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10 芳香族亲电取代反应

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傅克反应资料讲解

傅克反应资料讲解

傅克反应傅-克反应傅里德-克拉夫茨反应，简称傅-克反应，是一类芳香族亲电取代反应，1877年由法国化学家查尔斯·傅里德（Friedel C）和美国化学家詹姆斯·克拉夫茨（Crafts J）共同发现。

该反应主要分为两类：烷基化反应和酰基化反应。

傅-克反应:(1)傅-克烷基化反应;(2)傅-克酰基化反应傅-克烷基化反应傅-克烷基化反应在强路易斯酸的催化下使用卤代烃对一个芳环进行烷基化。

假设使用无水氯化铁作为催化剂，在氯化铁的作用下，卤代物产生碳正离子，碳正离子进攻苯环并取代环上的氢，最后产生烷基芳香族化合物和氯化氢。

总反应式如下：傅-克烷基化机理这类反应有个严重缺点：由于烷基侧链的供电性，反应产物比起原料具有更高的亲核性，于是产物苯环上的另一个氢继续被烷基所取代，导致了过烷基化现象而形成了众多副产物。

由于这类反应是可逆的，还可能出现烷基被其他基团所取代的副产物（例如被氢取代时，也称为傅-克脱烷基化反应）；另外长时间的反应也会导致基团的移位，通常是转移至空间位阻较小、热力学稳定的间位产物。

另外如果氯不是处于三级碳原子（叔碳原子）上，还有可能发生碳正离子重排反应，而这取决于碳正离子的稳定性：即三级碳>二级碳>一级碳。

空间位阻效应可以被利用于限制烷基化的数量，比如1，4-二甲氧基苯的叔丁基化反应。

1,4-二甲氧基苯的叔丁基化烷基化的底物并不局限于卤代烃类，傅-克烷基化可以使用任何的碳正离子中间体参与反应，如一些烯烃，质子酸，路易斯酸，烯酮，环氧化合物的衍生物。

如合成1-氯-2-甲基-2-苯基丙烷就可以从苯与3-氯-2-甲基丙烯进行反应:1-氯-2-甲基-2-苯基丙烷的合成曾有研究实例表明亲电试剂还能选用由烯烃和NBS生成的溴离子。

通过烯烃的傅-克烷基化在这个反应中三氟甲磺酸钐被认为在卤离子形成中活化了NBS的供卤素能力。

傅-克去烷基化反应傅-克烷基化是一个可逆反应。

在逆向傅-克反应或者称之为傅-克去烷基化反应当中烷基可以在质子或者路易斯酸的存在下去除。

亲电取代反应

亲电取代反应

6 5 4
lgk氯化
3 2 1 0 -1 -2 -1 0 1 2 3 4
lgK3
图 σ -络合物的相对稳定性和氯化反应的速度的关系曲线
一. 亲电取代反应
（一） 加成－消除机理
H E E+NuE
σ－络合物 芳正离子
HNO3
2H2SO4 HNO3
H2SO4
+
NO2
HSO 2 4
H3O
NO2+
NO2+
－NHCOCH3、 －OCOR、－C6H5、－R[－CH3、
－C2H5]、－H、－X等 特点：负电荷，孤对电子，饱和键
第二类：致钝基，取代基的影响使芳环的反应活性 降低，新引入的基团上间位。属于这类基团的有： －N+R3、－NO2、－CN、－COOH、－ SO3H、－CHO、－COR等 特点：正电荷，不饱和键 两类定位基定位能力的强弱是不同的，大致如上述 次序。
能 量 中间体 硝基苯的邻、对位取代 硝基苯的间位取代 苯的取代
反应进程
• 有+I，+T： 如-O-,-CH3,Ph （1）共轭效应与诱导效应作用一致； （2）则使苯环活化； （3）邻、对位定位基。
甲基:
H H C H H H C H
¬ ¹ ² î é C: s-p ³ ¹ ± Ê ½ » ·É Ï µ ç Ó ×Ô Æ Ã Ü ¶ È
芳香族亲电取代反应的历程
预测：三种方式 （1）先经过σ-络合物，再脱去H+的两步历程
（2）亲电质点进攻前，质子已经脱落的单分 子历程 Ar-H Ar- ＋ H+
（3）E+的进攻合H+的脱落同时发生的一步历程
Ar-H＋E+ Ar

