高等有机化学芳环亲核取代
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)
高等有机化学芳香族化合物亲电取代反应
例反应了一取代苯与苯的反应速率常数比kPhZ / kPhH。
再通过HPLC得到邻、间、对位二取代产物的相对含量（w%） 。
取代苯总速率×邻(间、对)位产物一个位置的百分比
分速度因数 (f) =
苯总速率×1/6
其中，1/6=苯一个位置产物的百分比
整理得:
K取代×w%/y K取代/y f= = ×w% K苯/6 K苯 /6
+O H
H E
③
OH 进攻对位：
+
+
OH
+
+
OH
H 进攻间位：
E OH
+
H
E OH
H
EHale Waihona Puke OHH④E
H E
+
H E
+
H E
③④两种极限 结式每个原子 都有完整的外 电子层结构。
B.+C ＜–I 的基团，综合影响的结果：使苯环 钝化，取代基进入邻、对位：
X I ＞ +C
至钝原因（以氯苯为例）： +C ＜–I ，苯环上电子云密度降低：亲电试 剂不易进攻苯环；使中间体碳正离子更不稳 定，反应时过渡态势能增大。
令，由Z决定第二个取代基进入的位置。
Z―基团可分为两类： 1.第一类定位基(即邻对位定位基) ―O-、 ―N(CH3)2 ＞ ―NH2 ＞ ―OH ＞ ―OCH3 ＞ ―NHCOCH3 ＞―OCOCH3 ＞ ―CH3 ＞ ―Cl ＞ ―Br ＞
―I 、 ― C6H5 ┄ 等。
这类定位基可使苯环活化(卤素除外)。其特点为： a. 带负电荷的离子。如：
致钝效应：钝化基团使芳环的反应活性降低。
（一）苯环上取代反应的定位规则—两类定位基
芳环亲核取代反应
③、按SN1机理进行的亲核取代反应
当环上有吸电子基团内时， 重氮盐的分解速率减慢；
当环上有供电基团时： 若取代基处于间位，提高反应速率； 若取代基处于对位，降低反应速率。
2、 离去基团对活性的影响
离去基团离去能力的大致次序是
F > N O 2 > O T s > S O C 6 H 5 > C l,B r,I, > N 3 > N R 3 > O R ,O A r,S R ,S O 2 R ,N H 2
Note： 在芳香亲核取代反应中离去能力是 F > Cl , Br , I , 这不同于脂肪族亲核取代反应SN1和SN2 的取代顺序。
原因：芳香取代反应机理常常是第一步是决定速率的， 在该步中，强的 -I 基团有利于反应的进行， 这也解释了F和NO2是那样容易离去的原因。
离去基团离去的难易，不仅和基团离去后生成的 负离子的稳定性有关，还与亲核试剂的性质有关
NO2 H+
OH NO2
O2N
NO2
NO2
NO2
Cl
ONa
OH
NO2Na2 CO3O2N 35℃
NO2 H+O2N
NO2
NO2
N O2
N O2
B.芳基重氮离子的单分子亲核取代（SNAr1）
在芳环上按照SN1机理进行的反应很少，重氮盐的重氮基 被取代的反应认为是按SN1机理进行的。
NN slow fast
＋
NH2
50％
50％
B r
N aN H 2.液 液氮 氨
C H 3 － 35℃ N H 2
C H 3＋
N H 2
CH3O
57％
有机化学中的芳香亲核取代与芳香亲电取代
有机化学中的芳香亲核取代与芳香亲电取代芳香亲核取代和芳香亲电取代是有机化学中的两个重要反应类型。
这两种反应是有机芳香化合物中的氢原子被置换为另一种原子或基团的过程。
本文将详细介绍芳香亲核取代和芳香亲电取代的原理、机理和应用。
一、芳香亲核取代芳香亲核取代反应是指芳香化合物中的氢原子被一个亲核试剂取代的过程。
亲核试剂可能是氢氧根离子、卤素离子、芳基负离子等。
这种反应一般需要在碱性条件下进行。
芳香亲核取代反应的机理是由共轭碳氢键的特殊性质决定的。
芳香环中的π电子可以共享给亲核试剂，而由于环上的π电子非常稳定，取代反应的活性较低，因此需要在碱性条件下进行。
常见的芳香亲核取代反应有苯酚的溴化反应、苯的硝化反应等。
苯酚的溴化反应以环境中的溴离子为亲核试剂，生成溴苯和溴化氢。
苯的硝化反应以硝酸为亲核试剂，生成硝基苯和水。
这些反应在有机合成中具有重要意义，可以用于合成药物、香料等化合物。
二、芳香亲电取代芳香亲电取代反应是指芳香化合物中的氢原子被一个亲电试剂取代的过程。
亲电试剂可能是正离子、电子不足的分子等。
这种反应一般需要在酸性条件下进行。
芳香亲电取代反应的原理是由共轭芳香体系的特殊稳定性决定的。
共轭芳香体系能够吸引亲电试剂的正电荷，使其参与反应。
芳香环上的π电子提供了稳定性和活性中心，使得亲电试剂能够与芳香化合物反应。
常见的芳香亲电取代反应有苯的硝化反应、苯的磺化反应等。
苯的硝化反应以浓硝酸为亲电试剂，在酸性条件下发生取代反应，生成硝基苯和水。
苯的磺化反应以浓硫酸为亲电试剂，生成苯磺酸和水。
这些反应在有机合成中也具有重要意义，可以用于合成各种化合物。
三、芳香亲核取代与芳香亲电取代的比较芳香亲核取代和芳香亲电取代在机理和反应条件上有明显的区别。
芳香亲核取代需要在碱性条件下进行，而芳香亲电取代需要在酸性条件下进行。
