第七章-芳環(huán)上的取代反應(yīng)課件

第七章芳環(huán)上的取代反應(yīng)第七章芳環(huán)上的取代反應(yīng)1芳環(huán)上π電子離域，易于發(fā)生親電取代反應(yīng)。只有當(dāng)芳環(huán)上引入了強(qiáng)吸電子基團(tuán)時(shí)，才能發(fā)生親核取代反應(yīng)。芳環(huán)上π電子離域，易于發(fā)生親電取代反應(yīng)。27.1.芳環(huán)上的親電取代σ－絡(luò)合物芳正離子，Wheland絡(luò)合物芳香族化合物可以起多種親電取代反應(yīng)，在合成中有廣泛的應(yīng)用，對(duì)其機(jī)理研究得也比較全面。大多數(shù)芳香族化合物的親電反應(yīng)都是按著加成－消除機(jī)理(Ar-SE)進(jìn)行的：一般地，k2>k1,k-1,所以，σ－絡(luò)合物生成步驟是決定反應(yīng)速度步驟。7.1.芳環(huán)上的親電取代σ－絡(luò)合物芳正離子，Wheland37.1.1σ-絡(luò)合物存在的證明一、分離鑒定二、在超酸中用NMR檢測(cè)δ值的大小也充分說明了正電荷主要分布在鄰對(duì)位7.1.1σ-絡(luò)合物存在的證明一、分離鑒定二、在超酸中用4三、推測(cè)例如，下列反應(yīng)中有螺環(huán)產(chǎn)物（Ⅰ）出現(xiàn)，可能是由σ-絡(luò)合物起分子內(nèi)反應(yīng)生成的：（Ⅰ）三、推測(cè)例如，下列反應(yīng)中有螺環(huán)產(chǎn)物（Ⅰ）出現(xiàn)，可能是由σ-絡(luò)57.1.2本位進(jìn)攻（ispoattack)在芳環(huán)上已有取代基的位置上，發(fā)生的取代作用——Ipso效應(yīng)硝化反應(yīng)中本位進(jìn)攻研究得較多。NO2+本位進(jìn)攻生成的σ-絡(luò)合物可以發(fā)生幾種反應(yīng)：本位取代σ-絡(luò)合物與溶劑中的親核試劑Y-結(jié)合硝基進(jìn)攻鄰位，生成鄰位取代產(chǎn)物7.1.2本位進(jìn)攻（ispoattack)在芳環(huán)上已6

取代基消除的難易程度取決于其容納正電荷的能力。＋CH(CH3)2比較穩(wěn)定，異丙基容易作為正離子消除。例如，1-甲基-4-異丙基苯在乙酐中硝化生成四種產(chǎn)物：上述事實(shí)說明：苯環(huán)上除了H可以被取代之外，其他取代基也可以被取代。取代基消除的難易程度取決于其容納正電荷例如，1-77.1.3π-絡(luò)合物EfastHE+

H+HEE+Nu-slowfastE+p-絡(luò)合物決定反應(yīng)速度步驟動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)可以證明此步反應(yīng)速度較快7.1.3π-絡(luò)合物EfastHE+H+HEE+Nu-87.1.4動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)用氘或氚標(biāo)記苯環(huán)進(jìn)行親電取代，kH/kD或kH/kT的數(shù)值接近1，說明C——H鍵斷裂的步驟不是決定反應(yīng)速率的步驟。例如：kH/kD=1kH/kD=1.05有一些反應(yīng)的kH/kD〉1，例如：7.1.4動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)用氘或氚標(biāo)記苯環(huán)進(jìn)行親電取代，9kH/kD=3.6原因：σ-絡(luò)合物中H與Br分別處于苯環(huán)平面的上下，與鄰位的叔丁基距離較遠(yuǎn)，相互作用較小。生成產(chǎn)物后，Br原子不得不與鄰位的兩個(gè)叔丁基共平面，它們之間的距離變近，相互排斥力增大，生成就較困難。使得k2變小，成為影響反應(yīng)速度的步驟。kH/kD=3.6原因：σ-絡(luò)合物中H與Br分別處于苯環(huán)平面107.1.5定位規(guī)律定位規(guī)律有兩個(gè)方面：1、取代基使芳環(huán)活化還是鈍化2、取代基是鄰對(duì)位定位還是間位定位-CF3具有強(qiáng)烈的-I使苯環(huán)鈍化7.1.5定位規(guī)律定位規(guī)律有兩個(gè)方面：1、取代基使芳環(huán)活11-NH2具有-I和+C，+C>-I,總結(jié)果給電子，使苯環(huán)活化-NH2具有-I和+C，+C>-I,總結(jié)果給電子，使苯環(huán)12-Cl具有-I和+C，+C<-I,總結(jié)果吸電子，使苯環(huán)鈍化-Cl具有-I和+C，+C<-I,總結(jié)果吸電子，使苯環(huán)13（1）鄰對(duì)位定位基（Ⅰ類定位基）鄰對(duì)位定位基(除鹵素外)是致活的。-X致鈍。親電取代速度比苯快(除鹵素外)

