Estudio teórico del efecto de los sustituyentes en la regioselectividad de una sustitución electrofílica aromática de segundo orden

Abstract

RESUMEN: Con la finalidad de comprender teóricamente a través de la mecánica cuántica la regio-selectividad de los sistemas aromáticos di-sustituidos en la reacción de sustitu- ción electrofílica aromática, se evaluó en diferentes compuestos construidos a partir de la información de las propiedades electrónicas de los sustituyentes (donadores o extractores de densidad electrónica) los índices de reactividad, como las funciones de Fukui representadas en una isosuperficie, en forma condensada a través de las cargas atómicas, luego como un valor promedio de la densidad local en la molécula y por último por medio de los desplazamientos químicos independientes del núcleo (NICS), además se examinó la aromaticidad con la idea de encontrar una relación entre esta y la reactividad de los compuestos. Se encontró como ya advertían los análisis de sistemas mono-sustituidos, el efecto de los sustituyentes son una parte fundamental a la hora de habar de reactividad en estos compuestos aromáticos, debido a que dependiendo de la combinación que se haga entre ellos y de la posición que ocupen en el anillo se favorecen más unos sitios que otros en una tercera sustitución, además se observó que para la mayoría de los casos en los cuales surge un efecto cooperativo, la densidad electrónica será más o menos vigorosa dependiendo de la ubicación y naturaleza de los electrófilos. Se halló también que una sustitución meta direccionada por un sustituyente desactivante, bien sea fuerte o débil, se verá favorecida si en este lugar también existe donación de densidad de otro grupo funcional. Respecto a la aromaticidad los resultados muestran que cada sustituyente afecta la nube electrónica π de manera diferente y esto se ve reflejado en la relación lineal que existe entre los NICS y la energía de los sistemas que poseen los mismos sustituyentes en diferentes posiciones, esta relación no es concluyente y requiere de una evaluación mas exhaustiva debido a que la estadística empleada es débil como consecuencia de la cantidad de datos utilizados.

ABSTRACT: In order to understand theoretically through quantum mechanics the regioselectivity of the aromatic di-substituted systems in the aromatic electrophilic substitution reaction, the reactivity indices were evaluated in different compounds constructed from the information of the electronic properties of the substituents (electron density donors or extractors), The Fukui functions represented in an isosurface, in condensed form through the atomic charges, then as an average value of the local density in the molecule and finally by means of the independent chemical shifts of the nucleus (NICS), in addition the aromaticity was examined with the idea of finding a relationship between this and the reactivity of the compounds. It was found that as already warned by the analysis of mono-substituted systems, the effect of the substituents are a fundamental part when talking about reactivity in these aromatic compounds, because depending on the combination that is made between them and the position they occupy in the ring, some sites are favored more than others in a third substitution, it was also observed that for most cases in which a cooperative effect arises, the electron density will be more or less vigorous depending on the location and nature of the electrophiles. It was also found that a meta-directed substitution by a deactivating substituent, either strong or weak, will be favored if there is also density donation of another functional group at this site. Regarding aromaticity, the results show that each substituent affects the electronic cloud π in a different way and this is reflected in the linear relationship that exists between the NICS and the energy of the systems that have the same substituents in different positions, this relationship is not conclusive and requires a more exhaustive evaluation due to the fact that the statistics used are weak as a consequence of the amount of data used.