芳香族化合物的取代反应

芳香族化合物的取代反应
在芳基正离子机理中，C-H键的断裂不在决速步骤发 生，无同位素效应； 在芳环硝化反应中证实无同位素效应。
(D)H (D)H NO2 H(D) HNO3/H2SO4 H(D) H(D) kH/kD = 1.05 (D)H (D)H NO2 H(D) NO2 H(D)
容易观察到较小的同位素效应 (kH/kD = 1-3，而非正常的6-7)： 第一步具有可逆性及由此引起 的分配效应所产生的。
:
:
:
:OMe
+
H
E
H
E :
H
E : :OMe H E
H
E
:OMe
+
:
:OMe
+
H E
H E
+
化学
-I > +C ，钝化苯环：X
Cl
Cl E H H E
B间位定位基 的定位能力次序大致为（从强到弱） 2.
-NR3， -NO2， -CF3， -CCl3， -CN， -SO3H， -CHO， -COR，-COOH， -CONH2。
反 应 进 程
化学
2. 同位素效应 当一个反应进行时，在决定反应速率的步骤中发生 了反应物分子的同位素键的断裂，将显示初级动力 学同位素效应。最常见的是，反应物分子中的氢被 氘取代后，反应时有速率上的不同，这种变化称为 氘同位素效应，用kH/kD表示。 例如下列反应有 动力学同位素效 应，说明质子是 在决速步的失去 的：
CH2CH3 H
CH3CH2 + [AlCl3Br]
CH2CH3
H+
+
HBr AlCl3
化学
特点： 1°常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、 无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催 化作用。

精细有机合成技术：芳香族的亲核取代反应

精细有机合成技术：芳香族的亲核取代反应

ArNH2
氨解
ArNHAr’ 芳胺基化
（1）加成-消除历程（双分子历程）
Hale Waihona Puke • 反应分两步进行：• 第一步是亲核试剂Nu－进攻芳环形成芳负离子，这个过程是速度控 制步骤。第二步芳负离子解离下原取代基Z完成亲核取代过程。
• 当被置换基团Z的邻、对位有吸电子基团时，与Z相 连的碳原子上的电子云密度下降更多，有利于芳负 离子的电荷分散，对反应有利。反之，在Z的邻、 对位有给电子基团时，不利于反应的进行。例如：
• 表2-6列出了重要的芳环上已有取代基的亲核取代（置换）反应。
反应物 ArCl或 ArBr
ArSO3H
表2-6 芳环上已有取代基的亲核取代反应
亲核试剂
NaOH, H2O RONa
Ar’ONa, Ar’OK
NH3, NH4OH RNH2 Na2SO3
Na2S NaCN
NaOH, KOH
NH4OH Ar’NH2 NaCN
反应产物
ArOH ArOR
ArOAr’
ArNH2 ArNHR ArSO3Na ArSH ArCN
ArOH
ArNH2 ArNHAr’
ArCN
单元反应 羟基化 烷氧基化 芳氧基化
氨解 磺化
羟基化 氨解 芳胺基化
反应物 ArNO2
亲核试剂 ROK Ar’OK
NH4OH
反应产物 单元反应
ArOR 烷氧基化
ArOAr’ 芳氧基化
（2）单分子历程
• 对重氮基的亲核置换属于单分子历程。以重氮盐的水解和酸 解为例。
➢重氮盐首先分解产生芳基正离子，此步反应为慢反应， 是反应的控制步骤。随后是芳基正离子与水或醇反应生 成酚或醚。反应速度与亲核试剂的浓度无关。

亲电取代反应通式

亲电取代反应通式

R HCl
π-络合物
• π-络合物特点
（1）芳环的芳香性未被破坏； （2）没有与芳环形成新的化学键。
两类络合物的特点
σ-络合物
R
＋HCl AlCl3
R
[ ...+... ]
HH
σ-络合物
• σ-络合物特点
（1）生成了新的σ键；
（2）芳烃的π电子体系 被破坏，形成了不稳定 的非芳香性化合物。
两类络合物的关系
芳烃与亲电试剂接触，经过π络合物， 然后形成σ络合物，即：
R ＋HCl
R
R
...... [ ] AlCl3
HCl
+
AlCl4-
H H (溶液）
π-络合物
σ-络合物
2.芳香族亲电取代反应的历程
经过σ络合物中间产物的两步历程
k1
H
第一步：Ar-H + E+
Ar+
k-1
E
H k2
第二步：Ar+
Ar-E + H+
E
并且生成σ络合物中间产物为控制步骤。
小结
芳香族亲电取代反应历程是经过σ络 合物中间产物的两步历程。并且生成 σ络合物中间产物为控制步骤。
1 芳香族两类络合物 2 芳香族亲电取代反应的历程
亲电取代反应
亲电取代反应通式
反应通式： R-H ＋ Z+
R-H ＋ Z-Y
R-Z ＋ H+ R-Z ＋ H-Y
1.芳香族两类络合物
芳烃＋亲电试剂 [络合物] 取代产物 亲电取代反应 π-络合物 σ-络合物
两类络合物的特点
π-络合物
Rห้องสมุดไป่ตู้
＋HCl