。定位基分類（p595）（2）間位定位基（Ⅱ類定位基）間位定位基都是致鈍基。大多數(shù)鄰對(duì)位定位基都是飽和原子與苯環(huán)直接相連。大多數(shù)間位定位基與苯環(huán)直接相連的原子都是不飽和的。親電取代速度比苯慢P595示意圖（1）鄰對(duì)位定位基（Ⅰ類定位基）鄰對(duì)位定位基(除鹵素外)147.1.6分速率系數(shù)（partialratefactor）一取代苯（C6H5R）分子中苯環(huán)上某一特定位置的H發(fā)生親電取代反應(yīng)的速率與苯分子中某一個(gè)H的親電取代反應(yīng)速率之比，就是該位置的分速率系數(shù)，分別用fo、fm、fp表示7.1.6分速率系數(shù)（partialratefac15苯發(fā)生親電取代反應(yīng)速率常數(shù)kC6H6苯環(huán)上每一個(gè)H原子被取代的速率常數(shù)kH則有：kC6H6=6kH即：kH=1/6kC6H6如果，取代苯發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，鄰、間、對(duì)位H被取代的速率常數(shù)分別為ko、km、kp的話，那么總速率常數(shù)：kC6H5R=2ko+2km+kp分速率系數(shù)：我們可以測(cè)得的數(shù)據(jù)：kC6H6、kC6H5R以及產(chǎn)物的量苯發(fā)生親電取代反應(yīng)速率常數(shù)kC6H6苯環(huán)上每一個(gè)H原子被取代16例如：30℃下，在硝酸與乙酸酐的體系中，甲苯的硝化速度是苯硝化反應(yīng)的27倍取代產(chǎn)物的百分比為：鄰對(duì)間58.1％38.2％3.7％那么：則：得出：例如：30℃下，在硝酸與乙酸酐的體系中，甲苯的硝化速度是苯硝17用同樣的方法可以計(jì)算出fm=3、fp=62當(dāng)f>1時(shí)，該位置的活潑性比苯大,否則比苯小。計(jì)算出甲苯的分速率系數(shù)：每一個(gè)位置的分速率系數(shù)f值都大于1，說明每個(gè)位置的活性都大于苯。說明甲基是給電子基，使苯活化。鄰對(duì)位分速率系數(shù)遠(yuǎn)大于間位，說明甲基對(duì)鄰對(duì)位活化作用大于間位。用同樣的方法可以計(jì)算出fm=3、fp=62當(dāng)f>118不同取代基的分速率系數(shù)不同，硝化反應(yīng)：相同取代基，不同反應(yīng)。分速率系數(shù)也不同：硝化氯化溴化P595例子不同取代基的分速率系數(shù)不同，硝化反應(yīng)：相同取代基，不同反應(yīng)。197.2親電取代在有機(jī)合成中的應(yīng)用7.2.1硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)在有機(jī)合成中應(yīng)用廣泛。不同的硝化試劑的硝化能力不同。一、稀硝酸稀硝酸的硝化能力很弱，只能硝化高度活化的芳環(huán)二、濃硝酸濃硝酸可以自催化產(chǎn)生硝基正離子，是硝化能力中等的硝化試劑7.2親電取代在有機(jī)合成中的應(yīng)用7.2.1硝化反應(yīng)硝20三、混酸濃硝酸和濃硫酸的混合物形成的混酸能產(chǎn)生高濃度的硝基正離子，硝化能力很強(qiáng)四、混酸發(fā)煙硝酸和濃硫酸的混合物硝化能力更強(qiáng)三、混酸濃硝酸和濃硫酸的混合物形成的混酸能產(chǎn)生高濃度的硝基正21工業(yè)上用混酸作硝化試劑，會(huì)產(chǎn)生大量廢酸液，造成環(huán)境污染，使用固體酸催化可以減少?gòu)U酸液的產(chǎn)生。例如：酸性白土、超強(qiáng)酸Nafion、鑭系元素的鹽都可以作硝化反應(yīng)的催化劑，此時(shí)只用化學(xué)劑量的硝酸就可以氮的氧化物如NO2-O2、NO2-O3等也可以作硝化試劑五、硝酸溶于乙酐中作硝化試劑硝酸溶于乙酐中生成乙酸與硝酸形成的混酐：這類硝化試劑可以避免苯酚類或苯胺類發(fā)生氧化。六、硝酰鹽硝酰鹽是一類親電能力很強(qiáng)的硝化試劑，可以使反應(yīng)在低溫進(jìn)行，如工業(yè)上用混酸作硝化試劑，會(huì)產(chǎn)生大量廢酸液，造成環(huán)境污染，使用227.2.2鹵化活性苯環(huán)溴化或氯化時(shí)可以不用催化劑。例如：酚或芳胺鹵化容易得到多取代產(chǎn)物,用NBS或NCS試劑鹵化可以得到單取代產(chǎn)物：一、氯化和溴化7.2.2鹵化活性苯環(huán)溴化或氯化時(shí)可以不用催化劑。