芳环上的取代反应
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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。
高等有机第七章+芳环上的取代反应.
7.1.3 π-络合物
HE
E+Nu- fast
E+ slow
p-络合物
HE
E
fast
+ H+
决定反应 速度步骤
动力学同位素效应可以证明此步反应速度较快
7.1.4 动力学同位素效应
用氘或氚标记苯环进行亲电取代，kH/kD或kH/kT的数值
接近1，说明C——H键断裂的步骤不是决定反应速率的
步骤。 例如：
-CF3具有强烈的-I
使苯环钝化
进攻邻位
CNFO32
H E
CNFO32
H E
CNOF23
H E
CNFO32
+ E+
对位
NCOF23
NCOF23
不稳定
CNOF32
间位
HE
CNFO32
HE
NCOF23
HE 不稳定
CNOF23
H
H
H
E
E
E
进攻邻位
NH2 H E
NH2 + E+
对位 间位
NH2 HE
NH2
加成－消除机理(Ar-SE)进行的：
HE
E
E+Nu-
k1 k-1
k2
σ－络合物
芳正离子，Wheland络合物
一般地，k2>k1,k-1,所以， σ－络合物生成步骤是决定反应 速度步骤。
7.1.1 σ-络合物存在的证明
一、分离鉴定
Me
Me Et
EtF, BF 3
- 80 oC
H
BF4
Me
Me
Me
Me
NO2+ 本位进攻生成的σ-络合物可以发生几种反应：
芳环上的亲核取代反应PPT教学课件
齐，饭前要洗手，午饭后要休息；做了错事
要表示歉意；学习要多思考，要仔细观察大
自然。从根本上说，我学到的全部东西就是 这些。"
这位学者的回答，代表了与会科学家的普遍看 法。把科学家们的普遍看法概括起来，就是他 们认为终生所学到的最主要的东西，是幼儿园 老师给他们培养的良好习惯。
提问：诺贝尔奖获得者认为终生所学的最主要 的东西是什么？ 诺贝尔奖获得者认为终生所学到的最主要的东 西，是幼儿园老师给他们培养的良好习惯。那 么，现在的我们，都已经养成了哪些习惯呢？
昨日的习惯，已经造 就了今日的我们；今日的 习惯，决定明天的我们。 好习惯，益终生！
中学生应该拥有以下几方面的良
• 有计保划消持费的好自习习惯惯己： 的、 学习别人的 • 勤于劳动的习惯
• 节约时间的习惯
好习惯 • 卫生习惯
• 锻炼习惯 • 学习习惯 • 处事待人习惯
读名言，谈启示。
1、吃不穷，穿不穷，算计不到一 世穷。 2、锄禾日当午，汗滴禾下土。
畅所欲言
养成劳动习惯有什么意义？
实话实说：
时间 地点
你做的家务活有：
本学期第一个星期日
学生自己的家里
1、 2、 3、 4、 5、 6、
读一读，谈一谈。 、百川到东海，何日复西归？
少壮不努力，老大徒伤悲。
、一切节省，归根到底都归结为时间
的节省。
---马克思
、我哪里有什么天才，只不过将别人 茶的时间用在写作上。----鲁迅
9.1.2 SN1机理
在芳环上按照SN1机理进行的反应很少，重 氮盐的水解被认为是按SN1机理进行的.
N N slow fast
+ H2O
+ N2 + OH 2
要表示歉意；学习要多思考，要仔细观察大
自然。从根本上说，我学到的全部东西就是 这些。"
这位学者的回答，代表了与会科学家的普遍看 法。把科学家们的普遍看法概括起来，就是他 们认为终生所学到的最主要的东西，是幼儿园 老师给他们培养的良好习惯。
提问：诺贝尔奖获得者认为终生所学的最主要 的东西是什么？ 诺贝尔奖获得者认为终生所学到的最主要的东 西，是幼儿园老师给他们培养的良好习惯。那 么，现在的我们，都已经养成了哪些习惯呢？
昨日的习惯，已经造 就了今日的我们；今日的 习惯，决定明天的我们。 好习惯，益终生！
中学生应该拥有以下几方面的良
• 有计保划消持费的好自习习惯惯己： 的、 学习别人的 • 勤于劳动的习惯
• 节约时间的习惯
好习惯 • 卫生习惯
• 锻炼习惯 • 学习习惯 • 处事待人习惯
读名言，谈启示。
1、吃不穷，穿不穷，算计不到一 世穷。 2、锄禾日当午，汗滴禾下土。
畅所欲言
养成劳动习惯有什么意义？
实话实说：
时间 地点
你做的家务活有：
本学期第一个星期日
学生自己的家里
1、 2、 3、 4、 5、 6、
读一读，谈一谈。 、百川到东海，何日复西归？
少壮不努力，老大徒伤悲。
、一切节省，归根到底都归结为时间
的节省。
---马克思
、我哪里有什么天才，只不过将别人 茶的时间用在写作上。----鲁迅
9.1.2 SN1机理
在芳环上按照SN1机理进行的反应很少，重 氮盐的水解被认为是按SN1机理进行的.
