芳环的亲电取代亲核取代反应芳环取代基的反应ppt课件

1、Electrophilic and Ncleophilic Substitutions at Aromatic Rings, Reactions of Substituents of Aromatic Rings第七讲第七讲芳环的亲电取代芳环的亲电取代亲核取代反应亲核取代反应芳环取代基的反应芳环取代基的反应1.2本章主要内容本章主要内容一、苯的亲电取代反应及机制一、苯的亲电取代反应及机制二、取代基对苯环亲电取代反应的影响二、取代基对苯环亲电取代反应的影响三、稠环芳烃的亲电取代反应三、稠环芳烃的亲电取代反应四、芳香杂环的亲电取代反应四、芳香杂环的亲电取代反应五、芳环和芳香杂环的亲核取代反应五、芳

2、环和芳香杂环的亲核取代反应六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应芳香重氮盐的形成及其在合成中的应用芳香重氮盐的形成及其在合成中的应用3一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制1. Mechanism: Step 1: 类似烯烃，亲电试剂进攻苯环的类似烯烃，亲电试剂进攻苯环的pi-键，形成碳正离子键，形成碳正离子 Step 2: 这一步与烯烃不同，不是发生亲核试剂对苯环进行加成，而是脱这一步与烯烃不同，不是发生亲核试剂对苯环进行加成，而是脱去一个质子，回复到稳定的芳香性苯环结构，结果发生取代反应。去一个质子，回复到稳定的芳香性苯环结构，结果发生取代反应。+EEENuNuNu取代

3、产物具有芳香性加成产物失去芳香性EH4一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制l Activated Electrophiles (活化的亲电试剂活化的亲电试剂) Cation formation by reaction of an elcerophile with an aromatic ring is accompanied by the loss of aromatic stabilization. 正离子的形成伴随着芳香性的正离子的形成伴随着芳香性的丧失丧失 Therefore, the electrophile that can effect aromatic sub

4、sitution of benzene must be more reactive than those addition to alkenes. 因此，与苯环反应的亲电试剂需因此，与苯环反应的亲电试剂需要更高的反应活性要更高的反应活性5亲电试剂的分类1. 强亲电试剂，能取代致活和致钝的芳环： Cl-Cl+ - -AlCl3 Br-Br+ - -FeBr3 I+ (obtained by I2 + HNO3) +NO2 (obtained by HNO3 + H2SO4) +SO3H (from H2SO4) or SO362 中等强度亲电试剂，能取代致活、不能取代致钝的芳环： R+ (obt

5、ained by R-Cl + AlCl3) RC+=O (obtained by RCOCl + AlCl3) R2C=O+H(obtained by R2C=O + H+) 73 弱亲电试剂，只能取代高活化的芳环：HCNH+(obtained by HCN+ HCl)NO+(obtained by HNO2+ H+)ArN+N(obtained by ArNH2+ HNO2+H+)8 苯环上的电子为芳香取代反应供给了电子，很多亲电试剂能与之反应其范围远比烯、炔加戊反应为广泛。可以用一个统一的反应机理来解释这些取代反应，虽然反应酌动力学、自由能反应曲线对每一种亲电试剂来说可以是不一样的，但若

6、干中间步骤基本上是相似的.9 取代反应中发生 络合物的证据有好几个方面,用标记同位素方法研究取代速度是其中之一。如果质子的离去关系到亲电取代速度，则环上速度显示第一级的同位素效应。对硝化和一些快速取代反应看不出这种同位素效应。例如苯上有五个氘的硝基苯在硝化时与普通硝基苯的硝化没有什么差别。缺乏同位素效应说明退减质子是一步快步骤。但并非都是如此某些芳香取代反应显示kH/kD比值在12之间，说明存在着同位素效应,这是与。络合物机理一致酌，因为这种络合物退减质子较慢，成为决定速度的步骤.从而证明了 络合物中间体。10X+E+xEXEHXXEEH11一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及

7、机制2. Reaction coordinate diagrams:12一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制3.The five most common electrophilic aromatic substitution reactions are the following: NO2SO3HRClBrIORNitrationHalogenationF-C acylationF-C alkylationSulfonation13一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制l 以上几种亲电取代反应仅亲电试剂不同：以上几种亲电取代反应仅亲电试剂不同： Cl-Cl

