第四章_芳环上的取代反应解析
高等有机化学-4芳香性与亲电取代
Part 1 芳香性
• 1．芳香性的定义：
• 早期的定义是考虑动力学稳定性，取代反应比 加成反应更容易发生；后来的定义则依靠热力 学的稳定性，以共轭能的大小来量度；最近的 定义提倡用光谱及磁的标准，磁有向性在平面 л电子体系中能受感应，并可用质子磁共振光 谱中位移到较低的场来鉴定或借反磁性的灵敏 度上升的测定。
• 正离子这种越过一个碳原子的同芳香性叫单 同芳香体系，越过二个或三个饱和碳原子的 则分别叫双同或三同芳香体系。
• 含有两个或十个电子的同芳香性化合物为已 知的。
•
H H
H
OTs
• 三同环丙基正离子是首先由顺-双环[3，1， 0]己-3-对甲苯磺酸酯的溶剂化性质的分 析提出的假说。
(I)
H
H
(II)
HC HC
C
H
H C
CH C
H
H C
HC C
H
H C
CH C
H
芳环上离域的π电子的作用，易于发生 亲电取代反应，只有当芳环上引入了强吸电 子基团，才能发生亲核取代反应。
一. 亲电取代反应
（一） 加成－消除机理
HE
E
E+Nu-
σ－络合物 芳正离子
HNO3 H2SO4
NO2
2H2SO4 HNO3
NO2+
例如：
在硝酸与乙酸酐的体系中 甲苯的硝化速度是苯进行硝化反应的23倍. 取代产物的百分比为：
邻
对
间
63％
34％
3％
fo
(6) (2)
(23) × (1) ×
(0.63)
43.5
fm
(6) (2)
×
(23) (1)
芳环上的取代反应解析PPT教案
H3CO OC2H5
OC2H5
O2N
NO2 KOC2H5 O2N
NO2 OCH3 O2N
NO2
NO2
NO2
NO2
2. SB1 反应
N+ N
+
N2
+
H2O 快
OH2+ OH
-H+
第25页/共35页
NH2
N2+Cl-
I
NaNO2
KI
HCl
3. 消除－加成反应机理 (苯炔机理)
Br OCH3
NaNH2 OCH3
-
+NH3
第28页/共35页
Z H
优先消去酸性强的质子
X H
Z H
X H
Z
Z
I优先 I优先
第29页/共35页
OCH3 NaNH2 Br
OCH3 NH3
OCH3
+
NH3
OCH3 NH2
第30页/共35页
底物不同，ρ不同； 反应条件不同， ρ不同。
ρ只与反应性质相关， 称为反应常数。
ρ 表示了取代基对反应
σx
速率的影响。
第20页/共35页
σ>0, 取代基为吸电子基团； σ< 0, 取代基为供电子基团。
当ρ > 0时， 吸电子基团加速反应； 当ρ <0时，供电子基团加速反应； 当ρ= 0时，取代基对反应影响不大。
苯甲醚：
fp ≈ fo >> fm
-OCH3 对邻、对位具有＋C, ＋I效应，＋C > ＋I 对间位，只有＋I, 而无＋C效应。
第19页/共35页
2〕Hammett 方程
芳环的取代反应
芳环上的取代反应：（1）亲电取代反应（2）亲核取代反应 一、芳环的亲电取代反应 A 、芳环上的亲电取代历程：芳香族与亲电试剂作用时，亲电试剂先与离域的π电子结合，生成π络合物，接着亲电试剂从苯环的π体系中得到两个π电子与苯环的一个碳原子形成σ键，生成σ络合物。
此时这个碳原子由sp2杂化变成sp3杂化，苯环中的六个碳原子形成的闭合共轭体系被破环，变成四个π电子离域在五个碳原子上。
根据共轭共振论的观点，σ络合物是三个碳正离子共振结构的共振杂化体，其能量比苯环高，不稳定。
它很容易从sp3杂化碳原子上失去一个质子，碳原子由sp3杂化变成sp2杂化，再形成六个π电子离域的闭合共轭体系——苯环，从而降低了苯环的能量，产物比较稳定，生成取代苯。
1、亲电试剂的产生HNO 3＋2H 2SO4NO 2+＋H 3O +＋2HSO 4-亲电试剂2、π－络合物的形成＋NO 2π－络合物23、σ－络合物的形成NO 2+HNO2σ－络合物硝基所在碳为sp 3杂化 4、消去－H ++NO 2H NO 2快B 、苯环上亲电取代反应的定位规律：从反应速度和取代基进入的位置进行考虑1、 第一类定位基(邻，对位定位基)：（除卤素外，卤素对芳环有致钝作用）具有+I 或是＋C 效应，其作用是增大芳环的电子云密度。