N N slow fast
+ H2O
+ N2 + OH 2
《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
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
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％
第九章 芳环上的取代反应
以Cl+形式存在，故不易离去。
CH 3 HNO3 / H2 SO4 O2N + I NO 2 CH 3 CH 3
I
CH 3 H 3 O+ CH3 SO3H
CH 3 + CH 3 H H2SO4
实验结果表明，在原位取代中，离去基团的离去能 力由大到小的次序为： H+ >> I+ > Br+ > NO2+ > Cl+
中间体的稳定性－共振论
CH
CH
CH2 + E
邻对位
CH2 H E
CH
CH2 H E
CH
CH2 H E
CH
CH2 H E
间位
CH
CH2 CH H E
CH2 H E
CH
CH2 H E
共振式越多，正电荷分散程度越大，芳正离子越稳定。
Cl
Cl
Cl H E H E
Cl H E
Cl H E
进攻邻位
Cl + E+
Z E
邻
Z + E+
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。
2、定位基分类
Z= 硝 化 产 物
o (%) p(%) m (%)
OH 40 60 <1
CH3 56 40 4
>1
Cl 30 70 <1
NO2 6 <1 >93
<1
H
SO3 H
H
SO3 H
a-位取代－动力学控制产物； b-位取代－热力学控制产物。
第八章芳环上的取代反应
Cl
OCH3
0.03
2.3X104
0.0009 0.14
0.25 5.5X104
对于不同的反应物进行相同的反应（即亲 核试剂相同），分速度因数的值不同，说 明不同的反应物对同一试剂的选择性不同， 这种选择性叫反应物选择性，它表明环上 原有的取代基对某一种亲电试剂使苯环活 化或钝化的程度。
反应物的选择性高时，通常间位和对位的 产率相差比较大，反之，反应物的选择性 差时，其差值比较小。
由于取代基的σ值与苯环上第二个官能团无关， 因此，σ值不随反应而变，它是取代基静电效应 的反映。
Hammett发现，邻位和对位取代苯甲酸酯 和苯甲酸酯水解常数之比的对数与σ值有很 好的直线关系，即Hammett方程：
lg(Kh/K0h) = ρlg(Ka/K0a) =ρσ 或：lg(K/K0) = ρσ
fo 、fm、 fp分别为邻、间、对位上的分速度因 数，k取代苯为取代苯的反应总速率，k苯为苯的总 反应速度（为1），邻位有两个，间位有两个， 对位有一个，苯上有六个，因此分别有除2，2， 1和6。
如甲苯和苯在乙酸中45℃时用硝酸硝化， 甲苯比苯快24.5倍，而得到的异构体比为： o 为57%，m为3.2%，p为40%，据此可计 算出：
当环上有吸电子基时，尤其是在离去基团 的邻位和对位，使亲核取代反应加速，有 供电子基时则反应受阻。
下列化合物进行亲核取代由易到难的次序 是：
当离去基团的邻位和对位有供电子基时，不仅按 加成-消除历程进行的亲核取代反应较难进行，且 有相当部分将按消除-加成（苯炔机理）历程进行， 但随着离去基团不同，两种历程的比例不同。越 是容易离去的基团，按加成-消除历程进行的量也
σ是一个常数，它只与取代基的性质及其在苯环 上的位置有关，称为取代基常数（或取代基特性 参数）。
大二有机化学课件芳环上的取代反应
CH3 + CO + HCl CH2Cl2-AlCl3
CH3
CHO
24
芳基重氮盐的偶联反应
