芳香族取代反应

1、会计学1芳香族取代反应芳香族取代反应第1页/共52页124亲电取代反应历程亲电取代反应历程亲核取代反应历程亲核取代反应历程芳香取代形成碳芳香取代形成碳-碳键的反应碳键的反应5芳香取代形成碳芳香取代形成碳-杂键的反应杂键的反应目 录3自由基历程自由基历程第2页/共52页XY+XYYfastslowSE2SE1XY+Yfastslow- X-硝化、磺化、卤化、硝化、磺化、卤化、F-C反应反应反应动力学为一级反应动力学为一级吸电子取代基有利于反应吸电子取代基有利于反应第3页/共52页COO-base- CO2HABrBrBrt-BuOKBrBrBrBr2BrBrBrBr芳香羧酸在碱催化下脱羧芳香羧酸

2、在碱催化下脱羧1,3,5-三溴苯在叔丁醇钾催化下溴代三溴苯在叔丁醇钾催化下溴代SE1示例示例第4页/共52页SE2历程证明历程证明1）芳烃正离子历程的中间体）芳烃正离子历程的中间体络合物络合物+ E+ E E EHHNuH+反应进程反应进程势能势能取代产物取代产物加成产物加成产物络合物络合物苯容易进行亲电取代反应，难发生亲电加成苯容易进行亲电取代反应，难发生亲电加成第5页/共52页在一些特殊的条件下，某些稳定的在一些特殊的条件下，某些稳定的络合物可以分离出来络合物可以分离出来CH3CH3H3CEtFBF3, -80CCH3CH3H3CHEt+CH3CH3H3CEt+ HF+ BF3CH3CH3

3、H3CNO2+BF4- -70CCH3H3CCH3H3CCH3H3CCH3H3CCH3NO2 BF4-无可被消除的质子，因而比较稳定无可被消除的质子，因而比较稳定第6页/共52页+E+E+EH+E+ H+ 络合物络合物 络合物络合物2）同位素效应）同位素效应同位素效应很小，因为决速步骤中没有同位素效应很小，因为决速步骤中没有CH断裂断裂第7页/共52页定位效应和反应活性亲电取代反应：供电子基团，增大反应速度亲电取代反应：供电子基团，增大反应速度 吸电子基团，降低反应速度吸电子基团，降低反应速度供电子供电子基团基团 邻对位邻对位定位基定位基uO-: +I, +CuNR2, NHR, NH2, O

4、H, OR, OCOR, NHCOR, NHCHO, C6H5: -I +C第10页/共52页HECl+HEClHEClHEClHEClCl+HEClHEClHEClHEClHECl+HEClHEClHEClHE比较稳定比较稳定比较稳定比较稳定第11页/共52页HENO2+HENO2HENO2HENO2NO2+HENO2HENO2HENO2HENO2+HENO2HENO2HENO2HE特别不稳定特别不稳定特别不稳定特别不稳定第12页/共52页影响邻影响邻/ /对位取代产物比例的因素对位取代产物比例的因素1 1）空间因素）空间因素C6H5-CH3C6H5-CH2CH3C6H5-CH(CH3)2C

5、6H5-C(CH3)3nitrationproduct: o-(%)58.4545.030.015.8p-37.1548.562.372.7空间效应大会使邻空间效应大会使邻/ /对比例降低对比例降低C6H5-CH3X-Ralkylated toluene+R=CH3-CH3CH2-(CH3)2CH-(CH3)3C-product: o-(%)p-53.828.845.037.5025.032.793第13页/共52页2 2）电子效应）电子效应C6H5-Xnitrated productFClBrIproduct: o-(%)12303841Xnitration诱导效应随距离增大减弱很快，故对苯

