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Esercizi sulle sostituzioni elettrofile del benzene

Esercizio 1

Il benzene reagisce con bromo molecolare in presenza di tribromuro di ferro. Scrivi l'equazione della reazione completa e bilanciata, indicando il prodotto organico e il sottoprodotto inorganico.

Esercizio 2

Come si chiama il tipo di reazione che il benzene preferisce subire rispetto all'addizione? Perché il benzene preferisce questo tipo di reazione?

Esercizio 3

Completa le seguenti equazioni indicando il prodotto organico principale:

a) C₆H₆ + Br₂ → ? + HBr (con FeBr₃)

b) C₆H₆ + HNO₃ → ? + H₂O (con H₂SO₄ conc.)

c) C₆H₆ + H₂SO₄ fumante → ? + H₂O

Esercizio 4

Nella nitrazione del benzene si usa la cosiddetta "miscela nitrante". Di cosa è composta? Qual è il vero agente elettrofilo che si forma in questa miscela?

Esercizio 5

Descrivi i due stadi del meccanismo della sostituzione elettrofila aromatica (SEA), indicando quale è lento e quale è rapido.

Esercizio 6

Come si chiama l'intermedio cationico che si forma nel primo stadio della SEA? Descrivi brevemente la sua struttura.

Esercizio 7

Vero o Falso? Motiva la risposta.

a) Il benzene decolora la soluzione di Br₂ in CCl₄ anche senza catalizzatore.

b) La solfonazione del benzene è una reazione reversibile.

c) Il prodotto della nitrazione del benzene è un solido bianco inodore.

Esercizio 8

Qual è il ruolo dell'AlCl₃ nell'alchilazione di Friedel-Crafts? Scrivi l'equazione della reazione tra benzene e clorometano in presenza di AlCl₃.

Esercizio 9

Qual è la differenza principale tra alchilazione e acilazione di Friedel-Crafts? Indica un vantaggio dell'acilazione rispetto all'alchilazione.

Esercizio 10

Scrivi l'equazione dell'acilazione di Friedel-Crafts tra benzene e cloruro di acetile (CH₃COCl) con AlCl₃. Come si chiama il prodotto ottenuto?

Esercizio 11

Il benzene reagisce con cloruro di terz-butile ((CH₃)₃CCl) e AlCl₃. Scrivi il prodotto atteso e spiega perché non si osservano riarrangiamenti in questo caso.

Esercizio 12

Nell'alchilazione di Friedel-Crafts con 1-cloropropano e AlCl₃ si ottiene sorprendentemente isopropilbenzene invece di n-propilbenzene. Spiega il fenomeno.

Esercizio 13

Completa la tabella:

Reazione	Reagente principale	Catalizzatore	Prodotto da C₆H₆
Nitrazione	HNO₃	H₂SO₄	?
Bromurazione	Br₂	?	?
Solfonazione	H₂SO₄ fumante	—	?
Alchilazione F-C	CH₃Cl	AlCl₃	?
Acilazione F-C	CH₃COCl	AlCl₃	?

Esercizio 14

Perché la solfonazione del benzene è utile in sintesi? Scrivi la reazione di rimozione del gruppo solfonico (reazione inversa).

Esercizio 15

Metti in ordine i due stadi della SEA e collega ciascuno alla descrizione corretta:

Stadio	Descrizione
1° stadio	Deprotonazione, ripristino dell'aromaticità, rapido
2° stadio	Attacco dell'elettrofilo, formazione del catione arenio, lento

Esercizio 16

Partendo dal benzene, proponi la sintesi del toluene in un passaggio. Scrivi reagenti, condizioni e prodotti.

Esercizio 17

Perché il benzene non reagisce con HCl puro senza catalizzatore, mentre reagisce con CH₃Cl in presenza di AlCl₃?

Esercizio 18

La nitrazione del benzene viene condotta a circa 50 °C e non a temperature più alte. Spiega perché il controllo della temperatura è importante in questa reazione.

Esercizio 19

Scrivi l'equazione della iodazione del benzene con I₂ in presenza di acido nitrico concentrato. Perché lo iodio da solo non è sufficiente a nitrare il benzene?