致活基NH 2NHR2OHORNHCROPhR致钝基F Cl BrI2、 第二类定位基（间位定位基）：具有－I 或－C 效应，使芳环上的电子云密度降低，均为致钝基NO 2NR 3COOHCOORSO 3HCNCHOCROCCl 3C 、影响亲电取代的因素：（1）芳环上取代基对于E +进入芳环位置的影响第一类定位基－邻对位定位基第二类定位基－间位定位基共振式越多， 正电荷分散程度越大，芳正离子越稳定。
（2） 动力学控制与热力学控制： α位取代－动力学控制产物； β位取代－热力学控制产物。
（3） 邻位和对位定向比：a 亲电试剂的活性越高，选择性越低。
《芳环上取代反应》课件
方法
一般使用过金属碱金属或碳酸氢盐等化合物做 反应剂
实例
左旋肉碱的制备、一些农药的制备、合成化学 品等
特殊芳环上的取代反应
1
定义
特殊的芳环上取代反应
2
应用
用于制备特殊的有机化学品
3
实例
丝光绿的制备、环境保护化学品、精细化学品等
反应机理介绍
介绍一下阐述反应机理的重要性以及这些反应的一般过程和反应条件，让听 众对这些反应的工作原理有一个更好的理解。
知识点小结
总结本次课程的重点内容和要点，帮助听众复习和总结。
参考文献
列出本次课程的参考文献和相关文献，以方便学习和进一步研究。
问答环节
为听众提供一个互动的环节，回答他们可能遇到的问题，更好地帮助他们掌 握本次课程的内容。
《芳环上取代反应》PPT 课件
本课程将介绍芳环上的取代反应。我们将深入剖析反应机理和参数影响因素， 同时还将分享实验设计和反应应用案例。让我们一起探索芳香化合物的神奇 世界吧！
芳环介绍
1
定义
芳香化合物是基质中一种含有代表性具有芳香性的环
2
基本结构
分子中包括一个带有独立 pi 电子对的环和 pi 电子对的挂接基团
反应参数影响因素
介绍反应条件对反应速率和产物选择性的影响，以及如何优化反应条件。
化学反应实验设计
介绍有机合成实验设计的基本要求和注意事项，以及常见的一些反应实验操 作和技巧，让听众对化学反应实验设计有一个更深入的了解。
反应应用案例
分享一些特殊的反应示例，以及如何将这些反应应用于药物、农药、染料、 香精香料等领域。
2
应用
用于合成药物中间体、染料等有机物
3
4取代反应历程
有机反应历程（四）4．芳环上的取代反应（1）亲电取代反应芳环为大π体系，电子云密度丰富，极易进行亲电取代反应。
反应历程是：①亲电试剂E+可取代有致钝基团的芳环；中等亲电试剂：R3C+，RCH2X—FeX3，RC≡O+，团的芳环；度致活的芳环。
②苯环上两类定位基邻对位定位基（第一类）发生反应；外，都能发生反应；弱活化：－CH3，－R，－Ar，－CH=CH2；弱钝化：－F、－Cl、－Br、－I。
结构特点：与苯环直接相连的原子上有负电荷或未共享电子对，能向苯环供电共轭或超共轭。
间位定位基（第二类）强致钝基团：－+NR3，－NO2，－CF3，－CCl3，－CN，一般只在间位取代，只有强亲电试剂能与之反应：结构特点：与苯环直接相连的原子上有正电荷，吸电子基或重键（有吸电子性的），能使苯环电子云密度减弱。
CH3、CH2Cl、CHCl2是邻对位定位基，CCl3是间位定位基。
有二个取代基的定位效应主要由较强的定位基决定。
【例1】芳香族化合物氯苯（Ⅰ）、硝基苯（Ⅱ）、N，N-二甲苯胺（Ⅲ）、苯甲醚（Ⅳ）等进行硝化时，其反应速度的快慢顺序如何？A．Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞ⅣB．Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅰ＞ⅡC．Ⅳ＞Ⅲ＞Ⅱ＞ⅠD．Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ＞Ⅲ解：B。
【例2】某溴苯与Br2＋FeBr3反应只得到一种三溴苯产物，该溴苯应为：解：C。
因-Br是邻对位定位基，所以，A．和B．都有两种三溴苯产物，而D．有3种三溴苯产物。
（2）亲核取代反应在特殊结构或特殊条件下产生。
①加成—消除历程芳环上有吸电子基使之活化，以-NO2最强，如OH-、CN-、-OR、胺等。
生成碳负离子络合物中间体叫Meisenheimer络合物。
例如，已被核磁和X射线所证实。
【例3】2，4-二硝基氯苯和氨发生反应生成2，4-二硝基苯胺的反应历程是什么？A．亲电取代反应B．双分子消除—加成反应C．双分子加成—消除反应D．单分子亲核取代反应答：C．②苯炔历程（消除—加成历程）发生于试剂碱性很强时。
芳环的亲电取代亲核取代反应芳环取代基的反应
二、取代基对芳环亲电取代反应的影响
