第七章 芳环上亲电和亲核取代反应反应
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HNO3 I2 ＋
I Cl
H －H+ I
I
(I2 ＋ Cl2)
HF / CCl4
＋ XeF2
F
（自由基型反应）
3. 苯环上的硝化反应
无 H2SO4时反应很慢
H 2 S O 4 (浓 ) ＋ H N O 3 (浓 ) 5 5 ~ 6 0 o C
N O 2
机理
H O NO2
H O SO3H
浓H2SO4作用：
O2N
CH3 NO2 +
CH3 NO2
NO2
• 转变为苯胺衍生物
NO2
HNO3(发烟)/ H2SO4(浓) O2N 110oC
CH3 NO2
NO2 (TNT)
2, 4, 6-三硝基甲苯
H N O 3 ( 浓 )
F e o r S n /H C l
A rH
A rN O 2
A rN H 2
H 2 S O 4 ( 浓 )
去磺酸基反应
苯环的磺化机理(逆向为去磺酸基机理）
2 H2SO4 O
H3O ＋ HSO4 ＋ SO3 磺化亲电试剂
SO O －SO3
H －H+ SO3 +H+
SO3
H2SO4 H2O
SO3H
磺化反应及苯磺酸衍生物的重要性
• 合成苯磺酸衍生物
亲油端
亲水端
C12H25
H2SO 4 (浓 ) C12H25
X ( X = C l ,B r )
机理
亲电中心
➢ 与自由基取代反应的区别
CH3 ＋ X2
Fe or FeX3 亲电取代
hv 自由基取代
CH3 X ＋
CH2 X
CH3 X
➢ 芳环上的卤代在合成上的重要性
• 是芳环引入卤素（Cl、Br）的主要方法之一（Ar－X是合成
其它类型的化合物的重要中间体，
➢ 芳环的氟代和碘代方法
O R C O + R C O AlCl3
以下步骤同前
RC O
H CO R
－H+
AlCl3
－Cl O R C O AlCl2
消耗1eqv. AlCl3
O AlCl3 H2O
O
C
C
R
R
消耗1eqv. AlCl3
Friedel-Crafts酰基化反应在合成中的应用
• 制备芳香酮
• 间接制备烷基苯
O
RCC l A r H
（ 还 原 ）
苯胺类化合物的
主要制备方法
4. 苯环上的磺化反应
H 2SO 4 (浓 )， 110oC 或H 2SO 4 (发 烟 )， 40oC
(含 10％ SO 3)
SO 3H 磺化反应
苯磺酸
注意：磺化反应是可逆的
H 2 S O 4 , H 2 O （ 大 量 ） S O 3 H
（ 稀 酸 溶 液 ） , 加 热
•产生NO2 •除去生成的水
H H O NO2 + HSO4
H2O+ NO2
N O 2
H － H + N O 2
N O 2
硝化反应在合成上的重要性
• 制备硝基苯类化合物（炸药）
CH3 HNO3(浓) / H2SO4(浓) 55oC
CH3 NO2 +
CH3
HNO3(发烟) / H2SO4(浓) 80oC
X2 Fe or FeX3 H N O 3 , 浓 H 2SO 4
（混酸）
X NO2
浓 H 2S O 4 or
＋
发 烟 H 2SO 4
S O 3H
R X , A lC l3
R
O R C X , A lC l3
O CR
卤代反应 硝化反应 磺化反应 烷基化反应 酰基化反应
2. 苯环上的卤代反应
＋ X 2F e o rF e X 3
例：
OH
HNO3
直接硝化：苯酚易被氧化
H2SO4 －10oC
OH SO3H HNO3
SO3H
OH
O2N
NO2
NO2
苦味酸
5. 苯环上的烷基化反应（Friedel-Crafts烷基化反应）
A lC l3 ＋ R X
Lewis 酸催化剂
其它催化剂： RSnCl4, FeCl3, ZnCl2,
TiCl4, BF3等
A lC l3
O
Z n (H g ) / H C l
A r CR
A r C H 2 R
o r N H 2 N H 2 / O H
不会多取代
直接法不足之处：(1)有重排。 (2)易进一步取代
RX A lC l3
RX
R
R
A lC l3
比第一步快
R R ＋ R
7. 芳环的氯甲基化反应和Gattermann-Koch反应
氯甲基化反应（与Friedel－Crafts烷基化类似）
NaO H
SO 3H
C12H25
SO 3Na
H3C
H2SO 4 (浓 ) H3C
合成洗涤剂 SO 3H (有机强酸，固体）