芳香亲电和亲核取代反应

芳香亲电和亲核取代反应
• Nu：RO-、CN-、RS-、-NH2等
8.5 芳环上的亲核取代反应
一．SNAr2历程
例：
Cl
Cl Nu
Nu
Nu-
-Cl-
NO2
NO2
Cl
+ NaOH
360℃ 高压
NO2 OH
Cl NO2 + NaHCO3 130℃
OH NO2
8.5 芳环上的亲核取代反应
一．SNAr2历程
Cl NO2 + NaHCO3 100℃
常见取代基定位效应
类别 邻 对 位 取 代 基
间位取代基
性质 致 活
致钝 致 钝
取 最强 强 中 弱 弱
强
最强
代
NR2
O NHC R
CH3
F
NO2 CN
NHR O CR3 Cl SO3H
基 O NH2 OC R
OH OR
Br CHO
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NR3
I COCH3
COON
COOCH3
CONH2
电子 +I 效应 +C
二．亲电取代反应历程 三．亲电取代反应活性和定位效应
8.1 芳香亲电取代反应
卤代
+
X2
FeX3 或 Fe
X + HX
卤苯
硝化 磺化
反应活性 CI2＞Br2＞I2
+HNO3 浓50H~62S0O。4C
NO2+ H2O
硝基苯
+
HO-SO3H
70-80。C 。 或发烟 H2SO4 25 C
SO3H + H2O
反应速度与重氮盐的浓度成正比，而与亲核试剂 的浓度无关，

芳香族化合物亲电取代反应


亲电试剂是正离子或偶极分子中正的一端
一、 反应机理
H E E Nu
+ -
E
加成－ 加成－消除机理
决定反应速度的一步是E 决定反应速度的一步是 +进攻苯 环， 果得到的是取代产物， 反应结 果得到的是取代产物， 故称为苯环上的亲电取代反应。 故称为苯环上的亲电取代反应。 缩写为SE）。 （electrophilic substitution 缩写为 ）。
+ I2
I2
棕红色
它在500nm 有吸收，而苯在 有吸收， 它在 297nm处的吸收峰不复存在 处的吸收峰不复存在
σ 络合物 存在下，三甲苯和氟乙烷在－ ℃ 在BF3存在下，三甲苯和氟乙烷在－80℃ 反 应，可分离出熔点为-15℃ 的中间体 可分离出熔点为 ℃
熔点为－ ℃ 熔点为－15℃
二、定位效应和反应活性
三、影响邻对位比例定位效应的因素 ①空间效应 亲电试剂和苯环上原有的取代基 的体积越大，对位产物越多： 的体积越大，对位产物越多： a. 芳环上原有基团的空间效应
R
HNO3+H2SO4
R NO2 +
R
NO2ห้องสมุดไป่ตู้
R=
CH3 CH2CH3 CH(CH3)2 C(CH3)3
位 阻 依 次 增 大
含 量 依 次 减 少
N
=
O C O
=
O C N CH3
（二）定位规律的理论解释
取代基的定位效应与取代基的诱导效应、共轭效应、 取代基的定位效应与取代基的诱导效应、共轭效应、超共轭 效应等电子效应有关。 效应等电子效应有关。 诱导效应 给电子诱导效应（ ），取代基上的电子通过σ键向苯环移动 ），取代基上的电子通过 苯环移动; 给电子诱导效应（+I），取代基上的电子通过σ键向苯环移动 吸电子诱导效应（ ），苯环上的电子通过σ键向取代基移动。 ），苯环上的电子通过 吸电子诱导效应（-I），苯环上的电子通过σ键向取代基移动。

精细有机合成化学与工艺学复习参考题

1、精细化学品与精细化工的概念与特点。

精细化学品：“凡能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身具有特定功能的小批量或高纯度化学品”。

精细化学品的特点：① 产品功能性强（专用性）② 批量小③ 品种多④ 利润率高⑤ 更新换代快精细化工 ：“生产精细化学品的工业”。

“它属于一类化工产品的生产行业” 。

精细化工的特点：① 多品种、小批量 ② 综合生产流程和多功能生产装置 ③ 高技术密集度 ④ 大量应用复配技术 ⑤ 新产品开发周期长，费用高 ⑥ 商品性强、市场竞争激烈2、新领域精细化学品的类别。

