Механізм электрофільного заміщення у ароматичному ядрі (SЕ):
Першою стадією реакції електрофільного заміщення є утворення π-комплексу – перехідного стану, який виникає із ароматичної сполуки та електрофільного реагенту за рахунок електростатичних сил притягнення між позитивно-зарядженим електрофілом та π-електронами ароматичної сполуки. Утворення π1-комплексу проходить дуже швидко, енергія активації утворення π-комплексу (енергія, необхідна для утворення π1-комплексу) складає приблизно 35 кДж/моль.
Другою стадією реакції, яка визначає її швидкість, є перехід π1-комплексу у σ-комплекс. σ- Комплекс – це проміжна сполука, яку в окремих випадках можна зареєструвати або навіть виділити і індивідуальному стані. σ-Комплекс – це катіон, який вже не має ароматичних властивостей.
Утворення σ-комплексу потребує значно більшої енергії, ніж утворення π-комплексу. Але, в цілому, утворення σ-комплексу не потребує надто великої затрати енергії, оскільки енергія спряження σ-комплексу (109 кДж/моль) близька до енергії бензолу (150 кДж/моль).
Третя стадії реакції – утворення нового π2-комплексу за рахунок повернення електронів, які сполучали sp3-гібридизований атом карбону з атомом гідрогену, в бензольний цикл і утворення таким чином знову ароматичного секстету (поновлюється ароматичність бензольного ядра).
Зміна вільної енергії системи реакції електрофільного заміщення зображується такою кривою:
Рис. Енергетична діаграма реакції SE для бензолу
Е1 – енергія бензолу ; Е2 – енергія активації утворення π1 – комплексу; Е3– енергія π1 – комплексу; Е4 – енергія активації утворення s - комплексу; Е5– енергія s – комплексу; Е6 – енергія активації утворення π2 – комплексу; Е7– енергія π2 – комплексу; Е8– енергія активації утворення продукту реакції; Е9– енергія продукту реакції.