苯环上亲电取代反应的定位规律
苯环上亲电取代反应的定位规律
定位规律的理论解释
H 是交替极化， 是交替极化，即使甲基的邻位和对位上 H C H 电子云密度增加的更多些， 电子云密度增加的更多些，量子化学计 甲苯中各碳上电子云密度分布如图。 算,甲苯中各碳上电子云密度分布如图。 O 甲苯中各碳上电子云密度分布如图 O 所以亲电试剂主要进攻邻位和对位。 所以亲电试剂主要进攻邻位和对位。 从反应历程和σ 络合物的稳定性看： 从反应历程和σ－络合物的稳定性看： O H H H 慢 δ E E E +E
一、定位规律
由此可以看出，当芳环上已有取代基时，新引入基团是否容易， 由此可以看出，当芳环上已有取代基时，新引入基团是否容易， 进入哪个位置，主要由芳环原来取代基的性质所决定。 进入哪个位置，主要由芳环原来取代基的性质所决定。我们把 芳环上原来的取代基叫做定位基 定位基。 芳环上原来的取代基叫做定位基。而把定位基支配新引入基团 进入芳环的位置和定位能力的大小称为定位规律或定位效应 定位规律或定位效应。 进入芳环的位置和定位能力的大小称为定位规律或定位效应。 第一类定位基称为邻 对位定位基， 第一类定位基称为邻、对位定位基，它使新引入的基团主要进入 定位基的邻、对位。除卤素之外，它们都是供电子基， 定位基的邻、对位。除卤素之外，它们都是供电子基，使芳环 上电子云密度增加，活化芳环，亲电取代活性大于苯。 上电子云密度增加，活化芳环，亲电取代活性大于苯。它们定 位能力强弱的次序为： ＞－OH＞ 位能力强弱的次序为：－O－＞－N(CH3)2＞－NH2＞－ ＞ ＞－NHCOCH3＞－R＞－ ＞－OCOCH3＞－ 6H5＞－F＞ ＞－C －OCH3＞－ ＞－ ＞ ＞－Br＞－ －Cl＞－ ＞－ ＞－ ＞－I 可以看出，这些基团与芳环相连的原子(除 和 外 都有未共用 可以看出，这些基团与芳环相连的原子 除R和Ph外)都有未共用 电子对，可以芳环发生P－ 超共轭，使芳环上电子云密度增加。 电子对，可以芳环发生 －π超共轭，使芳环上电子云密度增加。
苯环亲电取代反应的定位规律和理论解释
苯环亲电取代反应的定位规律和理论解释
苯环亲电取代反应是一种常见的有机化学反应，它指的是苯环上的一个电子富位碳原子被其他物质的电子富位原子所取代的反应。
这种反应可以通过电离平衡和等温线来解释。
苯环亲电取代反应的定位规律是，取代反应的定位总是优先发生在苯环上最容易被取代的位置。
在二甲苯和苯乙烯这类苯环中，电子富位碳原子多半是取代反应的首选目标；而在苯并环烷和苯并三唑这类苯环中，取代反应更多地会发生在含氧原子的位置。
苯环亲电取代反应的理论解释可以通过极化和电离平衡来进行。
极化是指分子内部电荷分布的不均匀现象，它会导致分子内部电子密度的不均匀分布，从而使得某些原子或基团更容易被
取代。
电离平衡则是指反应中电子富余和电子缺乏的均衡状态，它决定了反应的方向和速率。
苯环亲电取代反应的定位规律可以通过电离平衡来解释。
由于苯环上某些原子的电离能更高，因此它们更容易被取代。
而由于苯环上某些原子的电离能更低，因此它们更难被取代。
这就是为什么苯环亲电取代反应的定位总是优先发生在苯环上最容易被取代的位置的原因。
通过对苯环亲电取代反应的定位规律和理论解释的研究，我们可以更好地理解和掌握这种常见的有机化学反应，并运用到实际应用中。
苯环上亲电取代反应的定位规律