6、环的邻位影响更大诱导效应随距离增大减弱很快，故对苯环的邻位影响更大3 3）亲电试剂的活性）亲电试剂的活性活性高，活性高， 位置选择性低位置选择性低活性低，活性低， 位置选择性高位置选择性高第14页/共52页4 4）试剂与苯环上原有基团的作用）试剂与苯环上原有基团的作用当亲电试剂与环上原有基团发生相互作用如生成活性中间体当亲电试剂与环上原有基团发生相互作用如生成活性中间体或络合物，则会使邻或络合物，则会使邻/ /对位比例大大提高，甚至主要得到邻对位比例大大提高，甚至主要得到邻位产物。位产物。CH2CH2OCH3NO2ONO2CH2CH2OCH3NO2CH2CH2OCH3NO2ONa+OCO +

7、-506.6kPa100COCOONaOHCOONa第15页/共52页5 5）自位取代：已有取代基上发生的取代）自位取代：已有取代基上发生的取代OCH3Br+HNO3OCH3BrNO2+OCH3NO2OCH3I+HNO3OCH3INO2+OCH3NO2CMe3+Br2Me3CCMe3CMe3BrBr原有取代基离去的难易原有取代基离去的难易取决于其容纳正电荷的取决于其容纳正电荷的能力，即生成正离子的能力，即生成正离子的能力能力H+ I+ Br+ NO2+ Cl+第16页/共52页多取代基环上的定位多取代基环上的定位1 1）一个）一个活化活化基团，一个基团，一个去活化去活化基团时，基团时，活化基团

8、活化基团控制，控制，一个一个强活化强活化基团基团，一个，一个弱活化弱活化基团时，基团时，强活化基团强活化基团控制。控制。2 2）其它都一样时，第三基团不进入处于间位的两基团之）其它都一样时，第三基团不进入处于间位的两基团之间的位置，尤其是当取代基（环上的或进攻的）的体积增间的位置，尤其是当取代基（环上的或进攻的）的体积增大时更是如此。大时更是如此。ClClX+ClClX第17页/共52页3）m-定位基与定位基与o-，p-基处于间位时，第三基团优先进攻基处于间位时，第三基团优先进攻m-定位取代基的邻位而非对位（定位取代基的邻位而非对位（邻位效应邻位效应）NO2ClNO2ClNO2ClNO2ClC

9、l+ClClCl2majorminornoBrCH3NO2+BrCH3NO2BrCH3NO2NO2NO2+第18页/共52页NuAr-XAr-NuX+芳香族亲核取代反应一般比较困难，需要在特定条件下才发生芳香族亲核取代反应一般比较困难，需要在特定条件下才发生但如芳环上连有吸电子基团，则反应较易进行但如芳环上连有吸电子基团，则反应较易进行加成加成-消去机理（中间络合物机理）消去机理（中间络合物机理）消去消去-加成机理（苯炔机理）加成机理（苯炔机理）SN1 机理机理第19页/共52页1. 加成加成-消去机理消去机理XNu+slowXNufastNu + X两步反应，形成中间体络合物两步反应，形成中

10、间体络合物加成一步为决速步骤，离去基团的改变对速度反应影响不大加成一步为决速步骤，离去基团的改变对速度反应影响不大OEtMeO-NO2O2NNO2EtONO2O2NNO2OMe深紫色的盐，可分离得到深紫色的盐，可分离得到第20页/共52页OEtNO2NO2+ C6H5NH2NHC6H5NO2NO2NO2+ CH3ONaNO2OCH3NO2除卤素外，烷氧基和硝基也可作为被取代的基团除卤素外，烷氧基和硝基也可作为被取代的基团SO2OHH3CNO2O2SOH3CNO2OHSO2OH3CNO2第21页/共52页2. 消去消去-加成机理加成机理OCH3BrRNH2liq. NH3OCH3H+-NH2-O