TsOH，对甲基苯磺酸
• 由磺酸转化为其它衍生物
R O H
A r SO 3HPO C l3
A r SO 2C l R N H 2
A r SO 2O R 磺酸酯
A r SO 2N H R 磺酰胺
•机理
R X ＋ AlCl3
R ＋ X AlCl3
•正碳离
子证据
R
H －H+
R
R
CH3CH2CH2X AlCl3
CH2CH2CH3 ＋
CH3 CH
CH3
AlCl3 CH3CH2CH2X
CH3CHCH2 H
~H
CH3CHCH3
苯环烷基化其它方法
问题：正碳离子的产生途径还有那些？
•由烯烃 •由醇
R
R
H+
磺化反应可逆性在合成上的应用
C l
例： H 3C
H 3C
2－氯甲苯
• 直接氯代
H 3 C
C l2 , F e
C l H 3 C
+HFra Baidu bibliotek3 C
C l
• 用磺化法保护
（得混合物）
H3C
Cl H3C
H2SO4 (浓)
H3C
SO3H
保护对位
Cl2, Fe
SO3H
H2O, H+
去除保护基
Cl H3C
（得纯产物）
CC
R
R
H+
R OH
R
R C
R
OH2
R CR H
R
与苯环 反应
+ H2O
例
H2C CHCH3/ HF
CH3
CH
CH3
CH3CH2OH/ H2SO4
CH2CH3
6. 苯环上的酰基化反应（Friedel-Crafts酰基化反应）
O R C Cl
酰氯
＋或 OO
RCOC R
酸酐
AlCl3
O CR
AlCl3用量:
• 用酰氯时，用量 > 1 eqv. • 用酸酐时，用量 > 2 eqv.
eqv. = equivalent
比较：
•烷基化AlCl3用量为催化量
反应机理
• 酰氯为酰基化试剂
酮与AlCl3络合， 消耗1eqv. AlCl3
• 酸酐为酰基化试剂
O
O
RCO C R
AlCl3
O
O AlCl3
RCO C R
第七章 芳环上亲电和 亲核取代反应反应
1. 一、苯环上的亲电取 1. 苯代环的性质分析
有p电子，象烯烃
➢ 与亲电试剂反应分析
•与亲电试剂反应（主要性质）
加成 取代
不利 （失去芳香性）
有利 （恢复芳香性）
苯环上的亲电取代机理通式
势 能
H E +E
E
反应进程
s-络合物
常见的几类苯环上的亲电取代反应
I Cl
H －H+ I
I
(I2 ＋ Cl2)
HF / CCl4
＋ XeF2
F
（自由基型反应）
3. 苯环上的硝化反应
无 H2SO4时反应很慢
H 2 S O 4 (浓 ) ＋ H N O 3 (浓 ) 5 5 ~ 6 0 o C
N O 2
机理
H O NO2
H O SO3H
浓H2SO4作用：
O2N
CH3 NO2 +
CH3 NO2
NO2
• 转变为苯胺衍生物
NO2
HNO3(发烟)/ H2SO4(浓) O2N 110oC
CH3 NO2
NO2 (TNT)
2, 4, 6-三硝基甲苯
H N O 3 ( 浓 )
F e o r S n /H C l
A rH
A rN O 2
A rN H 2
H 2 S O 4 ( 浓 )
去磺酸基反应
苯环的磺化机理(逆向为去磺酸基机理）
2 H2SO4 O
H3O ＋ HSO4 ＋ SO3 磺化亲电试剂
SO O －SO3
H －H+ SO3 +H+
SO3
H2SO4 H2O
SO3H
磺化反应及苯磺酸衍生物的重要性
• 合成苯磺酸衍生物
亲油端
亲水端
C12H25
H2SO 4 (浓 ) C12H25
X ( X = C l ,B r )
机理
亲电中心
➢ 与自由基取代反应的区别
CH3 ＋ X2
Fe or FeX3 亲电取代
hv 自由基取代
CH3 X ＋
CH2 X
CH3 X
➢ 芳环上的卤代在合成上的重要性
• 是芳环引入卤素（Cl、Br）的主要方法之一（Ar－X是合成
其它类型的化合物的重要中间体，
➢ 芳环的氟代和碘代方法
O R C O + R C O AlCl3
以下步骤同前
RC O
H CO R
－H+
AlCl3
－Cl O R C O AlCl2
消耗1eqv. AlCl3
O AlCl3 H2O
O
C
C
R
R
消耗1eqv. AlCl3
Friedel-Crafts酰基化反应在合成中的应用
• 制备芳香酮
• 间接制备烷基苯
O
RCC l A r H
（ 还 原 ）
苯胺类化合物的
主要制备方法
4. 苯环上的磺化反应