8、+ - -AlCl3 Br-Br+ - -FeBr3 I+ (obtained by I2 + HNO3) +NO2 (obtained by HNO3 + H2SO4) +SO3H (from H2SO4) or SO3 R+ (obtained by R-Cl + AlCl3) RC+=O (obtained by RCOCl + AlCl3) 14一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制(1) Halogenation15一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制(1) Halogenation16一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制(2

9、) Nitration17一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制(3) Sulfonation reversible reaction磺化反应是可逆的，存在动力学和热力学控制的竞争磺化反应是可逆的，存在动力学和热力学控制的竞争18一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制(4) Friedel-Crafts Alkylation (傅氏烷基化傅氏烷基化)Note: Rearrangement may occur in alkylation19一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制(4) Friedel-Crafts Alkylation (傅氏

10、烷基化傅氏烷基化)101020(5) Friedel-Crafts Acylation (傅氏酰基化傅氏酰基化)RCClO+ AlCl3:RCO:RCO:- AlCl4acylium ion一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制注意使用不同的酰化试剂时，催化剂的用量是不同的注意使用不同的酰化试剂时，催化剂的用量是不同的1.0eq.2.0eq.没有重排问题没有重排问题21一、芳环的亲电取代反应及机制一、芳环的亲电取代反应及机制思考题：思考题：如何从苯合成正丁基苯？如何从苯合成正丁基苯？22二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响 A study of

11、 the chemistry of aromatic compounds leads to deeper understanding of the effects of electronic and steric factors on reactivity, which will be of benefit in the further study of chemistry and biochemistry. 23二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响1. Experimental Facts:CH3HNO3CH3NO2CH3NO2para-ortho-Faste

12、r than nitration of bezeneBrHNO3BrNO2BrNO2para-ortho-Slower than nitration of bezeneNO2HNO3NO2Slower than nitration of bezeneNO2meta-242. The effect of substituents on reactivity Activating substituents (致活基致活基) Electron-donating substituents (给电子基给电子基) increase the reactivity of the benzene ring to

13、ward electrophilic aromatic substitution. Deactivating substituents (致钝基致钝基) Electron-withdrawing substituents (吸电子基吸电子基) decrease the reactivity of the benzene ring toward electrophilic aromatic substitution. 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响25二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响2. The effect of sub

14、stituents on reactivity26l Relative reactivity: 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响致活基致活基致钝基致钝基取决于取代基电子效应对苯环电子云密度影响的大小取决于取代基电子效应对苯环电子云密度影响的大小Strongly activating substituentsModerately activating substituentsWeakly activating substituentsWeakly Activating Substituents Moderately activating Substituent

15、s Strongly activating substituents27-CF3邻、对位定位邻、对位定位*只具有只具有吸电子吸电子诱导作用诱导作用间位定位间位定位28二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响3. The effect of substituents on orientation ortho/para directors (邻对位定位基邻对位定位基) all activating substituents are ortho/para directors. the weakly deactivating halogens are ortho/para

16、directors. meta directors (间位定位基间位定位基) all deactivating substituents (except the halogens) are meta directors.294. 定位效应与定位规律的分析与解释定位效应与定位规律的分析与解释从实验事实提出的问题：从实验事实提出的问题： 为什么致活基都是邻对位取代基？为什么致活基都是邻对位取代基？ 为什么大多数致钝基都是间位定位基？为什么大多数致钝基都是间位定位基？ 为什么卤素既是弱的致钝基，又是邻对位定位基？为什么卤素既是弱的致钝基，又是邻对位定位基？以下从三个方面进行分析讨论：以下从三个方面进

17、行分析讨论： 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电子效应对苯环上电子云密度分布的影响 苯环上电子云密度分布的理论计算结果苯环上电子云密度分布的理论计算结果 反应中活泼中间体的结构与稳定性反应中活泼中间体的结构与稳定性二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响304. 定位效应与定位规律的分析与解释定位效应与定位规律的分析与解释 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电子效应对苯环上电子云密度分布的影响NH2+NH2:NH2:NH2:NH2: -NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等基团均具有相

