第十二章：芳环的亲电取代、亲核取代反应及芳环取代基的反应

第十二章

芳环的亲电取代、亲核取代反应

及芳环取代基的反应本章主要内容一、苯环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三、芳香环的亲核取代反应四、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一、芳环的亲电取代反应及机制1.Mechanism:不同之处：苯环具有芳香稳定能，与亲电试剂加成形成碳正离子需要更高的活化能类似点：苯环与烯烃的分子平面上下两方具有

键电子云，容易接受亲电试剂进攻苯环的亲电反应与烯烃的对比分析一、芳环的亲电取代反应及机制总反应机理如下：Step2:脱去一个质子，回复芳香稳定结构苯环亲电反应的第二个特点就是在接受亲电试剂进攻发生加成后要脱去质子回复苯环的芳香环结构，即发生亲电取代反应，而不是亲电加成。Step1:亲电试剂进攻苯环的

键，形成碳正离子加成产物失去芳香性取代产物具有芳香性一、芳环的亲电取代反应及机制2.Reactioncoordinatediagrams:一、芳环的亲电取代反应及机制3.Thefivemostcommonelectrophilicaromaticsubstitutionreactions:一、芳环的亲电取代反应及机制以上几种亲电取代反应仅亲电试剂不同：

——Cl-Cl+

--FeCl3

——Br-Br+--FeBr3

——I+

(obtainedbyI2+HNO3orCuCl2；I-Cl)

——+NO2

(obtainedbyHNO3+H2SO4)——+SO3H(fromH2SO4)orSO3——R+

(obtainedbyR-Cl+AlCl3)——RC+=O(obtainedbyRCOCl+AlCl3)一、芳环的亲电取代反应及机制(1)Halogenation一、芳环的亲电取代反应及机制(1)HalogenationI-Cl也是常用的碘代试剂一、芳环的亲电取代反应及机制(2)Nitration一、芳环的亲电取代反应及机制(3)Sulfonation

——reversiblereaction通过提供亲电试剂的浓度促使平衡移动磺化反应是可逆的一、芳环的亲电取代反应及机制(4)Friedel-CraftsAlkylation(傅氏烷基化)Note:Rearrangementmayoccurinalkylation一、芳环的亲电取代反应及机制(4)Friedel-CraftsAlkylation(傅氏烷基化)1010(5)Friedel-CraftsAcylation(傅氏酰基化)一、芳环的亲电取代反应及机制使用不同的酰化试剂，催化剂的用量是不同的>1.0eq.>2.0eq.没有重排问题二、取代基对芳环亲电取代反应的影响致活基致钝基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？以下从三个方面进行分析讨论：

——

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

——

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——电子效应对苯环上电子云密度分布的影响——

-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等基团具有给电子共轭和吸电子诱导作用，总结果以给电子共轭作用为主，苯环上的电子云密度增加，亲电反应速率增大。——邻对位电子云密度增加得更多，邻对位定位。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-CHO、-COR、-COOR、-CONHR、-SO3H、-NO2等基团具有吸电子共轭和吸电子诱导作用，苯环上的电子云密度降低，亲电反应速率降低。——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。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-X原子具有吸电子诱导作用和给电子共轭，总结果以吸电子作用为主，苯环上的电子云密度降低，亲电反应速率降低。——邻对位电子云密度降低得较少，邻对位定位。二、取代基对芳环亲电取代反应的影响由以上分析可见：

——

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，而对间位产生的影响较小。二、取代基对芳环亲电取代反应的影响——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。以下再从反应的活泼中间体结构和稳定性进行分析CH3和烷基：弱致活基，邻对位定位基。

OH,OR；NH2,NHR,NR2：强致活基，邻对位定位基。

OCOR，NHCOR

：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减弱。强致钝基和中等致钝基，间位定位基：-CONH2,-COOR,-COR,-CHO,-SO3H,-+NR3,-NO2,-CF3,-CN

-CF3和-+NR3只具有吸电子诱导效应其它基团则兼具有吸电子诱导和吸电子共轭效应NH3+

：强致钝基，间位定位基NO2

：强致钝基，间位定位基强致钝基和中等致钝基，间位定位基：难以发生F-C烷基化反应和F-C酰基化反应一、芳环的亲电取代反应及机制Cl-Cl+--FeCl3Br-Br+--FeBr3I++NO2+SO3HR+RC+=O-CF3邻、对位定位***只具有吸电子诱导作用间位定位二、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体积越大，空间位阻大，邻位比例减少

——活化作用影响>钝化作用影响

——强活化作用的影响>弱活化作用的影响（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）

——活性作用大小接近时，获得混合物

——空阻大的位置难进入多取代苯的定位效应：Whenmorethanonegroupisattachedtoabenzenering,theeffectofthestrongeractivator(orweakerdeactivator)prevails.多取代苯的定位效应：多取代苯的定位效应：位阻较大多取代苯的定位效应：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Synthesissubstitutedbenzenes二、取代基对芳环亲电取代反应的影响Synthesissubstitutedbenzenes强致钝基难以发生F-C反应二、取代基对芳环亲电取代反应的影响Synthesissubstitutedbenzenes直接烷基化可能重排磺酸基应后引入o、p-定位基m-定位基直链烷基苯二、取代基对芳环亲电取代反应的影响Synthesissubstitutedbenzenes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——这是常用的合成的策略多环芳环和芳香杂环的亲电取代反应

自学！三、芳环亲核取代反应通常苯是不会发生亲核反应的因为当亲核负离子接近时，

-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。三、芳环亲核取代反应SNArReaction（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。吸电子基团一般在离去基团的邻位或对位!三、芳环亲核取代反应三、芳环亲核取代反应通过苯炔中间体进行苯炔的结构：两个sp2杂化轨道侧面重叠形成第二个π键。其重叠程度比两个p轨道形成的π键低，能量较高，化学性质活泼。

自学！芳香杂环的亲核取代反应四、芳环取代基的反应1、光照或加热条件下α–卤代反应2、芳环侧链的氧化反应四、芳环取代基的反应脂肪族胺也能发生重氮化（Diazotization)反应，但是所生成的重氮盐极其不稳定，很快分解，因此难以用于合成。芳香重氮盐在合成上用途广泛。3、FormationofArenediazoniumSalts

芳香重氮盐的形成四、芳环取代基的反应4、芳香重氮盐的取代反应

四、芳环取代基的反应4、金属铜催化-芳香重氮盐的取代反应

四、芳环取代基的反应5、芳香重氮盐的偶联反应（与胺或酚反应）——芳香重氮盐作为亲电试剂与非常活泼的芳香化合酚类或胺类发生反应，生成偶氮化合物。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，则发生在邻位。四、芳环取代基的反应反应条件——重氮盐与酚的偶联常在pH8-10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。Why？

5、芳香重氮盐的偶联反应四、芳环取代基的反应6、重氮盐在合成上的应用A、苯环上引入羟基四、芳环取代基的反应6、重氮盐在合成上的应用