Esercizio 20

Riassumi in un breve schema le cinque principali reazioni di sostituzione elettrofila aromatica del benzene, indicando per ciascuna: il nome della reazione, i reagenti e il prodotto.

Esercizi sugli effetti dei sostituenti negli anelli aromatici sostituiti

Esercizio 21

Classifica i seguenti sostituenti come "attivatori" o "disattivatori" dell'anello benzenico nei confronti della SEA:

—OH, —NO₂, —CH₃, —Cl, —NH₂, —COOH

Esercizio 22

Classifica i seguenti sostituenti come "orto/para-direttori" o "meta-direttori":

—OH, —NO₂, —CH₃, —Cl, —COOH, —NH₂, —CHO

Esercizio 23

Il toluene reagisce più velocemente del benzene nella SEA. Spiega perché il gruppo metile aumenta la reattività dell'anello.

Esercizio 24

Prevedi il prodotto principale di monobromazione (Br₂/FeBr₃) dei seguenti composti, indicando la posizione di sostituzione:

a) Nitrobenzene

b) Anisolo (C₆H₅OCH₃)

c) Acido benzoico (C₆H₅COOH)

Esercizio 25

Gli alogeni sono disattivatori dell'anello eppure dirigono in orto/para. Sembra un paradosso. Spiega come è possibile.

Esercizio 26

Disponi i seguenti composti in ordine crescente di reattività nella SEA:

Nitrobenzene, benzene, toluene, fenolo, clorobenzene

Esercizio 27

Prevedi i prodotti di mononitrazione (HNO₃/H₂SO₄) dei seguenti composti e indica la posizione prevalente:

a) Fluorobenzene (C₆H₅F)

b) Acetofenone (C₆H₅COCH₃)

Esercizio 28

Perché il fenolo (C₆H₅OH) reagisce con Br₂ in acqua senza catalizzatore e dà direttamente il 2,4,6-tribromofenolo invece del monobromoderivato?

Esercizio 29

Nella nitrazione del toluene si ottengono principalmente orto- e para-nitrotoluene e solo una piccola quantità di meta-nitrotoluene. Le percentuali approssimate sono: ~58% orto, ~38% para, ~4% meta. Spiega:

a) Perché predominano orto e para.

b) Perché si forma comunque una piccola quantità di meta.

c) Perché para e orto si formano in quantità simili nonostante ci siano due posizioni orto e una sola para.

Esercizio 30

Perché la reazione di Friedel-Crafts non funziona sul nitrobenzene?

Esercizio 31

Proponi la sintesi del m-bromoacetofenone (3-bromoacetofenone) a partire dal benzene in due passaggi. Giustifica l'ordine scelto.

Esercizio 32

Vero o Falso? Motiva la risposta.

a) Il gruppo —Cl è un meta-direttore.

b) Tutti i disattivatori dell'anello sono meta-direttori.

c) Il gruppo —NH₂ rende l'anello più reattivo del benzene nella SEA.

Esercizio 33

Spiega perché il gruppo —OH attiva fortemente l'anello benzenico facendo riferimento all'effetto mesomerico (risonanza).

Esercizio 34

Prevedi la posizione di una terza sostituzione (nitrazione) nel m-diclorobenzene (1,3-diclorobenzene). Usa il principio di additività degli effetti orientanti.

Esercizio 35

Perché il gruppo —NHCOCH₃ (acetammido) è un orto/para-direttore meno potente del gruppo —NH₂, pur avendo entrambi l'azoto come atomo donatore?

Esercizio 36

Indica il prodotto principale di mononitrazione del p-clorotoluene (4-clorotoluene). Disegna o descrivi la struttura indicando la posizione del gruppo —NO₂.

Esercizio 37

Spiega brevemente la differenza tra effetto induttivo ed effetto mesomerico (per risonanza) nel determinare l'orientazione di un sostituente nella SEA.

Esercizio 38

Perché la nitrazione del nitrobenzene per ottenere il 1,3-dinitrobenzene richiede condizioni molto più drastiche rispetto alla nitrazione del benzene?