18、似的给电子共轭和吸电子诱等基团均具有相似的给电子共轭和吸电子诱导作用，并且其总结果以共轭给电子作用为主，从而使得苯环上的电子云密度增加，导作用，并且其总结果以共轭给电子作用为主，从而使得苯环上的电子云密度增加，亲电反应速率增大。亲电反应速率增大。 从上述共振结构可以看出给电子作用使得邻对位电子云密度增加得更多，因从上述共振结构可以看出给电子作用使得邻对位电子云密度增加得更多，因此反应发生在邻对位。此反应发生在邻对位。314. 定位效应与定位规律的分析与解释定位效应与定位规律的分析与解释 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电

19、子效应对苯环上电子云密度分布的影响NOONOON+NOONOOOO-CHO、-COR、-COOR、-CONHR、-SO3H、-NO2等基团均具有吸电子共轭和吸等基团均具有吸电子共轭和吸电子诱导作用，从而使得苯环上的电子云密度降低，亲电反应速率降低。电子诱导作用，从而使得苯环上的电子云密度降低，亲电反应速率降低。从上述共振结构可以看出吸电子共轭作用使得邻对位电子云密度降低得更多，因此从上述共振结构可以看出吸电子共轭作用使得邻对位电子云密度降低得更多，因此反应发生在间位。反应发生在间位。324. 定位效应与定位规律的分析与解释定位效应与定位规律的分析与解释 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取

20、代基对芳环亲电取代反应的影响 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电子效应对苯环上电子云密度分布的影响Cl+-X原子均具有吸电子诱导作用和给电子共轭，并且其总结果以吸电子作用为主，从原子均具有吸电子诱导作用和给电子共轭，并且其总结果以吸电子作用为主，从而使得苯环上的电子云密度降低，亲电反应速率降低。而使得苯环上的电子云密度降低，亲电反应速率降低。从上述共振结构可以看出给电子作用使得邻对位电子云密度降低得较少，因此反应从上述共振结构可以看出给电子作用使得邻对位电子云密度降低得较少，因此反应发生在邻对位。发生在邻对位。Cl:Cl:Cl:Cl:334. 定位效应与定位规律的分析与解释定位效应与定位规

21、律的分析与解释 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响由以上分析可见：由以上分析可见： 当一个基团既有诱导效应又有共轭效应时，则整个基团表现出来的电当一个基团既有诱导效应又有共轭效应时，则整个基团表现出来的电子效应是两种效应的总和。子效应是两种效应的总和。 取代基产生的共轭电子效应对苯环的邻对位产生的影响较大，而对间取代基产生的共轭电子效应对苯环的邻对位产生的影响较大，而对间位产生的影响较小。位产生的影响较小。344. 定位效应与定位规律的分析与解释定位效应与定位规律的分析与解释 二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响NH2NO2Cl

22、0.00-0.030.00-0.02+0.26+0.19+0.27+0.04+0.12+0.03 苯环上电子云密度分布的计算结果苯环上电子云密度分布的计算结果以上结果与前述分析结果是一致的。以上结果与前述分析结果是一致的。以下再从反应的活泼中间体结构和稳定性进行分析以下再从反应的活泼中间体结构和稳定性进行分析35l CH3和烷基：和烷基：弱致活基，邻对位定位基。弱致活基，邻对位定位基。HEHEHECH3CH3CH3particularly stableCH3CH3CH3EHEHEHparticularly stableCH3CH3CH3EHEHEHortho-para-meta-36l OH,

23、 OR；NH2, NHR, NR2：强致活基，邻对位定位基。强致活基，邻对位定位基。HEHEHEOHOHOHparticularly stableOHOHOHEHEHEHparticularly stableOHOHOHEHEHEHortho-para-meta-HEOH:OHEH37l OH, OR；NH2, NHR, NR2：强致活基，邻对位定位基。强致活基，邻对位定位基。38l OCOR，NHCOR ：中等致活基，邻对位定位基。中等致活基，邻对位定位基。当氧或氮与羰基相连时，氧或氮上的孤对电子也与羰基共轭，因此与苯环的共轭作用当氧或氮与羰基相连时，氧或氮上的孤对电子也与羰基共轭，因此与苯

