В реакция электрофильного замещения для монозамещенных соединений сопоставляют соотношение только мета- и пара- изомеров. Это связано с тем, что на ход замещения по орто- положения оказывают сильное влияние различные пространственные факторы, в том числе: отталкивание между заместителем и вступающими в реакцию электрофильными агентами.
Соотношение орто-/пара- изомеров при нитровании
Нитрование первичных ароматических аминов не проводится, поскольку азотная кислота является окислителем, а амины чувствительны к окислению. Так, смесь анилина и азотной кислоты может загореться. Нитрование же третичных аминов может быть осуществлено с хорошим выходом, удобным методом является нитрование в уксусной кислоте.
Соотношение орто-/пара- изомеров составляет $1:2$, а количество $2,4$-динитро-$N$, $N$-диметиланилина зависит от условий реакции. Ацетанилиды широко используются как субстраты в реакциях ароматического гидрирования, например:
Из следующих примеров видно, что соотношение орто- / пара- может иногда меняться в зависимости от условий реакции.
Фенол нитруется разбавленной азотной кислотой даже при комнатной температуре. При этом образуется много боковых продуктов окисления кольца. Но по этому методу можно получить как орто-, так и пара-замещенные нитрофенолы, которые легко разделяются вследствие меньшей растворимости о-нитрофенола и его лучшей летучести за счет внутримолекулярной водородной связи между гидроксильной и нитрогруппой.
Соотношение орто-/пара- изомеров при сульфировании
Если сульфировать толуол, как показано на следующей схеме, образуется смесь орто- и пapa- замещенных сульфокислот (с незначительной примесью мета-изомера) в соответствии с направляющим действием метательновой группы. Эффективно она стабилизирует резонансную структуру, в которой положительный заряд локализован на атоме углерода, соединенном непосредственно с ней. Из продуктов реакции важнейшим является пара-толуолсульфокислота $(PTSA$, $TsOH$), образующаяся с выходом около $40\%$, и которую можно отделить в виде кристаллической натриевой соли. Ее используют в реакциях, требующих катализа сильной кислотой, поскольку она является удобной в пользовании по сравнению с концентрированной серной или фосфорной кислотами.
В отличие от других реакций электрофильного замещения, реакция сульфирования является обратимой. Поэтому на соотношение изомеров будет влиять температура процесса сульфирования. Это - пример кинетического и термодинамического контроля реакции. Так, при сульфирования толуола концентрированной $H_2SO_4$ при температуре $0^\circ \ C$ соотношение орто- и пара- изомерных сульфокислот составляет $9:10$, тогда как при температуре $100^\circ \ C$ количество пара-изомера возрастает, и соотношение орто-/пара- становится $1:6$. Более того, при $160^\circ \ C$ преимущественно образуется более стабильная мета-толуолсульфокислота.
Соотношение орто-/пара- изомеров при ацилировании
Особым случаем ацилирования по Фриделю-Крафтсу является перегруппировка Фриса. Этот процесс заключается в изомеризации эфира фенола на орто- или пара- ацилированный фенол под действием кислот Льюиса:
Формально происходит миграция ацильной группы эфира фенола с образованием гидроксифенилкетона. Соотношение орто- и пара-изомеров зависит от условий проведения реакции, в частности, при низких температурах преобладает образование пара-замещенного фенола, а при высоких - орто- ацилированного продукта. Как и при ацилированнии по Фриделю-Крафтсу, на первой стадии катализатор образует с субстратом комплекс, поэтому его необходимо принимать не менее чем в эквимолярном количестве. Электрофильной частицей я является ацил-катионы, которые атакуют орто- или пара-положения промежуточного фенолята алюминия.