食品添加剂、饲料添加剂、电子化学品、造纸化学品、塑料助剂、皮革化学品、表面活性剂、水处理剂等。

3、精细化率的定义、我国目前的精细化率。

精细化率是一个国家或地区化学工业发达程度和化工科技水平高低的重要标志。

我国目前的精细化率为45%。

4、世界精细化工的发展趋势。

发达国家新领域精细化工发展迅速、重视化境友好绿色精细化学品和超高功能及超高附加值产品，发展绿色化生产与生物工程技术。

传统精细化工向发展中国家转移。

5、我国精细化工的现状与存在的主要问题。

●我国精细化工产品的自我供应能力已有了大幅度的提升，传统精细化工产品不仅自给有余，而且大量出口；新领域精细化工产品的整体市场自给率达到70%左右。

一些产品在国际市场上具有较大的影响力。

●目前国精细化工产品尚难以满足细分市场需求。

以中低档产品为主，难以满足高端市场要求，以电子化学品为代表的高端精细化学品严重依靠进口。

● 在快速变化的市场面前，我国的研发力量还很不足的，特别是薄弱的精细化工的基础性研究已成为我国开发新技术和新产品的重要制约因素。

● 部分国家以保护环境和提高产品安全性为由，陆续实施了一批新的条例和标准；我国也在不断加大与人民生活息息相关的工业品的安全管理力度和提%100⨯=化工产品的总值精细化工产品的总值）精细化工率（精细化率高安全标准，这些因素对精细化工的发展提出更高的要求和挑战。