此外，芳香亲核取代的亲核试剂通常是负离子，而芳香亲电取代的亲电试剂通常是正离子或电子不足的分子。
两种反应类型在有机合成中有着不同的应用。
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。
高等有机化学第十八章 芳香族亲核取代反应
（４）溶剂的影响
Nu=N3- kF/kI=200(甲醇) kF/kI=400(DMF) Nu=N =200(甲醇) Nu=PhS- kF/kI=2.5(甲醇) kF/kI=1(DMF) Nu= =2.5(甲醇)
5
（5）碱催化作用
碱少反应速度提高，碱多反应速度不再提高。
（6）中间体离析 1902年对2,4,6-三硝基苯甲醚和乙氧基离子之间反应的 中间体的分离有力的支持了这一机理。
2
第一节 芳香族亲核取代反应机理 18.1.1 双分子SNAr2机理 SNAr2机理是亲核取代反应中最主要的反应机理。
例如：
Cl + NO2 OH + NO2 Cl OH Cl OH NO2
类似与SN2反应，但亲核试剂不能从带有离去基 团的碳原子的侧面进攻底物。
3
机理的证明： （1）动力学证明 二级动力学
18.2.3 亲核试剂的NO2 OCH3 Z
+
b NO2 N
NO2 Br
11
几种取代基在SNAr2机理中的致活次序
定位效应: 在按SNAr2机理进行的芳香族亲核取代反应里， 吸电子基团引导进入基团定位在邻位和对位。如:
12
Cl NO2 Ortho I30℃ OH
Cl
OH NO2
Cl
OH O N O
Cl OH Para NO2 I30℃
（2）取代基效应 邻硝基氯苯和其对位吸电子基团取代衍生物在和甲醇 钠的反应中的相对速度
4
（３）离去基团的影响 不同离去基团的相对反应速度是对该反应机理 的一个证明。
X NO2 + NO2 H N HX O2N N NO2 + X
n
n n
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
高等有机化学 第五章 芳环讲解
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26
• 取代基中与苯环相连接的原子带有孤电子
对。
Z
由于Z有未公用电子对，通过共轭作用可以 把电子部分地转移到环中，使得环中的电子
云密度增大，有利于亲电试剂的进攻，生成
σ络合物后，正电荷可以转到Z上。
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上面结论还可以用共轭效应来分析定位问题： Z
Óë Y+ ¿É ÒÔ ÐÎ ³É ÒÔ Ï s Âç ºÏ Îï
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12
13
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☛ o-，p-比m-多一个Lewis 结构式（12或13）， 且12和13对共振体的贡献又最大（除H外的 每一个原子都是8隅体），因为o-和p-比m中间体要稳定得多。
☛ 因此这样的Z是邻位、对位定位基。 ☛ 结论：在与环相连的原子上有未公用电子
对的基团是致活基团，且是邻、对位定位基。
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这是因为： ① 量子力学计算σ络合物的正电荷在各个C点
上的分布如下：
HH
0.25
0.25
0.1
0.1
0.3
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② 邻位有位阻效应，特别是对于大的基团这 个效应更加明显。如：
Br HNO3
Br +
Br NO2
NO2
90% 以上
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（3）Orientation in Benzene Rings with More than One Substituent
L
slowly
Y
L
L
Y
Y
1
L Y
fast 2
第12章 芳环的亲电取代、亲核取代反应及芳环取代基的反应
二、取代基对芳环亲电取代反应的影响
2. The effect of substituents on reactivity
① Activating substituents (致活基) —— Electron-donating substituents (给电子基) increase the reactivity of the benzene ring toward electrophilic aromatic substitution. ② Deactivating substituents (致钝基) —— Electron-withdrawing substituents (吸电子 基) decrease the reactivity of the benzene ring toward electrophilic aromatic substitution.