例如：23苯環(huán)或鈍化的苯環(huán)溴化或氯化必須在Lewis酸催化下進(jìn)行。苯乙酮在催化量的AlCl3催化下與溴作用生成甲基溴代的產(chǎn)物，如果用過量的AlCl3催化，得到環(huán)上溴化的產(chǎn)物：苯環(huán)或鈍化的苯環(huán)溴化或氯化必須在Lewis酸催化下進(jìn)行。苯乙24二、碘化碘的進(jìn)攻能力很弱，只能與強(qiáng)活化苯環(huán)如苯酚和苯胺碘代，其它芳環(huán)的碘化要在氧化劑如HNO3或HIO3存在下才能進(jìn)行。氧化劑的作用可能是使碘生成I+。三、氟化一般用芳香重氮鹽制備氟代物（Schiemann反應(yīng)）：C6H5N2+BF4-C6H5FHBF4二、碘化碘的進(jìn)攻能力很弱，只能與強(qiáng)活化苯環(huán)如苯酚和苯胺碘代，257.2.3磺化磺化試劑：基本試劑SO3H2SO4、ClSO3H、FSO3H磺化能力不同的磺化試劑緩和的磺化試劑7.2.4Friedel-Crafts烴化催化劑——Lewis酸：AlCl3（活性最強(qiáng)）、FeCl3ZnCl2、BF3、H2SO4、H3PO4等。烴化劑——碳正離子鹵代烴、烯烴、醇等提供。經(jīng)常出現(xiàn)的問題：1、多烴化2、重排7.2.3磺化磺化試劑：基本試劑SO3緩和的磺化試劑7.26不同的反應(yīng)條件下，可以得到不同的產(chǎn)物，例如：AgClO4,5min94.4%5.6%AgBF4,15min38.2%61.8%容易分子內(nèi)烴化生成單一的成環(huán)產(chǎn)物：不同的反應(yīng)條件下，可以得到不同的產(chǎn)物，例如：AgClO4,27催化轉(zhuǎn)移烴化：催化轉(zhuǎn)移烴化：287.2.5Friedel-Crafts?；铣煞枷阃淖钪匾姆椒?。催化劑——AlCl3或HF、H2SO4、CH3SO3H、PPA等酰化劑——?；x子，由酰氯、酸酐或羧酸提供?；x子的鹽，如MeCO+SbF6-已經(jīng)合成出來了。用它進(jìn)行酰化，不用再加催化劑。但是酰化能力較弱。因此，用AlCl3催化的?；磻?yīng)中進(jìn)攻試劑可能是?；x子的絡(luò)合物：用酸酐作?；噭?，催化劑AlCl3的用量要增加2mol以上用羧酸作酰化試劑，催化劑AlCl3的用量要增加3mol以上7.2.5Friedel-Crafts酰化合成芳香酮的最29活性高的芳環(huán)進(jìn)行?；?，可以只用少量催化劑或不加催化劑或使用緩和催化劑如FeCl3、ZnCl2、I2等。芳環(huán)上有強(qiáng)吸電子基，如硝基、磺酸基時(shí)，不發(fā)生酰化反應(yīng)，除非有強(qiáng)給電子基存在。所以硝基苯可以作酰化反應(yīng)的溶劑。該羰基必須還原掉，才能進(jìn)行下一步的酰化反應(yīng)，否則反應(yīng)不發(fā)生如果環(huán)上有強(qiáng)給電子基，可以連續(xù)?；夯钚愿叩姆辑h(huán)進(jìn)行?；梢灾挥蒙倭看呋瘎┗虿患哟呋瘎┗蚴褂镁?0新發(fā)展的?；磻?yīng)的催化劑——三氟甲磺酸及其鹽例如：三氟甲磺酸鉍，Bi(OTf)3

酰氯或酸酐與三氟甲磺酸生成的混酐這些催化劑直接催化?；磻?yīng)，不需要其它催化劑例如：工業(yè)上開發(fā)了一系列固體催化劑，例如各類分子篩新發(fā)展的?；磻?yīng)的催化劑——三氟甲磺酸及其鹽這些催化劑直接催317.2.6甲?；磻?yīng)一、Gattermann-Koch反應(yīng)：苯在此條件下不反應(yīng)，可作溶劑二、Vilsmeier甲?；磻?yīng)活性苯環(huán)用N,N-二取代甲酰胺HCON(CH3)2?；琍OCl3催化進(jìn)行甲?；?.2.6甲?；磻?yīng)一、Gattermann-Koch反327.2.7芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)重氮鹽正離子作為弱親電試劑，與帶有強(qiáng)給電子基的芳香族化合物(如酚、芳胺等)發(fā)生親電取代反應(yīng)，生成偶氮化合物。7.2.8鄰位取代金屬化定向基DMG：如酰胺基、酰氧基等含有一個(gè)氧原子或氮原子的基團(tuán)，能與烷基鋰中的鋰原子絡(luò)合，引導(dǎo)烷基奪取芳環(huán)鄰位上的H，生成鄰位金屬化合物，該化合物繼續(xù)與各種親電試劑反應(yīng)，生成鄰位取代產(chǎn)物。7.2.7芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)重氮鹽正離子作為弱親電試劑33例如：例如：347.3.