之阳早格格创做苯环上亲电与代反应的定位程序基础观念：定位基：正在举止亲电与代反当令，苯环上本有与代基，不但是效率着苯环的与代反应活性，共时决断着第二个与代基加进苯环的位子，即决断与代反应的位子.本有与代基称干定位基.一、二类定位基正在一元与代苯的亲电与代反应中，新加进的与代基不妨与代定位基的邻、间、对于位上的氢本子，死成三种同构体.如果定位基不效率，死成的产品是三种同构体的混同物，其中邻位与代物 40%（2/5）、间位与代物 40%（2/5）战对于位与代物 20%（1/5）.本量上惟有一种或者二种主要产品.比方百般一元与代苯举止硝化反应，得到下表所示的截止：排正在苯前里的与代硝化产品主假如邻位战对于位与代物，除卤苯中，其余与代苯硝化速率皆比苯快；排正在苯后里与代硝化产品主假如间位与代物，硝化速率比苯缓得多.归纳洪量真验截止，根据苯环上的与代基（定位基）正在亲电与代反应中的定位效率，普遍分为二类：第一类定位基又称邻对于位定位基：—O-，—N(CH3)2，—NH2，—OH，—OCH3，—NHCOCH3，—OCOCH3，—F，—Cl，—Br，—I，—R，—C6H5等.第二类定位基又称间位定位基：—N+(CH3)3，—NO2，—CN，—SO3H，—CHO，—COCH3，—COOH，—COOCH3，—CONH2，—N+H3等.二类定位基的结构特性：第一类定位基与苯环间接贯串的本子上惟有单键，且普遍有孤对于电子或者是背离子；第二类定位基与苯环间接贯串的本子上有沉键，且沉键的另一端是电背性大的元素或者戴正电荷.二类定位基中每个与代基的定位本领分歧，其强度序次近似如上列程序.苯环上亲电与代反应的定位程序二、定位程序的电子表里阐明正在一与代苯中，由于与代基的电子效力沿着苯环共轭链传播，正在环上出现了电子云稀度较大战较小的接替分集局里，果而环上诸位子举止亲电与代反应的易易程度分歧，出现二种定位效率.也不妨从一与代苯举止亲电与代反应死成的中间体σ络合物的相对于宁静性的角度举止观察，当亲电试剂 E+打击一与代时，死成三苯σ络合物：Z 分歧，死成的三种σ 络合物碳正离子的宁静性分歧，出现了二种定位效率.1．第一类定位基对于苯环的效率及其定位效力以甲基、氨基战卤素本子为例证明.甲基正在甲苯中，甲基的碳为 sp3纯化，苯环碳为 sp2纯化，sp2纯化碳的电背性比 sp3纯化碳的大，果此，甲基表示出供电子的诱导效力（A）.其余，甲基 C—H σ 键的轨讲与苯环的π 轨讲产死σ—π 超共轭体系（B）.供电诱导效力战超共轭效力的截止，苯环上电子稀度减少，更加邻、对于位减少得更多.果此，甲苯举止亲电与代反应比苯简单，而且主要爆收正在邻、对于位上.亲电试剂 E+打击甲基的邻、间、对于位子，产死三种σ 络合物中间体，三种σ 络合物碳正离子的宁静性可用共振纯化体表示：打击邻位：打击对于位：打击间位：亲电试剂打击苯死成的σ 络合物的碳正离子也不妨用共振纯化体表示：苯环上亲电与代反应的定位程序隐然，共振纯化体Ⅰ战Ⅱ比Ⅲ宁静，果为Ⅰc战Ⅱb的正电荷正在有供电基的叔碳上，较分别.而正在Ⅲ中，正电荷皆分集正在仲碳上，不宁静.所以甲基是邻对于位定位基.共振纯化体Ⅲ比Ⅳ宁静，虽然正在Ⅲ战Ⅳ中的共振极限结构式皆是正电荷分集正在仲碳上，但是甲基有供电性，使Ⅲ的正电荷不妨分别正在环战甲基上，果此，甲基活化了苯环. 从共轭效力战共振论二种瞅面分解、观察甲苯的亲电与代反应，皆得出甲基是第一类定位基、有活化苯环效率的普遍论断.氨基正在苯胺中，N—C 键为极性键，N有吸电子的诱导效力（C），使环上电子稀度缩小；但是共时氮本子有孤对于电子，与苯环产死供电的p—π共轭效力（D），使环上电子稀度减少：正在那里，共轭效力大于诱导效力，所以概括效力使是环上电子稀度减少，更加是氨基的邻位战对于位减少更多.