Esercizio 39

Proponi la sintesi del 4-nitroanisolo a partire dal benzene, scegliendo l'ordine corretto delle due reazioni e giustificandolo.

Esercizio 40

Completa la tabella classificando ogni sostituente:

Sostituente	Attivatore / Disattivatore	Orto-para / Meta
—NH₂	?	?
—NO₂	?	?
—CH₃	?	?
—COOH	?	?
—Cl	?	?
—OCH₃	?	?
—CHO	?	?

Soluzioni

Soluzione esercizio 1

C₆H₆  +  Br₂  ──[FeBr₃]──▶  C₆H₅Br  +  HBr

Il prodotto organico è il bromobenzene (C₆H₅Br). Il sottoprodotto inorganico è HBr gassoso. Il FeBr₃ funge da catalizzatore e viene rigenerato al termine della reazione.

Soluzione esercizio 2

Il benzene preferisce la sostituzione elettrofila aromatica (SEA). La preferisce perché l'addizione distruggerebbe la delocalizzazione dei 6 elettroni π sull'anello (aromaticità), con perdita di circa 150 kJ/mol di energia di stabilizzazione. La sostituzione invece conserva l'aromaticità, ed è quindi termodinamicamente favorita.

Soluzione esercizio 3

a) C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br (bromobenzene) + HBr

b) C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ (nitrobenzene) + H₂O

c) C₆H₆ + H₂SO₄ fumante → C₆H₅SO₃H (acido benzensolfonico) + H₂O

Soluzione esercizio 4

La miscela nitrante è composta da acido nitrico concentrato + acido solforico concentrato. L'H₂SO₄ protona l'HNO₃, generando il vero agente elettrofilo: lo ione nitronio NO₂⁺.

Reazione di formazione: HNO₃ + H₂SO₄ → NO₂⁺ + HSO₄⁻ + H₂O

Soluzione esercizio 5

1° stadio (lento, determina la velocità): l'elettrofilo E⁺ attacca l'anello benzenico formando un legame σ con uno dei carboni. Si forma il catione arenio (ione di Wheland), un intermedio instabile in cui l'aromaticità è temporaneamente interrotta.

2° stadio (rapido): una base sottrae il protone H⁺ dal carbonio che aveva legato l'elettrofilo. L'aromaticità viene ripristinata e si ottiene il prodotto sostituito stabile.

Soluzione esercizio 6

L'intermedio si chiama catione arenio (o ione di Wheland, o complesso σ). È un carbocatione in cui uno dei carboni dell'anello è diventato sp³ (legato sia all'elettrofilo che all'idrogeno originario), e la carica positiva è delocalizzata sui tre carboni rimanenti del sistema π parzialmente interrotto.

Soluzione esercizio 7

a) Falso. Il benzene non decolora Br₂ in CCl₄ senza catalizzatore, perché Br₂ da solo è troppo debole come elettrofilo per attaccare l'anello aromatico. Serve FeBr₃.

b) Vero. La solfonazione è l'unica tra le principali SEA ad essere reversibile: riscaldando l'acido benzensolfonico con vapore acqueo si ottiene di nuovo il benzene.

c) Falso. Il nitrobenzene (C₆H₅NO₂) è un liquido oleoso giallastro con odore di mandorle amare, non un solido bianco.

Soluzione esercizio 8

AlCl₃ è un acido di Lewis: accetta una coppia di elettroni dal cloro del CH₃Cl, generando il carbocatione CH₃⁺ (o un complesso molto polarizzato) che è il vero elettrofilo.

C₆H₆  +  CH₃Cl  ──[AlCl₃]──▶  C₆H₅CH₃  +  HCl

Il prodotto è il toluene (metilbenzene).

Soluzione esercizio 9

Nell'alchilazione si introduce un gruppo alchile (–R): il carbocatione generato può riarrangiarsi dando prodotti indesiderati, e il gruppo alchile attiva ulteriormente l'anello favorendo la polisostituzione.