H 2SO 4 (浓 )， 110oC 或H 2SO 4 (发 烟 )， 40oC
(含 10％ SO 3)
SO 3H 磺化反应
苯磺酸
注意：磺化反应是可逆的
H 2 S O 4 , H 2 O （ 大 量 ） S O 3 H
（ 稀 酸 溶 液 ） , 加 热
•产生NO2 •除去生成的水
H H O NO2 + HSO4
H2O+ NO2
N O 2
H － H + N O 2
N O 2
硝化反应在合成上的重要性
• 制备硝基苯类化合物（炸药）
CH3 HNO3(浓) / H2SO4(浓) 55oC
CH3 NO2 +
CH3
HNO3(发烟) / H2SO4(浓) 80oC
X2 Fe or FeX3 H N O 3 , 浓 H 2SO 4
（混酸）
X NO2
浓 H 2S O 4 or
＋
发 烟 H 2SO 4
S O 3H
R X , A lC l3
R
O R C X , A lC l3
O CR
卤代反应 硝化反应 磺化反应 烷基化反应 酰基化反应
2. 苯环上的卤代反应
＋ X 2F e o rF e X 3
例：
OH
HNO3
直接硝化：苯酚易被氧化
H2SO4 －10oC
OH SO3H HNO3
SO3H
OH
O2N
NO2
NO2
苦味酸
5. 苯环上的烷基化反应（Friedel-Crafts烷基化反应）
A lC l3 ＋ R X
Lewis 酸催化剂
其它催化剂： RSnCl4, FeCl3, ZnCl2,
TiCl4, BF3等
A lC l3
O
Z n (H g ) / H C l
A r CR
A r C H 2 R
o r N H 2 N H 2 / O H
不会多取代
直接法不足之处：(1)有重排。 (2)易进一步取代
RX A lC l3
RX
R
R
A lC l3
比第一步快
R R ＋ R
7. 芳环的氯甲基化反应和Gattermann-Koch反应
氯甲基化反应（与Friedel－Crafts烷基化类似）
NaO H
SO 3H
C12H25
SO 3Na
H3C
H2SO 4 (浓 ) H3C
合成洗涤剂 SO 3H (有机强酸，固体）
TsOH，对甲基苯磺酸
• 由磺酸转化为其它衍生物
R O H
A r SO 3HPO C l3
A r SO 2C l R N H 2
A r SO 2O R 磺酸酯
A r SO 2N H R 磺酰胺
•机理
R X ＋ AlCl3
R ＋ X AlCl3
•正碳离
子证据
R
H －H+
R
R
CH3CH2CH2X AlCl3
CH2CH2CH3 ＋
CH3 CH
CH3
AlCl3 CH3CH2CH2X
CH3CHCH2 H
~H
CH3CHCH3
苯环烷基化其它方法
问题：正碳离子的产生途径还有那些？
•由烯烃 •由醇
R
R
H+
磺化反应可逆性在合成上的应用
C l
例： H 3C
H 3C
2－氯甲苯
• 直接氯代
H 3 C
C l2 , F e
C l H 3 C
+HFra Baidu bibliotek3 C
C l
• 用磺化法保护
（得混合物）
H3C
Cl H3C
H2SO4 (浓)
H3C
SO3H
保护对位
Cl2, Fe
SO3H
H2O, H+
去除保护基
Cl H3C
（得纯产物）
CC
R
R
H+
R OH
R
R C
R
OH2
R CR H
R
与苯环 反应
+ H2O
例
H2C CHCH3/ HF
CH3
CH
CH3
CH3CH2OH/ H2SO4
CH2CH3
6. 苯环上的酰基化反应（Friedel-Crafts酰基化反应）
O R C Cl
酰氯
＋或 OO
RCOC R
酸酐
AlCl3
O CR
AlCl3用量:
• 用酰氯时，用量 > 1 eqv. • 用酸酐时，用量 > 2 eqv.
eqv. = equivalent
比较：
•烷基化AlCl3用量为催化量
反应机理
• 酰氯为酰基化试剂
酮与AlCl3络合， 消耗1eqv. AlCl3
• 酸酐为酰基化试剂
O
O
RCO C R
AlCl3
O
O AlCl3
RCO C R
第七章 芳环上亲电和 亲核取代反应反应
1. 一、苯环上的亲电取 1. 苯代环的性质分析
有p电子，象烯烃
➢ 与亲电试剂反应分析
•与亲电试剂反应（主要性质）
加成 取代
不利 （失去芳香性）
有利 （恢复芳香性）
苯环上的亲电取代机理通式
势 能
H E +E
E
反应进程
s-络合物
常见的几类苯环上的亲电取代反应