18.13: Effet directeur des substituants : groupes meta-directeurs

Les substituants sur le cycle benzénique qui incitent un électrophile entrant à subir une substitution en position meta sont appelés metadirecteurs. Tous les meta directeurs ont soit une charge positive sur l'atome directement lié à l'anneau, soit une charge positive partielle. Ces groupes fonctionnent en retirant des électrons de l'anneau par des effets inductifs et de résonance. Considérons les intermédiaires carbocations formés lors de l’ajout d’un électrophile sur le nitrobenzène aux positions ortho, meta et para-. Bien que tous les trois aient des formes de résonance, les intermédiaires ortho et para- ont chacun une structure défavorable en raison de la répulsion des charges positives sur les atomes adjacents. Cependant, les atomes adjacents ne portent pas de charges similaires dans aucune des formes de résonance des meta-intermédiaires. Par conséquent, les intermédiaires ortho- et para--carbocations sont moins stables que les intermédiaires meta-carbocations. Par conséquent, la substitution est préférée à la position meta.

Les substituants sur le cycle benzénique qui peuvent orienter un groupe entrant vers une position méta à lui-même lors de la substitution électrophile sont des méta-directeurs.

Tous les groupes méta-directeurs sont polaires avec une charge positive ou positive partielle sur l’atome immédiatement voisin de l’anneau. De plus, ces atomes n’ont pas de doublets non liants.

Ces substituants retirent les électrons de l’anneau par des effets inductifs et de résonance.

Pour mieux comprendre les effets directeurs de ces substituants, considérons l’ajout d’un électrophile sur le nitrobenzène pour donner les contributeurs de résonance résultant de l’attaque ortho, méta et para

Les ortho et para intermédiaires comprennent une structure défavorable avec des charges positives repoussantes sur les atomes adjacents.

En comparaison, dans les méta-intermédiaires, les charges positives sont bien séparées sans qu’aucun atome adjacent ne porte des charges similaires.

Ainsi, les intermédiaires ortho et para carbocation sont moins stables que les méta, préférant la substitution principalement en position méta.

• Meta Direction - Electrophilic substitution at meta position guided by specific groups bonded to the benzene ring.
• Inductive Effect (-I) - Removal of electrons from the ring through sigma bonds, usually associated with electronegative substituents.
• Ortho Proton - Proton located on the benzene ring adjacent to a substituent group.
• Meta Proton - Proton located on the benzene ring at a position next to the ortho position.
• Para Proton - Proton located on the benzene ring directly opposite a substituent group.

• Define Meta Direction - Understanding effect of substituent groups on electrophilic substitution of benzene (e.g., meta direction).
• Contrast Ortho vs Meta vs Para positions - Discuss positional differences on benzene ring and their impact on reactions (e.g., ortho vs meta).
• Explore Substitution Examples – Describe how different substituents affect the benzene ring (e.g., example of -I effect group).
• Explain Resonance Mechanism – Analyze resonating structures and their stability in carbocation intermediate formation.
• Apply Substituent Effects – Understand how -I and -M effects influence substitution and charge distribution on benzene.

• What is meta direction and how does it influence electrophilic substitution?
• How does the inductive effect impact the reactions in a benzene ring?
• What are the key differences between ortho, meta, and para positions in benzene?

• Students - Understand how the concept of meta direction influences reactions in aromatic compounds.
• Educators - Provides a clear framework for teaching electrophilic substitution and directing effects in organic chemistry.
• Researchers - Useful for exploring meta-directing phenomena and their significance in chemical synthesis.
• Chemistry Enthusiasts - Offer insights into the fascinating world of aromatic chemistry and electrophilic substitution.