Nell'acilazione si introduce un gruppo acile (–COR): il catione acilio non si riarrangia (è stabilizzato per risonanza), e il gruppo carbonilico introdotto disattiva l'anello garantendo la monosostituzione selettiva. Questo è il principale vantaggio dell'acilazione.

Soluzione esercizio 10

C₆H₆  +  CH₃COCl  ──[AlCl₃]──▶  C₆H₅COCH₃  +  HCl

Il prodotto è l'acetofenone (fenil-metil-chetone).

Soluzione esercizio 11

C₆H₆  +  (CH₃)₃CCl  ──[AlCl₃]──▶  C₆H₅C(CH₃)₃  +  HCl

Il prodotto è il terz-butilbenzene. Non si osservano riarrangiamenti perché il carbocatione generato è già terziario — il più stabile possibile per una catena a quattro carboni — e quindi non ha motivo di riarrangiarsi verso una forma più stabile.

Soluzione esercizio 12

Il 1-cloropropano genera inizialmente un carbocatione primario (CH₃CH₂CH₂⁺), molto instabile. Questo si riarrangia rapidamente per migrazione di un idruro dando il carbocatione secondario (CH₃CH⁺CH₃, isopropilico), molto più stabile. È quest'ultimo che poi attacca il benzene, dando isopropilbenzene (cumene) invece del n-propilbenzene atteso. Il riarrangiamento dei carbocationi è uno dei principali limiti dell'alchilazione di Friedel-Crafts.

Soluzione esercizio 13

Reazione	Reagente principale	Catalizzatore	Prodotto da C₆H₆
Nitrazione	HNO₃	H₂SO₄	Nitrobenzene (C₆H₅NO₂)
Bromurazione	Br₂	FeBr₃	Bromobenzene (C₆H₅Br)
Solfonazione	H₂SO₄ fumante	—	Acido benzensolfonico (C₆H₅SO₃H)
Alchilazione F-C	CH₃Cl	AlCl₃	Toluene (C₆H₅CH₃)
Acilazione F-C	CH₃COCl	AlCl₃	Acetofenone (C₆H₅COCH₃)

Soluzione esercizio 14

La solfonazione è utile in sintesi perché il gruppo —SO₃H può essere usato come gruppo bloccante temporaneo: occupa una posizione dell'anello, impedisce che venga sostituita in reazioni successive, e poi viene rimosso. Reazione di rimozione:

C₆H₅SO₃H  +  H₂O  ──[100–200 °C, vapore]──▶  C₆H₆  +  H₂SO₄

Soluzione esercizio 15

Stadio	Descrizione
1° stadio	Attacco dell'elettrofilo, formazione del catione arenio, lento
2° stadio	Deprotonazione, ripristino dell'aromaticità, rapido

Soluzione esercizio 16

C₆H₆  +  CH₃Cl  ──[AlCl₃]──▶  C₆H₅CH₃  +  HCl

Reazione: alchilazione di Friedel-Crafts. Prodotto: toluene.

Soluzione esercizio 17

HCl puro non genera un elettrofilo abbastanza forte senza un acido di Lewis. Con CH₃Cl + AlCl₃, invece, l'AlCl₃ polarizza il legame C–Cl generando il carbocatione CH₃⁺ (o un complesso molto reattivo), che è un elettrofilo sufficientemente forte da attaccare l'anello aromatico. Senza AlCl₃ la barriera energetica è insuperabile.

Soluzione esercizio 18

A 50 °C si ottiene selettivamente il mononitrobenzene. A temperature più alte si favorirebbe una seconda nitrazione, perché l'energia fornita sarebbe sufficiente a superare la barriera di attivazione della reazione del nitrobenzene (già fortemente disattivato dal gruppo —NO₂) con un secondo equivalente di NO₂⁺. Il controllo della temperatura permette di fermare la reazione al prodotto mononitrato desiderato.

