芳香族亲电取代反应共43页

Cl NH2-
NH2-
NH2 +
NH3
NH2
CH3 NH2-
Cl
CH3 NH3
CH3 +
NH2
CH3 NH2
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8.5 芳环上的亲核取代反应
三．苯炔机理
Cl
Cl
Cl
+
Cl
主
次
消除哪个H?
卤素二个邻位均有可消除的氢时，优先消除酸性强的氢
CH3 NH2-
Cl
CH3 NH3
CH3 +
NH2
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8.5 芳环上的亲核取代反应
一．SNAr2历程
亲核试剂首先与芳环加成，生成一种叫迈森海默 (Meisen heimer)络合物的活性中间体，
然后从中间体中消去一个取代基而完成反应。 反应是一个双分子反应，通常第一步是定速步骤。
L + Nu- 慢
LL Nu
快
Nu + L-
• L可为卤素或烷氧基等，L的邻位或对位必须有强吸电子基，如-NO2、-CN、 -COR、-CF3等，使中间体的稳定性增加，有助于反应的进行。
定 第一类定位基－邻对位定位基 位 效 第二类定位基－间位定位基 应
反 应
致活效应：活化基团使芳环的反应活性提高；
活
性 致钝效应：钝化基团使芳环的反应活性降低。
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常见取代基定位效应
类别
邻对位取代基
间位取代基
性质取
致
活
致钝
致
钝
代 最强 强 中 弱 弱
基
NR2
O NHC R
CH3
F
NHR O CR3 Cl

2. You will get little or no substitution between groups that are meta- to each other.
CH3 B r2, F e
OH
NHCOCH3 H N O 3, H 2S O 4
CH3 CHO
OCH3
C l2 , F e
CH3
4. Ar-H + X2, Fe Ar-X + HX 4. Friedel-Crafts alkylation
5. Ar-H + R-X, AlCl3 Ar-R + HX
Friedel-Crafts alkylation (variations) a) Ar-H + R-X, AlCl3 Ar-R + HX b) Ar-H + R-OH, H+ Ar-R + H2O c) c) Ar-H + Alkene, H+ Ar-R
Common substituent groups and their effect on EAS:
increasing reactivity
-NH2, -NHR, -NR2 -OH
-OR
-NHCOCH3 -C6H5 -R
-H
-X
-CHO, -COR
-SO3H -COOH, -COOR
-CN -NR3+ -NO2
CH3 S O 3H
CH3
CH3
Br +
Br
faster than the same reactions with benzene
nitrobenzene
NO2 HNO3 H 2S O 4

46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
芳香族亲电取代反应
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲Байду номын сангаас理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克

§1、芳环上的亲电取代反应
苯环的离 域π 轨道
芳环上离域的π电子的屏蔽作用，易于发生亲电取代反应; 只有当芳环上引入了强吸电子基团，才能发生亲核取代反应。
亲电试剂是正离子或偶极分子中正的一端
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一、 反应机理
HE
E
E+Nu-
加成－消除机理
决定反应速度的一步是E+进攻苯 环， 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。 （electrophilic substitution 缩写为SE）。
+C＞-I
+C＜ +I -I
+I:供电诱导;-I:吸电诱导; +C:供电共轭;-C:吸电共轭
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强
最强
NO2 CN
SO3H
CHO
NR3
COCH3
COON
COOCH3 CONH2
-C
-I
-I
1. 第一类定位基(即邻对位定位基)
(1)表现为+I、+C效应的基团，但这里的+C效应是通
过σ,π–超共轭效应使苯环致活的。如：
+
进攻对位：
OH
+
HE
进攻间位：
OH
+
H E
OH H E
+
OH
+
HE OH
+
H E
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OH +H
E
OH
+O H H E
③
+O H
+
HE
OH
H +E
HE
④
③④两种极限 结式每个原子 都有完整的外 电子层结构。

＋
CH3
NO2
＋
CH3
NO2
36％
CH3
NO2
40％
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（2）改变反应历程。
O
SO3H 磺化
O
O
O SO3H
磺化
HgSO4催化
O
O
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已有两个取代基的定位规律
CH3
• 已有两个取代基为同一
少量
类型定位基，且处于间 位，则定位作用一致。
CH3
主产物
• 已有两个取代基为同一
95% 5%
硝化
90% 10%
85% 15%
氯化
低温磺化
SO3H
160℃异构化 SO3H
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• 已有一个取代基的定位作用 （1）已有一个第一类取代基
大多使萘环活化，新取代基进入已有取代基的同环。
35.2%
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实例2：
CH3
CH2=CH-CH3 AlCl3
CH2=CH-CH3 AlCl3,110℃
CH3 CH(CH3)2
CH3
CH3
CH(CH3)2
34%
25%
CH3 CH(CH3)2
CH3
CH(CH3)2 41%
CH3
1~2%
CH(CH3)2 65~70%
CH(CH3)2 28~30%
异构产物比例，％ 邻位 间位 对位 55.7 9.9 34.4 38.4 21.0 40.6
26.2 26.2 47.2
0 32.1 67.9
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反应条件影响
• 温度
（1）通常情况下，温度升高，亲电取代反应活性增 高，选择性下降。

势 能
E +H
σ络合物
E
H
加成产物
H
Nu
+ E+
E 取代产物
反应进程 苯容易进行亲电取代反应，难发生亲电加成
现在学习的是第5页，共45页
在一些特殊的条件下，某些稳定的σ络合物可以分离出来
H3C
CH3 EtF
CH3 BF3, -80°C
CH3
+
H3C
CH3
H Et
H3C
CH3
+ HF + BF3 CH3 Et
OH
O
H2SO4
+ CH3 C CH3
HO
CH3
C
OH
CH3
双酚A
环氧树脂的原料
现在学习的是第26页，共45页
c. 芳基底物 OH、OR、NH2等取代：不宜用路易斯酸催化 Hal、COR、COOH等取代：较强的反应条件下反应
NO2取代：不反应，故硝基苯可做溶剂
CH3 CH2CH2CHC(CH3)2
2）重氮偶联
N NCl +
O3S O3S
NaOH, H2O OH0℃ NhomakorabeaNN
OH
弱碱性 pH 8~10
N N+
NN
甲基橙
CH3
H+
N
CH3
弱酸性或中性条件下
CH3 N
CH3
现在学习的是第37页，共45页
HO3S
OH NH2 SO3H
O2N
N2+ClpH < 6
HO3S
OH NH2
NN SO3H
NO2
alkylated toluene

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。
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。
位阻显著影响k2/k-1比值； 6与重氮盐的偶联无同位素效应，8的偶联反应kH/kD = 6.95； 由于空间位阻原因，9比7难以失去质子（不易被碱靠近），K2变小； 重氮盐的离去与碱无关，因此k-1不受位阻影响，无变化； 碱催化也会影响同位素效应，随着碱浓度增大，中间体转变成产物 的速率增加， k-1不变，同位素效应减小或消失。