Main Difference – Electrophilic vs Nucleophilic Aromatic Substitution (親電子的芳香族置換と求核的芳香族置換の違い)
芳香族化合物は、単結合と二重結合を交互に持つ環状構造です。
しかし、二重結合には電子の非局在化によりπ結合が存在しない。
そのため、芳香族化合物は平面構造に対して平行に電子雲を持つ。
この芳香族化合物の性質により、芳香族化合物は求電子・求核置換反応を起こす。
親電子芳香族置換と求核芳香族置換の大きな違いは、親電子芳香族置換は芳香族化合物の原子が求電子剤で置換されるのに対し、求核芳香族置換は芳香族化合物の原子が求核剤で置換されることである。
親電子芳香族置換とは？
求電子芳香族置換とは、芳香族分子内の原子を求電子剤で置き換える化学反応です。
求電子性とは、電子を持たない原子や分子のことである。
求電子性とは、電子を持たない原子または分子のことで、電子を多く含む種から電子を受け取ることができる。
この求電子体は、正電荷を持つものと中性電荷を持つものがあります。
正に帯電した求電子は、その電荷を中和するために電子を引き寄せます。
中性種は、八分則に従うために、自由なp軌道を満たす電子を必要とする場合がある。
求電子的芳香族置換反応の機構は、最も一般的な芳香族分子であるベンゼンを用いて説明することができる。
ベンゼンはπ結合の電子が非局在化しているため、電子が豊富です。
そのため、求電子剤に電子を供与することができる。
ベンゼンは、炭素原子1つに対して水素原子が1つある。
そのため、求電子は水素原子を置き換えることができる。
そして求電子は、置換された水素原子が結合していた炭素原子と結合することができる。
この置換反応は、ベンゼン環に官能基を導入する際に非常に有効な反応です。
求電子剤が置換される位置によって、親電子的芳香族置換反応は3種類に分類されます。
下図はこれらの置換反応を示したものです。
最初の分子はニトロベンゼンです。
置換の種類
オーソロジーの代用品
ベンゼン環のオルト位に求電子剤が置換される。
メタ置換
求電子がメタ位に置換される。
パラの代用品
親電子物質がパラ位に置換される。
求核的芳香族置換とは何か
求核性芳香族置換とは、芳香族環に求核剤を置換する化学反応の一種です。
ここでは、求核剤がベンゼン環の脱離基を置き換える。
この求核的芳香族置換は、強い求核試薬を用いると可能である。
ベンゼン環がすでに電子吸引力の強い種で置換されている場合、隣接する炭素原子（電子吸引力の強い種が付着している炭素に隣接する炭素）は部分的に正電荷を帯びます。
すると、この正電荷を帯びた炭素原子は求核剤によって攻撃されることができる。
図2：求核性芳香族置換反応
上の図は、すでに-NO2基とハロゲン（上の図では「X」で示す）で置換されているベンゼン環に求核剤（上の図では「Nu」で示す）が置換する様子を示しています。
そこでは、-NO2基がベンゼン環から電子を引き寄せる。
そのため、ハロゲンが結合している炭素原子は求核剤によって攻撃される可能性がある。
これにより、ハロゲン原子が求核剤に置換される。
親電子的芳香族置換と求核的芳香族置換の相違点
定義
親電子芳香族置換反応。
求電子芳香族置換とは、芳香族分子の原子を求電子剤で置き換える化学反応のことである。
求核的芳香族置換反応。
求核性芳香族置換は、芳香環に求核剤を置換する化学反応の一種である。
芳香環
親電子的芳香族置換。
親電子芳香族置換では、芳香環が求核剤として作用する。
求核的芳香族置換。
求核的芳香族置換では、芳香環が求電子的に作用する。
添加試薬
親電子的芳香族置換。
親電子芳香族置換では、添加された試薬が求電子剤として作用する。
求核的芳香族置換。
親核芳香族置換では、添加された試薬は求核剤として作用する。
結論
親電子芳香族置換反応と求核芳香族置換反応は、有機化学の基本的な化学反応です。
これらの反応は、様々な有機化合物の合成や分析において非常に有用です。
親電子芳香族置換と求核芳香族置換の主な違いは、求核芳香族置換が求電子芳香族化合物の原子の交換を含むのに対し、求電子芳香族置換は求核芳香族化合物の原子の交換を含むということです。