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
—— 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响
: Cl : : Cl : Cl
+
: Cl
δ
Cl
δ
δ
-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。
CH3 orthoE H particularly stable CH3 paraE H CH3 metaE H E H CH3 E H E H CH3 E H CH3 E H CH3 E H
particularly stable CH3
CH3
OH, OR；NH2, NHR, NR2：强致活基，邻对位定位 基。
一、芳环的亲电取代反应及机制
大学有机化学反应方程式总结芳香化合物的亲电取代与亲核取代反应
大学有机化学反应方程式总结芳香化合物的亲电取代与亲核取代反应在有机化学中，芳香化合物是一类具有特殊环状结构的化合物，具有特殊的性质和反应。
本文将对芳香化合物的亲电取代和亲核取代反应进行总结。
一、芳香化合物的亲电取代反应亲电取代反应是指通过一个亲电试剂的攻击，将其中一个芳香环上的氢原子进行取代的反应。
常见的亲电试剂包括卤素、酸、酰卤、氰基离子等。
1. 卤代反应卤代反应是指将一个或多个卤素原子取代芳香环上的氢原子，常用的亲电试剂包括卤素和卤代烷。
其反应机理为：Ar-H + X2（或ROH）→ Ar-X + HX（或ROH2+）其中，X代表卤素原子（Cl、Br、I），Ar代表芳香环，ROH代表醇基团。
2. 羟基化反应羟基化反应是指将一个或多个羟基取代芳香环上的氢原子，常用的亲电试剂包括酸和酰氯。
其反应机理为：Ar-H + HX（或酰氯）→ Ar-OH（或酰基）其中，HX代表酸（如HCl、H2SO4），Ar代表芳香环。
3. 羰基化反应羰基化反应是指将一个或多个羰基（C=O）取代芳香环上的氢原子，常见的亲电试剂包括酰氯、酸酐等。
其反应机理为：Ar-H + R-COCl → Ar-COR + HCl其中，R代表脂肪基团。
二、芳香化合物的亲核取代反应亲核取代反应是指通过一个亲核试剂的攻击，将芳香环上的一个或多个取代基进行取代的反应。
常用的亲核试剂包括碱、有机锂试剂等。
1. 碱的取代反应碱的取代反应是指碱攻击芳香环上的氢原子，并将其取代为碱的共轭酸，常见的亲核试剂包括氨水、氢氧化钠等。
其反应机理为：Ar-H + Nuc- → Ar-Nuc + H-其中，Nuc-代表亲核试剂。
2. 有机锂试剂的取代反应有机锂试剂的取代反应是指有机锂试剂攻击芳香环上的氢原子并将其取代为有机锂试剂上的烃基，常见的有机锂试剂包括丁基锂、叔丁基锂等。
其反应机理为：Ar-H + RLi → Ar-R + LiH其中，R代表烃基。
综上所述，芳香化合物的反应通常可以分为亲电取代和亲核取代两类。
高等有机化学_8.1 芳环上的亲电和亲核取代反应
合成？？？
Cl
Br
CH3
CH3
CH3
(CH3CO)2Cl
NO2
NH2
NHCOCH3
CH3
CH3
CH3
CuBr
Cl NHCOCH3 CH3
4. Fridel-Crafts反应 (1) 烃基化
亲电试剂产生
R Cl＋AlCl3 δ + δ R Cl AlCl3
R+＋AlCl4-
ROH＋H X
X-
ROH2
H2O
R+
R CH CH2＋H2SO4
＋ HSO RCHCH3 4
催化剂活性
AlCl3>FeCl3>SbCl5>SnCl4>BF3>TiCl4>ZnCl2
第八章 芳环上的亲电 和亲核取代反应
H H C H
C C
C C
H C H 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。
8.1 芳环的亲电取代反应
8.1.1 芳环上的亲电取代历程 1. 亲电试剂的产生
HNO3＋2H2SO4 NO2+＋H3O+＋2HSO4亲电试剂
O AlCl3
B. 酚的酰化是Fries重排
O PhOH＋CH3COOH PhOCCH3
ACl3 PhNO2
OH
C O
CH3
O O
+
CH3 C Cl
AlCl3
C CH3
+
HCl
O CH3 C