果此，苯胺举止亲电与代反应比苯更简单，且主要爆收正在氨基的邻、对于位上.观察死成的中间体σ络合物碳正离子的宁静性也得到共样的论断.（3）卤本子卤本子比较特殊，是一类使苯环钝化的第一类定位基.以氯苯为例，正在氯苯中氯本子是强吸支电子基，强的吸电子诱导效力使苯环电子稀度落矮，比苯易举止亲电与代反应.但是氯本子与苯环又有强的供电的 p-π 共轭效力（C的2p轨讲与 Cl 的 3p 轨讲产死 p-π 共轭体系，不 C 的 2p 轨讲与 N 的 2p 轨讲产死的 p-π 共轭体系灵验），使氯本子邻、对于位上电子稀度缩小得已几，果此表示出邻对于位定位基的本量.2．第二类定位基对于苯环的效率及其定位效力以硝基苯为例证明.正在硝基苯中，硝基存留着吸电子的诱导效力（E），还存留着吸电子的π-π共轭效力（F）：那二种电子效力皆使苯环上电子稀度落矮，亲电与代反应比苯易；共轭效力的截止，使硝基的间位上电子稀度落矮得少些，表示出间位定位基的效率.亲电试剂打击硝基苯时，产死邻、间、对于三种σ 络合物中间体：打击邻位：打击对于位：打击间位：共振纯化体Ⅲ比Ⅰ战Ⅱ宁静，果为正在Ⅰ战Ⅱ中有正电荷分集正在有强吸电子基团的叔碳上的极限结构式Ⅰc战Ⅱb不宁静.果此，硝基是第二类定位基，与代反应爆收正在间位上.共振纯化体Ⅲ有强吸电子基团，与相映的苯的共振纯化体相比，Ⅲ不宁静.果此，硝基表示出钝化苯环的效率.苯环上亲电与代反应的定位程序三、对于邻、对于位产品比率的效率果素1．空间效力环上有邻对于位定位基存留时，死成邻位战对于位产品的比率与定位基战新加进基团的体积有闭系.那二种基大众积越大，空间位阻越大，邻位产品越少.烷基苯的硝化反应随着烷基的体积删大，邻位硝基苯的比率缩小.烷基硝化反当令同构体分集苯环上本有定位基稳定，随着加进基大众积删大，邻位同构体的比率也缩小.如表所示.甲基苯烷基化时同构分集2．反应温度的效率反应温度分歧，邻、对于位同构体的比率分歧.如3．催化剂的效率利用新颖催化技能，不妨统造与代基的定位效率，如使用有择型催化效率的分子筛催化乙苯的乙基化，不妨得到下采用性的对于二乙苯.工业上便是用分子筛催化合成对于二乙苯.后者催化脱氢，得到接联散苯乙烯的共散单体对于二乙烯基苯：甲苯与丙烯烷基化反应，使用分歧孔径的分子筛催化剂，分别得到间甲基同丙苯战对于甲基同丙基苯.已应用于工业死产拆置上.间甲基同丙基苯战对于甲基同丙基苯分别是造备间甲基苯酚战对于甲基苯酚的本料.四、二元与代苯的定位程序当苯环上有二个与代基时，第三个与代基加进苯环的位子，主要由本去的二个与代基的本量决断.大概上道，苯环上有二个与代基时，有三种定位情况.苯环上亲电与代反应的定位程序1．苯环上本有二个与代基对于引进第三个与代基的定位效率普遍，第三个与代基加进苯环的位子便由它们共共定位.比方，下列化合物引进第三个与代基时，第三个与代基主要加进箭头所示的位子：2．苯环上本有二个与代基，对于加进第三个与代基的定位效率纷歧致，二个与代基属共一类定位基，那时第三个与代基加进苯环的位子主要由定位效率强的与代基所决断.如果二个与代基定位效率强度较小时，得到二个定位基定位效率的混同物：3．苯环上本有二个与代基对于引进第三个与代基的定位效率纷歧致，二个与代基分歧类定位基时，那时第三个与代基加进苯环的位子主要由第一类定位基定位：正在思量第三个与代基加进苯环的位子时，除思量本有二个与代基的定位效率中，还该当思量空间位阻，如3-乙酰氨基苯甲酸的 2 位与代产品很少.五、定位程序正在有机合成上的应用应用定位程序不妨采用可止的合成门路，得到较下的产率战预防搀纯的分散历程.