精细有机合成化学与工艺学_天津大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

精细有机合成化学与工艺学_天津大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.含有有两个或两个以上强吸电基的芳胺属于碱性很弱的芳胺，重氮化时一般需要使用浓硫酸作为无机酸参考答案:正确2.在气-固相临氢接触催化胺化氢化中，主要使用铜-鎳催化剂，其中铜主要是催化醇的脱氢生成醛或酮，镍主要是催化烯亚胺的加氢生成胺参考答案:正确3.气固相催化氧化需要被氧化物和产物都要有足够的热稳定性参考答案:正确4.芳香族亲电取代反应的历程是经过σ络合物中间产物的两步历程，但是σ络合物的生成并不是控制步骤参考答案:错误5.氧酰化反应又叫做酯化反应参考答案:正确6.烯烃的硫酸酯化是亲电加成反应历程参考答案:正确7.使用三聚氯氰进行N-酰化反应，三个氯均可被取代，且反应速率类似，不易控制反应条件得到一酰化产物参考答案:错误8.使用羧酸与酸酐进行的N-酰化反应类似，都是可逆反应参考答案:错误9.间异丙基甲苯在进行空气液相氧化时，反应可以选择性的发生在异丙基生成叔碳过氧化氢物参考答案:正确10.还原反应也可以指在有机分子中增加氢或减少氧的反应，或者兼而有之的反应参考答案:正确11.在使用硫化碱还原间二硝基苯时，可以得到部分还原产物即间硝基苯胺，而铁粉则容易使间二硝基苯发生完全还原，而不易得到间硝基苯胺参考答案:正确12.苯酚是精细化工的基本原料参考答案:错误13.芳烃用溴素作为溴化剂进行溴化时，常常向反应液中加入氧化剂，目的是将产生的HBr氧化成Br2而充分利用参考答案:正确14.芳环上发生亲电取代反应时，所有第一类取代基都使芳环上电子云密度增大，使芳环活化参考答案:错误15.芳烃用稀硝酸硝化时，反应质点是参考答案:NO正离子16.芳烃氯化生产中要控制原料中的水的含量小于参考答案:0.04 %17.芳烃磺化反应，为了抑制磺化生成砜副反应时,常常加入的添加剂是参考答案:NaSO4_NaHSO418.空气液相氧化时自由基的反应历程，其包括三个阶段为参考答案:链的引发_链的传递_链的终止19.芳胺用亚硫酸氢钠的水解也叫Bucherer反应参考答案:正确20.铁粉还原时，向在水介质中的被还原物与铁粉混合物加入酸的目的是为了清洁铁粉参考答案:错误21.芳烃用氯磺酸磺化时，芳烃与氯磺酸的摩尔比是1:5时，生产的产物是参考答案:芳磺酰氯22.芳环不易直接进行取代氟化，常采用的方法是置换氟化参考答案:正确23.苯酚氯化制备高纯度的2,6-二氯苯酚时，常采用的方法是将反应产物进行多次精馏分离提纯参考答案:错误24.甲苯侧链氯化制备氯化苄时要控制后处理无水操作，否则产物容易水解参考答案:正确25.芳磺酸盐碱熔的特点包括参考答案:三废治理负担大_工艺落后，劳动强度大，工作环境差_不易连续化生产_方法简单，工艺成熟，对设备要求不高26.芳环上的C-烷化反应是连串的不可逆反应参考答案:错误27.甲苯高温磺化，生成邻对位磺化产物，因为甲基是第一位定位基参考答案:错误28.使用卤代烃的芳环上的C-烷化反应是酸催化的付氏烷基化反应，该反应的特点包括参考答案:烷基化反应的质点会发生异构化_易生成待支链的烷基取代基_连串_可逆29.芳烃的亲电取代反应，难易程度为：蒽醌＞萘＞苯参考答案:错误30.所有溶液中，溶剂和溶质之间的相互作用力均存在氢键缔合作用的专一性力参考答案:错误31.叔卤代烃水解成醇的反应，按照Houghes-Ingold规则，极性溶剂对反应有利参考答案:正确32.芳烃上引入-SO3H不仅可增加水溶性，还可以辅助定位或提高反应活性参考答案:正确33.α-烯烃用SO3 的取代磺化是游离基反应历程参考答案:错误34.某些有机物在室温下在空气中不适用催化剂也能发生缓慢氧化参考答案:正确35.精细有机合成的原料资源是煤、石油、天然气和动植物参考答案:正确36.芳磺酸在酸性条件下的水解反应机理是（）参考答案:亲电取代反应37.氯苯是精细化工基本原料参考答案:错误38.醇的氨解的主要工业方法有参考答案:气-固相临氢接触催化胺化氢化法_气-固相接触催化脱水氨解法_高压液相氨解法39.一般钾盐都比钠盐贵，然而四氢硼钾比四氢硼钠的价格更便宜参考答案:正确40.下列芳胺碱性最强的的是参考答案:对甲氧基苯胺41.分子内环合从反应机理上分类包括参考答案:亲核反应_亲电反应_自由基反应42.重氮化时无机酸的用量需要过量，其作用是为了参考答案:产生亚硝酸_溶解芳胺_抑制副反应如重氮氨基化合物的生成43.酚类的氨解方法一般有三种方法包括参考答案:气相氨解法_萘系布赫勒(Bucherer)反应，_液相氨解法44.常用的酰化剂包括参考答案:酰氯_羧酸酯_酸酐_羧酸45.用羧酸的酯化反应是可逆反应，提高酯的收率的方法包括参考答案:从反应混合物中蒸出酯_从反应混合物中蒸出水_用过量的低级醇46.将醇和酚制成钠盐或钾盐，可提高与卤代烃的反应活性参考答案:正确47.环合反应既能形成新的碳环也能形成含杂原子的环参考答案:正确48.在使用稀盐酸和亚硝酸钠进行重氮化时，加入少量的溴化钠或溴化钾能够提高重氮化反映的速率参考答案:正确49.在进行重氮化时，使用不同无机酸会形成不同的活泼质点，最活泼的活性质点是使用浓硫酸时生成的亚硝基正离子参考答案:正确50.重氮基水解反应用于制备苯酚时，不能使用重氮盐酸盐作为原料参考答案:正确51.醇羟基非常活泼,所以醇的氨解能够在较温和的室温下进行参考答案:错误52.环氧烷类的加成胺化的反应速率随着环氧烷类碳原子数的增加而降低,即环氧乙烷 >环氧丙烷>环氧丁烷参考答案:正确53.芳磺酸既可在酸性条件下水解，也可以在碱性条件下水解，水解产物相同参考答案:错误54.带有供电取代基的芳磺酸盐碱熔一般采取熔融碱的常压高温碱熔法参考答案:正确55.用卤代烷作烷化剂的N-烷化反应不可逆，是连串反应参考答案:正确56.以酰氯为酰化剂，使用三氯化铝为催化剂的C-酰化反应，催化剂只需要使用催化的量即原料摩尔量的5%-10%即可参考答案:错误57.用环氧乙烷作烷化剂的N-烷化反应是连串反应，反应不容易控制在一烷基化产品阶段参考答案:正确58.芳香族伯胺与亚硝酸作用生成重氮盐，而脂肪族的伯胺与亚硝酸不反应参考答案:错误59.氨解反应底物易发生水解副反应时可以使用液氨作氨解剂参考答案:正确60.过渡性N-酰化时需考虑的因素包括参考答案:酰化剂价格低廉_酰氨基对下一步反应具有良好的效果_酰化反应容易进行，收率高，质量好_酰氨基易水解61.一般来说芳磺酸盐的碱熔方法包括参考答案:熔融碱的常压高温碱熔法_碱溶液的中温碱熔法62.芳环上氨基的水解包括参考答案:酸性条件水解_亚硫酸氢盐水溶液的水解_碱性水解63.芳香族卤化物使用氨水做氨解剂时一般使用过量氨解剂，其作用是参考答案:降低反应生成的氯化铵在高温时对不锈钢材料的腐蚀作用_改善反应物的流动性_抑制生成二芳基仲胺和酚的副反应64.气-固相临氢接触催化胺化氢化反应的步骤包括参考答案:醇的脱氢生成醛(或酮)_羟基胺的脱水_醛(或酮)的加成胺化_烯亚胺的加氢65.影响重氮化反应的速率的因素包括参考答案:无机酸浓度_无机酸性质_芳胺碱性66.从基本原料出发合成精细化学品，路线越短成本一定越低、路线越合理。