4. 定位效应与定位规律的分析与解释 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
CH3和烷基：弱致活基，邻对位定位基。
ortho-
CH 3 E H
CH 3 E H
CH 3 E H
parameta-
particularly stable CH 3
SO3
2 中等强度亲电试剂，能取代致活、不能取代致钝 的芳环：
—— R+ (obtained by R-Cl + AlCl3)
—— RC+=O (obtained by RCOCl + AlCl3)
———R2C=O+H(obtained by R2C=O + H+)
3 弱亲电试剂，只能取代高活化的芳环：
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) Halogenation
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 —— reversible reaction
磺化反应是可逆的，存在动力学和热力学控制的竞争
二、取代基对芳环亲电取代反应的影响
1. Experimental Facts:
CH 3 HNO 3
CH 3 NO 2
有机化学课件(邢其毅)-第04章
4 芳烃
4.3.2 芳烃的光谱特征 4.3.2.1 红外光谱
4.3 芳烃的物理性质
芳烃主要有三个特征吸收区域。在1600和1500 cm-1出现2个共轭双键伸缩振动吸收；在 3100~3000cm-1 出现苯环上 C―H 键伸缩振动吸收； 950~650cm-1 出现苯环上的 C―H 键面 外弯曲振动吸收。，苯环上的C―H键面外弯曲振动吸收峰的位置和个数与苯环上的氢被 取代位置和个数有关，而与取代基的类型无关，能被利用有效地确定苯环的取代类型， 区别各种位置异构体。 芳香族化合物δ外=CH频率与取代基位置的关系 取代类型 苯 单取代 1,2-二取代 1,3-二取代 1,4-取代 1,2,3-三取代 δ外=CH频率(cm-1 )(强度) 670(s) 770~730(s) 770~735(s) 810~750(s) 900~860(m) 800~770(s) 860~800(s)
芳环的吸收带
化合物 E1吸收带 λmax/nm εmax 苯 萘 180 47000 220 100000 E2吸收带 λmax/nm ε max 204 7900 275 5700 B吸收带 λmax/nm εmax 230 312 200 250
菲
蒽 苯并[ a]蒽 *B吸收带被掩盖
252 50000
4 芳烃
4.3.2 芳烃的光谱特征
4.3 芳烃的物理性质
4.3.2.2 质子核磁共振谱
Ha Hb
[18]-轮烯是芳香性分子，在1HNMR上环内的4个氢Hb 的化学位移值均为 -0.6ppm ，而环外的 10 个氢 Ha 的化学 位移值为7.6ppm。
NH N
N HN
卟吩环是自然界存在的重要芳香环结构。在1HNMR上环内 的4个吡咯氢的化学位移值均为-2.8ppm ，而环外的12个氢 Ha的化学位移值在7.0-8.2ppm之间。
第四章_芳环上的取代反应解析
硝化反应历程
H2SO4 + HONO2 H2O+ NO2
H2O + H2SO4
2H2SO4 HNO3
H2O+ NO2 + HSO-4 SlowNO2+ + H2O
H3O+ + HSO4-
H3O+
2HSO4-
NO
+ 2
NO2+
NO2 H
NO2 + H+
芳正离子中间体
NO2+是有效的亲电试剂，硫酸 在反应中不是脱水剂。
O S OO
O S OO
O H
SO
O
SO3+ H+
SO3H
4、Friedel－Crafts反应
A）烷基化
＋ C2H5Br 无水AlCl3
C2H5 + HBr
•催化剂 Lewis酸： •FeCl3、SnCl4、 •ZnCl2 、 HF、H2SO4 •H3PO4、BF3
烷基化历程
CH3CH2Cl + AlCl3
5）螯合效应：当环上的取代基与亲电试剂发 生配位时，通常发生邻位取代。
H2 H2C C O CH3
HNO3 / H2SO4 N2O5
H2 H2C C O CH3
NO2 +
H2 H2C C O CH3
32%
NO 2 59%
H2 H2C C O CH3
NO2 +
69%
H2 H2C C O CH3
?