比方由甲苯合成间硝基苯甲酸，应采与先氧化后硝化的步调：由对于硝基甲苯合成2，4-二硝基苯甲酸，其合成门路犹如下二条：隐然第一条合成门路较合理，不妨简化分散步调，共时硝化一步反应较第二条门路的硝化一步反应易举止，果为二个与代基（—CH3，—NO2）的定位效率是普遍的. 定位程序只适用于能源教统造的反应.比方，叔丁苯正在FeCl3 催化下，与叔丁基氯反应死成对于二叔丁基苯：苯环上亲电与代反应的定位程序那与定位程序普遍，但是用过量的AlCl3为催化剂，则死成1，3，5-三叔丁基苯：那是果为正在过量强酸效率下，烷基化战脱烷基化完毕仄稳，邻、对于位烷基化快，脱烷基化也简单；间位烷基化缓，脱烷基化也较易，末尾形成热力教上宁静的均三叔丁基苯.六、闭键词汇定位基，定位程序，二类定位基，定位程序的本量阐明，二元与代苯的定位程序，定位程序的应用。
4.5 苯环上亲电取代反应定位规则解析
且为邻位或对位。
OCH3
OCH3
HNO3
85% 4-硝基-1-萘甲醚
NO2
NHCOCH3 HNO3, CH3COOH
NO2 NHCOCH3
47-49%
N-乙酰基-1-硝基-2-萘胺
原取代基为致钝基，亲电试剂进异环α-位。
NO2
NO2
HNO3 H2SO4
SO3H HNO3 H2SO4
+
NO2 45%
SbF6-
Ph
Ph
mp=221℃
4.10 芳烃的工业来源
1、从煤焦油中分离 2、从石油裂解产物中分离 3、芳构化
4.10.1 从煤焦油中分离:
•轻油<170℃: 苯、甲苯、二甲苯
H3C
CH3
•酚油170-210℃：异丙苯、均四甲苯
H3C
CH3
•萘油210-230℃：萘、甲基萘、二甲基萘等
CH3
CH3
..
H
E
Z E H
Z
Z E H
Z E H
不稳定极限结构
Z
Z
EH Z
EH
EH
不稳定极限结构
Z
Z
H
H
H
E
E
E
进攻邻位
NO2 E
H
NO2
NO2
E+ 进攻对位
EH
进攻间位
NO2
H E
NO2 E H
NO2
NO2 E
H
NO2 E H
极不稳定极限结构
NO2
NO2
EH
EH
EH
极不稳定极限结构
NO2
H E
NO2
H E
苯环上亲电取代反应的定位规律
苯环上亲电取代反应的定位规律基本概念：定位基：在进行亲电取代反应时，苯环上原有取代基，不仅影响着苯环的取代反应活性，同时决定着第二个取代基进入苯环的位置，即决定取代反应的位置。
原有取代基称做定位基。
一、两类定位基在一元取代苯的亲电取代反应中，新进入的取代基可以取代定位基的邻、间、对位上的氢原子，生成三种异构体。
如果定位基没有影响，生成的产物是三种异构体的混合物，其中邻位取代物40%（2/5）、间位取代物40%（2/5）和对位取代物20%（1/5）。
实际上只有一种或二种主要产物。
例如各种一元取代苯进行硝化反应，得到下表所示的结果：排在苯前面的取代硝化产物主要是邻位和对位取代物，除卤苯外，其它取代苯硝化速率都比苯快；排在苯后面取代硝化产物主要是间位取代物，硝化速率比苯慢得多。
归纳大量实验结果，根据苯环上的取代基（定位基）在亲电取代反应中的定位作用，一般分为两类：第一类定位基又称邻对位定位基：—O-，—N(CH3)2，—NH2，—OH，—OCH3，—NHCOCH3，—OCOCH3，—F，—Cl，—Br，—I，—R，—C6H5等。
第二类定位基又称间位定位基：—N+(CH3)3，—NO2，—CN，—SO3H，—CHO，—COCH3，—COOH，—COOCH3，—CONH2，—N+H3等。
