При атаке электрофильной частицей л-электронной системы бензольного кольца п результате электростатического взаимодействуя образуется неустойчивый л-комплекс. Далее электрофил «вырывает» пару электронов из ароматического секстета бензольного ядра и между ним и одним из атомов углерода образуется о-связь.
Таким образом нарушается ароматичность бензольного ядра, образуется карбкатион — о-комплекс.
Делокализацию положительного заряда в комплекс можно представить с помощью резонансных структур ( I—111 ). Образование комплекса является наиболее высокоэнергетичной стадией реакции, определяет ее скорость, g-Комплекс не устойчив, он отщепляет протон от атома углерода, связанного с электрофилом, благодаря чему восстанавливается ароматичность бензольного кольца. К наиболее важным реакциям SE относятся реакции нитрования, сульфирования, галогенирования, алкилирования и ацилирования.
1. Нитрование. В качестве нитрующих агентов чаше используют концентрированную азотную кислоту или смесь концентрированной азотной и серной кислот (нитрующая смесь).
2. Сульфирование — это процесс замещения атома водорода в бензольном ядре на сульфогруппой — SO H. Для сульфирования бензола и его гомологов применяют концентрированную серную кислоту или олеум (раствор триоксила серы SO, в серной кислоте).
3. Галогенирование. Бензол и его гомологи хлорируются, бромируются и йодируются. Замещение атома водорода в бензольном ядре на атом хлора или брома осуществляют в присутствии катализаторов — кислот Льюиса (A1CI,, FeBr,, ZnCl2 и др.). Под действием катализатора молекула галогена поляризуется. Атакующей электрофильной частицей служит либо комплекс поляризованной молекулы галогена с кислотой Льюиса, либо катион галогена, образующийся в процессе ионизации данного комплекса.
4. Ашиирование по Фриделю — Крафтсу. Для введения алкильной группы в молекулу ароматического соединения в качестве электрофильных реагентов чаше всего используют галогеналканы. Взаимодействие происходит в присутствии катализаторов — кислот Льюиса. Для алкилирования аренов также могут быть использованы спирты (реакции протекают в присутствии кислот Льюиса или минеральных кислот) или алкены (в этом случае алкилирование требует присутствия кислот Льюиса и минеральной кислоты как источника протонов).
По своему механизму реакция алкилирования аналогична реакциям нитрования, сульфирования и галогенирования.