Nitration of Acetanilide
アセトアニリドのニトロ化
芳香族求電子置換：アセトアニリドのニトロ化（HNO3/H2SO4）→ p-ニトロアセトアニリド
出発物から生成物へ
反応の基本形
Ar–H + HNO₃ → Ar–NO₂ + H₂O
混酸が作るニトロニウム NO₂⁺ が芳香環を攻めてニトロ基を導入する求電子置換である（アミド基はオルト・パラ配向）。
反応機構（段ごと）
巻矢印はA＝攻撃 / B＝脱離・π形成 / C＝プロトン移動。本文の (A)(B)(C) は図中の同色の矢印を指します。
ニトロニウム生成① 硫酸が硝酸をプロトン化
試薬・条件H2SO4
硫酸が硝酸のOH酸素O13をプロトン化分子が水素イオン（H⁺、プロトン）を1つ受け取る操作。酸性条件でよく起こる。(C)、O30–H35電子がO30へ戻りHSO4⁻になる(B)。硝酸のOHが水（良い脱離基結合の電子対を持ったまま分子から抜けていく原子や原子団。抜けたあと安定なほど良い脱離基となる。）に変わる。
ニトロニウム生成② 水が脱離してNO2⁺
O12⁻の電子対がN10との二重結合を作り(B)、N10–O13電子がO13へ降りて水が脱離(B)、直線形のニトロニウムNO2⁺になる。
求電子付加：パラ位攻撃でアレニウム生成（律速）
試薬・条件NO2⁺
アミド基のあるC1に対しパラのC4で、環π電子（C3=C4）がNO2⁺のN10を攻撃(A)、N=O12のπがO12へ降りる(B)。生じるアレニウムの正電荷は攻撃点C4のo/p位（C1・C3・C5）に非局在化1つの構造式では描き切れない電子の広がりを、複数の極限構造で表す考え方。する（図はC3にのせた一共鳴形）。特別な安定化はアミド窒素N8のつくC1に＋がのった共鳴形（C1=N⁺、窒素の孤立電子対結合に使われず、原子の上に対で残っている非共有の電子対。求核剤として攻める手になる。が供与）から来て、これが–NHCOCH3のo/p配向の源。C3はアミドのメタ位で、Nでは安定化されない一般的な非局在化位置にすぎない。芳香族性環状で平面のπ電子系が、規則を満たして特別に安定になる性質。を失うこの段が律速。
脱プロトンで再芳香族化（p-ニトロアセトアニリド）
試薬・条件HSO4⁻（塩基）
HSO4⁻がsp3炭素C4のH15を引き抜き(C)、C4–H15電子が環へ戻ってC3=C4を再生(B)＝再芳香族化。p-ニトロアセトアニリドが完成し硫酸が再生する。
なぜこう進むのか
- 原理
- EASの一型。求電子剤電子が足りず、電子の余った相手（求核剤）から電子対を受け取る側の化学種。NO2⁺を混酸で作り、電子豊富な芳香環環状で平面のπ電子系が、規則を満たして特別に安定になる性質。が付加→脱プロトン分子が水素イオン（H⁺）を塩基に引き抜かれて手放す操作。プロトン化の逆である。で戻る。鍵は配向性：アミド基 –NHCOCH3 は窒素の孤立電子対結合に使われず、原子の上に対で残っている非共有の電子対。求核剤として攻める手になる。を環に押し込むo/p配向性（活性化）基。
- 選択性
- Q.なぜ para だけで、ortho がほとんど来ないのか
A.–NHCOCH3 はo/p配向だが、アセチル基が立体的にかさ高く ortho を塞ぐ。para はその障害がなく、しかも電子的にも有利（窒素の電子対が ortho/para 位を活性化）。だから p-ニトロ体が主生成物になる。アミンをあらかじめアセチル化してからニトロ化するのは、生のアニリンだと活性が高すぎ酸化・多置換が起こるのを抑え、para選択性を上げるための保護でもある。 - 駆動力
- 律速はアレニウム生成（芳香族性を失う山）。脱プロトンによる再芳香族化が駆動力。H2SO4は触媒反応を速めるが、自身は反応の前後で消費されず再生される物質。で再生。
近い反応・対になる反応
同じ中間体・対になる選択性・連続する変換など、位置の近い反応です。反応マップで全体の中での位置も見られます。
機構の正しさを機械で確かめる
原子の保存・電子の流れ・生成物への到達を機械で検証しています。妥当な経路は複数ありえます。
検算の内訳を見る
| 矢印⇄結合変化の整合 | 整合 — fail=0 / check=0（全4段） |
|---|---|
| 電荷保存 | 保存 — 全段で電荷保存 |
| 中間体の鎖の連続 | 連続 — 中間体の鎖が連続 |
| 生成物への到達（内部整合） | 到達 — 看板の生成物が機構中で実際に生成 |
| 生成物の分子式 | C8H8N2O3 |
| PubChem 照合 | 緑・完全一致（CID 7691） N-(4-nitrophenyl)acetamide |