Soluzione esercizio 19

C₆H₆  +  I₂  ──[HNO₃ conc.]──▶  C₆H₅I  +  HI

Il prodotto è lo iodobenzene. Lo iodio da solo non è sufficiente perché I₂ è troppo poco reattivo come elettrofilo — il legame I–I è debole ma I⁺ è troppo grande e morbido per attaccare efficacemente l'anello. L'HNO₃ ossida I₂ generando l'elettrofilo attivo I⁺ (o H₂OI⁺), che è abbastanza reattivo.

Soluzione esercizio 20

Reazione	Reagenti	Prodotto
Nitrazione	HNO₃ + H₂SO₄	Nitrobenzene
Alogenazione	X₂ + AlX₃ (X = Cl, Br)	Alobenzene
Solfonazione	H₂SO₄ fumante, Δ	Acido benzensolfonico
Alchilazione di Friedel-Crafts	RCl + AlCl₃	Alchilbenzene
Acilazione di Friedel-Crafts	RCOCl + AlCl₃	Aril-chetone

Soluzione esercizio 21

Sostituente	Effetto
—OH	Attivatore
—NO₂	Disattivatore
—CH₃	Attivatore
—Cl	Disattivatore (debole)
—NH₂	Attivatore
—COOH	Disattivatore

Soluzione esercizio 22

Sostituente	Orientazione
—OH	Orto/para
—NO₂	Meta
—CH₃	Orto/para
—Cl	Orto/para
—COOH	Meta
—NH₂	Orto/para
—CHO	Meta

Soluzione esercizio 23

Il gruppo —CH₃ è legato a un carbonio sp³. I carboni sp² dell'anello sono più elettronegativi dei carboni sp³, quindi il metile cede parzialmente densità elettronica all'anello per effetto induttivo. L'anello risulta più ricco di elettroni, più nucleofilo, e reagisce più facilmente con gli elettrofili abbassando la barriera di attivazione della SEA.

Soluzione esercizio 24

a) Nitrobenzene → il gruppo —NO₂ è meta-direttore. Prodotto principale: 3-bromonitrobenzene (posizione meta). La reazione è lenta (anello disattivato).

b) Anisolo → il gruppo —OCH₃ è orto/para-direttore e attivatore forte. Prodotto principale: 4-bromoanisolo (posizione para, prevalente per ragioni steriche). Reazione veloce.

c) Acido benzoico → il gruppo —COOH è meta-direttore. Prodotto principale: acido 3-bromobenzoico (posizione meta).

Soluzione esercizio 25

Gli alogeni esercitano due effetti contrapposti. Da un lato, per effetto induttivo (–I) ritirano densità elettronica dall'anello per via σ (sono molto elettronegativi) → disattivano l'anello in modo generale. Dall'altro, per effetto mesomerico (+M) donano una coppia solitaria p all'anello per risonanza → aumentano la densità elettronica specificamente nelle posizioni orto e para. Il risultato netto è: reattività complessiva ridotta (disattivazione), ma nelle posizioni orto/para il secondo effetto prevale, quindi la sostituzione avviene lì.

Soluzione esercizio 26

Nitrobenzene < clorobenzene < benzene < toluene < fenolo

Il nitrobenzene è il meno reattivo (forte disattivatore –I e –M). Il clorobenzene è lievemente disattivato (–I > +M netto). Il benzene è il riferimento. Il toluene è attivato dal metile (+I). Il fenolo è il più reattivo (—OH dona fortemente per risonanza in orto/para).

Soluzione esercizio 27

a) Fluorobenzene → il fluoro è orto/para-direttore (dona coppie solitarie per risonanza). Prodotto principale: 4-fluoronitrobenzene (posizione para, prevalente per ragioni steriche) + parte di 2-fluoronitrobenzene.

b) Acetofenone → il gruppo —COCH₃ è meta-direttore (ritira elettroni per risonanza verso il carbonile). Prodotto principale: 3-nitroacetofenone (posizione meta).