11、CH3NH2CH3RNH2liq. NH3CH3H+-NH2-CH3NH2Cl+CH3NH2BrEtONaBr+Br100%EtOHOEtOEt62%38%85%15%第22页/共52页3. SN1机理机理NNN2+ NuNu第23页/共52页Gomberg-Bachmann反应反应NNClNaOHN2NaClH2O+NNClNaOHN2+NNOH + NaClNNOHOH+HHO制备联苯和不对称联苯衍生物的重要方法，但收率低制备联苯和不对称联苯衍生物的重要方法，但收率低自由基取代第24页/共52页1. F-C反应反应1) 烷基化烷基化a. 催化剂：催化剂： 路易斯酸：路易斯酸：AlCl3 F

12、eCl3 SbCl5 SnCl4 BF3 TiCl4 ZnCl2 质子酸：质子酸：HF H2SO4 H3PO4 、PPA（多聚磷酸）（多聚磷酸）酸性氧化物：分子筛、硅藻土等酸性氧化物：分子筛、硅藻土等第25页/共52页b. 烷基化剂：烷基化剂： 烯烃：最便宜且活泼，应用最多烯烃：最便宜且活泼，应用最多卤代烷：卤代烷：RCl RBr RI（与一般卤代烷反应性能相反与一般卤代烷反应性能相反）PhCH2XRCH=CHCH2X R3CX R2CHX RCH2X CH3X醇、醛和酮：活性较弱，仅适于活泼芳环的烷基化醇、醛和酮：活性较弱，仅适于活泼芳环的烷基化OHCH3COCH3+HOCCH3CH3OHH

13、2SO4双酚双酚A环氧树脂的原料环氧树脂的原料第26页/共52页c. 芳基底物芳基底物 OH、OR、NH2等取代：不宜用路易斯酸催化等取代：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，故硝基苯可做溶剂取代：不反应，故硝基苯可做溶剂H2SO4CH2CH2CHC(CH3)2CH3OHCH3H3CCH3第27页/共52页d. F-C烷基化特点烷基化特点反应不容易停留在一烷基化阶段反应不容易停留在一烷基化阶段反应可逆反应可逆伯卤烷或直链伯卤烷或直链-烯烃为烷基化剂时，有重排反应发生烯烃为烷基化剂时，有重排反应发生CH3CH3CH

14、3CH3CH3CH3CH3CH3Cl/AlCl30C+CH3Cl/AlCl3100CCH3CH3CH3CH3+1:50523:第28页/共52页2) 酰基化酰基化a. 催化剂：催化剂：AlCl3 需要多于化学计量需要多于化学计量b. 酰化剂：酰化剂：RCOX (RCO)2O RCOOH RCOI RCOBr RCOClc. 芳基底物：硝基苯也可作为溶剂芳基底物：硝基苯也可作为溶剂d. 特点：只生成一元产物；不可逆；不重排特点：只生成一元产物；不可逆；不重排AlCl3CH3H3CCH3COCH3CH3COClCH3H3CCH3COCH3COCH3+第29页/共52页3) 其他类似反应其他类似反应

15、a. 氯甲基化氯甲基化 : Blank 反应反应ArHHClHCHOZnCl2ArCH2ClH2O+COHHZnCl2COHHZnCl2Cl+ZnCl2Side reaction第30页/共52页b. 甲酰化甲酰化 Vilsmeier-Haack反应反应ArHArCHOMe2NH+POCl3HCONMe2此反应只适合活泼的芳环，此反应只适合活泼的芳环，POCl3也可用也可用SOCl2、ZnCl2代替代替+NOHPOClClClNOHPOClClClOPOCl2CNHClCNHClArCHNClArH-H+ArCHNCl第31页/共52页2. Reimer-Tiemann 反应反应ArHCHCl

16、3NaOHArCHONaClH2O+OHOHOCCl2OHClClOCHCl2H2OOCHOOHCHOHCHCl3NaOHCCl2第32页/共52页OHOHHCON(CH3)2POCl3+OHOHCHONHH3COCHCl3C2H5ONaNHH3COCHO+第33页/共52页3. Kolbe-Schmitt反应反应ONa+OCO + -506.6kPa100COCOONaOHCOONa主要是活泼的芳氧负离子发生反应，吡咯的活性与苯氧负离子主要是活泼的芳氧负离子发生反应，吡咯的活性与苯氧负离子差不多，也能发生此反应差不多，也能发生此反应ONaFFCO2H+ONaFFCOOH第34页/共52页4.

