第十八章芳香族亲核取代反应

1、第十八章芳香族亲核取代反应芳香碳原子上的原子或基团带着一对电子被亲核 试剂置换的反应叫作芳香族亲核取代反应(SNAr)。反应通式：+xe在上列反应式中，作用物可以是苯环的也可以是 杂环的化合物。和脂肪族亲核取代反应不同，这 里被取代的基团X连氢负离子也是可以的。(1)置换氢负离子(a)拜基化反应：Ar-H + H0° -> ArOH 十(FT)(b)氨基化反应：C8H5N + NaNH2>2 NH2CsH4N( 4NaH)(0烷基化反应：C5H5N + RLi >2-RC5H4N + LiH 等典型的反应(2)徨换卤素负离子(a)强基化，烷氧基化反应：ArC14-R

2、Oe 亠 Ar0R+C1"(R=H,烷堆)(b)氨基化反应：A一Br + RNH? > Ar-NHR + (HBr)等(3)置换多原子基团(a) 置换畫氮基团：ArN = N +NuA > ArNu + N,(b) 置换磺酸基团：査苕香族化合物和脂肪族化合物中碳原子轨道杂 化的情况不同，因而C芳X键和C脂x键的性质很 不一样。在sp2杂化形艙分子轨遥中s轨道的比 例比较大，在sp3杂化轨道中s轨道葩比初比较小, 因而在Csp2X键中碳原子对价电子的吸引力比在 Csp3X键中碳原于对价电子的吸引力强。从而芳 香族亲核取代反应没有脂肪族亲核取代反应那么 生。再有，如果离去基团

3、的中心原子对来 电子对，则使得cx矗崑加牵固。Ar-SO? + Nu一> Ar-Nu4 S0?尊第一节芳香族亲核取代反应机理18. 1. 1双分子S/r2机理SnA2机理是亲核取代反应中最主要的反应机理。Z LZ Z Lz Z过渡状态中间体 过渡状态例如:11类似与Sf反应，但亲核试剂不能从带有离去基 团的碳原子的侧面进攻底物。机理的证明：(1) 动力学证明二级动力学对-OxNCBHl + HiNR 2,4(O2N)2C8H3Cl+CH3Oe 2,4-(O2N)xCflH3Br+Bre > Xf-O2NCflH4NHR + HCl> 2.4-(O2N)2C8H3OCH3+Cl

4、e2,4-(O2N):CflH3Br + Bre(2) 取代基效应邻硝基氯苯和其对位吸电子基团取代衍生物在和甲醇钠的反应中的相对速度(3) 离去基团的影响不同离去基团的相对反应速度是对该反应机理的一个证明。x当X =C1, I时，相对反应速度：43,43丄但是,离去基团的离去能力:Cl < Br < I当X=F时，相对反应速度是3300说明:控制反应速度的一步不包含CX键的断裂溶剂的影响Xno2Nu XNuNO,Nu 二 N寸 kp/ki 二200(甲醇)kp/k二400(DMF)Nu=PhS- kF/kj=2.5(甲醇)kp/ki二l(DMF)（5）碱催化作用碱少反应速度提高，碱

5、多反应速度不再提高。（6）中间体离析1902年对2,4,6 三硝基苯甲瞇和乙氧基离子之间反应的 中间体的分离有力的支持了这一机理。>2C2H5ONaAH3CO OC2H5C2H5OHno2 红色晶体-och3OCH302N 丄 Ioch3NO2这一中间体的分离获得，证实了反应是分两步完成的18. 1.2单分子SnAtI机理在芳环上按照SnAi!机理进行的反应很少，重氮盐的水解被认为是按SnA"机理进行的ArNmN > Ar*4-N2Ar : Nu° > ArNu支持这一反应机理的事实:(1) 动力学研究结果表明：反应速度对重氮盐是一 级，与亲核试剂的浓度无

6、关。(2) 当用重氮盐作为反应物时+ 15N三N+ 15N三N+15N三N在重氮盐水解过程中加入C1-时，有芳基氯生成, 但C1-的加入不影响反应速度。SgArl机理的实例重氮盐水解重氮盐硫代ArN； + HS 一 » ArSHArN +S2_ 一- ArSAr:重氮盐碘代ArNj +18.1. 3苯烘机理第一步第二步在这些反应中由于生成了苯烘，因此也叫苯烘机理例如:Cl、1) NaOH，H2O 5 340°C 3 2500psi+2) H3cr38%62%38%62%CIliknh2nh3nh2ch3ch338%62%反应机理的证实:FLi0+0 一卤素的活性次序为Br

7、>I>C1 >>F的原因：Br,I脱去时，脱掉质子是速度决定步骤：F>Cl>Br>ICl, F脱去时，CX键断裂是速度决定步骤：I>Br>Cl>F第二节 芳香族亲核取代反应的影响因素1&2.1反应物结构对活性的影响(1)按SnAt2机理进行的亲核取代反应下列化合物进行亲核取代反应由易到难的次序zN°2z反应的相对速度Q反应的相对速度Q反应（a）H = 13>反应（b）NH.在电温活化卤 素负离子交换 任立温活化和 強的堵桟试刑 的反应在80IO0P. 活化和強的咯 孩试刑的反应和硝堆同时存 在.亢宝温活 化和強

8、的増试 刑的反炫；N R（杂环几种取代基在SnAt2机理中的致活次序和础罄同时存丫E. 在4060P活化 和尝的咕孩试剂 的反应NO5. 22X10*NOi6.73X10*很快z（杂环）SOxMcNMc®CF,CN3.81X10<CHO2.02X104CORCOOHsorBr6. 31X10<Cl4. 50X10°I4. 36X 10<COO92.02X104H18.06X10'F2. 10X 103CMc,1. 37X103Me1. 17X10>OMc14. 5NMcx977OH4. 70NHx1定位效应：在按SnAt2机理进行的芳香族亲核

9、取代反应里, 吸电子基团引导进入基团定位在邻位和对位。如：OrthoClOH&N°2ParaNO2Meta(2)按SnAtI机理进行的亲核取代反应+N=N+N=Nl=NN=OO(3)按苯烘机理进行的亲核取代反应对于一取代对于二取代形成苯烘:Z二吸电子基,有助于脱掉邻位氢，Z二给电子基，有 利于脱掉对位氢。形成碳负离子中间体:Z二吸电子的，则负电荷距取代基比较近的碳负离子 比较稳定。Clc应该形成必然形成CiCl应该形成Cl6Cln»21&2.2离去基团影响某些基团当连在芳环上时，可以作为离去基团, 如NO2，OR，OAr，SO2R 和 SR。no2人/NO2OHdOO°CNO?/NO2no2-NO2,10p°CNH3 C2H5OHoch3 离去基团离去的难易，不仅和基团离去后生成的 负离子的稳定性有关，还与亲核试剂的性质有关o2nno2CH3O，CH3OH reflux，- N°2o2nno2CH3ONaoch3(CH3)2NCIOTsJ/N(CH3)2OTs 人/ClP-CHsGHzpS 也2s/C6H4CH2PCII离去基团离去能力的大致次序是:IF> NO2 > OTs > SOC6H5 > Cl, Br, I, >N3> NR3 > OR , OAr , SR