגישות הטבעת‬ ‫להתמרה אלקטרופילית מעלה את רגישותה להתמרה נוקליאופילית‬ ‫ולהיפך‪.‬‬ ‫‪11‬‬

‫התמרה ארומטית נוקליאופילית מתרחשת בריאקציה דו‪-‬שלבית שידועה בשם ריאקצית ‪.SNAr‬‬ ‫בשלב הראשון‪ ,‬הנוקליאופיל תוקף את הפחמן שמחובר לקבוצה העוזבת במסלול שכמעט מאונך לטבעת הארומטית‪ .‬התקפה‬ ‫נוקליאופילית יוצרת תוצר ביניים קרבוניוני המיוצב ע"י רזוננס ונקרא קומפלקס ‪.Meisenheimer‬‬ ‫בשלב השני של הריאקציה‪ ,‬הקבוצה העוזבת מתנתקת ומחזירה למולקולה את הארומטיות שלה‪.‬‬

‫בהתמרה ארומטית נוקליאופילית‪ ,‬הנוקליאופיל חייב להיות בסיס חזק יותר מהמתמיר אותו הוא מחליף‪ ,‬משום שהבסיס החלש יותר‬ ‫מבין השניים יסולק מתוצר הביניים‪.‬‬ ‫המתמיר המושך אלקטרונים חייב להיות בעמדת ‪ ortho‬או ‪ para‬יחסית לאתר‬ ‫ההתקפה של הנוקליאופיל מכיוון שהאלקטרונים של הנוקליאופיל התוקף‬ ‫יכולים להתפזר )‪ (delocalize‬על המתמיר רק אם יימצא באחד מעמדות‬ ‫אלה‪.‬‬ ‫מגוון רחב של מתמירים יכול להיווסף לטבעת הבנזן בעזרת ריאקציה זו‪ .‬הדרישה היחידה היא שהקבוצה התוקפת תהיה בסיס חזק‬ ‫יותר מהקבוצה העוזבת‪.‬‬ ‫‪ .14‬בנזין‬ ‫אריל הליד כמו כלורובנזן יכול לעבור התמרה נוקליאופילית בנוכחות בסיס חזק מאד כגון ‪ .–NH2‬ישנן שתי תופעות מפתיעות‬ ‫בריאקציה זו‪ :‬האריל הליד אינו חייב להכיל קבוצה מושכת אלקטרונים‪ ,‬והקבוצה התוקפת לא תמיד מסתפחת לפחמן ממנו התנתקה‬ ‫הקבוצה העוזבת‪ .‬למשל‪ ,‬כאשר מוסיפים לכלורובנזן – בו הפחמן אליו מחובר הכלורין מסומן באיזוטופ ‪ – 14C‬יון אמיד באמוניה‬ ‫נוזלית‪ ,‬מתקבל אנילין‪ .‬חצי מהתוצרים מכילים קבוצת אמינו שמחוברת לפחמן האיזוטופי כצפוי‪ ,‬והחצי השני מכיל קבוצת אמינו‬ ‫שמחוברת לפחמן שסמוך לפחמן האיזוטופי‪.‬‬ ‫שני התוצרים הנ"ל הינם התוצרים היחידים שמתקבלים‪ .‬העובדה ששני התוצרים מתקבלים בכמויות שוות בערך‪ ,‬מצביעה על כך‬ ‫שהריאקציה יוצאת לפועל במנגנון שיוצר תוצר ביניים בו שני הפחמנים אליהם מתחברת קבוצת האמינו שווי‪-‬ערך‪ .‬המנגנון שמסביר‬ ‫תצפית זו כולל יצירה של תוצר ביניים בנזיני ‪benzyne‬‬ ‫‪ .intermediate‬בנזין מכיל קשר משולש בין שני פחמנים‬ ‫–‬ ‫סמוכים של בנזן‪ .‬בשלב הראשון של המנגנון‪ ,‬בסיס חזק‬ ‫‪ NH2‬מסיר פרוטון מעמדת ‪ ortho‬יחסית להלוגן‪ .‬האניון‬ ‫שנוצר מגרש את יון ההליד ויוצר בנזין‪.‬‬ ‫הנוקליאופיל יכול לתקוף כעת את שני פחמני הקשר‬ ‫המשולש של הבנזין‪ .‬פרוטונציה של האניון שהתקבל‬ ‫יוצרת את תוצר ההתמרה‪ .‬הריאקציה הכללית היא‬ ‫ריאקצית אלימינציה‪ -‬סיפוח‪ :‬בנזין נוצר ע"י‬ ‫ריאקצית אלימינציה ומיד עובר ריאקצית סיפוח‪.‬‬ ‫התמרה בפחמן שהיה מחובר לקבוצה העוזבת נקראת התמרה ישירה‪ .‬התמרה בפחמן הסמוך לפחמן שאליו היתה מחוברת הקבוצה‬ ‫העוזבת נקראת ‪.cine substitution‬‬ ‫בריאקציה הבאה‪ o-toluidine ,‬הוא תוצר של‬ ‫התמרה ישירה ו‪ m-toluidine -‬הוא תוצר‬ ‫התמרת ‪.cine‬‬ ‫‪12‬‬