芳環(huán)上親核取代反應(yīng)7.3.1.加成－消除機(jī)理（SNAr）——相當(dāng)于芳環(huán)上的SN2機(jī)理7.3.芳環(huán)上親核取代反應(yīng)7.3.1.加成－消除機(jī)理（S35氯苯與濃的氫氧化鈉溶液在常壓下回流幾天也不反應(yīng)，加壓下加熱到300多度可以反應(yīng)：鄰硝基氯苯與對(duì)硝基氯苯與氫氧化鈉溶液一起加熱就可以反應(yīng)P606。鄰對(duì)位上硝基數(shù)目增多，使水解更容易反應(yīng)：和酰氯一樣容易氯苯與濃的氫氧化鈉溶液在常壓下回流幾天也不反應(yīng)，加壓下加熱到36硝基氯苯與其它親核試劑也可以發(fā)生親核取代P606氟代烷不發(fā)生SN2反應(yīng)，但是硝基氟苯卻容易與親核試劑反應(yīng)：離去基團(tuán)也不限于鹵原子:硝基氯苯與其它親核試劑也可以發(fā)生親核取代P606氟代烷不發(fā)生37早在1902年，Meisenheimer就分離出此類反應(yīng)的中間產(chǎn)物：深紫色的鹽Meisenheimer絡(luò)合物此類結(jié)構(gòu)已經(jīng)由NMR得到證實(shí)。例如：1HNMR只有兩個(gè)單峰。早在1902年，Meisenheimer就分離出此類反應(yīng)的中38五氟硝基苯與氨反應(yīng)，只有鄰對(duì)位上的氟原子被取代5-氯-2-硝基-1,3-二甲基苯的反應(yīng)活性與氯苯相似。原因：鄰位的兩個(gè)甲基使硝基不能與苯環(huán)共平面，失去了吸電子共軛的作用同理：2,5-二硝基-1,3-二甲苯與氨的反應(yīng)中，5位的硝基是親核取代的活化基團(tuán)，而偏離苯環(huán)平面的2位硝基則被氨基取代：五氟硝基苯與氨反應(yīng)，只有鄰對(duì)位上的氟原子被取代5-氯-2-硝39一般地：決定反應(yīng)速度步驟是加成一步，離去基團(tuán)的離去性對(duì)反應(yīng)速度影響不大。XClBrI相對(duì)反應(yīng)速率10.740.38一般地：決定反應(yīng)速度步驟是加成一步，離去基團(tuán)的離去性對(duì)反應(yīng)速407.3.2與SNAr有關(guān)的反應(yīng)一、Smiles重排反應(yīng)——分子內(nèi)的親核取代反應(yīng)通式：其中：Z——吸電子基X——S、SO、SO2O、COOY——OH、SH、NH2、NHR例如：P609通式？7.3.2與SNAr有關(guān)的反應(yīng)一、Smiles重排反應(yīng)—41二、vonRichter重排反應(yīng)芳香族硝基化合物與氰離子反應(yīng)，生成鄰位羧酸的反應(yīng)。羧基只在硝基的鄰位生成。機(jī)理：二、vonRichter重排反應(yīng)芳香族硝基化合物與氰離子反427.3.3消除-加成機(jī)理(苯炔機(jī)理)1953年，RobertsJD發(fā)現(xiàn)反應(yīng)：推測(cè)機(jī)理：苯炔(活性中間體)親核加成7.3.3消除-加成機(jī)理(苯炔機(jī)理)1953年，Robe43苯炔結(jié)構(gòu):苯炔生成：1、脫HX脫HX難易：HF>HCl>HBr>HI原因：X電負(fù)性大，H的酸性強(qiáng)，易脫HX。苯炔結(jié)構(gòu):苯炔生成：1、脫HX脫HX難易：HF>HCl>HB442、鄰二鹵芳烴脫鹵3、光解和熱解2、鄰二鹵芳烴脫鹵3、光解和熱解45苯炔具有烯烴的性質(zhì)，可以發(fā)生狄－阿反應(yīng)苯炔具有烯烴的性質(zhì)，可以發(fā)生狄－阿反應(yīng)46對(duì)于存在其他基團(tuán)的鹵苯生成怎樣的苯炔？對(duì)于存在其他基團(tuán)的鹵苯生成怎樣的苯炔？47CN吸電子共軛，使對(duì)位電子云密度降低的程度更大。CH3O-使鄰對(duì)位活化，電子云密度增大；使間位鈍化，電子云密度降低，親核反應(yīng)發(fā)生在間位。生成的碳負(fù)離子較穩(wěn)定.苯炔生成后,親核試劑-NH2與苯炔的那個(gè)碳結(jié)合，取決于兩方面：1、炔基碳上的正電性。-NH2首先進(jìn)攻電子云密度小的碳.CN吸電子共軛，使對(duì)位電子云密度降低的程度更大。CH3O-使482、生成的碳負(fù)離子的穩(wěn)定性。盡量生成穩(wěn)定的碳負(fù)離子.碳負(fù)離子的穩(wěn)定性與Z的誘導(dǎo)效應(yīng)有關(guān)。負(fù)電荷所在的SP2雜化軌道處于π電子云的節(jié)面上，與取代基同π電子的共軛關(guān)系不大，主要是Z的誘導(dǎo)作用起作用。