Рекомендация (коротко): защитить амин как ацетамид (ацетанилид), провести нитрование при низкой температуре, затем гидролиз ацильной защиты. Это даёт преимущественно пара‑изомер.
Регламент (пошагово)
1) Ацетилирование: анилин + ацетanhидрид (или ацетилхлорид) в растворителе/без растворителя при $\mathrm{RT}$ — получают ацетанилид. Пример: анилин $1.0\mathrm{equiv}$, Ac2O $1.1\mathrm{equiv}$, $\mathrm{RT}$, $0.5\text{–}1\mathrm{h}$.
2) Нитрование: ацетанилид растворить в ледяной уксусной кислоте или аккуратно в смеси кислот; добавить смесь азотной/серной кислоты или $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3/\mathrm{A}{\mathrm{c}}_2\mathrm{O}$ при низкой температуре $0\text{–}5{}^{\circ }\mathrm{C}$. Пример: ацетанилид $1.0\mathrm{equiv}$, $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_{3}1.1\mathrm{equiv}$ + ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ кат.; температура $0\text{–}5{}^{\circ }\mathrm{C}$, время добавления $15\text{–}30\min$, затем выдержка коротко. Ожидаемое соотношение пара:орто $\approx 85:15$ (в пользу пара).
3) Гидролиз защиты: гидролиз ацетамида кислотой (например, концентр. HCl, кипячение) или щёлочью (NaOH, reflux) с последующей нейтрализацией — получают p‑нитроанилин.
Альтернативы
- Защита в виде толсуламидa (Ts) даёт похожую пара‑направленность; удаление защиты дороже/жёстче.
- Блокирование орто‑позиций через временную сульфонацию (SO3H в ortho), затем нитрование и десульфонирование — классический путь для высокой пара‑селективности, но более многостадийный.
Стереоэлектронное объяснение (кратко)
- В исходном анилине $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$ сильно активирует кольцо через p‑донорность неподелённой пары $N$, что ведёт к быстрой поли‑нитрации и смеси орто/пара; в сильнокислой среде амин протонируется и даёт м‑направление.
- Ацетилирование превращает $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$ в $-\mathrm{NHCOC}{\mathrm{H}}_3$. Локальная неподелённая пара N частично деплейсирована в сопряжение с карбонилом, поэтому группа становится менее активной (снижает скорость нитрования) но сохраняет резонансное орто/пара‑направление. Это повышает селективность и уменьшает поли‑нитрование.
- Дополнительно ацетильная группа даёт стерическое затруднение в орто‑положениях, повышая относительную доступность и стабилизацию σ‑комплекса для пара‑позиции. Иначе говоря, для образования орто‑σ‑комплекса возникает больший стерический/энергетический барьер, чем для пара.
- Нитрование идёт через электрофил $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{+}$; селективность определяется стабильностью соответствующих σ‑комплексов и стерическим затруднением переходного состояния — поэтому ацетанилид даёт преимущественно пара‑изомер.
Краткое предупреждение: прямое нитрование анилина не рекомендуется — идёт протонирование/оксидативное разложение и плохо контролируемые смеси.