第八章芳烃芳核上亲电取代反应药学

1、第八章芳烃芳核上亲电取代反应药学内容提要第一节 芳烃的分类和命名第二节 苯及同系物的结构第三节 苯及其衍生物的化学反应第四节 多环芳烃及非苯芳烃 第八章 芳烃 芳核上的亲电取代反应脂环烃芳香烃环烃的分类具有“芳香性”的碳氢化合物称芳香烃。芳香性-难加成、难氧化、易取代第一节 芳烃的分类和命名CH3CH(1) 苯及其同系物(2) 多环芳烃多苯代脂烃联苯类稠环芳烃(3)非苯芳烃不含苯环，但具有苯的特性“芳香性”的碳环化合物一、芳烃的分类第一节 芳烃的分类和命名二、芳烃的命名甲苯(toluene) 异丙苯 (isopropylbenzene) 苯环上的氢原子被烃基取代后，所得产物为苯的同系物。 命名

2、时，一般以苯作母体，将其它烃基作为取代基，称“某苯”。第一节 芳烃的分类和命名复杂芳烃以苯环为取代基邻氯苯甲醚 间甲苯酚 对甲苯甲酸第一节 芳烃的分类和命名第一节 芳烃的分类和命名2-氨基-5-羟基苯甲醛 3-氨基-5-溴苯酚 多个官能团时，选一个官能团作母体官能团，写在苯的后面，其他为取代基。以母体官能团在苯的位置编号为1。间二甲苯1,3-二甲苯m-二甲苯m-xylene对二甲苯1,4-二甲苯p-二甲苯p-xylene 二烃基苯有三种异构体，用邻或1,2-；间或1,3-；对或 1,4- 表示。邻二甲苯1,2-二甲苯o-二甲苯o-xylene第一节 芳烃的分类和命名第一节 芳烃的分类和命名1,

3、2,3-三甲苯 1,2,4-三甲苯 1,3,5-三甲苯 连三甲苯 偏三甲苯 间三甲苯 具有三个相同烃基的取代苯也有三种异构体。如:芳基 （Aryl） 苯（Benzene） 苯基（phenyl，Ph，C6H5-） 苄基、苯甲基（benzyl，phenylmethyl）常见的取代基： 第一节 芳烃的分类和命名常见的稠环芳烃有： 第一节 芳烃的分类和命名萘 蒽 菲 常见的联苯芳烃有： 1234563425612,2-二甲基联苯第一节 芳烃的分类和命名联苯第二节 苯及其同系物的结构一、苯的结构1. 苯的 Kekul 结构式简写为：碳为4价 有人提出质疑: 按照这个结构, 苯的二溴代物应有两种。结构式溴

4、代和但实际上只得到一种!预期的 1,3,5-环己三烯键长数据134pm147pm第二节 苯及其同系物的结构2. 苯分子结构的现代解释 苯分子中6个C都是sp2杂化, 每个C都以3个sp2杂化轨道分别与2个相邻的C和1个H形成3个键,构成平面正六边形碳环结构。每个C还有1个未杂化的p轨道，均垂直于碳环平面而相互平行。每个p都可与2个相邻C的p侧面重叠，形成一个包含6个原子6个电子的闭合“大键”。 第二节 苯及其同系物的结构环状大键 120o120o120o139pm第二节 苯及其同系物的结构 结构及性质特征：所有原子共平面； 形成环状大键碳碳键长全相等; 环稳定、难加成、 难氧化、易取代第二节

5、苯及其同系物的结构 苯的结构也可以用两个Kekul 结构式的共振式或共振杂化体表示。 虽然苯的结构在今天已得到完全 阐明,但苯的结构式仍然采用当初Kekul提出的式子。或用圆圈代表环闭大键的苯结构式。第二节 苯及其同系物的结构第三节 苯及其衍生物的化学反应芳香烃的化学性质取代反应加成反应氧化反应芳香烃芳香性 环稳定、难加成、 难氧化、易取代一、苯环上的亲电取代反应卤代反应 硝化反应 磺化反应 烷基化反应 酰基化反应* 第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应 亲电试剂 络合物 络合物 产物（一）亲电取代反应的机理第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应1