Z吸電子使負(fù)離子穩(wěn)定性增加給電子使負(fù)離子穩(wěn)定性降低NH2－NH2－NH2NH2P612~P613鄰、間、對(duì)氯三氟甲苯反應(yīng)實(shí)例2、生成的碳負(fù)離子的穩(wěn)定性。盡量生成穩(wěn)定的碳負(fù)離子.碳負(fù)離子49NH2－NH2－NH2NH2影響親核試劑進(jìn)攻苯炔位置的兩個(gè)因素有時(shí)是相互矛盾的，所以，得到的產(chǎn)物可能是混合的。P610~611鄰、間溴甲苯反應(yīng)實(shí)例NH2－NH2－NH2NH2影響親核試劑進(jìn)攻苯炔位置的兩個(gè)因507.3.4SN1機(jī)理芳香重氮鹽的取代反應(yīng)是SN1反應(yīng)。反應(yīng)速度只與反應(yīng)底物有關(guān)，與親核試劑無關(guān)。苯環(huán)上給電子基可以加速反應(yīng)。P613例子此步反應(yīng)可逆，可以用N同位素確定P6147.3.4SN1機(jī)理芳香重氮鹽的取代反應(yīng)是SN1反應(yīng)。517.3.5SRN1機(jī)理——自由基機(jī)理鹵代芳烴在光照下的液氨溶液中與親核試劑的反應(yīng)。芳香族SRNl歷程的通式如下：反應(yīng)特點(diǎn)：1、加入自由基捕獲劑可以阻止反應(yīng)進(jìn)行。2、芳環(huán)上的取代基對(duì)反應(yīng)影響很小。3、芳環(huán)不需要活化，可用的親核試劑很多7.3.5SRN1機(jī)理——自由基機(jī)理鹵代芳烴在光照下的527.3.6SN（ANRORC）機(jī)理——親核加成-開環(huán)-閉環(huán)機(jī)理5-溴-4-苯基嘧啶與6-溴-4-苯基嘧啶分別與液氨中的氨基鈉反應(yīng)，結(jié)果都生成6-氨基-4-苯基嘧啶7.3.6SN（ANRORC）機(jī)理5-溴-4-苯基嘧啶53機(jī)理：如果用同位素N*標(biāo)記N1，產(chǎn)物中N*會(huì)轉(zhuǎn)移到氨基上如果用同位素N*標(biāo)記N3，產(chǎn)物中N*不會(huì)轉(zhuǎn)移到氨基上機(jī)理：如果用同位素N*標(biāo)記N1，產(chǎn)物中N*會(huì)轉(zhuǎn)移到氨基上54第七章芳環(huán)上的取代反應(yīng)第七章芳環(huán)上的取代反應(yīng)55芳環(huán)上π電子離域，易于發(fā)生親電取代反應(yīng)。只有當(dāng)芳環(huán)上引入了強(qiáng)吸電子基團(tuán)時(shí)，才能發(fā)生親核取代反應(yīng)。芳環(huán)上π電子離域，易于發(fā)生親電取代反應(yīng)。567.1.芳環(huán)上的親電取代σ－絡(luò)合物芳正離子，Wheland絡(luò)合物芳香族化合物可以起多種親電取代反應(yīng)，在合成中有廣泛的應(yīng)用，對(duì)其機(jī)理研究得也比較全面。大多數(shù)芳香族化合物的親電反應(yīng)都是按著加成－消除機(jī)理(Ar-SE)進(jìn)行的：一般地，k2>k1,k-1,所以，σ－絡(luò)合物生成步驟是決定反應(yīng)速度步驟。7.1.芳環(huán)上的親電取代σ－絡(luò)合物芳正離子，Wheland577.1.1σ-絡(luò)合物存在的證明一、分離鑒定二、在超酸中用NMR檢測(cè)δ值的大小也充分說明了正電荷主要分布在鄰對(duì)位7.1.1σ-絡(luò)合物存在的證明一、分離鑒定二、在超酸中用58三、推測(cè)例如，下列反應(yīng)中有螺環(huán)產(chǎn)物（Ⅰ）出現(xiàn)，可能是由σ-絡(luò)合物起分子內(nèi)反應(yīng)生成的：（Ⅰ）三、推測(cè)例如，下列反應(yīng)中有螺環(huán)產(chǎn)物（Ⅰ）出現(xiàn)，可能是由σ-絡(luò)597.1.2本位進(jìn)攻（ispoattack)在芳環(huán)上已有取代基的位置上，發(fā)生的取代作用——Ipso效應(yīng)硝化反應(yīng)中本位進(jìn)攻研究得較多。NO2+本位進(jìn)攻生成的σ-絡(luò)合物可以發(fā)生幾種反應(yīng)：本位取代σ-絡(luò)合物與溶劑中的親核試劑Y-結(jié)合硝基進(jìn)攻鄰位，生成鄰位取代產(chǎn)物7.1.2本位進(jìn)攻（ispoattack)在芳環(huán)上已60

取代基消除的難易程度取決于其容納正電荷的能力。＋CH(CH3)2比較穩(wěn)定，異丙基容易作為正離子消除。例如，1-甲基-4-異丙基苯在乙酐中硝化生成四種產(chǎn)物：上述事實(shí)說明：苯環(huán)上除了H可以被取代之外，其他取代基也可以被取代。取代基消除的難易程度取決于其容納正電荷例如，1-617.1.3π-絡(luò)合物EfastHE+