芳基重氮离子也是一种亲电试剂，由于它的亲电进 攻能力弱，只能进攻高度活化的芳环，如酚和N,N-二 取代芳胺。
偶合发生在活泼基团的对位
25
3 芳环上的亲核取代
芳环上的亲核取代也是一类重要反应，有许多实际应用。芳环 上亲核取代反应的机理比较多样，有些反应机理还不十分清楚。
Br
CH3
+
56% NH2
CH3 NH2
+
22%
CH3 NH2 22%
35
如卤素的两个邻位都被甲基取代，则不起反应
Br
Br
Br
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3O
CH3
CH3
36
1953年J.D.Roberts 用14C同位素标记的 底物做氨化反应揭示 了这类反应可能是先 消除卤化氢成苯炔、 再由氨负离子对苯炔 进行加成：
磺化是可逆反应，不上的某些位置不被取 代；或提纯某些有机化合物。
占座
下课
19
Friedel—Crafts烃化
Friedel-Crafts烃化反应的催化剂是Lewis酸，常用的有 AlCl3(活性最强)，FeCl3，ZnCl2，BF3， H2SO4， H3PO4等，卤 代烃、烯烃、醇都可以用作烃化剂。
NH2
CH3
CH3
NO2
NO2
同理，下列两个化合物的活性很小，与氯苯相似：
NO2
CH3
CH3
NO2
CH3
CH3
Cl
CH3
CH3
Cl
芳香族化合物的取代反应
在芳基正离子机理中，C-H键的断裂不在决速步骤发 生，无同位素效应； 在芳环硝化反应中证实无同位素效应。
(D)H (D)H NO2 H(D) HNO3/H2SO4 H(D) H(D) kH/kD = 1.05 (D)H (D)H NO2 H(D) NO2 H(D)
容易观察到较小的同位素效应 (kH/kD = 1-3，而非正常的6-7)： 第一步具有可逆性及由此引起 的分配效应所产生的。
:
:
:
:OMe
+
H
E
H
E :
H
E : :OMe H E
H
E
:OMe
+
:
:OMe
+
H E
H E
+
化学
-I > +C ，钝化苯环：X
Cl
Cl E H H E
B间位定位基 的定位能力次序大致为（从强到弱） 2.
-NR3， -NO2， -CF3， -CCl3， -CN， -SO3H， -CHO， -COR，-COOH， -CONH2。
反 应 进 程
化学
2. 同位素效应 当一个反应进行时，在决定反应速率的步骤中发生 了反应物分子的同位素键的断裂，将显示初级动力 学同位素效应。最常见的是，反应物分子中的氢被 氘取代后，反应时有速率上的不同，这种变化称为 氘同位素效应，用kH/kD表示。 例如下列反应有 动力学同位素效 应，说明质子是 在决速步的失去 的：
CH2CH3 H
CH3CH2 + [AlCl3Br]
CH2CH3
H+
+
HBr AlCl3
化学
特点： 1°常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、 无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催 化作用。
(D)H (D)H NO2 H(D) HNO3/H2SO4 H(D) H(D) kH/kD = 1.05 (D)H (D)H NO2 H(D) NO2 H(D)
容易观察到较小的同位素效应 (kH/kD = 1-3，而非正常的6-7)： 第一步具有可逆性及由此引起 的分配效应所产生的。
:
:
:
:OMe
+
H
E
H
E :
H
E : :OMe H E
H
E
:OMe
+
:
:OMe
+
H E
H E
+
化学
-I > +C ，钝化苯环：X
Cl
Cl E H H E
B间位定位基 的定位能力次序大致为（从强到弱） 2.