24、环的共轭作用减弱了减弱了OCOROCRONHCROHNCOR39l 强致钝基和中等致钝基，间位定位基：强致钝基和中等致钝基，间位定位基：-CONH2, -COOR, -COR, -CHO, -SO3H, -+NR3, -NO2, -CF3, -CNl - CF3和和-+ NR3只具有吸电子诱导效应只具有吸电子诱导效应l其它基团则兼具有吸电子诱导和共轭效应其它基团则兼具有吸电子诱导和共轭效应increasing deactivating40l NH3+ ： 强致钝基，间位定位基强致钝基，间位定位基41l NO2 ： 强致钝基，间位定位基强致钝基，间位定位基HEHEHENO2NO2NO2NO2NO

25、2NO2EHEHEHNO2NO2NO2EHEHEHortho-para-meta-less stableless stable42l强致钝基和中等致钝基，间位定位基：强致钝基和中等致钝基，间位定位基：难以发生难以发生F-C烷基化反应和烷基化反应和F-C酰基化反应酰基化反应43l Halogens： 弱致钝基，既具有吸电子的诱导效应，又具有给电子的共轭效应，从反应速率比弱致钝基，既具有吸电子的诱导效应，又具有给电子的共轭效应，从反应速率比苯低可以得知吸电子作用更强；但正因为具有给电子的共轭作用，使得它成为邻、对苯低可以得知吸电子作用更强；但正因为具有给电子的共轭作用，使得它成为邻、对位定位基。位

26、定位基。HEHEHEClClClClClClEHEHEHClClClEHEHEHortho-para-meta-HECl:ClEH:445. The ortho/para ratio二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响取代基的空间位阻将影响邻对位比例取代基的空间位阻将影响邻对位比例455. The ortho/para ratio取代基的体积越大，空间位阻大，邻位比例减少取代基的体积越大，空间位阻大，邻位比例减少466. 取代基对反应条件的影响取代基对反应条件的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响类似地，硝化试剂有稀硝酸、浓硝

27、酸、混酸等类似地，硝化试剂有稀硝酸、浓硝酸、混酸等476. 取代基活性与反应条件取代基活性与反应条件二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响白色沉淀，白色沉淀，用于苯酚鉴用于苯酚鉴别。别。48 活化作用影响活化作用影响 钝化作用影响（多数情况）钝化作用影响（多数情况） 强作用的影响强作用的影响 弱作用的影响弱作用的影响* （两个活化基存在时，则强活化基决定定位（两个活化基存在时，则强活化基决定定位 两个钝化基存在时，则弱钝化基决定定位）两个钝化基存在时，则弱钝化基决定定位） 活性作用大小接近时，获得混合物活性作用大小接近时，获得混合物 空阻大的位置难进入空阻大的位置

28、难进入7. 多取代苯的定位效应：多取代苯的定位效应：When more than one group is attached to a benzene ring, the effect of the stronger activator ( or weaker deactivator ) prevails.497. 多取代苯的定位效应：多取代苯的定位效应：507. 多取代苯的定位效应：多取代苯的定位效应：位阻较大位阻较大517. 多取代苯的定位效应：多取代苯的定位效应：52OCH3BrHNO3H2SO4OCH3COOCH3Br2FeBr3NHCOCH3BrBrCH3COClAlCl3OCH3B

29、rOCH3Br+O2NNO2OCH3COOCH3BrNHCOCH3BrBrH3COC二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响538. Synthesis of substituted benzenes二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响54二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响8. Synthesis substituted benzenes55HNO3H2SO4CH3COClAlCl3NO2CH3OHNO3H2SO4CH3COClAlCl3NO2CH3O二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环

30、亲电取代反应的影响8. Synthesis substituted benzenes间位定位基难以发生间位定位基难以发生F-C反应是务必要记住的。反应是务必要记住的。56二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响8. Synthesis substituted benzenesCH3CH2CH2COClAlCl3H2OOZnHg,HClH2SO4HO3SOHO3S直接烷基化可能重排直接烷基化可能重排磺酸基应后引入磺酸基应后引入o、p-定位基定位基m-定位基定位基直链烷基苯直链烷基苯57二、取代基对芳环亲电取代反应的影响二、取代基对芳环亲电取代反应的影响8. Synth