H+HEE+Nu-slowfastE+p-絡(luò)合物決定反應(yīng)速度步驟動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)可以證明此步反應(yīng)速度較快7.1.3π-絡(luò)合物EfastHE+H+HEE+Nu-627.1.4動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)用氘或氚標(biāo)記苯環(huán)進(jìn)行親電取代，kH/kD或kH/kT的數(shù)值接近1，說明C——H鍵斷裂的步驟不是決定反應(yīng)速率的步驟。例如：kH/kD=1kH/kD=1.05有一些反應(yīng)的kH/kD〉1，例如：7.1.4動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)用氘或氚標(biāo)記苯環(huán)進(jìn)行親電取代，63kH/kD=3.6原因：σ-絡(luò)合物中H與Br分別處于苯環(huán)平面的上下，與鄰位的叔丁基距離較遠(yuǎn)，相互作用較小。生成產(chǎn)物后，Br原子不得不與鄰位的兩個(gè)叔丁基共平面，它們之間的距離變近，相互排斥力增大，生成就較困難。使得k2變小，成為影響反應(yīng)速度的步驟。kH/kD=3.6原因：σ-絡(luò)合物中H與Br分別處于苯環(huán)平面647.1.5定位規(guī)律定位規(guī)律有兩個(gè)方面：1、取代基使芳環(huán)活化還是鈍化2、取代基是鄰對(duì)位定位還是間位定位-CF3具有強(qiáng)烈的-I使苯環(huán)鈍化7.1.5定位規(guī)律定位規(guī)律有兩個(gè)方面：1、取代基使芳環(huán)活65-NH2具有-I和+C，+C>-I,總結(jié)果給電子，使苯環(huán)活化-NH2具有-I和+C，+C>-I,總結(jié)果給電子，使苯環(huán)66-Cl具有-I和+C，+C<-I,總結(jié)果吸電子，使苯環(huán)鈍化-Cl具有-I和+C，+C<-I,總結(jié)果吸電子，使苯環(huán)67（1）鄰對(duì)位定位基（Ⅰ類定位基）鄰對(duì)位定位基(除鹵素外)是致活的。-X致鈍。親電取代速度比苯快(除鹵素外)

。定位基分類（p595）（2）間位定位基（Ⅱ類定位基）間位定位基都是致鈍基。大多數(shù)鄰對(duì)位定位基都是飽和原子與苯環(huán)直接相連。大多數(shù)間位定位基與苯環(huán)直接相連的原子都是不飽和的。親電取代速度比苯慢P595示意圖（1）鄰對(duì)位定位基（Ⅰ類定位基）鄰對(duì)位定位基(除鹵素外)687.1.6分速率系數(shù)（partialratefactor）一取代苯（C6H5R）分子中苯環(huán)上某一特定位置的H發(fā)生親電取代反應(yīng)的速率與苯分子中某一個(gè)H的親電取代反應(yīng)速率之比，就是該位置的分速率系數(shù)，分別用fo、fm、fp表示7.1.6分速率系數(shù)（partialratefac69苯發(fā)生親電取代反應(yīng)速率常數(shù)kC6H6苯環(huán)上每一個(gè)H原子被取代的速率常數(shù)kH則有：kC6H6=6kH即：kH=1/6kC6H6如果，取代苯發(fā)生親電取代反應(yīng)時(shí)，鄰、間、對(duì)位H被取代的速率常數(shù)分別為ko、km、kp的話，那么總速率常數(shù)：kC6H5R=2ko+2km+kp分速率系數(shù)：我們可以測(cè)得的數(shù)據(jù)：kC6H6、kC6H5R以及產(chǎn)物的量苯發(fā)生親電取代反應(yīng)速率常數(shù)kC6H6苯環(huán)上每一個(gè)H原子被取代70例如：30℃下，在硝酸與乙酸酐的體系中，甲苯的硝化速度是苯硝化反應(yīng)的27倍取代產(chǎn)物的百分比為：鄰對(duì)間58.1％38.2％3.7％那么：則：得出：例如：30℃下，在硝酸與乙酸酐的體系中，甲苯的硝化速度是苯硝71用同樣的方法可以計(jì)算出fm=3、fp=62當(dāng)f>1時(shí)，該位置的活潑性比苯大,否則比苯小。計(jì)算出甲苯的分速率系數(shù)：每一個(gè)位置的分速率系數(shù)f值都大于1，說明每個(gè)位置的活性都大于苯。說明甲基是給電子基，使苯活化。鄰對(duì)位分速率系數(shù)遠(yuǎn)大于間位，說明甲基對(duì)鄰對(duì)位活化作用大于間位。