18.7: Sustitución aromática electrófila: nitración de benceno

La nitración del benceno es un ejemplo de reacción de sustitución aromática electrófila. Implica la formación de un electrófilo muy potente, el ion nitronio, que tiene forma lineal. La reacción se produce mediante la interacción de dos ácidos fuertes, el ácido sulfúrico y el ácido nítrico.

El ácido sulfúrico es más fuerte y protona el ácido nítrico en el grupo hidroxilo, seguido de la pérdida de la molécula de agua, generando el ion nitronio.

El ion nitronio actúa como un electrófilo que reacciona con el benceno para formar un ion arenio estabilizado por resonancia. El ion arenio luego pierde su protón hacia una base de Lewis formando nitrobenceno.

El grupo nitro resultante se puede reducir a un grupo amino primario. La reducción se logra mediante hidrogenación con un catalizador de metal de transición como níquel, paladio o platino en condiciones suaves o mediante tratamiento con metales en ácido acuoso. El hierro, el zinc y el estaño en HCl diluido son agentes reductores ampliamente utilizados. Sin embargo, el ion amonio se obtiene como una sal en condiciones ácidas, que luego se trata con una base como el hidróxido de sodio para liberar la amina libre.

La nitración del benceno se logra mediante el tratamiento de una mezcla de ácido nítrico concentrado y ácido sulfúrico para formar nitrobenceno.

La reacción se produce a través de una sustitución aromática electrofílica e implica la formación de un ion nitronio, un electrófilo fuerte.

La formación de iones nitronio se produce a través de una transferencia de protones del ácido sulfúrico al grupo hidroxilo del ácido nítrico, formando el ácido conjugado del ácido nítrico.

Además, la pérdida de agua del ácido conjugado produce el ion nitronio.

Posteriormente, el ion nitronio reacciona con la π nube de electrones del benceno nucleofílico, formando un ion de arenio estabilizado por resonancia.

Finalmente, la transferencia de protones del ion arenio a una base de Lewis da nitrobenceno. Curiosamente, el grupo nitro resultante puede reducirse a un grupo amino primario ya sea por hidrogenación con un catalizador de metal de transición en condiciones suaves o por reducción con metal en ácido.

Cuando se reduce en condiciones ácidas, la amina se obtiene en forma de sal, que libera la amina libre tras el tratamiento con una base fuerte.