Soluzione esercizio 28

Il gruppo —OH è un fortissimo attivatore orto/para per donazione di coppia solitaria in risonanza. Il fenolo è circa 10⁶ volte più reattivo del benzene: Br₂ acquoso (senza FeBr₃) è già sufficiente come elettrofilo. La prima bromazione dà un fenolo monobromato ancora molto attivato (c'è ancora —OH), quindi la seconda bromazione avviene immediatamente, e così la terza. Si occupano tutte e tre le posizioni disponibili (orto e para rispetto all'—OH): 2, 4 e 6. Si forma precipitato bianco di 2,4,6-tribromofenolo.

Soluzione esercizio 29

a) Il gruppo —CH₃ è orto/para-direttore. Aumenta la densità elettronica nelle posizioni orto (2, 6) e para (4), dove il catione arenio intermedio è più stabile. L'attacco dell'elettrofilo in quelle posizioni ha una barriera di attivazione inferiore.

b) Nessun sostituente è un direttore assoluto: una piccola percentuale di attacchi avviene anche nelle posizioni meno favorite (meta), per via statistica e termica.

c) Pur essendoci due posizioni orto e una sola para, il para compete bene con ciascun orto singolarmente (38% para vs ~29% per ogni singola posizione orto). Questo si spiega con l'ingombro sterico: le posizioni orto sono adiacenti al gruppo metile e l'accesso è parzialmente ostacolato, mentre la posizione para è libera da impedimento sterico.

Soluzione esercizio 30

Il nitrobenzene è fortemente disattivato dal gruppo —NO₂, che ritira densità elettronica dall'anello sia per effetto induttivo che per risonanza. Per la reazione di Friedel-Crafts l'anello deve agire da nucleofilo verso il carbocatione: se la densità elettronica π è troppo bassa, l'anello non è abbastanza reattivo e la reazione non avviene nelle condizioni ordinarie.

Soluzione esercizio 31

Si deve introdurre prima il gruppo acile (—COCH₃), che è meta-direttore, e poi bromurare: il bromo andrà in posizione meta.

Step 1: C₆H₆ + CH₃COCl ──[AlCl₃]──▶ C₆H₅COCH₃ (acetofenone) + HCl

Step 2: C₆H₅COCH₃ + Br₂ ──[FeBr₃]──▶ 3-BrC₆H₄COCH₃ (m-bromoacetofenone) + HBr

Se si invertisse l'ordine (prima bromurazione poi acilazione), il bromo è orto/para-direttore e si otterrebbe il prodotto sbagliato (orto/para rispetto al bromo, non meta).

Soluzione esercizio 32

a) Falso. Il gruppo —Cl è un orto/para-direttore (nonostante sia disattivatore), perché dona coppie solitarie per risonanza nelle posizioni orto e para.

b) Falso. Gli alogeni (—F, —Cl, —Br, —I) sono disattivatori ma orto/para-direttori. Non tutti i disattivatori sono meta-direttori: è una regola valida per tutti i disattivatori tranne gli alogeni.

c) Vero. Il gruppo —NH₂ è uno dei più forti attivatori per risonanza (+M molto efficace), rendendo l'anello dell'anilina enormemente più reattivo del benzene.

Soluzione esercizio 33

L'ossigeno del gruppo —OH possiede coppie solitarie che si sovrappongono per risonanza con il sistema π dell'anello. Le strutture di risonanza mostrano la carica negativa delocalizzata sui carboni orto (2, 6) e para (4) rispetto al gruppo —OH. Queste posizioni risultano particolarmente ricche di elettroni e molto reattive verso gli elettrofili. L'effetto complessivo è un fortissimo aumento della reattività dell'anello.

Soluzione esercizio 34

In 1,3-diclorobenzene i due gruppi —Cl si trovano in posizione 1 e 3. Entrambi sono orto/para-direttori.

Il Cl in posizione 1 dirige in: 2 (orto), 4 (para), 6 (orto).
Il Cl in posizione 3 dirige in: 2 (orto), 4 (orto), 6 (para).

La posizione 4 è favorita da entrambi i sostituenti contemporaneamente (para per Cl1 e orto per Cl3). È la posizione con la massima attivazione cumulativa. Prodotto principale della terza sostituzione: 4-nitro-1,3-diclorobenzene.