NO 2 28%
苯甲醚： fp ≈ fo >> fm
-OCH3 对邻、对位具有＋C, ＋I效应，＋C > ＋I 对间位，只有＋I, 而无＋C效应。
芳环上的取代反应
+ N2
,
CuBr HBr
N CuCl
+ N2
①历程
N2
＋ N
+ CuCl
Cl-
+ CuCl2 +N2
Cl
+ CuCl2
N2Cl-
+ CuCl
②举例
CuCN KCN
CN
+ N2
2. Gattermann(加特曼反应)
N2ClCl
N2Br-
Br
Cu HCl
Cu HBr
注：Cu代替CuCl或CuBr
N2ClNO2
+E+ +H+
中间体碳正离子 σ-络 合 物
2.典型亲电取代反应历程举例： 硝化反应：
HNO3+2H2SO4
H
每摩尔 HNO3在浓 H2SO4中 形成四个质点 （冰点降低实验证实）
H3O+2HSO4+NO2
NO2
H NO2
拉曼光谱中 NO2在 1400cm-1 处有吸收带
NO2
+ NO2
慢
+HSO4 -
COOH C H C C
N2+ COOH
Cu -N2
H COOH
-H
△ 菲
三.苯炔历程（消除-加成历程） Cl 1. 反应历程： NH
2
Cl
-Cl-
NH2
H NH2
NH2
NH3
+ NH2
苯炔历程证明： ①红外光谱证明
（8 K时可观察到它的光谱）
②碘苯与NaNH2反应时，加入1,3-环己二烯或呋喃可生成D-A产物。
N2Cl
有机化学_ 芳环上的取代反应_
1. 冰盐浴0-5oC，搅拌快，防止局部过热 2. HCl过量，一般2.5:1(芳胺)，水溶液 3. 应是定量反应，产率接近100% 4. T↑，易分解，随做随用，不溶物过滤后直接用 5. 重氮盐晶体，遇热、光易发生爆炸，在水溶液中低
温保存
共轭使其稳定 —N+≡N 好的L:
N N X-
稳定
二、重氮盐的反应： 1、取代反应(除氮反应)： 1) 热分解：
NN 慢 + N2
H2O
Cl-
OH
Cl
措施：
H2SO4 ——→ H+ + HSO4-
N N HSO4-
OH
H2O
——酚的一种制备方法
2) N2X
G
OH H2O
G CN
CuCN
G
Br CuBr
G
Cl CuCl
G
I KI
G
F HBF4
G
NaNO2
NO2
G
H H3PO2
G
2、应用：
1) 制备氟苯、碘苯：
芳环上的各种 取代反应
目录
Contents
1
芳环上的亲电取代反应
2
芳环上的亲核取代反应
3
芳环重氮盐反应
芳环上的亲电取代
1、苯环上亲电取代反应机理：
E+ H
E
E
E
H
H
H
E
E
E
H
H
H
+ H+ E
2、定位规则的理论依据：
共振杂化体的稳定性决定，共振杂化体稳定性越大，此 取向在产物中的比例越大。
例： CH3
N2 BF4-
F
第四章_芳环上的取代反应
6）原位取代 (Ipso取代):
在亲电取代反应中，亲电试剂取代苯环上原有的取代 基，称为原位取代。
CH3 NO2 +
CH3
NO2OAc Ac2O
CH3
CH3
CH(CH3)2
CH(CH3)2 82%
+ NO2 CH(CH3)2 NO2 8% 10%
苯环上原有取代基被取代的难易，取决于离去基团
带有正电荷的稳定性或形成产物的难易程度。
_
因为一级正丙基正离子重排为 更稳定的二级异丙基正离子： CH3CHCH2 H 正丙基正离子 重排 CH3CHCH3 异丙基正离子
B). 酰基化
O AlCl3 O CR + HCl 烷基 苯 基 酮
+ R CC l O O
( RCOOH)
(or RCOCR)
酰基化反应不会发生重排
酰基化历程
O RCC l + A lC l 3 O + O CR H RC AlCl 4 O RC AlCl4 O CR H + A lC l 4
fa st
E
+ s lo w σ-络合物芳正离子
E
fa st
p-络合物
芳正离子生成的一 + + H 步是决定反应速率 的一步
实验已经证实芳正离子的存在：
CH3 C2H5F/BF3 H3C CH3
-80℃
H C2H5 CH3 H3C BF4CH3 m. p: -15℃
苯环亲电取代反应进程－位能变化曲线图
+
5）螯合效应：当环上的取代基与亲电试剂发 生配位时，通常发生邻位取代。
H2 C HNO3 / H2 SO4 H2 C H2 C O CH 3 H2 C + NO 2 59% H2 C H2 C O CH 3
芳香胺芳环上的亲电取代反应.