用同樣的方法可以計(jì)算出fm=3、fp=62當(dāng)f>172不同取代基的分速率系數(shù)不同，硝化反應(yīng)：相同取代基，不同反應(yīng)。分速率系數(shù)也不同：硝化氯化溴化P595例子不同取代基的分速率系數(shù)不同，硝化反應(yīng)：相同取代基，不同反應(yīng)。737.2親電取代在有機(jī)合成中的應(yīng)用7.2.1硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)在有機(jī)合成中應(yīng)用廣泛。不同的硝化試劑的硝化能力不同。一、稀硝酸稀硝酸的硝化能力很弱，只能硝化高度活化的芳環(huán)二、濃硝酸濃硝酸可以自催化產(chǎn)生硝基正離子，是硝化能力中等的硝化試劑7.2親電取代在有機(jī)合成中的應(yīng)用7.2.1硝化反應(yīng)硝74三、混酸濃硝酸和濃硫酸的混合物形成的混酸能產(chǎn)生高濃度的硝基正離子，硝化能力很強(qiáng)四、混酸發(fā)煙硝酸和濃硫酸的混合物硝化能力更強(qiáng)三、混酸濃硝酸和濃硫酸的混合物形成的混酸能產(chǎn)生高濃度的硝基正75工業(yè)上用混酸作硝化試劑，會(huì)產(chǎn)生大量廢酸液，造成環(huán)境污染，使用固體酸催化可以減少?gòu)U酸液的產(chǎn)生。例如：酸性白土、超強(qiáng)酸Nafion、鑭系元素的鹽都可以作硝化反應(yīng)的催化劑，此時(shí)只用化學(xué)劑量的硝酸就可以氮的氧化物如NO2-O2、NO2-O3等也可以作硝化試劑五、硝酸溶于乙酐中作硝化試劑硝酸溶于乙酐中生成乙酸與硝酸形成的混酐：這類硝化試劑可以避免苯酚類或苯胺類發(fā)生氧化。六、硝酰鹽硝酰鹽是一類親電能力很強(qiáng)的硝化試劑，可以使反應(yīng)在低溫進(jìn)行，如工業(yè)上用混酸作硝化試劑，會(huì)產(chǎn)生大量廢酸液，造成環(huán)境污染，使用767.2.2鹵化活性苯環(huán)溴化或氯化時(shí)可以不用催化劑。例如：酚或芳胺鹵化容易得到多取代產(chǎn)物,用NBS或NCS試劑鹵化可以得到單取代產(chǎn)物：一、氯化和溴化7.2.2鹵化活性苯環(huán)溴化或氯化時(shí)可以不用催化劑。例如：77苯環(huán)或鈍化的苯環(huán)溴化或氯化必須在Lewis酸催化下進(jìn)行。苯乙酮在催化量的AlCl3催化下與溴作用生成甲基溴代的產(chǎn)物，如果用過量的AlCl3催化，得到環(huán)上溴化的產(chǎn)物：苯環(huán)或鈍化的苯環(huán)溴化或氯化必須在Lewis酸催化下進(jìn)行。苯乙78二、碘化碘的進(jìn)攻能力很弱，只能與強(qiáng)活化苯環(huán)如苯酚和苯胺碘代，其它芳環(huán)的碘化要在氧化劑如HNO3或HIO3存在下才能進(jìn)行。氧化劑的作用可能是使碘生成I+。三、氟化一般用芳香重氮鹽制備氟代物（Schiemann反應(yīng)）：C6H5N2+BF4-C6H5FHBF4二、碘化碘的進(jìn)攻能力很弱，只能與強(qiáng)活化苯環(huán)如苯酚和苯胺碘代，797.2.3磺化磺化試劑：基本試劑SO3H2SO4、ClSO3H、FSO3H磺化能力不同的磺化試劑緩和的磺化試劑7.2.4Friedel-Crafts烴化催化劑——Lewis酸：AlCl3（活性最強(qiáng)）、FeCl3ZnCl2、BF3、H2SO4、H3PO4等。烴化劑——碳正離子鹵代烴、烯烴、醇等提供。經(jīng)常出現(xiàn)的問題：1、多烴化2、重排7.2.3磺化磺化試劑：基本試劑SO3緩和的磺化試劑7.80不同的反應(yīng)條件下，可以得到不同的產(chǎn)物，例如：AgClO4,5min94.4%5.6%AgBF4,15min38.2%61.8%容易分子內(nèi)烴化生成單一的成環(huán)產(chǎn)物：不同的反應(yīng)條件下，可以得到不同的產(chǎn)物，例如：AgClO4,81催化轉(zhuǎn)移烴化：催化轉(zhuǎn)移烴化：827.2.5Friedel-Crafts?；铣煞枷阃淖钪匾姆椒?。催化劑——AlCl3或HF、H2SO4、CH3SO3H、PPA等?；瘎；x子，由酰氯、酸酐或羧酸提供?；x子的鹽，如MeCO+SbF6-已經(jīng)合成出來了。用它進(jìn)行?；挥迷偌哟呋瘎?。但是?；芰^弱。因此，用AlCl3催化的?；磻?yīng)中進(jìn)攻試劑可能是酰基正離子的絡(luò)合物：用酸酐作?；噭呋瘎〢lCl3的用量要增加2mol以上用羧酸作?；噭?，催化劑AlCl3的用量要增加3mol以上7.2.5Friedel-Crafts?；铣煞枷阃淖?3活性高的芳環(huán)進(jìn)行酰化，可以只用少量催化劑或不加催化劑或使用緩和催化劑如FeCl3、ZnCl2、I2等。芳環(huán)上有強(qiáng)吸電子基，如硝基、磺酸基時(shí)，不發(fā)生?；磻?yīng)，除非有強(qiáng)給電子基存在。所以硝基苯可以作?；磻?yīng)的溶劑。該羰基必須還原掉，才能進(jìn)行下一步的酰化反應(yīng)，否則反應(yīng)不發(fā)生如果環(huán)上有強(qiáng)給電子基，可以連續(xù)?；夯钚愿叩姆辑h(huán)進(jìn)行酰化，可以只用少量催化劑或不加催化劑或使用緩84新發(fā)展的酰化反應(yīng)的催化劑——三氟甲磺酸及其鹽例如：三氟甲磺酸鉍，Bi(OTf)3