大学有机化学反应方程式总结亲电芳香取代反应

大学有机化学反应方程式总结亲电芳香取代反应在有机化学领域中，亲电芳香取代反应是一类非常重要的反应类型。

它涉及到芳香烃的化学变化，从而引发大量有机合成的研究。

本文将对亲电芳香取代反应进行总结，并介绍其中一些典型的反应方程式。

1. 亲电芳香取代反应概述亲电芳香取代反应是指通过亲电试剂攻击芳香环上具有亲核性的位点，将一个原子或者基团取代到芳香环上。

亲电试剂可以是带正电荷的离子，如卤素阳离子或者亲电的中性分子，如卤代烃、硝基化合物等。

亲电芳香取代反应的反应机理通常包括电子云位移、中间体生成和脱去某些基团等步骤。

其中，具体的机理取决于亲电试剂和反应条件的不同。

2. 典型亲电芳香取代反应方程式2.1 卤代烃取代反应卤代烃是一类常用的亲电试剂，可以在芳香体系中发生亲电取代反应。

以下是一些典型的卤代烃取代反应方程式：(1) 氯代烃的芳香取代反应:Ar-H + Cl2 -> Ar-Cl + HCl(2) 溴代烃的芳香取代反应:Ar-H + Br2 -> Ar-Br + HBr(3) 碘代烃的芳香取代反应:Ar-H + I2 -> Ar-I + HI2.2 硝基化合物的取代反应硝基化合物是另一类常见的亲电试剂，也广泛应用于亲电芳香取代反应中。

以下是一些典型的硝基化合物取代反应方程式：(1) 硝酸的芳香取代反应:Ar-H + HNO3 -> Ar-NO2 + H2O(2) 硝酸酯的芳香取代反应:Ar-H + RONO2 -> Ar-NO2 + ROH2.3 其他亲电试剂的取代反应除了卤代烃和硝基化合物，还有其他各种亲电试剂在亲电芳香取代反应中发挥重要作用。

以下是一些典型的反应方程式：(1) 酰氯的芳香取代反应:Ar-H + RCOCl -> Ar-COR + HCl(2) 硫酸酯的芳香取代反应:Ar-H + RSO3H -> Ar-SOR + H2O(3) 亚硝酸酯的芳香取代反应:Ar-H + RONO -> Ar-NO + ROH3. 应用举例亲电芳香取代反应在有机合成中具有广泛的应用。