两类定位基的结构特征：第一类定位基与苯环直接相连的原子上只有单键，且多数有孤对电子或是负离子；第二类定位基与苯环直接相连的原子上有重键，且重键的另一端是电负性大的元素或带正电荷。
两类定位基中每个取代基的定位能力不同，其强度次序近似如上列顺序。
苯环上亲电取代反应的定位规律二、定位规律的电子理论解释在一取代苯中，由于取代基的电子效应沿着苯环共轭链传递，在环上出现了电子云密度较大和较小的交替分布现象，因而环上各位置进行亲电取代反应的难易程度不同，出现两种定位作用。
也可以从一取代苯进行亲电取代反应生成的中间体σ络合物的相对稳定性的角度进行考察，当亲电试剂E+进攻一取代时，生成三苯σ络合物：Z 不同，生成的三种σ 络合物碳正离子的稳定性不同，出现了两种定位作用。
苯及苯环上的亲电取代反应
五、定位规则在有机合成上的应用
CH3 NO2
例一：由
合成
CH3 CH3Cl AlCl3 con H2SO4 100 。 C
CH3 混酸 SO3H
CH3 NO2
SO3H
CH3 dil H2SO4 NO2
例二： 由 O2N
路线一：
O2N CH3 混酸 O2N
CH3 合成 O2N
COOH NO2
CH3 NO2
Cl2 h
CH2CH3
Br2 h
CHCH3 + Cl 56%
CH2CH2Cl 44%
CHCH3 (用NBS / CCl4亦可) Br 100%
溴代比氯代的选择性更高
注意α-H的卤代反应条件与苯环上的卤代反应条件 是不相同的，不可混淆。
四、取代苯的亲电取代反应的活性和定位规律
1、取代基定位及活化、钝化作用 *** 第一类定位基
HOOC NO2 COOH O2N
三、非苯系芳香烃
C H3 C H2C H2C C H 3 C l C HC H 3 C H3
AlCl 3
C H3 C H3
分子内烷基化
C H2C H2C H2 C C l
=
O
AlCl 3
分子内酰基化
=
O
不同点
a. 烷基化反应难停留在一取代阶段，而 酰基化反应却可以停留在一取代阶段。
C H3
CH3Cl AlCl 3 CH3Cl AlCl 3
在极性溶剂中，萘的酰基化产物以β-异构体为主；在非 极性溶剂中以α-异构体为主。
CH2COOH + ClCH2COOH FeCl3 KBr 。C 200-218
工业上用于制备α-萘乙酸（一种植物生长激素）
苯环上亲电取代反应的定位规律
A
A
1b
1c
A
A
+ E≡ + E
H
H
2
2a
A
A
+ ≡+
+
E
H
2b
A
+
+
E H
2c
A
+
HE
3
HE
3a
HE
3b
HE
3c
①甲苯 —CH3 供电，稳定的共振式
CH3 E
CH3 E
CH3 E
+ H≡ + H
+H
4
CH3
4a
CH3
4b
CH3
+ E≡
H
5
CH3
+E H
5a
CH3
+
E
H
5b
CH3
+
≡
+
+
HE
6
HE
单环芳烃亲电取代反应的定位规律
甲苯 硝化
CH3
HNO3+H2SO4 30℃
CH3
具有定位和活性影响
理论产率：40% 实际产率：58%
CH3
20% 38%
CH3
40% 4%
硝基苯 硝化
NO2
HNO3+H2SO4 (发烟) 95~100℃
NO2
理论产率： 40% 实际产率： 6.4%
NO2
20% 0.3%
12b
HE
12c
HE
12d
3.二取代苯的定位规律
OH
CH3
CHO
空间阻位
苯环的定位规则概要
苯环的定位规则学习目标掌握亲电取代反应的定位规则 了解定位规则的应用一、苯环的定位规则一元取代苯再进行取代反应时，新引进的基团在理论上讲应该进入原有基团的邻位、间位和对位，应该有3种不同的异构体。