-NR3， -NO2， -CF3， -CCl3， -CN， -SO3H， -CHO， -COR，-COOH， -CONH2。
反 应 进 程
化学
2. 同位素效应 当一个反应进行时，在决定反应速率的步骤中发生 了反应物分子的同位素键的断裂，将显示初级动力 学同位素效应。最常见的是，反应物分子中的氢被 氘取代后，反应时有速率上的不同，这种变化称为 氘同位素效应，用kH/kD表示。 例如下列反应有 动力学同位素效 应，说明质子是 在决速步的失去 的：
CH2CH3 H
CH3CH2 + [AlCl3Br]
CH2CH3
H+
+
HBr AlCl3
化学
特点： 1°常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、 无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催 化作用。
第五章_芳香性和芳环上的取代反应
Me EtF Me BF3, -80oC Me Me
Me H Et BF4 Me (I) Me
Me Et Me (II)
芳香正离子中间体
o 橙色固体, mp: -15 C
1. 取代定位法则 （1）取代定位法则仅预示反应的主要产物： 不绝对
CH3 CH3 COOH
59% 4% 37% 硝化作用 62% 磺化作用
(2) 当两个基团互为间位，由于空 间位阻，第三个取代基进入两个原 有基团间的机会非常小。
X
极少（无论X，Y是邻位或是间位定位）
Y
(3) 当间位定位基位于邻、对位基的间位时， 第三个取代基进入间位定位基的邻位而不是 其对位（邻位效应）。
NO2 NO2 Cl NO2 Cl NO2 NO2
1 6 5 4 2
用一个原子代替两个氢原子得1，6-桥-[10]环共轭多烯，有芳香性：
O X
(D)
(E) X= O, CH2, NH, NCH3
iii）大于[10]-轮烯的例子
[14]-轮烯
7.6 ppm （H之间相互作用小）有芳香性
H H HH H
0 ppm
H H
H H
有两对氢原子会发生相互作用，共轭能不高， 芳香稳定性不明显
即在某些环状正离子中无正统的芳香体系的骨架也无连续的p电子轨道排列但当体系由于不相邻碳上p轨道部分重叠且具有4n2个电子的环状排列时也会呈现出一定的芳香稳定在同芳香体系中外加原子的存在将破坏离域体系的物理连续性却不破坏离域系
第五章：芳香性和芳香化合物 的取代反应
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。
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
第九章 芳环上的取代反应
I＞ C
NO2 H E
+
+NO2
HE
NO2
+
H E
NO2 +H
E
NO2
+
HE
带正电核的碳原子 与强吸电子基相连
NO2
H +E
21
三、动力学控制与热力学控制
H
80℃
+ H2SO4
H
165℃
SO3H
165℃
SO3H
α位取代－动力学控制产物； β位取代－热力学控制产物。
22
四、邻位和对位定向比
1)亲电试剂的活性越高，选择性越低：
H
E
E
CH CH2 H E
+E
间位
CH CH2 CH CH2
H
E
E
CH CH2
H E
18
如：苯酚
HO
进攻邻位：
OH
H E
+
进攻对位：
OH
+
HE
进攻间位：
OH
+
H E
OH H E
+
OH
+
HE
OH
+
H E
+C＞ I
OH +H
E
OH
+
HE
OH
H +E
+OH H E
+OH
HE
每个原子都有完整 的外电子层结构。
19
X
进攻邻位：
Cl
H E
+
进攻对位：
Cl
+
HE
进攻间位：
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。
第七章 芳环上的亲电和亲核取代反应
付氏酰基化反应的特点： 不发生重排反应 不生成多元取代产物（酰基钝化苯环） 催化剂需要量增多
O CH3C OH + SOCl2
80°C
O CH3C Cl + SO2 + HCl
付氏反应的禁忌：
钝化基团（硝基、酰基等）连在芳环上时， 不能进行付氏反应
不能用三氯化铝催化苯胺（苯酚）进行付氏 反应。因三氯化铝与其生成络合物，Lewis酸失 去活（Cl3Al:NH2-） 。解决方法？