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SNAr机理
• 芳环亲核取代最重要的机理； • 分为两步，与脂肪族亲核取代四面体机理，以及芳香族 亲电取代芳基正离子机理相似，第一步进攻试剂与底物 成键形成中间体，然后离去基团离去；通常第一步为决 速步骤；
• 离去基团邻、对位的吸电子取代基加速SNAr反应。
SNAr机理证据
• 1902年，分离得到稳定的Meisenheimer盐；
Major
Minor
No
• 5位违背规则1；2位违背规则2；4位违背规则3；主要进攻位点6。
稠环体系的定位规则
• 进攻萘a位所得的芳基正离子具有更多更稳定的共振极 限式，为动力学产物；
ห้องสมุดไป่ตู้
• 如果反应可逆而且达到平衡，b位取代为热力学产物；
• 由于相应的芳基正离子正电荷离域范围更广，萘比苯更 活泼，两个位置上的取代反应都很快。
• 第一步：酸性最强的氢脱去，与Z的场效应有关，吸电子基团有利 于邻位氢脱去，给电子基团有利去对位氢脱去； • 第二步：能形成最稳定碳负离子中间体的位点是亲核进攻的首选位 点。
SRN1机理
• 自由基链式反应机理，需要电子给体引发；
苯炔机理 SRN1机理
苯炔机理 SRN1机理
• 加入金属钾，更加有效提供溶剂化电子，cine取代产物 消失； • 加入自由基猝灭剂，9：10接近1.46：1。
3.36A
苯的溴化 低温X-ray
甲苯的溴化
低温X-ray
3.29A
3.23A
3.24A
3.20A
单取代苯环定位效应与反应性
• 定位：邻对位定位基团、间位定位基团； • 反应性：活化基团、钝化基团；
• 间位定位基团全部为钝化基团； • 邻对位定位基团一般为活化基团，卤素为钝化基团； • 定位基团的定义是占优势的，而非排他的。例如硝基苯 的硝化反应生成93%间位、6%邻位、1%对位产物；
利用芳烃亲核取代反应进行蛋白质中链端 氨基酸的测定
• 此方法由Sauger，F．提出，利用氨基很容易和2，4-二硝基氟苯 （DNP）发生芳香亲核取代反应; • 一个肽N-端游离氨基和2,4-二硝基氟苯反应，然后将肽链彻底水解， 在水解物中只有一个氨基酸的α -氨基的氢被DNP取代； • 各种氨基酸的DNP标记化合物都是黄色的，并且Rf值各不相同，因 此容易鉴别；通过这个方法，可以辨认出肽的N-端是什么氨基酸。
苯炔机理
• 消除-加成机理；
苯炔机理证据
• 如果芳基卤化物具有两个邻位取代基，反应无法进行； • Cine取代，苯基上有取代基时，亲核取代反应可能发生 在不同位点上，由取代基定位效应导致；
• 不是所有的cine取代都由此机理进行； • 卤化物的反应活性顺序是：Br > I > Cl > F，表明非 SNAr机理； • 温度8K时的氩基质中可分离出苯炔，可观测到其红外光 谱；苯炔可以被捕获； • 苯炔具有芳香性，多出的一对电子仅覆盖两个碳原子的 p轨道。
• 影响中间体芳基正离子的稳定性的主要因素：取代基的 共振效应和场效应。
场效应
• 具有给电子场效应（+I）的取代基Z，可以稳定所有三种芳基正离 子，主要稳定邻对位； • 原因：场效应随距离增大而减小，与Z相连的碳受场效应影响最大； • 具有吸电子场效应（-I）的取代基Z，增加环上正电荷，使环不稳 定，尤其影响邻对位稳定性；
与芳环相连的原子上含有未共用电子对的基团
• 例如： O-, NR2, NHR, NH2,OH, OR, NHCOR,OCOR, SR, 卤素； • 除了O-均为具有吸电子场效应的基团； • 但一般共振效应更重要，NR2, NHR, NH2,OH，为强活化 基团，其余为中等活化基团；
• 卤素例外，由于具有强的吸电子场效应，使苯环电子云 密度小于苯，为弱钝化基团，但同时共振式C、D对邻对 位芳基正离子的贡献很大，使邻对位离子比间位更稳定， 氟苯活性与苯类似，其他三种卤素钝化能力大致相同。
芳基正离子机理 （ Arenium Ion Mechanism ）
• 1或2被称为Wheland中间体、s络合物或芳基正离子； • 在苯环体系中，它们就是环己二烯正离子，芳香六隅体已不存在， 芳香性被破坏，仅通过共振稳定，非常活泼的中间体； • 第二步失去质子可恢复芳香六隅体，一般比第一步快，第一步为 决速步骤；
杂环芳烃
富电子
缺电子
杂环芳烃的定位规则
呋喃、吡咯和噻吩的亲电取代反应2位>3位
吡啶的取代发生在3-位
亲电反应-吡咯2位、吲哚3位
第十一章 芳香族亲核取代反 应
Aromatic nucleophilic Substitution
反应机理
• 正常的SN2、 SN1难以发生； • 在芳环上可以进行的亲核取代反应有以下几种： • SNAr机理：离去基团的邻、对位上存在吸电子基团，反 应被活化,通过四面体机理发生反应，对应脂肪族亲核 取代四面体机理，以及芳香族亲电取代芳基正离子机理； • 苯炔机理：反应被强碱催化，经过芳炔中间体，消除加成机理； • SRN1机理：给电子体引发的反应，自由基链式反应机理； • SN1机理：重氮盐被亲核试剂取代的反应。