（CH3CO）2O
Br2/CCl4
H2O Br
Br
3
二、硝化反应
苯胺用硝酸硝化时，常伴有氧化反应发生，硝化 前应进行氨基保护（乙酰化或成盐）。
1. 若需在苯胺间位进行硝化时，则在硝化前应进行 氨基保护（成盐），然后再进行硝化。
4
二、硝化反应
2. 若需在苯胺邻位或对位进行硝化时，则在硝化前 应进行氨基保护（酰化），然后再进行硝化。
NH2 H2SO4 NH3HSO 4 H2O SO3H SO2O NHSO 3H 1
6
谢
制作人：
谢
刘德秀
药用基础化学/ 含氮的有机化合物
芳香胺苯环上的亲电取代反应
一、卤代反应 • 芳胺与氯或溴很容易发生取代反应。
NH2 Br NH2 Br
+
3 Br2 Br
+
3 HBr
白色沉淀
此反应可用于定性或定量分析
2
一、卤代反应
• 若要得到一元卤代产物，则需要对氨基进行处理。 • 例如：
NH2
NHCOCH3 NHCOCH3 NH2
NHCOCH 3 HNO 3
NH2
OH / H 2O NO 2 （主要产物）
NH 2
(CH3CO) 2O
NHCOCH 3
在乙酸中 NO 2 NH 2 NO 2
5
HNO 3
NHCOCH 3 NO 2 OH / H 2O
在乙酸酐中 （主要产物）
三、磺化反应 • 苯胺与浓硫酸作用得苯胺硫酸盐，加热后得到对 氨基苯磺酸盐。
精细有机合成化学以及工艺学 第四章 卤化
卤
化
脂烃及芳环侧链的取代氯化影响因素
（3） 氯化深度的影响
自由基取代是一连串反应。产物组成随氯化深度而变化。氯化 深度越大，多氯化物产率越高。 若目的产物为一氯化物，则应严格控制反应的氯化深度或原料 比例 。
卤
化
脂烃及芳环侧链的取代氯化
3、氯化苄的生产
甲苯的侧链氯化可制取一氯苄、二氯苄、三氯苄。反 应式见P.110.式(4-83)、(4－84)、(4－85)。
卤
化
脂烃及芳环侧链的取代氯化影响因素
引发条件及温度的影响
b. 高温引发：
分子的热离解能越高，需要的温度越高。 如氯化，氯分子的热离解能238.6KJ/mol，引发温度>100℃， 液相氯化：一般氯化温度在100～150℃。 气相氯化：>250℃，甲烷氯化则需500℃以上。 卤素分子离解所需能量见表4－5。（P.109.）
但该法容易引发副反应，如亲电取代反应。 前二法（热、光）常用。
卤
化
脂烃及芳环侧链的取代氯化反应历程
（2）反应链的传递
RH + X. → R. + HX R. + X2 → RX + X.
见P.108.。一个自由基可传递成千上万次。 （3）反应链的终止 自由基不会无休止的传递，碰到某些偶然因素会终止。如碰 到器壁、碰到抑止剂(阻化剂)（如氧气或其它杂质等不活泼质 点），就会使反应链终止。见P.109.的反应。
卤
化
芳环上的取代卤化反应
6、芳环上的溴化和碘化
历程、催化剂与氯化一样。 特点：与氯相比，溴价格贵，碘更贵，因资源量少。为充分利 用溴或碘，反应过程中通常要加入氧化剂，使生成的卤化氢再 氧化成卤素，得以充分利用。常用的氧化剂有：次氯酸钠、氯 酸钠、双氧水或氯气。如 2HBr + NaOCl Br2 + NaCl + H2O
精细有机单元反应(含复习材料和规范标准答案解析)精细有机单元反应复习材料
技术资料共享知识精细有机单元反应习题集精细有机单元反应教材编写组2007，6第一章绪论一、填空题1、所谓“精细化率”是指。
2、精细化学品是经加工的，具有或最终使用性的，品种、产量小、附加高的一大类化工产品。
3、我国原化学工业部上个世纪八十年代颁布的《关于精细化工产品的分类的暂行规定和有关事项的通知》中明确规定，中国精细化工产品包括个产品类别。
4、有机精细化学品的合成是由若干个基本反应组成。
这些基本反应我们称之单元反应。
重要的单元反应有。
5、在新的合成路线设计和选择时，要优先考虑、污染环境不大且容易治理的工艺路线。
6、天然气的主要成分是。
根据甲烷含量的不同，天然气可分为两种。
7、煤通过方法提供化工原料。
8、催化重整是得到三种重要芳烃原料的方法。
二、判断题1、氧化锌类感光材料、铁酸盐类磁性材料、精细陶瓷产品、包括导电陶瓷、透光陶瓷等一般均属有机精细化学品。
2、在合成路线设计中，反应的排列方式也直接影响总收率。
一般来说，在反应步数相同的情况下，线性法的总收率高于收敛法，因此，尽可能采用线性法。
3、碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素组成，它们的分子组成一般可表示为Cx(H2O)y, 如葡萄糖C6H12O6=C6(H2O)6，蔗糖C12H22O11=C12(H2O)11，所以说碳水化合物是由碳和水组成的化合物。