‫בנזין הוא חומר ריאקטיבי ביותר‪ .‬הסבר לכך מצוי בפרק ‪ 6‬שאינו כלול בסילבוס כמה חבל‪.‬‬ ‫למרות שבנזין אינו יציב מספיק לבודד‪ ,‬עדויות לכך שנוצר מושגות ע"י ‪ .trapping experiment‬כאשר מוסיפים ‪ furan‬לריאקציה‬ ‫שיוצרת תוצר ביניים בנזיני‪ ,‬ה‪ furan -‬לוכד את תוצר הביניים ע"י תגובת ‪ .Diels-Alder‬את תוצר ריאקציה זו ניתן לבודד‪.‬‬ ‫סינתזה שבה משתמשים בתוצר ביניים בנזיני היא דרך טובה להכין אריל אתרים עם מתמירים ‪ .meta-amino‬יון האמיד מעדיף‬ ‫לתקוף את עמדת ה‪ meta -‬משום שיש שם פחות הפרעות סטריות‪ ,‬והמטען השלילי שנוצר מיוצב ע"י משיכת אלקטרונים של החמצן‬ ‫הסמוך‪.‬‬ ‫‪ .15‬פחמימנים בנזואידים רב‪-‬טבעתיים‬ ‫פחמימנים בנזואידים רב‪-‬טבעתיים הינם תרכובות‬ ‫שמכילות ‪ 2‬או יותר טבעות בנזן שעברו איחוי‪ .‬טבעות‬ ‫שעברו איחוי חולקות שני פחמנים סמוכים‪.‬‬ ‫ל‪ naphthalene -‬יש ‪ 2‬טבעות‪ ,‬ל‪anthracene -‬‬ ‫ול‪ phenanthrene -‬יש ‪ 3‬טבעות ול‪,tetracene -‬‬ ‫ל‪ ,triphenylene -‬ל‪ pyrene -‬ול‪ chrysene -‬יש ‪4‬‬ ‫טבעות‪ .‬יש פחמימנים בנזואידים רב טבעתיים רבים עם‬ ‫יותר מארבע טבעות‪.‬‬ ‫כמו בנזן‪ ,‬כל הפחמימנים הבנזואידים הרב‪-‬טבעתיים עוברים התמרה אלקטרופילית‪ .‬חלקם הינם קרצינוגנים ידועים‪.‬‬ ‫‪ .16‬התמרה אלקטרופילית של נפתאלין ונפתאלין מותמר‬ ‫כמו בנזן‪ ,‬נפתאלין הוא פחמימן ארומטי‪ .‬לנפתאלין יש שלושה תורמים‬ ‫רזונטיבים והוא עובר התמרה ארומטית אלקטרופילית‪ .‬ההתמרה מתרחשת‬ ‫בעיקר בעמדה מס' ‪ .1‬בנומנקלטורה הרגילה‪ ,‬עמדה מס' ‪ 1‬נקראת עמדת ‪,α‬‬ ‫ועמדה מס' ‪ 2‬נקראת עמדת ‪.β‬‬ ‫נפתאלין ריאקטיבי יותר להתמרה אלקטרופילית מבנזן משום שתוצר הביניים‬ ‫הקרבוקטיוני יציב יותר‪ ,‬ולכן נוצר בקלות רבה יותר מאשר האנלוג שלו‬ ‫בבנזן‪ .