精细有机合成化学与工艺学-芳香族亲电取代的定位规律课件

精细有机合成反应消除反应被消除原子或原子团位置重排反应发生重排原子（团）位置取代反应反应试剂的性质反应物分子中C-H键断裂方式亲核取代亲电取代游离基取代加成反应加成的基本途径α-消除β-消除分子内重排分子间重排环加成亲电加成游离基加成亲核加成进行方式2.1芳香族亲电取代的定位规律反应历程环上已有取代基的定位规律苯环上取代定位规律苯环上已有两个取代基时的定位规律萘环的取代定位规律蒽醌环的取代定位规律反应通式：R-H＋Z+R-Z＋H+R-H＋Z-YR-Z＋H-Y2.1.1反应历程预测：三种方式（1）先经过σ-络合物，再脱去H+的两步历程（2）亲电质点进攻前，质子已经脱落的单分子历程

Ar-HAr-＋H+（3）E+的进攻合H+的脱落同时发生的一步历程Ar-H＋E+Ar

Ar-E＋H＋HE＋……动力学同位素效应

将反应物分子中的某一原子用它的同位素代替时,该反应速度所发生的变化。（1）结果反应类型被作用物亲电试剂kH/kD或kH/kT硝化苯-t，甲苯-t硝基苯-d5HNO3-H2SO4HNO3-H2SO4＜1.2～1.0磺化硝基苯-d5H2SO4-SO31.6～1.7卤化1-溴-2,3,5,6-四甲苯-d1-溴-2,3,5,6-四甲苯-d1,3,5-三特丁基苯-tCl2Br2Br2～1.01.410.0偶合1-萘酚-4-磺酸-2d1-萘酚-8-磺酸-1dC6H5N2C6H5N21.06.2表某些亲电取代反应的同位素效应++（2）结论一般无动力学同位素效应。说明芳香族化合物的亲电取代反应是两步历程，且σ-络合物的生成为控制步骤。原因：①空间障碍的存在，使k2≤k1，即V脱质子≈Vσ-络合物形成＜②由反应的可逆性引起。（2）σ-络合物的相对稳定性ArH+HFArH·HFK1K2ArHH·F-+K3BF3ArHH·BF4-+图σ-络合物的相对稳定性和氯化反应的速度的关系曲线两类定位基：邻、对位定位基（第一类定位基）：

-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。间位定位基（第二类定位基）：

-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。2.1.2.环上已有取代基的定位规律2.1.3苯环上取代定位规律已有取代基的电子效应已有取代基的空间效应亲电试剂的电子效应亲电试剂的空间效应新取代基的空间效应反应的可逆性反应条件的影响诱导效应（I）：由电负性大小决定。共轭效应（T）：包括π-π共轭和p-π共轭。＋I:供电子-I:吸电子＋I:供电子-I:吸电子2.1.3.1已有取代基的电子效应有+I，无T：如-C2H5（1）使σ-配合物稳定，活化苯环；（2）使邻、对位取代产物更稳定；（3）为邻、对位定位基。有+I，+T：如-O-,-CH3（1）共轭效应与诱导效应作用一致；（2）则使苯环活化；（3）邻、对位定位基。有-I，-T：如-NO2,-CN,-COOH,-CHO等（1）诱导效应与共轭效应作用一致；（2）则使苯环钝化；（3）间位定位基。有-I，+T，且|-I|<|+T|：如-F,-Cl,-Br,-I等（1）总效果使苯环电子云密度降低；（2）使取代基邻、对位电子云密度低于间位；（3）邻、对位定位基。2.1.3.2已有取代基的空间效应Ro/p-CH31.66-C2H50.90-CH(CH3)20.41-C(CH3)30.12(1)在电子效应相差不大时，已有取代基体积越大，邻位异构产物的比例越小。表一硝化（AcONO2,0℃)产物异构体比例2.1.3.3亲电试剂的电子效应亲电试剂的活泼性越高，亲电取代反应速度越快，反应的选择性越低。亲电试剂的活泼性越低，亲电取代反应速度越低，反应的选择性越高。异构产物比例，％反应类型氯化C-酰化C-烷化反应条件Cl2(CH3COOH,25℃)CH3COCl(AlCl3,C2H4Cl2,25℃)C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)kT/kB3401282.47表亲电试剂活泼性的影响2.1.3.4亲电试剂的空间效应

亲电试剂的体积越大，邻位异构体产物越少。表甲苯氯化反应中亲电试剂对异构体比例的影响反应条件反应试剂异构产物比例，％邻位间位对位Cl2(CH3CN,25℃)Cl2（可能与乙腈配位）37.6-62.4HClO,HClO4(H2O,25℃)Cl+74.62.232.22.1.3.6反应的可逆性34％25％41％1～2％65～70％28～30％丙烯，AlCl，0℃丙烯，AlCl，110℃2.1.3.7反应条件影响温度（1）通常情况下，温度升高，亲电取代反应活性增高，选择性下降。混酸硝化0℃5％94％1％40℃7％91％2％90℃13％85％2％（2）使不可逆的磺化、C-烷化反应转变为可逆反应，从而影响产物异构体的比例。实例1：实例2：催化剂（1）改变E+的电子效应或空间效应。混酸硝化＋36％混酸硝化＋磷酸40％（2）改变反应历程。磺化磺化HgSO4催化反应介质硝化反应介质++乙酸酐约92％少量约8％硫酸约30％少量约70％两个已有取代基定位作用一致。两个已有取代基定位作用不一致2.1.4苯环上已有两个取代基时的定位规律两个已有取代基为同一类型定位基，且处于间位两个已有取代基为不同类型定位基，且处于邻、对位2.1.4.1两个已有取代基的定位作用一致主产物少量两个已有取代基为不同类型定位基，且处于间位

——取决于第一类定位基两个已有取代基为同一类型定位基，且处于邻、对位

——取决于定位能力的强弱2.1.4.2两个已有取代基的定位作用不一致2.1.5萘环的取代定位规律2.1.5.1萘环的特性比苯环更易发生亲电取代反应。α-位β-位α位比β位的亲电取代反应活性高，E+优先进攻α位。某些反应在一定条件下可逆，使低温反应产物以α位为主，高温反应产物以β位为主。＜60℃磺化＞160℃磺化160℃异构化2.1.5.2已有一个取代基的定位作用

已有一个第一类取代基