4、在进行合成路线设计和选择时，应尽量少用或不用易燃、易爆和有剧毒原料和试剂。
5、合成路线中反应步数和反应总收率是评价合成路线的最直接、最主要的标准。
三、简答题1、为什么说合成路线中反应步数和反应总收率是评价合成路线的最直接、最主要的标准。
2、简述精细化学品合成的原料来源。
3、在设计精细有机合成路线时，需要考虑哪些主要问题？4、写出以下基本化工原料主要来自哪种资源：（1）甲烷；（2）一氧化碳；（3）乙炔；(4)乙烯；（5）C18～C30直链烷烃；（6）C12～C18直链脂肪烃；（7）苯；（8）萘。
5、对精细化学品的定义进行释义。
芳环上的取代反应32页PPT
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
பைடு நூலகம் 谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
芳环上的取代氯化反应
芳环上的取代氯化反应
芳环取代氯化反应是一种常见的有机化学反应，用于在芳环分子
的位置上引入氯原子。
该反应通常以氯化剂和芳环化合物为反应物，经过催化剂的作用，氯元素被取代到芳环化合物的碳原子上。
在常见的芳环取代氯化反应中，常用的氯化剂包括氯化亚铁(III)、氯化铁(III)、氯化亚锡(IV)等，催化剂常见的有氯化铜(II)、三氯化铝、五氯化钒等。
反应过程中，氯化剂首先被还原为氯离子，然后与芳环化合物发
生取代反应。
反应中，催化剂起到催化作用，降低了反应的活化能。
催化剂通常通过与氯离子形成络合物，加快了反应速率。
反
应的基本机理是亲电取代机理，即氯离子通过亲电攻击芳环化合物，将氯原子引入到芳环位置上。
芳环取代氯化反应的反应条件可以根据具体的反应物来确定。
通常，在适当的溶剂中进行反应，并控制反应温度和反应时间，以
获得较好的产率和选择性。
通过芳环取代氯化反应，可以在芳环化合物的分子结构上引入氯
原子，改变其物化性质以及反应性质。
此外，芳环取代氯化反应
还可用于合成具有特定结构的有机化合物，如取代基含有氯原子
的药物、杀虫剂等。
芳环取代氯化反应是一种常用的有机化学反应，能够在芳环化合
物的位置上引入氯原子。
该反应需要适当的氯化剂和催化剂，同
时在合适的条件下进行，以获得较好的反应产率和选择性。
芳香族化合物的取代反应
氯磺化反应包括两个反应步骤，即先由芳环化合物与 氯磺酸作用生成芳基磺酸，后者再与第二分子氯磺酸作 用生成芳磺酰氯化合物。
第一步反应由于有氯化氢放出而易于完成; 第二步为可逆反应，需用过量试剂(为理论量的2～5 倍)，才能保证所生成的芳磺酰氯有较好产率。
磺化反应机理尚未彻底了解，一般而言，磺化是 SO3或HSO3+对芳环的进攻，和硝化反应的机理相同。 但是随所用磺化剂的种类和浓度不同，甚至作用物种 类不同，进攻试剂的形式也不尽相同。
CH 3
+ Br2
FeBr3
CH 3 Br
+
Δ
CH 3
Br
有烷基侧链的芳烃，在光照条件下，卤代反应发生在侧 链上。
CH 3
+ Cl2
CH2 Cl
光
某些含卤素化合物具有生理作用，同时卤化物又 是制备某些药物的重要中间体，如灭癣酚 (tribromocresol)为局部抗真菌药，双碘喹啉 (diiodohydroxyqulnoline)为治疗阿米巴痢疾药物，盐 酸氨溴索(ambroxol)为镇咳药，其他还有降胆固醇药 物氯贝特(dofibrate)、安定药氟哌啶醇(haloperidol)和 照影剂碘必乐(iodipamide)等，这些都为含卤素药物， 其中的卤原子可能为具有生理活性的部分结构。
含有磺酸基的药物比较少，但是有许多药物都含有磺 酰氨基，如磺胺类抗菌药、磺酰脲类降血糖药物等。 乙酰苯胺的氯磺化产物与各种杂环氨基物反应，生成 磺酰胺衍生物。水解后得到各种磺胺类抗菌药。
降糖药格列美脲(glimepiride)的中间体是由氯磺酸经下 列反应而生成。
其他磺酰脲类降糖药物和含有磺酸基的药物也都可以用 类似方法制备：
• 混酸配制注意事项 (1) 混合温度要控制在30～40℃。温度过高会使硝酸分解， 发生爆炸。
芳环反应
化和酰基化反应。
2014-7-1
2
（2）各类亲电取代反应(electrophilic substitution reaction) （a）卤化 定义
在铁粉或卤化铁催化下，苯与卤素作用生成卤代苯的反应。
规律
氟化过于猛烈，碘化可逆，重要的是氯化和溴化。卤苯继续卤化 比苯困难，产物主要是邻、对位取代物。烷基苯（如甲苯）与卤素 作用比苯容易，产物主要是邻位和对位取代物。例：
CH 3 + 浓 H2SO4
100 ℃ 0℃
HO 3S HO 3S
CH 3
(53%)
+