17、 Ullmann反应反应2 ArXCuAr-Ar 2 Ar芳卤活性：芳卤活性：ArI ArBr ArCl ArFClNO2NO2O2NI+CuNO2NO2O2N第35页/共52页芳香取代形成碳-杂键的反应1. C-N键形成键形成CH3CH(CH3)2HNO3/H2SO4CH3CH(CH3)2NO2OHNaNO2/HClOHNOSn/HClOHNH21）硝化反应）硝化反应第36页/共52页NNClOH+NNOHNaOH, H2O0 0O3SNNNCH3CH3+O3SNNNCH3CH3H+甲基橙甲基橙弱酸性或中性条件下弱酸性或中性条件下弱碱性弱碱性 pH 8102）重氮偶联）重氮偶联第37页/共5

18、2页OH NH2SO3HHO3SN2+Cl-O2NpH 7OH NH2SO3HHO3SN NNO2NN萘酚蓝黑萘酚蓝黑第38页/共52页3）胺化）胺化ClNO2ClNH3/H2O NH2NO2Cl红色基红色基3GLCl2 CH3NH2+CuClNHCH3CH3NH2 HCl+210C, 7.5MPa第39页/共52页2. C-X键形成键形成+ Cl2Cl+ Br2BrOHBrBrOHNBSOHCH3OHCH3BrDMFFeX3催化催化OCH3OCH3+ I2OCH3OCH3ICF3COOAg加入氧化剂或能除去加入氧化剂或能除去I-的金属化合物的金属化合物得到一溴代物得到一溴代物1）直接卤代）直

19、接卤代第40页/共52页 2）间接卤代）间接卤代 Sandmeyer反应反应NN+CuCl/HClCuBr/HBrClBrCuCN/KCNCNCuCl+NNNNCuClCl-+ CuCl2N2+ CuCl2Cl+ CuCl自自由由基基芳芳香香取取代代反反应应第41页/共52页HBF4+NNClNNBF4FSchiemann G反应（席曼反应）反应（席曼反应）单分子芳香亲核取代（苯正离子中间体）单分子芳香亲核取代（苯正离子中间体）芳胺制备氟代芳烃最常用的方法芳胺制备氟代芳烃最常用的方法NaI+NNClI+N2NaCl+第42页/共52页3. C-S键形成键形成+ H2SO4SO3HClSO3H,

20、 当量NHCOCH3NHCOCH3HO3SNHCOCH3ClO3SClSO3H, 过量NH2NHCOCH3SHNOO第43页/共52页SO3NaNaO3SNaOHONaNaO4. C-O键形成键形成NNHSO4+ H2OOHN2H2SO4+NNN2+ H2OOH2-H+OH第44页/共52页5. C-H键形成键形成NHCOCH3H2SO4NHCOCH3SO3HNHCOCH3SO3HNO2NHCOCH3NO2HNO3H2O,H+H2SO4 NH2ClClClNaNO2HClN2+Cl-ClClClNaH2PO2NH2FeCl2ClClCl第45页/共52页124亲电取代反应历程亲电取代反应历程亲核取代反应历程亲核取代反应历程芳香取代形成碳芳香取代形成碳-碳键的反应碳键的反应5芳香取代形成碳芳香取代形成碳-杂键的反应杂键的反应目 录3自由基历程自由基历程第46页/共52页4 4）试剂与苯环上原有基团的作用）试剂与苯环上原有基团的作用当亲电试剂与环上原有基团发生相互作用如生成活性中间体当亲电试剂与环上原有基团发生相互作用如生成活性中间体或络合物，则会使邻或络合物，则会使邻/ /对位比例大大提高，甚至主要得到邻对位比例