31、esis substituted benzenesOHH2SO4OHSO3H2molBr2OHBrBrSO3HH3O100 COHBrBr 利用磺化的可逆性可以起到利用磺化的可逆性可以起到保护苯环上的某些位置的作用保护苯环上的某些位置的作用这是常用的合成的策略这是常用的合成的策略58A、苯环上引入羟基、氟和氰基、苯环上引入羟基、氟和氰基 CH2CH3OCH3CH2CH3OHCH2CH3NH2CH2CH3CH2CH3HNO3CH2CH3NO2Fe + HClCH2CH3NH2(1) HNO2(2) H2OCH2CH3OHCH3IOH-TM59BrBrBrNCH2NO2NO2NNO2Br2NO2F

32、e + HClNH2(1) HNO2(2) CuCNCNBrFeBrBr60ClFClNH2ClNO2ClClHNO3ClNO2Fe + HClClNH2(1) HNO2(2) HBF4ClF616、重氮盐在合成上的应用、重氮盐在合成上的应用B、合成违反定位规则的取代苯衍生物、合成违反定位规则的取代苯衍生物COOHBrBrH3CH3CH3CH3CNH2NH2(1)HNO3CH3(1) Fe + HClCH3(1) Br2, Fe(2) H2O,OH-CH3BrCH3NO2(2)Ac2ONHCOCH3NH2CH3Br(1) HNO2(2) H3PO2MgEt2OCO2H+CH3COOH626、重

33、氮盐在合成上的应用、重氮盐在合成上的应用B、合成违反定位规则的取代苯衍生物、合成违反定位规则的取代苯衍生物n-C4H9n-C4H9COCH2CH2CH3HOOCBrBrCOCH2CH2CH3COCH2CH2CH3COCH2CH2CH3 Br2, Fen-C4H9BrMgEt2OCO2H+n-C4H9COOHClOAlCl3BrZn-HgHCl63三、多环芳环的亲电取代反应三、多环芳环的亲电取代反应l 实验事实：实验事实： （1 1）萘的活性高于苯，且）萘的活性高于苯，且-位活性高于位活性高于-位；位； （2 2）蒽、菲则主要生成）蒽、菲则主要生成9-或或10-位取代产物位取代产物l分析解释：分

34、析解释： -进攻：EEHEHBenzenoid-进攻：EHEBenzenoid64三、多环芳环的亲电取代反应三、多环芳环的亲电取代反应l分析解释：分析解释： -进攻：EEHEHBenzenoidEHEHEHNonbenzenoid-进攻：EHEBenzenoidHEHEHEHENonbenzenoid65三、多环芳环的亲电取代反应三、多环芳环的亲电取代反应l关于磺化反应：关于磺化反应：H2SO460 C96%85%160 CSO3H动力学控制产物热力学控制产物SO3HH2SO4160 Cl作业作业1 1：请同学们分析回答：请同学们分析回答：（1 1）蒽、菲为什么主要生成）蒽、菲为什么主要生成9

35、-9-或或10-10-位取代产物位取代产物（2 2）蒽、菲的磺化反应为什么以）蒽、菲的磺化反应为什么以1-1-取代为主取代为主H66三、多环芳环的亲电取代反应三、多环芳环的亲电取代反应l萘环上的取代基对新的取代反应定位影响：萘环上的取代基对新的取代反应定位影响：l作业作业2 2：请同学们分析解释上述定位规律：请同学们分析解释上述定位规律G(o,p)G(o,p)G(m)次主次主有时磺化FC67四、芳香杂环的亲电取代反应四、芳香杂环的亲电取代反应l五元芳香杂环的反应活性：五元芳香杂环的反应活性：NHOSl五元芳香杂环的反应定位规律：五元芳香杂环的反应定位规律：吡咯、呋喃和噻吩均以吡咯、呋喃和噻吩均

36、以2-2-取代产物为主取代产物为主 O+E+2位3位OOHEEHOHEOHEOEH68四、芳香杂环的亲电取代反应四、芳香杂环的亲电取代反应l六元芳香杂环的反应活性：六元芳香杂环的反应活性：l吡啶不能进行吡啶不能进行FriedelFriedelCraftsCrafts烷基化和酰基化反应，但其酰基吡啶盐却是很好的烷基化和酰基化反应，但其酰基吡啶盐却是很好的酰基化试剂酰基化试剂 NO2NNO2NO2NNRCOOR+NHClRCOClROHCOR69四、芳香杂环的亲电取代反应四、芳香杂环的亲电取代反应l六元芳香杂环的反应定位规律：六元芳香杂环的反应定位规律： 吡啶的亲电取代反应发生在吡啶的亲电取代反应