②重氮盐与活性芳烃（芳胺或酚类化合物） 在适当酸、碱条件下反应，生成有色的偶氮 化合物的反应 —— 偶联反应
+ N2Cl + H NaOH/ H2O OH 0°C CH3CO2Na /H2O N(CH3)2 0°C N N OH
对羟基偶氮苯（橘红色） + N2Cl H + N N
N(CH3)2
对二甲氨基偶氮苯
例：C6H5X的硝化
X 产物 （%） oF 12 O N 硝化 NO2 NO2 + NO2 -C 10.0% 1.5% 88.5% NO2 + NO2
NO2
例：
CH3 硝化 CH3 NO2 + NO2 +I 56.3% 41.1% 2.6% CH3 + NO2 CH3
三、芳基重氮离子的单分子亲核取代反应 芳基正离子历程： SNAr1 第一步，重氮盐首先分解产生芳基正离子， 其正电荷处在sp2轨道，不能与苯环π轨道共 轭，很不稳定，反应速度慢，是速控步骤。 反应为什么能发生？
第二步，非常活泼的芳正离子很快与亲核试 剂反应生成产物。
特点： 1、重氮盐之所以能分解生成很不稳定的芳 基正离子，是由于－N2＋是一个很好的离去基 团，且离去后生成稳定的氮气分子。 2、芳环上的供电基使反应加速（稳定芳基 正离子）
6 芳香性及芳环上的取代反应
CH3
Br
(1)
+ KNH2 / NH3
CH3 CH3
CH3
CH3
(2)
KNH2 / NH3
a
+
Br
b
b
CH3
+ NH2
c (b)
56%
OCH3
OCH3
(3)
KNH2 / NH3
KNH2 / NH3
CF3COOH
OH CH2CH2C
O
Tl(OCOCF3)3
（3）铊化反应时可逆的
CH(CH3)2
CH2CH2COOH Tl(OCOCF3)2
CH(CH3)2 + Tl(OCOCF3)3 / CF3COOH
25°C 73oC
73oC
速度控制，对位94%
Tl(OCOCF3)2 CH(CH3)2
平衡控制，间位85%
③ 钝化苯环的邻对位定位基。
仅由取代基对环上电子云密度分布的影响（基础课程中已讲）来解释苯环的活泼
性及取代基的定位效应是很不够的。因为这种方法只是建立在静态反应理论的基
础上，而未考查反应过程（动态）过渡状态的性质。
（1） 反应活泼性
亲电取代反应的 rds 是 σ 络合物的形成，其过渡状态的结构按哈蒙假设相似
第六章 芳香性及芳环上的取代反应
学习要求： 1．熟悉芳环上亲电取代反应的历程，定位效应及重要的芳环亲电取代反应。 2．掌握芳环活性及取代基定位效应的动态理论解释。 3．掌握芳环上亲核取代反应的三种重要历程。
一、芳香性及其理论 （略）
二、芳环上的亲电取代反应 现在认为，芳环上亲电取代反应绝大部分是经过芳基正离子，即 σ 络合物实
Tl(OCOCF3)2
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+ 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
SO3Na
+NaNO2
Cu
+Na2 SO3
NO2
Cu
NO2
N2Cl
SCN
+KSCN
Cu
3. Gomberg(刚穆伯)-Bachmann(巴赫曼)反应
芳香族重氮盐中的芳基在碱性条件下与其它芳香族化合物偶联或联苯及衍 生物的反应称Gomberg-Bachmann反应。
N2Cl
+
+NaOH
+N2+NaCl+H2O
CH3 CH3 NO2 CH3
C(CH3)3 C(CH3)3 C(CH3)3
混酸
+ 58 ﹪
NO2 37 ﹪
I
混酸
NO2
+ 16 ﹪
NO2
73 ﹪
2. 取代基的极性效应
F F I NO2
混酸
混酸
NO2
-I 效应: F > Cl > Br > I;
+C效应: F > Cl > Br > I
12 ﹪ 41 ﹪
芳环上的取代反应
主讲：孟双明 教授
亲电取代反应
一、亲电取代反应常见类型： 1.硝化反应
NO2
HNO3 H2SO4
2.卤化反应
Cl
F
+Cl2
FeCl3 55-60℃
I △ 回流
+XeF2
HF CCl4 +Xe+HF
+I2+HNO3
+HI+HNO2 (易 氧 化 和 硝 化 的 芳 烃 不 适 宜 )
6、溶剂效应
CS2 O CH3C Cl AlCl3 PhNO2
O CCH3 O CCH3
E+被硝基苯溶剂化，体积增大。较大的空间效应使它进入1位。
H3C CS2 -15℃ O pHNO2 25℃ CH3 O O H3C Cl AlCl3
化学与化工学院