酰氯或酸酐與三氟甲磺酸生成的混酐這些催化劑直接催化酰化反應(yīng)，不需要其它催化劑例如：工業(yè)上開發(fā)了一系列固體催化劑，例如各類分子篩新發(fā)展的?；磻?yīng)的催化劑——三氟甲磺酸及其鹽這些催化劑直接催857.2.6甲酰化反應(yīng)一、Gattermann-Koch反應(yīng)：苯在此條件下不反應(yīng)，可作溶劑二、Vilsmeier甲酰化反應(yīng)活性苯環(huán)用N,N-二取代甲酰胺HCON(CH3)2?；琍OCl3催化進(jìn)行甲?；?.2.6甲?；磻?yīng)一、Gattermann-Koch反867.2.7芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)重氮鹽正離子作為弱親電試劑，與帶有強(qiáng)給電子基的芳香族化合物(如酚、芳胺等)發(fā)生親電取代反應(yīng)，生成偶氮化合物。7.2.8鄰位取代金屬化定向基DMG：如酰胺基、酰氧基等含有一個(gè)氧原子或氮原子的基團(tuán)，能與烷基鋰中的鋰原子絡(luò)合，引導(dǎo)烷基奪取芳環(huán)鄰位上的H，生成鄰位金屬化合物，該化合物繼續(xù)與各種親電試劑反應(yīng)，生成鄰位取代產(chǎn)物。7.2.7芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)重氮鹽正離子作為弱親電試劑87例如：例如：887.3.芳環(huán)上親核取代反應(yīng)7.3.1.加成－消除機(jī)理（SNAr）——相當(dāng)于芳環(huán)上的SN2機(jī)理7.3.芳環(huán)上親核取代反應(yīng)7.3.1.加成－消除機(jī)理（S89氯苯與濃的氫氧化鈉溶液在常壓下回流幾天也不反應(yīng)，加壓下加熱到300多度可以反應(yīng)：鄰硝基氯苯與對(duì)硝基氯苯與氫氧化鈉溶液一起加熱就可以反應(yīng)P606。鄰對(duì)位上硝基數(shù)目增多，使水解更容易反應(yīng)：和酰氯一樣容易氯苯與濃的氫氧化鈉溶液在常壓下回流幾天也不反應(yīng)，加壓下加熱到90硝基氯苯與其它親核試劑也可以發(fā)生親核取代P606氟代烷不發(fā)生SN2反應(yīng)，但是硝基氟苯卻容易與親核試劑反應(yīng)：離去基團(tuán)也不限于鹵原子:硝基氯苯與其它親核試劑也可以發(fā)生親核取代P606氟代烷不發(fā)生91早在1902年，Meisenheimer就分離出此類反應(yīng)的中間產(chǎn)物：深紫色的鹽Meisenheimer絡(luò)合物此類結(jié)構(gòu)已經(jīng)由NMR得到證實(shí)。例如：1HNMR只有兩個(gè)單峰。早在1902年，Meisenheimer就分離出此類反應(yīng)的中92五氟硝基苯與氨反應(yīng)，只有鄰對(duì)位上的氟原子被取代5-氯-2-硝基-1,3-二甲基苯的反應(yīng)活性與氯苯相似。原因：鄰位的兩個(gè)甲基使硝基不能與苯環(huán)共平面，失去了吸電子共軛的作用同理：2,5-二硝基-1,3-二甲苯與氨的反應(yīng)中，5位的硝基是親核取代的活化基團(tuán)，而偏離苯環(huán)平面的2位硝基則被氨基取代：五氟硝基苯與氨反應(yīng)，只有鄰對(duì)位上的氟原子被取代5-氯-2-硝93一般地：決定反應(yīng)速度步驟是加成一步，離去基團(tuán)的離去性對(duì)反應(yīng)速度影響不大。XClBrI相對(duì)反應(yīng)速率10.740.38一般地：決定反應(yīng)速度步驟是加成一步，離去基團(tuán)的離去性對(duì)反應(yīng)速947.3.2與SNAr有關(guān)的反應(yīng)一、Smiles重排反應(yīng)——分子內(nèi)的親核取代反應(yīng)通式：其中：Z——吸電子基X——S、SO、SO2O、COOY——OH、SH、NH2、NHR例如：P609通式？7.3.2與SNAr有關(guān)的反應(yīng)一、Smiles重排