37、发生在3-3-位位 N+ENEHNEHNEHNEHNEHNEHNEHNEHNEHless stableless stable70五、芳环亲核取代反应五、芳环亲核取代反应l 通常苯是不会发生亲核反应的通常苯是不会发生亲核反应的l 因为当亲核负离子接近时，因为当亲核负离子接近时，pi-电子云会对它产生排斥，此外，氢负离子是一电子云会对它产生排斥，此外，氢负离子是一个碱性非常强的碱，难以离去。个碱性非常强的碱，难以离去。H+: Nu71五、芳环亲核取代反应五、芳环亲核取代反应1. SNAr Reaction（芳环亲核取代反应）（芳环亲核取代反应） 然而，当苯环上具有一个或多个强的吸电子基团时，并且具

38、有一个较好的然而，当苯环上具有一个或多个强的吸电子基团时，并且具有一个较好的离去基团（如卤素）时，亲核取代反应就可以在不太激烈的条件下发生。离去基团（如卤素）时，亲核取代反应就可以在不太激烈的条件下发生。72五、芳环亲核取代反应五、芳环亲核取代反应NO2ClNO2OH+HCl1.HO (pH=14) , 1602.HClNO2NO2OHNO2NO2+ClHO (pH=10) ,100ClNO2O2NNO2OHNO2O2NNO2+ClH2O(pH=7),4073五、芳环亲核取代反应五、芳环亲核取代反应2、芳香杂环的亲核取代反应、芳香杂环的亲核取代反应 吡啶比苯容易发生亲核取代反应吡啶比苯容易发生

39、亲核取代反应 吡啶的吡啶的2-位或位或4-位上连有好的离去基团时，容易发生亲核取代反应位上连有好的离去基团时，容易发生亲核取代反应NBrOCH3NNH2OCH3NH2 吡啶的吡啶的3-位的反应性与卤代苯类似，反应要求条件较强烈且需要在铜盐催化下发生反应：位的反应性与卤代苯类似，反应要求条件较强烈且需要在铜盐催化下发生反应：NBrNNH2NH3,H2O,CuSO4140,1.8MPa,18h74六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应1、光照或加热条件下、光照或加热条件下 卤代反应卤代反应2、芳环侧链的氧化反应、芳环侧链的氧化反应C Hhv, orX2C XX = Br, ClC HKMnO4C

40、OOHC CH3CH3CH3KMnO4HOOCC CH3CH3CH375六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应脂肪族胺也能发生重氮化（脂肪族胺也能发生重氮化（Diazotization )反应，但是所生成的重氮盐不稳定，很反应，但是所生成的重氮盐不稳定，很快分解，因此难以用于合成，但可用于氮含量分析快分解，因此难以用于合成，但可用于氮含量分析 凯氏定氮法凯氏定氮法l 芳香重氮盐在合成上用途广泛芳香重氮盐在合成上用途广泛NO2 H NH2HNO2(NaNO2, HCl)0 5 0CN2+ Cl -3、Formation of Arenediazonium Salts 芳香重氮盐的形成芳香重氮盐

41、的形成76六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应4、Nucleophilic Subsitution of Arenediazonium Salts 芳香重氮盐的亲核取代反应芳香重氮盐的亲核取代反应 Synthesis of Substituted BenzenesN2+ Cl -ClBrCNIH2PO2OHFCuClCuBrCuCNKIH2OHBF477六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应5、 Coupling reaction of Arenediazonium Salts 芳香重氮盐的偶联反应（与胺或酚反应）芳香重氮盐的偶联反应（与胺或酚反应） Eletrophilic Subst

42、itution of Aromatic amines and Phenols The Arenediazonium Ion as an electronphile 偶氮化合物的合成偶氮化合物的合成HO+N2+ Cl-BrHON=NBrHO+N2+ Cl-BrOHN=NBrCH3CH3区域选择性区域选择性偶联反应通常发生在羟基或氨基的对位，如果对位有基团占据，偶联反应通常发生在羟基或氨基的对位，如果对位有基团占据，则发生在邻位。则发生在邻位。78六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应5、 Coupling reaction of Arenediazonium Salts 芳香重氮盐的偶联反应（

