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Sélection de réaction d'anneaux aromatiques : une merveilleuse confrontation entre les groupes donneurs d'électrons et les groupes attirant les électrons !
En chimie organique, la structure électronique des cycles aromatiques a une influence importante sur la vitesse des réactions chimiques et la distribution des produits finaux. En particulier dans les réactions de substitution aromatique électrophile, l’influence des substituants existants sur la réaction ne peut être ignorée. Selon la nature des substituants, nous pouvons les distinguer en groupes donneurs d'électrons (EDG) et en groupes attracteurs d'électrons (EWG), qui jouent des rôles différents dans le processus de réaction.
Groupes donneurs d'électrons (EDG) : facteurs d'activation de la substitution électrophileUn groupe donneur d'électrons est un groupe qui peut donner une densité électronique à un cycle aromatique par résonance ou par effets inductifs. Ces groupes rendent le système d'électrons π du cycle aromatique plus nucléophile, ce qui signifie qu'il est plus sensible aux réactions de substitution électrophile. Avec l'ajout de substituants, la réactivité du cycle aromatique augmente, ce qui est également connu sous le nom d'effet d'activation.
Les EDG sont souvent appelés groupes activateurs, bien que les effets stériques puissent interférer avec la réaction.
Selon les études, la supériorité des EDG réside dans leur capacité à favoriser les voies de réaction de substitution électrophile vers les positions ortho et para, générant ainsi les produits correspondants. L’influence de ces groupes remonte à la loi de Crum Brown-Gibson du XIXe siècle, qui décrit la sélectivité de la structure du substituant par rapport à la position de réaction.
Groupes attracteurs d'électrons (EWG) : inhibiteurs de réactivité
Contrairement aux EDG, les groupes attracteurs d'électrons sont des groupes qui suppriment la densité électronique du cycle aromatique, rendant le cycle aromatique moins réactif, ce qui est connu sous le nom d'effet inhibiteur. Les EWG entraînent généralement des réactions de substitution électrophile qui favorisent la position méta, plutôt que la position ortho ou para comme le font les EDG. Ce phénomène suggère que les EWG jouent un rôle négatif dans la réaction.
La plupart des EWG utilisent des effets inductifs et de résonance pour l'attraction des électrons.
De plus, bien qu'il soit généralement admis que les substituants halogènes tels que le fluor et le chlore sont des groupes EWG, ces groupes peuvent montrer leurs propriétés activatrices dans certains cas, ce qui est lié à la structure électronique de leur cycle parent. En particulier, le fluor, en raison de son électronégativité extrêmement élevée, peut améliorer la réactivité des cycles aromatiques à des positions spécifiques, modifiant ainsi les caractéristiques des EWG conventionnels dans les réactions de substitution aromatique électrophile.
Facteurs affectant les sites de réaction
Lorsque deux substituants différents sont placés sur un cycle aromatique, le placement du troisième substituant est souvent prévisible. D’une manière générale, le substituant le plus actif contrôlera préférentiellement les substituants relativement plus faibles. De telles règles ont des limites évidentes. L'interaction entre la symétrie de la structure et les substituants affectera la sélectivité de la réaction finale.
Lorsque plusieurs substituants coexistent, le substituant activateur a généralement la priorité sur les autres substituants.
De plus, les effets stériques et électroniques des substituants ont également des influences importantes. Par exemple, les petits substituants modifieront la sélectivité de la réaction lorsque de nouveaux substituants sont ajoutés, tandis que les grands substituants ont tendance à empêcher les réactions en position ortho.
ConclusionÀ mesure que notre compréhension des effets des EDG et des EWG s’améliore, il devient clair que l’interaction entre les deux incarne la complexité des réactions chimiques. L’étude de ces substituants et de leurs effets ouvrira sans aucun doute la voie à de nouvelles recherches chimiques. Comment les avancées futures de la chimie affecteront-elles l’application et la compréhension de ces substituants ? C’est peut-être un sujet sur lequel chaque chimiste devrait réfléchir et discuter.