但实际情况并不是这样。
例如硝化反应：CH 3HNO 3 （浓） ?+NO 2CH 3+浓H 2SO 420℃～30℃CH 3NO 2+CH 3NO 262% 33% 5%NO 2HNO 3(发烟)+NO 2NO 2+ 浓H 2SO 4NO 22NO 2NO 2+6% 1% 93%可以看出，甲苯的硝化主要生成邻对位产物，而且反应比较容易进行；硝基苯硝化主要生成间位产物，而且反应比较难以进行。
由此可见，第二个取代基进入的位置是受苯环上原有基团的影响，这种现象称为定位效应。
苯环上原有基团称为定位基。
人们根据大量实验事实，总结归纳出下面的定位规律。
1、第二个取代基在苯环上取代的位置由苯环上原有基团的性质决定，与第二个取代基的性质无关。
2、定位基分为两类：邻对位定位基，这一类基团大部分使苯环活化，致使苯环取代反应容易进行，HNO 3（浓） ?+ 浓H SO 55℃～60℃NO 2+H 2O硝基苯故又称致活基团；能支配第二个取代基在苯环上主要取代在它的邻位和对位。
常见的邻对位定位基按定位效应强弱次序排列如下：一NR 2、一NHR 、一NH 2、一OH 、一OR 、一NHCOR 、一R 、一X 间位定位基，这一类基团大部分使苯环钝化，致使苯环取代反应较难进行，故又称致钝基团；能支配第二个取代基在苯环上主要取代在它的间位。
常见的间位定位基按定位效应强弱次序排列如下：3、在苯环上有两个取代基，欲引入第三个取代基时，第三个取代基所进入的位置，取决于苯环上原有两个基团的综合效应。
当苯环上原有两个定位基的定位作用一致时，第三个取代基进入的位置由原有两个取代基共同决定。
例如：3H232当苯环上原有两个定位基的定位作用不一致时，有两种情况：一是两个定位基为同一类时，则第三个取代基进入的位置由定位效应强的取代基决定。
苯环上取代反应的定位规律
AAA
结论：一元取代苯发生取代反应时，反应 是否容易进行，新基团进入环上的哪个位 置，主要取决于苯环上原有的 取代基 的 性质。
第五节 苯环上取代反应的定位规律
一、一元取代苯的定位规律
1.定位基：苯环上原有的取代基。 2. 定位效应： ⑴影响取代反应进行的难易； ⑵决定新基进入苯环的位置。
AAA
3. 定位基的分类：
CH3
COOH
NO2
NH2
AAA
SO3H
2. 两个定位基的定位效应不一致
（1）两个定位基属于同一类
两个同类定位基的定位作用发生矛盾时，一般由定位能力强 的（排在前面的）定位基决定新基进入环
COOH
Cl
AAA
（2）两个定位基不是同一类
两类不同的定位基定位作用发生矛盾时，一般由邻、对位 定位基决定新基团进入环上的位置。
AAA
三、定位规律的应用
1.预测反应的主产物 例1：写出下列化合物发生硝化反应时的主要产物。 （1） OCH3 （2） NO2 （3） CH3
SO3H
AAA
练习：下列化合物进行硝化时，硝基将主要进入苯环的什 么位置？试用箭头标出。
COOH
CH3
OCH3
Cl
Br
NO2
COCH3
Br
CH3
NO2
SO3H
CH3 （少）
NHCOCH3 （少）
NO2
COOH
苯环上的取代反应是离子型反应。由于苯环上电子云密 度较大，与苯环发生取代反应的试剂都是亲电试剂，因 此苯环上的取代反应是亲电取代反应。
AAA
亲电取代反应分成三步进行： 1. 试剂在催化剂的作用下离解成亲电性的正离子（用E＋表示）
苯环上亲电取代反应的定位规律