3. 亲电试剂活性
CH3 CH3 CH3 Br
CH
CH2 H E
化学与化工学院
3. 不同类取代基定位方向不一致，邻对位基决定 4. 萘环和联苯的取代规律：
OH OH OH SO3H
NO2
CH3
H2SO4 +
SO3H
(主 )
（次）
第一类定位基，同环取代，进入α-位
NO2 CH3 CH3 CH3
HNO3
HAc.Ac2O 60~70℃ (主 ) 10
a
b
c
d
CH3
e
四. 亲电取代反应定位定律：
1. 原有取代基定位方向一致，共同决定 2. 同类取代基定位方向不一致，强者决定
CH3 NO2
NO2
NHCOCH
COOH
。
CH CH2 + E
邻对位
CH
CH2 H E
CH
CH2 H E
CH
CH2 H E
CH
CH2 H E
例如：
间位
CH
CH2 H E
CH
CH2 H E
CH3
CH3
CH3 Cl
Fe + Br2 + 66.8 ﹪
Cl2 FeCl3
+
Cl
4. 形成络合物
O-Na+
Br
32.9 ﹪
Na+ O OOH C O
39.7 ﹪
60 ﹪
+ CO2
5atm 100℃
COONa
[
H
]
柯 尔 贝 （ kolbe） 反 应
（邻位产物为主）
5. 自位取代 取代基离去能力： H+≥I+＞Br+＞NO2+＞Cl+
NO2
H3C
O S O OH
OH- H3C
H3C
[
O S O O
H3C
SO2-
分 子 内 SNAr反 应
]
O NO2
（四） 离去基对反应影响： OT
CH3ONa
s
Cl
OCH3 OTs Cl OTs
Et2NH ＞
NO2
NEt2
离 去 能 力 ： F＞NO2＞OTs＞Cl 、 Br、 I＞N3＞NR2＞OR、 OAr
+ R C Cl
（酰基化）
注: ①烷基化试剂：R-X，烯，醇，环氧化物，羰基化物。 催化剂：质子酸， HF, H2SO4, H3PO4, AlCl3 ②酰基化试剂：R-CoI > R-CoBr > R-CoCl > R-COOC-R（酐）2 mol 以上 AlCl3
AlCl3+H2O
AlCl3(OH)-+H+
+ Ar
N N
15
（二） 应用举例（该历程很少）
①NaNO2,HCl,0-5℃
重氮盐水解
例1
Cl
②H2SO4(40-50℃)
Cl
NaNO2+HCl
HO NO
NaCl+HNO2
NO+Cl+H2O
+ HCl
NH2
H N NO H
-H+
H N
NO
H+
+ NO
NH N OH
-H+
N N
OH
H+
N N
OH2
比
形成胺的反应慢，有较大的同位素效应
kH/kD=5.5 说 明 苯 炔 的 形 成 是 决 速 步 骤 。
⑥氨基并不一定进入离去基团的位置
Br
NH2 NH2
NaNH2 NH3(l)
CH3 CH3
+
CH3
2. 反应方向： CH
3
CH3
CH3 NH2
CH3
Cl
NaNH2
①NH2 ②NH3 （唯一苯炔） （主）
+
NO2
：
第二类定位基，异环取代，进入α-位
NO2
1 （次）
NO2 NO2
HNO3 H2SO4
NO2
NO2
+
O2N
HNO3 H2SO4 主要进入对位
O2N
NO2
5. 温度等的影响
+ H2SO4 30-60℃
SO3H
(速 度 控 制 )
160℃
SO3H
（平衡控制）
五. 影响邻/对比例的因素：
1.空间效应
A B C
A=活 化 基 、 邻 对 位 定 位 基 、 CH2X、 CH2CN、
CH2、 Ar、 CH CH COOH 等 CH2NH2、 CH2COOH、 CH
＞
＞
B=卤 素 C=钝 化 基 、 间 位 定 位 基
CH3 NO2 Cl COCH3 SO3H
例: 硝化反应活性： 活性顺序: a>c>d>e>b
CH3
+
NH2
（次）
CH3
CH3
CH3
KNH2 NH3（ l）
Cl
①NH2 ②NH3 62％
CF3
+
NH2 NH2 38％
CF3
CF3
NaNH2
Cl
OCH3 Br OCH3
NaNH2 NH3（ l）
NH2
100％
NaNH2 NH3（ l）
NH2
100％
CF3
CF3
注：①间位取代卤代苯生成哪种苯炔，取决于卤素邻 位氢的酸性，而它的酸性取决于取代基的诱导效应。 ②氨基负离子与苯炔的加成时，氨基负离子进入 的位置，也受取代基诱导效应控制。
CH3 CH3 CH3 CH3 NH2
CH3
NaNH2
Cl
NaNH2 NH3（ l） (主 )
+
NH2