6、. 卤代 在铁或铁盐的催化下加热，苯环上氢原子被氯或溴取代。（二）常见的亲电取代反应第三节 苯及其衍生物的化学反应 反应机理第三节 苯及其衍生物的化学反应第一步： Br2的极化图 溴分子的极化第三节 苯及其衍生物的化学反应第二步：极化了的溴进攻苯环 图 芳正离子的形成第三节 苯及其衍生物的化学反应第三步：失去质子恢复芳香体系图 恢复芳香体系 第三节 苯及其衍生物的化学反应 2. 硝化反应混 酸 反应机理第三节 苯及其衍生物的化学反应适当加热，可逆反应 3. 磺化反应第三节 苯及其衍生物的化学反应磺化反应是可逆的。制备酚类化合物。H2SO4NaOHNaOH300oCH+第三节 苯及其衍生物的化学

7、反应4. Friedel-Crafts 烷基化和酰基化反应（1）Friedel-Crafts 烷基化反应催化剂：AlCl3, FeCl3, SnCl4, ZnCl2, BF3等。烷基化试剂：卤代烃，醇，烯烃等（以醇、烯烃为烷基化试剂时，往往采用酸催化）。 催化剂的活性： AlCl3 FeCl3 BF3 ZnCl2 SnCl4第三节 苯及其衍生物的化学反应烷基化反应机理：第三节 苯及其衍生物的化学反应当烷基含三或三个以上碳原子时，常发生重排：由于反应通过碳正离子中间体，因此有重排现象。第三节 苯及其衍生物的化学反应酰基化试剂：酰卤，酸酐，羧酸等。催化剂及其活性同上。（2）Friedel-Craf

8、ts 酰基化反应第三节 苯及其衍生物的化学反应酰基化反应机理第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应傅-克烷基化与酰基化反应的相同之处反应所用催化剂相同；反应历程相似。ii. 当芳环上有强吸电子基(如：NO2、COR、CN等)时，既不发生 FC 烷基化反应，也不发生 FC 酰基化反应。当芳环上连有氨基、羟基时，很难发生FC 反应。当芳环上取代基中的X或CO处于适当的位置时,均可发生分子内反应。傅-克烷基化与酰基化反应的不同之处烷基化反应常伴有重排；而酰基化反应则不发生重排。ii. 烷基化反应难以停留在一取代阶段，往往 得到的是多元取代的混合物；而酰基化反应却可以停留在一取代

9、阶段。第三节 苯及其衍生物的化学反应iii. 烷基化反应是可逆反应，而酰基化反应 是不可逆反应。第三节 苯及其衍生物的化学反应二、取代苯的亲电取代反应的定位规律 取代基导入苯环以后，在取代苯环进行亲电取代反应，取代基对苯环进入第二个取代基产生比较大的作用。（一）取代基对反应速率的影响相对速率103 25 1 3 10-2 1 10-7 第三节 苯及其衍生物的化学反应能使亲电取代反应活性提高的基团：-OH、-CH3、-R活化基团钝化基团能使亲电取代反应活性降低的基团：-X、-COOH、-NO2（二）一取代苯的亲电取代反应的定位规律 一元取代苯进行亲核取代反应时，第二个基团可处于邻位、间位或对位，

10、但处于三个位置的几率不是均等的，取决于第一个取代基。第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应1. 第一类定位基（邻对位定位基） Ortho- and para- directing activators第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应2. 第二类定位基（间位定位基） Meta-directing deactivators第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应取代基的分类及依据:E+亲电取代几率 40% 40% 20%已有的基团对后进入基团进入苯环的位置产生制约作用，