HO 3S CH 3 (43%) HO 3S CH 3 (13%)
CH 3 (79%) +
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6
说明
——磺化反应可逆，苯磺酸在稀硫酸中加热水解可脱去磺酸基变 为苯。 ——原因：两种反应活化能相似。 ——应用：磺酸基易除去，有机合成中使其暂时占据某位置，不 被其他基取代，或利用其水溶性，反应完毕，再水解除去。
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13
（1）卤化
芳烃侧链的﹣氢原子活性较高。加热或光照下，可被氯或溴取代 。如甲苯与氯反应生成苄氯，并继续反应生成苯二氯甲烷和苯三氯 甲烷。该反应是自由基反应(与苯环上的氯代反应机理条件不同)：
CH 3 + Cl 2 CH 2Cl
h
Cl2
CHCl 2
h
Cl2
CCl 3
h
（2）氧化 苯环侧链的﹣氢原子较易被氧化生成羧酸：
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1
——亲电取代反应机理示意图：
+ E
＋
E π配 合 物
δ
+
＋ ＋
芳环取代反应
H Cl
[H2C OH]Cl
CH2OH
[H2C OH]Cl
CH2Cl
[H2C OH]Cl ZnCl2
HCl
2.Gattermann-Koch反应
CH3 + CO + HCl
CuCl,AlCl3
CH3
20℃
CHO
CO
HCl
AlCl3
[HC O]AlCl4
其它烷基苯、酚、酚醚等易发生副反应， 不宜使用此方法。含有强致钝基的化合物不发 生此反应。
+
OC
O
Cl
O O-C
Cl
H+
O O-C
Cl
例2
O CH3CH2CCH3
15
N N
15
N N
N N
15
但苯正离子与氮结合的速率远比与水反应 的速率慢得多。
(3)反应活性 苯环上致钝基致钝作用↑→取代反应速率↓ 邻对位上的致活基致活作用↑→取代反应速 率↓ 重氮基间位上的致活基致活作用↑→取代反 应速率↑ 亲核试剂亲核能力↑→取代反应速率↑
+ YC6H4N2 Cl
第四章 芳环上的取代反应
内容提要
§4-1 亲电取代反应 一、反应机理 二、亲电体的活性 三、定位效应和反应活性 四、亲电取代反应实例 §4-2 亲核取代反应 一、反应机理 二、亲核取代反应机理举例
第四章 芳环上的取代反应
§4-1 亲电取代反应
一、反应机理 1.芳环亲电取代反应的一般机理
ArH E+ k1 k-1 Ar H E
CH3 CH2 O CH2 NO2
CH2 O CH3 CH2 H - H+ 产物 NO2
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O
CR
COR
H
+ H+
Clemmensen Reduction
AlCl3 + CH3CH2COCl 80 C
COCH2CH3
Zn-Hg/HCl Clemmensen还原
CH2CH2CH3
提供了一个制备正烷基苯的 好方法。
（二） 亲电取代反应的特性与相对活性
1、苯环的亲电取代定位规则
Z
E邻
Z + E+
硝化反应历程
H2SO4 + HONO2 H2O+ NO2
H2O + H2SO4
2H2SO4 HNO3
H2O+ NO2 + HSO-4 SlowNO2+ + H2O
H3O+ + HSO4-
H3O+
2HSO4-
NO
+ 2
NO2+
NO2 H
NO2 + H+
芳正离子中间体
NO2+是有效的亲电试剂，硫酸 在反应中不是脱水剂。
O S OO
O S OO
O H
SO
O
SO3+ H+
SO3H
4、Friedel－Crafts反应
A）烷基化
＋ C2H5Br 无水AlCl3
C2H5 + HBr
•催化剂 Lewis酸： •FeCl3、SnCl4、 •ZnCl2 、 HF、H2SO4 •H3PO4、BF3
烷基化历程
CH3CH2Cl + AlCl3
E H
Cl H E
Cl
EH Cl
E H
Cl H E
Cl
EH Cl
E H
Cl H E
Cl
EH
m
Cl
位
能
o
p
Cl
H NO2 Cl H NO2
Cl
反应进程
HE
图示：氯苯硝化形成邻、间、对中间体碳正离子 的相对能量关系
E
位
E1
能ห้องสมุดไป่ตู้
+ E+
H
E+
E + H+
反应进程
1、硝化反应
NO2
H2SO4 + HONO2 55－60 。C
+ H2O
NO2
硝基苯
发烟HNO3, 浓硫酸
NO2
95。C
间二硝基苯
CH3
+ HNO3
H2SO4 30。C
CH3
O2N
NO2
CH3
CH3
NO2
