Meccanismo della sostituzione nucleofila aromatica
Il benzene può subire reazioni di sostituzione elettrofila aromatica, ma non di sostituzione nucleofila aromatica. Anche il bromobenzene di solito non reagisce con nucleofili, a meno che nell’anello non sia presente un altro sostituente fortemente elettronattrattore, preferibilmente in posizione orto o para, tramite un meccanismo di addizione-eliminazione. Gli alogenuri arilici senza gruppi elettronattrattori tendono a non reagire con i nucleofili, se non in condizioni particolari.
Reazione di sostituzione
Se nell’alogenuro arilico è presente un gruppo elettronattrattore come il gruppo nitro, la reazione procede e in ambiente basico il 4-cloronitrobenzene può generare il 4-nitrofenolo per sostituzione dell’alogeno con il gruppo –OH.
La sostituzione nucleofila aromatica avviene con nucleofili forti come –OH, -OR, -NH2, -SR e in alcuni casi con nucleofili neutri come ammoniaca o ammine primarie. La reazione avviene in due stadi secondo un meccanismo di addizione-eliminazione e con una cinetica del secondo ordine.
Primo stadio
Nel primo stadio della reazione, che è lento e quindi determina la velocità della reazione, il nucleofilo si addiziona con formazione di un carbanione stabilizzato per risonanza.
Secondo stadio
Nel secondo stadio, che è veloce in quanto viene ripristinata l’aromaticità, si ha l’allontanamento del gruppo uscente. L’aumento di sostituenti elettronattrattori aumenta la reattività dell’alogenuro arilico in quanto questi gruppi stabilizzano l’intermedio abbassando l’energia dello stato di transizione. La reattività dell’alogenuro arilico aumenta all’aumentare dell’elettronegatività dell’alogeno. L’intermedio carbanionico infatti è stabilizzato per effetto induttivo, quindi il fluorobenzene è più reattivo degli altri alogenuri arilici.