Soluzione esercizio 35

Nell'anilina (—NH₂), la coppia solitaria dell'azoto è libera di donarsi per risonanza all'anello aromatico, aumentando molto la densità elettronica. Nell'acetanilide (—NHCOCH₃), la coppia solitaria dell'azoto è già parzialmente impegnata nella risonanza con il gruppo carbonilico (N–C=O), che la richiama verso di sé. L'azoto ha quindi meno densità elettronica disponibile da donare all'anello. Il risultato è che —NHCOCH₃ attiva l'anello meno di —NH₂.

Soluzione esercizio 36

Nel p-clorotoluene, il —CH₃ è in posizione 1 e il —Cl è in posizione 4. Entrambi sono orto/para-direttori. Le posizioni libere sono 2, 3 e 6 (le posizioni 1 e 4 sono già occupate). La posizione 2 è orto sia rispetto al —CH₃ (posizione 1) che orto rispetto al —Cl (posizione 3 in senso relativo). Considerando l'additività degli effetti, la posizione 2 è quella più attivata da entrambi i sostituenti. Prodotto principale: 2-nitro-4-clorotoluene (cioè il gruppo —NO₂ entra in posizione 2).

Soluzione esercizio 37

L'effetto induttivo agisce attraverso i legami σ per pura elettronegatività: un gruppo elettronegativo (es. —NO₂, —COOH) ritira elettroni dall'anello indipendentemente dalla posizione, disattivandolo uniformemente. L'effetto mesomerico (per risonanza) agisce attraverso il sistema π dell'anello: un gruppo con coppie solitarie (es. —OH, —NH₂) le dona per risonanza specificamente nelle posizioni orto e para, mentre un gruppo con π (es. —CHO, —NO₂) ritira elettroni specificamente da orto e para. È l'effetto mesomerico a determinare la regiochimica (orto/para vs meta), mentre l'effetto induttivo influenza principalmente la reattività complessiva.

Soluzione esercizio 38

Il gruppo —NO₂ già presente nel nitrobenzene è un forte disattivatore: ritira densità elettronica dall'anello per induzione e risonanza, rendendo il nitrobenzene circa 10⁶ volte meno reattivo del benzene. Per far avvenire una seconda nitrazione occorre vincere questa disattivazione, il che richiede una miscela nitrante più concentrata (oleum invece di H₂SO₄ conc.), temperature superiori a 100 °C e tempi di reazione molto più lunghi.

Soluzione esercizio 39

Si deve introdurre prima il gruppo —OCH₃ (orto/para-direttore) e poi nitrare: il —NO₂ andrà in posizione para rispetto all'—OCH₃.

Step 1: C₆H₆ + CH₃OH ──[H⁺]──▶  ...  (oppure: via fenolo + dimetilsolfato)
        più pratico: C₆H₅OH + (CH₃)₂SO₄ ──[NaOH]──▶ C₆H₅OCH₃ (anisolo)

Step 2: C₆H₅OCH₃ + HNO₃ ──[H₂SO₄, 0°C]──▶ 4-NO₂C₆H₄OCH₃ (4-nitroanisolo) + H₂O

L'ordine inverso (prima nitrazione poi metilazione) non è pratico: il nitrobenzene è molto disattivato e la metilazione dell'ossigeno richiederebbe condizioni diverse. Il risultato sarebbe comunque il meta-derivato, non il para voluto.

Soluzione esercizio 40

Sostituente	Attivatore / Disattivatore	Orto-para / Meta
—NH₂	Attivatore forte	Orto/para
—NO₂	Disattivatore forte	Meta
—CH₃	Attivatore debole	Orto/para
—COOH	Disattivatore	Meta
—Cl	Disattivatore debole	Orto/para
—OCH₃	Attivatore	Orto/para
—CHO	Disattivatore	Meta

Esempi di fonti

LibreTexts Chemistry: Organic Chemistry (Morsch et al.) - Reazioni del benzene e derivati
Openstax
Chemistry Steps: alla fine di ogni capitoletto ci sono esercizi a cui ispirarsi (non ci sono le soluzioni)
MolView: per disegnare molecole organiche