• 当X分别为Cl, Br, I, SOPh, SO2Ph，OC6H4NO2时，反应速率差别很 小，表明C-X的断裂不是决速步骤；与SN1， SN2机理不同； • 速率并不完全一致，X的性质会影响Y的进攻速率，X电负性增加， 被进攻位点上电子云密度减小，亲核进攻速率加快； • 例如如下反应中，氟是芳环亲核取代反应最好的离去基团 （ F>Cl>Br>I ）， SN1， SN2机理中，氟是最差的离去基团。
• 例如：烷基、芳基、COO-； • 活化苯环，邻对位定位； • 芳基：芳香六隅体可起到分散正电荷的作用；
• 烷基通过超共轭稳定芳基正离子；
Ipso（本位）进攻
• 连有取代基的位置叫ipso位； • a，失去NO2+变为起始化合物；b，失去Z+，非氢基团作 为离去基团的芳香取代过程；c，亲电基团经历1，2-迁 移，然后失质子；d，Z经历1，2-迁移，可能性很小；e， 亲核进攻发生在芳基正离子上，芳环的1，4-加成。
• 当第一步具有可逆性时，容易观察到较小的同位素效应 （kH/kD = 1-3，而非正常的6-7）；
• 原因： • 若k2>>k-1,无同位素效应； • 若k2<=k-1，由于氘代底物发生第二步反应较慢，更多中 间体被转化为底物，导致ArD的反应比ArH慢，就会观察 到同位素效应。
• • • • •
• 需要碱（通常就是亲电试剂的平衡离子或溶剂）除去生成的H+。
• 如果进攻试剂是偶极子，产物必然带负电荷，然后偶极 子的一部分携带电子对断键离去；
芳基正离子机理证据之同位素效应
• 如果氢离子在亲电试剂到达前离开，或氢离子的离开和 亲电试剂的到达同时发生，就会有同位素效应（氘代底 物的取代反应比非氘代底物慢）； • 在芳基正离子机理中，C-H键的断裂不在决速步骤发生， 无同位素效应； • 在芳环硝化反应中证实无同位素效应。
失去Z+，非氢基团离去的芳香取代过程
多取代苯环上的定位效应
• 当定位作用彼此相反的时候，如果一个强活化基团与较弱的活化基 团或钝化基团竞争，前者起主导作用； • NH2，OH，NR2，O- > OR，OCOR，NHCOR > R，Ar > 卤素 > 间位定位 基团； • 两个基团处于间位，由于位阻关系，第三个基团很难进入两者之间； • 当间位定位基与邻对位定位基互处于间位时，新进入基团主要进入 间位基团的邻位，而非对位；
第十章 芳香族亲电取代反应
Aromatic Electrophilic Substitution
• 脂肪族化合物多发生亲核取代，芳香族化合物多发生亲 电取代反应； • 反应底物：由于芳环的高电子云密度使其具有lewis碱 或Brönsted碱活性； • 进攻试剂：正离子、偶极或诱导偶极带正电的一端； • 离去基团：离去时不带其电子对； • 亲核取代反应：离去基团是最弱的碱，最容易携带未共 享电子对的基团， Br-, H2O, OTs-等； • 亲电取代反应：离去基团是最弱的lewis酸，即不需要 电子对填充最外层电子就可以稳定存在的基团。
与苯环相连的原子上没有未共用电子对 且具有吸电子场效应（-I）的基团
• 例如：NR3+, NO2, CF3,CN, SO3H, CHO, COR, COOH, COOR,CONH2, CCl3, and NH3+；
• 间位定位基，钝化苯环；
• NH3+为特例，对位定位能力与间位定位能力差不多。
与芳环相连的原子上没有未共用电子对 且是邻对位定位的基团
共振效应
D
• 有些基团可以贡献一对电子与芳环共振，导致邻对位多 出一种共振极限式； • 而且：1，此共振式所有原子具有完整的八隅体结构，2， 可将正电荷分散到更广阔的区域（Z基团上），故比其 他共振形式更稳定，对杂化体贡献更大，导致邻对位芳 基正例子稳定性增大；
定位基团分类
• 与芳环相连的原子上含有未共用电子对的基团； • 与芳环相连的原子上没有未共用电子对且是邻对位定位 的基团； • 与苯环相连的原子上没有未共用电子对且具有吸电子场 效应（-I）的基团；
SN1机理
• 主要存在于芳基重氮化物的亲核取代反应后中；
• 证据： • 反应速率与重氮化合物浓度呈一级关系，与Y浓度无关； • 当邻位被氘代的底物进行反应时，二级同位素效应很大 （1.22），表明C-N键的断裂是决速步骤； • 当Ar15NN作为反应物，回收的起始物中含有ArN15N，表明 第一步是可逆反应。
通过中间体芳基正离子的稳定性判断 取代基的定位效应和反应性
• 原因：芳环的亲电取代反应通常受动力学控制，而非热 力学控制（有些反应不可逆，有些反应未达到平衡就终 止），所以，形成哪种中间体（邻、间、对），不取决 于产物的热力学稳定性，而取决于形成中间体所需的活 化能；