‬בגלל הריאקטיביות המוגברת של הנפתאלין‪ ,‬אין צורך בחומצת לואיס‬ ‫בשביל ברומינציה או כלורינציה‪.‬‬ ‫סולפונציה של נפתאלין לא תמיד מוביל להתמרה בעמדה מס' ‪ .1‬אם הריאקציה מתרחשת בתנאים שגורמים לה להיות בלתי הפיכה‬ ‫)‪ ,(80°C‬ההתמרה מתרחשת בעמדה מס' ‪ .1‬אולם‪ ,‬אם הריאקציה יוצאת לפועל בתנאים שמאפשרים לה להיות הפיכה )‪,(160°C‬‬ ‫ההתמרה מתרחשת בעיקר בעמדה מס' ‪.2‬‬ ‫זוהי דוגמא נוספת לריאקציה שבה הרכב התוצר הסופי נקבע עפ"י התנאים בה היא מבוצעת‪ -‬אם הם מאפשרים לה להיות הפיכה‬ ‫)תחת פיקוח תרמודינמי( או לא )תחת פיקוח קינטי(‪ .‬תוצר התמרה בעמדה מס' ‪ 1‬הוא התוצר הקינטי משום שהוא נוצר בקלות רבה‬ ‫יותר‪ .‬הוא יהיה התוצר העיקרי כאשר הריאקציה מתרחשת בתנאים שגורמים לה להיות בלתי הפיכה )תנאי ריאקציה מתונים(‪ .‬תוצר‬ ‫התמרה בעמדה מס' ‪ 2‬הוא התוצר התרמודינמי משום שהוא יציב יותר‪ .‬הוא התוצר העיקרי כאשר הריאקציה מתרחשת בתנאים‬ ‫שגורמים לה להיות הפיכה )טמפרטורות גבוהות יותר(‪.‬‬ ‫תוצר התמרה בעמדה מס' ‪ 1‬נוצר בקלות רבה יותר משום שהקרבוקטיון שמוביל‬ ‫אליו יציב יותר‪.‬‬ ‫תוצר התמרה בעמדה מס' ‪ 2‬יציב יותר משום שיש יותר מקום לקבוצת הגופרית‬ ‫הגדולה בעמדה מס' ‪ .2‬בתוצר התמרה בעמדה מס' ‪ ,1‬הקבוצה הגופריתית קרובה‬ ‫מדי למימן בעמדה מס' ‪.8‬‬

‫‪13‬‬

‫במקרה של נפתאלין מותמר‪ ,‬האופי של המתמיר קובע איזו טבעת תעבור התמרה אלקטרופילית‪.‬‬ ‫אם המתמיר הינו דה‪-‬אקטיבי‪ ,‬האלקטרופיל יתקיף את עמדה מס' ‪ 1‬בטבעת שאינה מכילה את המתמיר‪ ,‬משום שטבעת זו ריאקטיבית‬ ‫יותר‪.‬‬

‫אם המתמיר הינו אקטיבי‪ ,‬האלקטרופיל יתקיף את הטבעת שמכילה את המתמיר‪ .‬האלקטרופיל יכוון לעמדה מס' ‪ 1‬שהיא או ‪ortho‬‬ ‫או ‪ para‬יחסית למתמיר‪ ,‬משום שכל המתמירים האקטיבים מכווינים לעמדות אלו‪.‬‬

‫‪14‬‬