O O AlCl3 C CH3 O
+
CH3 C O
+ CH3 C OH
高等有机化学7
第七章芳香亲核取代反应12芳香亲核取代反应芳香亲核取代反应机理3芳香亲核取代反应(S N 2Ar)离去基团邻对位含有强吸电子取代基芳香化合物的亲核取代反应反应机理: (S N 2Ar)1)常见S N 2Ar 反应致活基团N 2+> +NR 3>NO>NO 2>CF 3>COR>CN>CO 2H>SO 3->Cl>Br>I>CO 2->Ph 2)常见的亲核试剂H -, HS -, RO -, -CN, -SCN, -OH, -CH 2R, -CHXR, NR 3, M-CH 2R 3)芳环上可被亲核试剂取代的基团F>NO 2>Cl, Br, I>-N 2+>OSO 2R>+NR 3>OAr>OR, SR, SAr>SO 2R>NR 24芳香亲核取代反应对位含有硝基芳环上的亲核取代反应反应机理: (S N 2Ar)芳环上可被亲核试剂取代的基团的活性F > Cl, Br, I由于亲核加成是速控步, L 的吸电子能力越强, 与其相连的碳原子电正性越大，对反应越有利.从反应机理看, 芳环的邻对位有吸电子取代基可以稳定中间体环己二烯负离子，对反应有利.5芳香亲核取代反应芳环上的亲核取代反应(S N 2Ar )L + Nu :-Nu + L :-Cl10% NaOH 360o C pressure H 2O +OHCl 135-160 o C H 2O +OHO 2N O 2N NaOH, H 2O Cl 100 o CH 2O +OH O 2N O 2N Na 2CO 3, H 2O NO 2NO 2Cl H 2O +OH O 2N O 2NH 2O NO 2NO 2NO 2NO 2RT硝基的影响吸电子的诱导效应吸电子的共轭效应S N 2Ar 反应硝基为邻对位致活基团6芳香亲核取代反应芳香硝基化合物的芳香亲核取代反应Cl 是好的离去基团, 不好的活化基团.硝基是好的离去基团, 也是好的活化基团Cl 位于2个硝基的邻对位, 易离去.NO 2NO 2OHNO 2NH 2NO 25% NaOHNH 3ClNO 2OMeNO 2NHNH 2NO 2H 2NNH 2NO 2NO 2NO 2MeONa MeOH7芳香亲核取代反应芳香硝基化合物的芳香亲核取代反应实例:NMe 2HNO 2NMe 2KOHONOH + Me 2NHONFO 2N OMe 93%O 2N MeONa MeOH 25o C O 2NOEt NO 2O 2N X +NO 2PhNH 2180o CO 2N NHPh + EtOH NO 2O 2NN NO 2HN + HXX= Cl, BrX= NO 2X= OC 6H 4OMe-489芳香亲核取代反应(S N 1Ar 机理)芳香重氮盐参与的芳香亲核取代反应(无铜催化无强碱)(S N 1Ar)重氮盐热不稳定，0 o C 分解较慢, 温度升高酸性增大均可以加速分解反应.同位素标记证明第一步反应可逆.X -的亲核性不能比:Nu -的强，才有利于形成Ar-Nu ；否则会有利于生成Ar-X.X -可以为HSO 4-，BF 4-，BCl 4-，BBr 4-，Cl -，Br -，I 3-等.10芳香亲核取代反应(S N 1Ar)芳香重氮盐参与的芳香亲核取代反应(无铜催化无强碱)(S N 1Ar)芳环上取代基对反应的影响: (主要看速控步)1)吸电子取代基不利于苯正离子稳定, 对反应不利; 2)给电子取代基有利于苯正离子稳定, 对反应有利;相对速度: p -NO 2< m -Cl < H < p -Mev 1/240 1/24 1 4.53) 邻对位有易形成共轭效应的给电子取代基时, 增加了C-N 键的双键性质, 不利于氮气离去, 因此对反应不利.N N Cl -+RH 2O, 29oCR+ N 2+ Cl -+11芳香亲核取代反应(S N 1Ar)芳香重氮盐的水解(S N 1Ar 机理)HSO 4-的亲核性比H 2O 弱, 只得到酚; 若用HCl, HNO 3代替H 2SO 4还会生成副产物PhCl, PhONO 2.12芳香亲核取代反应(S N 1Ar)Schiemann 反应(制备ArF)13芳香亲核取代反应(S N 1Ar)Schiemann-Olah 反应(制备ArCl, ArBr, ArI)Olah 将该反应推广到制备ArCl 和ArBr1415芳香亲核取代反应(苯炔中间体)苯炔与芳香亲核取代反应机理一.苯炔的结构sp 2-sp 2重叠很弱二.以苯炔为中间体的芳香亲核取代反应离去基团邻对位无强吸电子取代基，但邻位有氢芳香化合物在强碱条件下的亲核取代。