苯环上亲电取代反应的定位规律苯环上亲电取代反应的定位规律基本概念：定位基：在进行亲电取代反应时，苯环上原有取代基，不仅影响着苯环的取代反应活性，同时决定着第二个取代基进入苯环的位置，即决定取代反应的位置。
原有取代基称做定位基。
一、两类定位基在一元取代苯的亲电取代反应中，新进入的取代基可以取代定位基的邻、间、对位上的氢原子，生成三种异构体。
如果定位基没有影响，生成的产物是三种异构体的混合物，其中邻位取代物40%（2/5）、间位取代物40%（2/5）和对位取代物20%（1/5）。
实际上只有一种或二种主要产物。
例如各种一元取代苯进行硝化反应，得到下表所示的结果：1．第一类定位基对苯环的影响及其定位效应以甲基、氨基和卤素原子为例说明。
甲基在甲苯中，甲基的碳为sp3杂化，苯环碳为sp2杂化，sp2杂化碳的电负性比sp3杂化碳的大，因此，甲基表现出供电子的诱导效应（A）。
另外，甲基C—H σ 键的轨道与苯环的π 轨道形成σ—π 超共轭体系（B）。
供电诱导效应和超共轭效应的结果，苯环上电子密度增加，尤其邻、对位增加得更多。
因此，甲苯进行亲电取代反应比苯容易，而且主要发生在邻、对位上。
亲电试剂E+进攻甲基的邻、间、对位置，形成三种σ 络合物中间体，三种σ 络合物碳正离子的稳定性可用共振杂化体表示：进攻邻位：进攻对位：进攻间位：亲电试剂进攻苯生成的σ 络合物的碳正离子也可以用共振杂化体表示：苯环上亲电取代反应的定位规律显然，共振杂化体Ⅰ和Ⅱ比Ⅲ稳定，因为Ⅰc和Ⅱb的正电荷在有供电基的叔碳上，较分散。
而在Ⅲ中，正电荷都分布在仲碳上，不稳定。
所以甲基是邻对位定位基。
共振杂化体Ⅲ比Ⅳ稳定，虽然在Ⅲ和Ⅳ中的共振极限结构式都是正电荷分布在仲碳上，但甲基有供电性，使Ⅲ的正电荷可以分散在环和甲基上，因此，甲基活化了苯环。
从共轭效应和共振论两种观点分析、考察甲苯的亲电取代反应，都得出甲基是第一类定位基、有活化苯环作用的一致结论。
苯环上亲电取代反应的定位规律
解析复杂化合物结构
对于复杂化合物，利用定位规律可以快速准确地解析其苯环结构， 提高解析效率。
验证实验结果
在化学实验中，利用定位规律可以验证实验结果是否正确，确保实 验数据的可靠性。
在反应机理研究中的应用
揭示反应机理
定位规律有助于揭示亲电取代反应的机理，了解 反应过程中电子转移和键合情况。
定位规律的重要性
01
02
03
预测反应结果
了解苯环上亲电取代反应 的定位规律，可以帮助预 测反应结果，指导合成路 径的设计。
提高产物纯度
通过控制反应条件和选择 适当的取代基，可以减少 副反应的发生，提高产物 纯度。
促进化学研究
定位规律是苯环上亲电取 代反应的重要研究内容， 有助于深入了解有机化学 反应的本质和机制。
共轭效应
总结词
共轭效应是指苯环上的π电子参与形成大π键，导致苯环上电子云分布发生变化，从 而影响取代反应的定位规律。
详细描述
当苯环上存在某些取代基时，如乙烯基、乙炔基等，它们可以与苯环形成共轭体 系，使苯环上的电子云分布发生变化。这种变化可以增强苯环对亲电试剂的活性 ，从而影响取代反应的定位。
空间效应
定位规律是亲电取代反应中，苯环上取代基的 定位效应和取代反应的取向之间的规律。
邻对位定位基：通常能增强苯环的电子云密度， 使亲电试剂更容易进攻苯环上的碳原子，如羟基 、氨基、烷氧基等。
对未来研已有取代基对亲电取代反应 的影响机制。
探索新的实验方法和技术，以 更精确地测定苯环上亲电取代 反应的动力学和热力学性质。
指导反应设计
根据定位规律，可以预测反应的可能路径和产物， 为新反应的设计提供理论支持。
苯环上亲电取代反应的定位规律
