Решение: Нитрирование 2-хлорбензойной кислоты

Хорошо, давайте разберем химические реакции, изображенные на доске. На доске представлены три химические реакции, которые относятся к органической химии, в частности, к реакциям замещения в ароматическом ряду.

Реакция 1: Нитрирование 2-хлорбензойной кислоты

Исходное вещество: 2-хлорбензойная кислота. Реагенты: \( \text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4 \) (азотная и серная кислоты). Условия: \( \Delta \) (нагревание). Это реакция нитрирования, которая является электрофильным замещением в ароматическом кольце. Группы, уже присутствующие в кольце, влияют на ориентацию нового заместителя. В 2-хлорбензойной кислоте есть две группы: 1. Карбоксильная группа \( \text{-COOH} \): это мета-ориентант, дезактивирующая группа. 2. Хлор \( \text{-Cl} \): это орто-пара-ориентант, но дезактивирующая группа (за счет -I эффекта). Однако, в случае галогенов, их орто-пара-ориентирующее действие преобладает над дезактивирующим. Но здесь есть еще и сильный мета-ориентант -COOH. Обычно, при наличии нескольких заместителей, ориентация определяется наиболее сильным орто-пара-ориентантом. Если есть орто-пара-ориентант и мета-ориентант, то орто-пара-ориентант обычно направляет замещение. Однако, карбоксильная группа является сильным дезактиватором. В данном случае, нитрирование 2-хлорбензойной кислоты приводит к образованию 2-хлор-5-нитробензойной кислоты. Нитрогруппа \( \text{-NO}_2 \) вводится в мета-положение по отношению к карбоксильной группе и в мета-положение по отношению к хлору. Схема реакции: \[ \text{C}_6\text{H}_4(\text{Cl})(\text{COOH}) \xrightarrow{\text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4, \Delta} \text{C}_6\text{H}_3(\text{Cl})(\text{COOH})(\text{NO}_2) \] Продукт: 2-хлор-5-нитробензойная кислота.

Реакция 2: Бромирование 2-нитроанилина

Исходное вещество: 2-нитроанилин. Реагенты: \( \text{Br}_2 \) (бром), \( \text{CH}_3\text{COOH} \) (уксусная кислота как растворитель). Это реакция бромирования, также электрофильное замещение. В 2-нитроанилине есть две группы: 1. Аминогруппа \( \text{-NH}_2 \): это сильный орто-пара-ориентант, активирующая группа. 2. Нитрогруппа \( \text{-NO}_2 \): это сильный мета-ориентант, дезактивирующая группа. Поскольку аминогруппа является очень сильным активирующим и орто-пара-ориентирующим заместителем, она будет определять положение введения брома. Нитрогруппа, находящаяся в орто-положении к аминогруппе, будет препятствовать введению брома в это положение из-за стерических затруднений и своего дезактивирующего эффекта. Аминогруппа направляет замещение в орто- и пара-положения. Орто-положение занято нитрогруппой. Пара-положение свободно. Также свободно другое орто-положение. В данном случае, бром будет вводиться в пара-положение к аминогруппе. Схема реакции: \[ \text{C}_6\text{H}_4(\text{NH}_2)(\text{NO}_2) \xrightarrow{\text{Br}_2, \text{CH}_3\text{COOH}} \text{C}_6\text{H}_3(\text{NH}_2)(\text{NO}_2)(\text{Br}) \] Продукт: 4-бром-2-нитроанилин.

Реакция 3: Нитрирование 1-трет-бутил-3-изопропилбензола

Исходное вещество: 1-трет-бутил-3-изопропилбензол. Реагенты: \( \text{HNO}_3 \) (азотная кислота), \( \text{CH}_3\text{COOH} \) (уксусная кислота как растворитель). Это реакция нитрирования. В 1-трет-бутил-3-изопропилбензоле есть две алкильные группы: 1. Трет-бутильная группа \( \text{-C(CH}_3)_3 \): это орто-пара-ориентант, активирующая группа. 2. Изопропильная группа \( \text{-CH(CH}_3)_2 \): это орто-пара-ориентант, активирующая группа. Обе группы являются активирующими и орто-пара-ориентирующими. Однако, их ориентирующее действие может быть разным из-за стерических факторов и индуктивного эффекта. Трет-бутильная группа является более объемной, что может создавать стерические затруднения для введения заместителя в орто-положения к ней. Обе группы направляют нитрогруппу в орто- и пара-положения. Рассмотрим положения относительно трет-бутильной группы (положение 1): - Орто-положения: 2 и 6. - Пара-положение: 4. Рассмотрим положения относительно изопропильной группы (положение 3): - Орто-положения: 2 и 4. - Пара-положение: 6. Таким образом, положение 2 является орто-положением к обеим группам. Положение 4 является пара-положением к трет-бутильной группе и орто-положением к изопропильной группе. Положение 6 является орто-положением к трет-бутильной группе и пара-положением к изопропильной группе. Из-за стерических затруднений, введение нитрогруппы в положения, близкие к объемным алкильным группам, будет затруднено. Наиболее вероятным местом для введения нитрогруппы будет положение, которое наименее стерически затруднено и активируется обеими группами. В данном случае, нитрогруппа будет вводиться в положение 4, так как оно является пара-положением к трет-бутильной группе и орто-положением к изопропильной группе, и при этом менее стерически затруднено, чем положения 2 и 6. Схема реакции: \[ \text{C}_6\text{H}_4(\text{C(CH}_3)_3)(\text{CH(CH}_3)_2) \xrightarrow{\text{HNO}_3, \text{CH}_3\text{COOH}} \text{C}_6\text{H}_3(\text{C(CH}_3)_3)(\text{CH(CH}_3)_2)(\text{NO}_2) \] Продукт: 1-трет-бутил-3-изопропил-4-нитробензол. Надеюсь, это объяснение поможет вам переписать задачи в тетрадь!