Elektrophile aromatische Substitution: Nitrierung von Benzol

Die Nitrierung von Benzol ist ein Beispiel für eine elektrophile aromatische Substitutionsreaktion. Dabei entsteht ein sehr starkes Elektrophil, das Nitroniumion, das eine lineare Form hat. Die Reaktion erfolgt durch die Wechselwirkung zweier starker Säuren, Schwefelsäure und Salpetersäure.

Schwefelsäure ist stärker und protoniert die Salpetersäure an der Hydroxylgruppe, gefolgt vom Verlust des Wassermoleküls, wodurch das Nitroniumion entsteht.

Das Nitroniumion fungiert als Elektrophil, das mit Benzol unter Bildung eines resonanzstabilisierten Areniumions reagiert. Das Areniumion gibt dann sein Proton an eine Lewis-Base ab und bildet Nitrobenzol.

Die resultierende Nitrogruppe kann zu einer primären Aminogruppe reduziert werden. Die Reduktion wird entweder durch Hydrierung mit einem Übergangsmetallkatalysator wie Nickel, Palladium oder Platin unter milden Bedingungen oder durch Behandlung mit Metallen in wässriger Säure erreicht. Eisen, Zink und Zinn in verdünnter HCl sind häufig verwendete Reduktionsmittel. Das Ammoniumion wird jedoch unter sauren Bedingungen als Salz gewonnen, das dann mit einer Base wie Natriumhydroxid behandelt wird, um das freie Amin freizusetzen.