43、与胺或酚反应）芳香重氮盐的偶联反应（与胺或酚反应） Eletrophilic Substitution of Aromatic amines and Phenols The Arenediazonium Ion as an electronphile 偶氮化合物的合成偶氮化合物的合成苯衍生物苯衍生物反应条件反应条件重氮盐与酚的偶联常在重氮盐与酚的偶联常在pH810的弱碱性条件进行；重氮盐与芳胺的弱碱性条件进行；重氮盐与芳胺的反应在弱酸性条件下进行。的反应在弱酸性条件下进行。 WhyWhy？ N NN NN N+OHOHCH3N(CH3)2NaOH,H2O0CNaOH,H2O0CHOAc,H2O

44、0CHON N(H3C)2NN NOHCH3N N791) 被卤素或氰基取代（被卤素或氰基取代（Sandmeyer反应）反应）N+NX-CuXHClX + N2（X=Cl 、Br）N+NX-CuCNKCNCN + N2六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应6、重氮盐在合成上的应用、重氮盐在合成上的应用80CuCNKCNNH2CH3NaNO2，HClN+NCl-CH3CuCl, HClClCH3CNCH3H3O+COOHCH3讨论讨论BrCl812 碘代物、氟代物的制备碘代物、氟代物的制备N+NHSO4-KIIHBF4or NaBF4N2+Cl-N2+BF4-NH2NaNO2HBF4F82 4

45、) 被硝基取代被硝基取代NH2NaNO2HBF4N2+BF4-NaNO2CuNO283NO2HNO3H2SO4FeCl3HClNO2ClCl2FeNH2ClN2+Br-ClNaNO2HBrCuBrHBrClBr842) 被氢原子取代被氢原子取代次磷酸水溶液或乙醇。次磷酸水溶液或乙醇。N2+Cl-H3PO2H2O+ N2N2+HSO4-CH3CH2OH+ N2853) 被羟基取代被羟基取代 （重氮盐的水解）（重氮盐的水解）N2+HSO4H+ H2OOH + N2OHNO2NO2NO2发烟 HNO3浓 H2SO4Na2SCH3OHNH2NO2NaNO2H2SO4N2+HSO4NO2H+H2OT.M

46、.注意：用硫酸重氮盐注意：用硫酸重氮盐86讨讨论论BrBrBrNO2HNO3H2SO4HClFeNH2Br2H2OBrBrBrNH2BrBrBrNaNO2 HCl05oCBrBrBrN2+Cl-H3PO2H2O87六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应6、重氮盐在合成上的应用、重氮盐在合成上的应用B、合成违反定位规则的取代苯衍生物、合成违反定位规则的取代苯衍生物BrBr?1.NO2HNO3/H2SO4NO2Br2FeBr3Br1. Fe, HCl2. NaNO2,HCl3. CuBr88六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应6、重氮盐在合成上的应用、重氮盐在合成上的应用B、合成违反定位规则

47、的取代苯衍生物、合成违反定位规则的取代苯衍生物BrBrBr?2.HNO3/H2SO4NO2Fe+HClNH2BrBrBrNH2Br21. NaNO2,HCl2. H2PO289六、芳环取代基的反应六、芳环取代基的反应6、重氮盐在合成上的应用、重氮盐在合成上的应用C、合成偶氮化合物、合成偶氮化合物HO3SNNN(CH3)2甲基橙（Methyl Orange）NaO3SNH2NNNNSO3NaH2N刚果红（Congo Red）H3CCH3N NSO3NaSO3NaHO迎春红（红色染料）作业作业3、请尝试设计上述偶氮化合物的合成路线、请尝试设计上述偶氮化合物的合成路线90分速度因数f 用于表示定位效应取代苯某一位置的取代速度与苯的取代速度的比值。苯位置当量产量百分比取苯位置当量产量百分比取kyZkkyZkf6691fo=43.5 fm=2.1 fp=46.9分速度因数使我们可以看到两种情况，即底物选择性和位置选择性。92 分速度因数使我们可以看到两种情况:1 “底物选择性”: 1.1首先它揭示不同底物对亲电试