La Nitrazione del Benzene, è un tipo di Sostituzione Elettrofila Aromatica (SEA). Permette di sostituire un idrogeno legato al benzene, con un nitrogruppo (-NO2). Da qui il termine “sostituzione”.

Qual’è la prima cosa da fare?

Quella comune a tutte le SEA: preparare l’elettrofilo che farò poi reagire con il benzene.

 

Preparazione dell’Elettrofilo nella Nitrazione

Per effettuare la nitrazione del Benzene, si deve prima creare il giusto elettrofilo: lo ione nitronio (NO2+). Lo preparo grazie ad una miscela (miscela solfonitrica) composta da acido nitrico (HNO3) ed acido solforico (H2SO4).

Fai attenzione.

La teoria di Bronsted e Lowry, dice che l’acido è la specie che dona ioni H+, mentre la base li riceve. Adesso, HNO3 e H2SO4 in teoria sono entrambi acidi, però l’acido solforico è più forte. Di conseguenza quest’ultimo si comporterà da acido e l’altro da base.

L'acido solforico deprotona l'acido nitrico

Si è formato un intermedio con due atomi adiacenti carichi positivamente (ossigeno e azoto). Si tratta di una situazione che crea una forte instabilità.

Così, gli elettroni dell’ossigeno carico negativamente creano il doppio legame con l’azoto. L’azoto a sua volta non può fare 5 legami e rompe quello con l’ossigeno di sinistra che esce sotto forma di acqua (ricorda che l’acqua è un ottimo gruppo uscente).

Ho ottenuto così lo ione nitronio ed una molecola di acqua.

L'intermedio si riarrangia, con la formazione dello ione nitronio

Ora posso finalmente fare la sostituzione elettrofila aromatica con il benzene.

 

Meccanismo della Nitrazione

Il benzene reagisce con lo ione nitronio utilizzando 2 elettroni del sistema aromatico (reagisce quindi come nucleofilo). In questo modo però, “rompe” l’aromaticità (non viene più rispettata la regola di Hukel, perché non ci sono più 6 elettroni negli orbitali p, ma 4).

Si crea così il carbocatione di Wheland, in cui la carica + risuona in orto, para ed orto  (posizione 2, 3 e 5) rispetto al sostituente aggiunto.

Il benzene lega lo ione nitrosonio formando il carbocatione di Wheland

Ora, devo ripristinare l’aromaticità. Come? Deprotonando il carbonio che lega il gruppo nitro. Questo passaggio è molto favorito perché vado verso una situazione di elevata stabilità (aromaticità).

Si deprotona il carbocatione di Wheland per ripristinare l'aromaticità

Ho ottenuto così il nitrobenzene e si conclude così la Nitrazione del benzene.

Una volta che sai fare questa reazione, poi sarà una passeggiata per te svolgere tutti gli altri tipi di Sostituzione Elettrofila Aromatica. Si, perché cambia semplicemente il modo in cui si prepara l’elettrofilo