高等有机化学芳环亲核取代
1、加成一消除历程
进攻试剂和反应物形成一个中间体 稳定产物
离去基团离去形成
说明： 它与芳香族亲电取代反应中的芳正离子历程相似，例如：硝基溴苯的亲核取 代反应，Br被亲核试剂Nu取代，形式上与SN2相似，但是这种Nu不能从中心碳原子 背面进攻，而是从侧面进攻，也是分步进行，这种历程又称为SNAr2历程
b、对于二取代苯，其中一个取代基是离去基时，亲核 试剂进入苯环的位置取决于非离去基的性质以及取 代基与离去基团的相互位置
生成两种苯炔，由于取代基与两个三建碳原子的相对位置不同， 亲核试剂进攻两个三键碳原子之一，将分别得到两种产物。
当离去基团的间二取代苯，生成两种苯炔，可生成三种取代产 物，其比例与Y的诱导效应有关。
2、离去基团的影响
（1）离去的难易，看基团离去后生成的负离子的稳定性。
H
（2）离去的难易，与亲核试剂的性质有关。
3、亲核试剂的影响
亲 反应物和条件有关
核
试
剂 亲核试剂的碱性有关
的
强
弱 与
进攻原子在周期表中
的位置
亲核试剂的亲核能力
习题
< ><<
> <
< >
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邻基参与形成非经典的
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正离子
内型三元环
外型三元环
典型加成-消除历程反应：酚醛树脂的制备
NaOH
当温度超过400C,主要 发生： a.羟甲基相互反应脱 水，生成亚甲基醚。
b.羟甲基基团与苯酚 或多羟基苯酚的活泼H 发生脱水反应，生成 亚甲基基团连接酚基 的结构。
2、消除一加成历程
亲核试剂条件：a.很强的碱性 b.具有亲核性
芳环的亲电取代亲核取代反应课件
一、芳环的亲电取代反应
2. The five most common electrophilic aromatic substitution reactions
O
F-C acylation
R
Halogenation
Cl (Br, or I)
Sulfonation
alkylation F-C
Nitration
R
NO2
SO3H
一、芳环的亲电取代反应及机制
以上几种亲电取代反应的亲电试剂如下： --- + Cl-Cl - -AlCl3 --- + Br-Br - -FeBr3 --- I+ (obtained by I2 + HNO3) --- +NO2 (obtained by HNO3 + H2SO4) --- +SO3H (from H2SO4) or SO3 --- R+ (obtained by R-Cl + AlCl3) --- RC+=O (obtained by RCOCl + AlCl3)
4. 定位效应与定位规律的分析与解释
4.2 苯环上电子云密度分布的计算结果
NH2
NO2
Cl
0.00
-0.03
+0.26
0.00 -0.02
+0.19 +0.27
与前述分析结果是一致的。
+0.04
+0.12 +0.03
4.3 反应的活泼中间体结构和稳定性分析
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
一、芳环的亲电取代反应及机制
高等有机第七章+芳环上的取代反应
Cl H O+ E + Cl
+
Cl H E Cl
Cl + H E
+Cl H E
特别稳定
Cl
P-
Cl
+
Cl
+
+
H
E Cl
H
E Cl
+
H
E Cl
+
H
E
特别稳定
M-
H E
+
H E
H
E
-Cl具有-I和+C，+C < -I, 总结果吸电子，使苯 环钝化
定位基分类（p595） （1）邻对位定位基 （Ⅰ类定位基）
5.6% 61.8%
+ ClCH2CH2CH2CH2Cl
AlCl3
2 h, 5 oC
OH
H2SO4
PPA
PPA
O COOH COOH
催化转移烃化：
Me
Me
cat.