+
NO2
NO2 TNT
硫酸起何作 用？亲电试 剂是什么？
+
_
CH3CH2 AlCl4
+
_
+ CH3CH2 AlCl4
CH2CH3
+
H
-
CH2CH3 + H+
重排(如何制得正烷基苯？)
+ CH3CH2CH2Cl AlCl3 _18__80 C
CH(CH3)2 +
异丙苯 65－69％
CH2CH2CH3 正丙苯 3.5－31％
因为一级正丙基正离子重排为 更稳定的二级异丙基正离子：
O NO
2、卤代反应
催化剂：Fe粉或FeX3
X
Fe or + X2 FeX3
CH3 + X2
Fe or FeX3
+ HX
卤苯
CH3
CH3
X
+
X
卤代反应历程（以溴代为例）
Br2 + FeBr3
δ
δ
Br Br
FeBr3
溴分子在FeBr3的作用下发生极化
Br
R
Br Br FeBr R
H + Br + FeBr3
+
N(CH3)3
NO2 CN
SO3H CHO
+
COCH3
COOH COOR CONH2 NH3
❖第二类取代基具有-I， 或是-C效应，使芳环的电子 云密度降低。
大多数间位定位基在它与苯环直接相连的 原子上都是重键。
3、定位效应的理论解释 用电子效应－诱导效应和共轭效应
邻对位定位基与苯环相连时，主要存在供电 子共轭效应（＋C：p－p和－p ）；间位定 位基与苯环相连时，主要存在吸电子共轭效 应（－C： p－p共轭）。
CH3CHCH2 重排 CH3CHCH3
H
正丙基正离子
异丙基正离子
B). 酰基化
O + RCCl AlCl3
OO
(or RCOCR)
O CR
烷基苯基酮
+ HCl ( RCOOH)
酰基化反应不会发生重排
酰基化历程
O RCCl + AlCl3
O RC AlCl4
O + RC AlCl4
O CR H + AlCl4
定位基 类型
>1
致活基
邻对位定位基
<1
钝化基 间位定位基
Y
（1）邻对位定位基 —第一类取代基
a). 邻对位－致活定位基
❖引导亲电试剂进入定位基的邻位和对位；亲电取 代速度与苯相比加快。
❖第一类取代基 （除卤素外）具有+I， 或是＋C效应， 其作用是增大芳环的电子云密度。
O－、NH2(NHR、NR2)、OH、NHCOR、 OCOR、R
中间体的稳定性－共振论
共振式越多，正电荷分散程度越大，芳正离子越稳定。
练习
CH CH2
CH CH2 H
邻对位
E
CH CH2 H E
CH CH2 H E
CH CH2 H E
+E
间位
CH CH2 CH CH2
H
H
E
E
CH CH2
H E
Cl
进攻邻位
Cl H E
Cl
Cl
+ E+
进攻对位
进攻间位
EH Cl
第四章 芳环上的取代反应
亲电取代反应 亲核取代反应 自由基取代反应
HC HC
C
H
H C
CH C
H
芳环上离域的π电子的作用，易于发生亲电取代反 应，只有当芳环上引入了强吸电子基团，才能发生亲 核取代反应。
一、芳环亲电取代反应
(一)芳环亲电取代反应历程
加成－消除机理
HE
E+Nu- fast
E+ slow
Z
对
E Z
间 E
定位基：苯环上原有取代基能指定新导入基团的位置， 则原有取代基成为定位基。这种效应叫定位基效应。
Z
2、定位基分类
Z= OH CH3 Cl NO2 CN
硝 o (%) 40 56 30 6
17
化
产 p(%) 60 40 70 <1
2
物 m (%) <1 4 <1 >93
81
速度 kC6H5Z/C6H6
生成芳正离子
Br
Br
R
HR
+H
脱去质子
3. 磺化反应
SO3H
H2SO4, SO3 , 30－50 。C
180 。C
苯磺酸
＋ H2O
CH3 + H2SO4
CH3 CH3
SO3H
+
0。C
43%
100 。C 13％
SO3H
53% 79％
特点：1）可逆反应； 2）磺酸基可被硝基、卤素取代
磺化反应历程
O S OO
HE
p-络合物
E
σ-络合物芳正离子
fast
芳正离子生成的一
+ H+ 步是决定反应速率
的一步
实验已经证实芳正离子的存在：
H3C
CH3 C2H5F/BF3
-80℃
CH3
H C2H5
H3C
CH3 BF4-
CH3 m. p: -15℃
苯环亲电取代反应进程－位能变化曲线图
过渡态2 过渡态3
过渡态1
E2
E3
大多数邻对位定位基在它与苯环直接相连的 原子上都是单键。
b). 邻对位－致钝定位基
➢ 这类基团是指卤素，如F，Cl、Br。
Y
➢ 存在-I效应和+C效应，但-I效应> +C效应，使苯环上电子云密度降低， 因此为致钝定位基。
2） 间位定位基—第二类取代基
引导亲电试剂进入定位基的间位；亲电取代 速度与苯相比减慢，都是致钝定位基。