11、这种制约作用称为取代基的定位效应 取代基的定位效应:第三节 苯及其衍生物的化学反应活化基团：若取代基引入后，取代苯的亲电取代反应 速度比苯快，则取代基为活化基团。钝化基团：若取代基引入后，取代苯的亲电取代反应 速度比苯慢，则取代基为钝化基团。邻对位定位基：邻对位产物 60%，G为邻对位定位基。间 位 定 位 基：间位产物40%。 G为间位定位基。第三节 苯及其衍生物的化学反应取代基的分类邻对位定位基： 一般使苯环活化 亲电取代反应比苯快（卤素除外） -O-, -NR2,-NHR, -NH2, -OH, -NHCOR, -OCOR, -R, -X 间位定位基：一般使苯环钝化 亲电取代反应比苯慢

12、-N+R3, -NO2, -CX3, -CN, -SO3H, -CHO, -COR, -CO2H, -CO2R, -CONH2 第三节 苯及其衍生物的化学反应（三）双取代苯的定位效应已有两个取代定位效应一致，由定位效应决定。已有两个取代基属于同一类定位基，并且定位效应不一致，由定位效应强者决定。已有两个取代基属于不同类别定位基，并且定位效应不一致，由邻对位定位基决定。第三节 苯及其衍生物的化学反应两个间位定位基，定位方向一致时，服从定位效应。两个邻对位定位基，定位方向一致时，服从定位效应。第三节 苯及其衍生物的化学反应 一个是邻对位定位基，一个是间位定位基，并且定位方向不一致时，服从邻对位定位

13、基。两个邻对位定位基，定位方向不一致时，服从强者。第三节 苯及其衍生物的化学反应20%43%17%19%二个间位定位基定位方向矛盾时，服从强者。 二个定位基定位能力没有太大差别时，得到混合物。第三节 苯及其衍生物的化学反应(四)定位效应的应用 1.预测反应的主要产物第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应第三节 苯及其衍生物的化学反应（2）选择合适的合成路线第三节 苯及其衍生物的化学反应三、苯的加成和氧化反应1. 苯的加成反应400-500第三节 苯及其衍生物的化学反应2. 苯及其同系物的氧化反应苯环不易被氧化。温和氧化剂： CrO3 +Ac2

14、O；强氧化剂： K2Cr2O7-H2SO4, KMnO4-H2O, KMnO4-H2SO4-H2O更强氧化剂： V2O5 第三节 苯及其衍生物的化学反应 侧链碳原子存在-H时，可以发生氧化反应 生成-COOH，但叔烷基不存在-H，不被氧化。 第三节 苯及其衍生物的化学反应四、烷基苯侧链的反应自由基取代反应第三节 苯及其衍生物的化学反应第四节 多环芳烃和非苯芳烃多环芳烃：稠环芳烃：两个或两个以上的苯环彼此共用相邻 的两个碳原子第四节 多环芳烃和非苯芳烃萘 蒽 菲一、萘的结构第四节 多环芳烃和非苯芳烃二、萘的性质(一) 亲电取代反应1. 卤化第四节 多环芳烃和非苯芳烃2硝化3. 磺化第四节 多环芳烃和非苯芳烃4.傅克反应(二)氧化反应第四节 多环芳烃和非苯芳烃(三)还原反应第四节 多环芳烃和非苯芳烃四、非苯芳烃（一）芳香性(Aromaticity)与Huckl规则1. 芳香性结构特点(1) 碳原子以sp2杂化形成环状化合物 (2) 成环原子共平面 (3) 形成闭合环状大键，基态时电子处于成键轨道 (4) 电子数符合4n+2规则第四节 多环芳烃和非苯芳烃2. Huckl规则 一个具有共平面、环状闭合、共轭体系的单环多烯化合物，只有当其电子数符合4n+2时，才可能有芳香族的稳定性。n= 0, 1, 2, 3 .(二) 轮烯的芳香性4-轮 烯8-轮烯10-轮烯 单环