+
Me
7.2.5 Friedel-Crafts酰化
合成芳香酮的最重要的方法。
催化剂——AlCl3或HF、H2SO4、CH3SO3H、PPA等
+ HBF4
mp. -15 oC
二、在超酸中用NMR检测
H H HF-SbF5-SO2ClF-SO2F2 H H H H H H
52.2ppm
H H
186.6ppm 136.9ppm
186.6ppm 136.9ppm 178.1ppm
δ值的大小也充分说明了 正电荷主要分布在邻对位
三、推测 例如，下列反应中有螺环产物（Ⅰ）出现，可能是由σ络合物起分子内反应生成的：
高等有机第六章芳环上的亲电和亲核取代反应
芳环上的取代反应与饱和碳原子上的取 代反应相似，有亲电取代、亲核取代和自 由基取代反应。随反应物和试剂等条件的 不同，将发生不同类型的取代反应。
H H C H
C C
C C
H C H H
• 在脂肪族碳原子上的取代反应主要为亲核取代 反应，而在芳香族主要为亲电取代反应，这是 由于芳香环上具有较高的电子云密度，进攻试 剂为正离子或偶极及诱导偶极的正的一端，而 离去的原子团不带成键电子对。 • 强吸电子基团取代的芳香化合物在一定条件下 也可以进行亲核取代反应。在亲核取代反应中， 进攻试剂是负离子或具有未共用电子对的原子 或基团，离去基团以弱碱负离子或分子的形式 离去，其实用价值不如亲电取代反应。
m% p%
3 2 37 29
2、空间效应越大，对位产物越多：
C(CH3)3 H2SO4 C(CH3)3
100 %
SO3H
3、极化效应 例如，卤苯进行硝化反应时：
X
X o% p% m% F 12 88 0 Cl 30 69 1 I 32 60 8
X 具有－I效应，使邻位的电子云密度降低。
F Cl Br I
硝化反应历程
HONO2 + HOSO2OH [H2O+-NO2] + SO 4H - H2O + NO2 NO2 π 络合物 H+ + SO 4H H2SO 4 σ 络合物 NO2
H
- H+
NO2
NO2
卤代反应历程
Br2 Br-Br FeBr3 π 络合物
H Br
[FeBr4]-
Br
HCl + FeBr3
电负性 依次 降低
高等有机第六章---芳烃的亲核取代反应
第六章 芳烃的亲核取代反应同烯烃一样，芳烃也可进行亲电取代和亲核取代，其中芳烃的结构起着十分重要的作用。
第一节 芳烃的亲电取代反应 一、机理：σ络合物E +++HE E基团离去的难易程度（1）亲电取代是个平衡可逆过程如磺基、硝基及其它基团之间的互换，此性质也可用于芳烃中位置的保护。
（2）正常的亲电取代是基于芳烃体系的稳定性，但如果出现的一个体系的稳定性更大于芳烃体系，可能就停留在中间状态。
E +++GHEGE H+OHOE H（3）亲电取代中定位效应第一类取代基团：以邻、对位为主不是以绝对来确定因此总伴有产物，运用可逆和各个位置均有分布的理论可以合成一些独特的化合物，如三异丙苯长时间二、碳正离子的来源和类型1、卤素（催化剂）—— 略（除F 2） 苯环正离子，* 另一种方法是重氮法2、氧正离子：CH 3C O O +24CH 3COO +OC OCH 3运用于苯环特别特别活泼的场合，因为过氧酸受热不稳定，只能低温反应，那么对苯环的要求就较高3、氮型正离子（i ）+NO 2 硝基正离子 +NO 亚硝基正离子亚硝酸酯RO NONH 2OONH 2NO 2（ii ）重氮离子 N ≡N +C l适用于苯环特别活泼的场合，理由同上+OHN N OH 偶合N N +Cl4、碳型正离子 两种形式： CH 2+（烷基化） +C=O （酰化） （i ）不饱和体系在酸的催化下：（质子催化）H +CH 3C NCH 3C NH CH 3CH O H+CH 3C HOHOH +OHCH 2例：酚醛树脂的合成OHCH 2OHCH 2CH 2OH又例：氯甲基化：HCHO ，ZnCl 2,HCl其实经历了一取代过程（ii ）羟基化合物的脱水，在酸性条件下OH H +（iii ）卤代烷烃在路易斯酸催化 （iv ）CO 2OHCH2OHOH CO2KOHOHOHCOOH起保护作用的OHOHBrOHOH5、其它正离子SOOOH磺酸型P ClCl磷型6、相互取代反应CH3OCH3CH3OCH3NO2+CH3OCH3NO2NO2第二节 芳香族的亲核取代 一、SN 2历程一般条件下，芳香族上的任何基团都稳定不易取代 此情况同烯烃但当邻、对位有强吸电子基团时，该官能团可被取代。
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c、除了a、b的电子效应造成反应物结构不同而活性不同 外，空间效应也起一定作用； 邻位上有一个取代基：一般加速亲核取代，例如：邻位取代 的对硝基氟苯。
空间效应影响：两个邻位上都有一个取代基：
4-溴硝基苯
4-溴苯甲腈
（2）按消除-加成反应历程进行的亲核取代反应
当发生此历程时，亲核试剂进入苯环的位置与反应物的 结构有关。 a、对于一取代苯，取代基是离去基时，亲核试剂进入 苯环的两个位置：取代基的位置、原取代基的邻位
b、对于二取代苯，其中一个取代基是离去基时，亲核 试剂进入苯环的位置取决于非离去基的性质以及取 代基与离去基团的相互位置
生成两种苯炔，由于取代基与两个三建碳原子的相对位置不同， 亲核试剂进攻两个三键碳原子之一，将分别得到两种产物。
当离去基团的间二取代苯，生成两种苯炔，可生成三种取代产 物，其比例与Y的诱导效应有关。
13.2 芳香环上的亲核取代反应
反应历程 影响芳环上亲核取代反应的因素
一· 反应历程
1、加成一消除历程
进攻试剂和反应物形成一个中间体 稳定产物 离去基团离去形成
说明： 它与芳香族亲电取代反应中的芳正离子历程相似，例如：硝基溴苯的亲核取 代反应，Br被亲核试剂Nu取代，形式上与SN2相似，但是这种Nu不能从中心碳原子 背面进攻，而是从侧面进攻，也是分步进行，这种历程又称为SNAr2历程
内型三元环
外型三元环
2、离去基团的影响
（1）离去的难易，看基团离去后生成的负离子的稳定性。
H
（2）离去的难易，与亲核试剂的性质有关。
3、亲核试剂的影响
亲 核 试 剂 的 强 弱 与
反应物和条件有关
亲核试剂的碱性有关
进攻原子在周期表中 的位置
习题
亲核试剂的亲核能力
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邻基参与形成非经典的 正离子
典型加成-消除历程反应：酚醛树脂的制备
NaOH
当温度超过400C,主要 发生： a.羟甲基相互反应脱 水，生成亚甲基醚。
b.羟甲基基团与苯酚 或多羟基苯酚的活泼H 发生脱水反应，生成 亚甲基基团连接酚基 的结构。
2、消除一加成历程
亲核试剂条件：a.很强的碱性 b.具有亲核性 反应物在亲核试剂作用下消除 与亲核试剂进行加成反应 由于生成了苯炔中间体，反应分两步进行，也称苯炔历程。 例如：
分子内
3、SNAr1历程
按这种历程进行的很少，即使是非常来自泼的芳基卤化物，也尚 未观察到肯定是SNAr1历程进行
N2是一个容易离去的基团，且形成了 稳定的氮分子
动力学研究结果表明：重氮盐分解产生芳基正 离子是一级反应，而与亲核试剂的浓度无关
二、影响芳环上亲核取代反应的因素
1、反应物的结构对活性 的影响 2、离去基团的影响 3、亲核试剂的影响
1、反应物的结构对活性的影响
芳 环 上 的 亲 核 取 代
卤苯主要是消除-加 成反应，而它是加 成-消除反应。
（1）按加成-消除反应历程进行的亲核取代反应
a、离去基的邻对位有吸电子基时，加速亲核取代反应; 反之反应受阻。 b、碳负离子的稳定性越大，反应速率越大;反之反应速 率减小。
当离去基团的邻位或对位有给电子基时，不仅按加 成-消除反应历程的亲核取代较难进行，而且有相当部 分按苯炔历程进行，越容易离去的基团，按加成-消除 历程进行的量越多。