O 2 + 7O2
V2 O5 , K SO4 2 385℃~390℃
2 O
O + 4CO 2 + 4H2O
取代萘氧化时环破裂的规律： 取代基为邻对位定位基，使所在
环活化，氧化时同环破裂；取代基为间位定位基，使所在环钝化， 氧化时异环破裂。
H2 / Ni 150℃ H2 / Ni 200℃
应用：四氢化萘和十氢化萘是两种良好的高沸点溶剂。
2003年9月27日(15-16到此止) 思考题：P864：8,9
2013-6-30
作业：P866习题1的5的c,d;习题3的4,5
18
2013-6-30
10
（2）萘的性质 物理性质
萘为无色片状晶体，熔点80.2℃，沸点218℃，易升华。萘有特 殊的气味，不溶于水，溶于乙醇、乙醚及苯中。
2013-6-30
11
化学性质 ——概况 与苯相似，但芳香性比苯差，更易发生亲电取代反应。 位电子云密度比位高，亲电取代首先在位。但1与8
萘的离域能
254.98kJ•mol –1，稳定，但比两个单独苯环离域能 的总和（300kJ•mol‐1）小，故芳香性比苯差，比苯活泼。
萘衍生物的命名
与多官能团取代苯的母体优先选择次序相同。 常见官能团的优先次序为： ﹣COOH ， ﹣SO3H ， ﹣COOR ， ﹣COX ， ﹣CONH2 ， ﹣CN ， ﹣CHO，﹣CO﹣R，﹣OH，﹣NH2，﹣C≡C﹣， C=C ，﹣OR， ﹣X，﹣NO2。 排在前面的官能团优先选择为母体，后三个官能团以苯为母体：
原因：电子云密度较高的环，较活泼，易被氧化破裂。
苯环上取代反应的定位规则
苯环上原有的取代基对新导入取代基有影响，这种影响包括反应活性和进入位置两个方面。
通常，苯环上原有的第一取代基称为定位基，从大量实验事实的分析总结中发现，定位基的定位作用遵循一定的规律，这一规律称为苯环上亲电取代反应定位规律（又称定位规则）。
下面分别讨论定位基的类型；定位规则的理论解释；二元取代苯的定位规律；定位规律的应用。
（一）定位基的类型1．邻、对位定位基。
这类定位基的结构特征是定位基中与苯环直接相连的原子不含不饱和键（芳烃基例外），不带正电荷，且多数具有未共用电子对。
常见的邻、对位定位基及其反应活性（相对苯而言）如下：强致活基团：―NH2(―NHR,―NR2),―OH中致活基团：―OCH3(―OR),―NHCOCH3(－NHCOR)弱致活基团：―ph(―Ar),―CH3(－R)弱致钝基团：―F,―Cl,―Br,―I这类定位基多数使亲电取代反应较苯容易进行，但卤素例外。
2．间位定位基。
这类定位基的结构特征是定位基中与苯环直接相连的原子一般都含有不饱和键（－CX3例外）或带正电荷。
常见的间位定位基及其定位效应从强到弱顺序如下：―N+H3，―N+R3，―NO2，―CF3，―CCl3，―CN，―SO3H，―COH，―COR，―CO OH，―COOR，―CONH2等。
这类定位基属致钝基团，通常使苯环上亲电取代反应较苯难进行，且排在越前面的定位基，定位效应越强，反应也越难进行。
（二）定位规则的理论解释苯环上的取代反应是亲电取代反应。
因此，从反应活性的角度分析，凡有助于提高苯环上电子云密度的基团，就能使苯环活化，反应活性提高；反之，凡是使环上电子云密度降低的基团，就能使苯环钝化，反应活性降低。
从反应位置的角度分析，当苯环上没有取代基时，环上六个碳原子的电子云密度是均等的；但当苯环上有取代基时，由于取代基的电子效应沿着苯环共轭体系传递。
在环上出现了出现了电子云密度的疏密交替分布现象。
第二个取代基总是进入苯环上电子云密度相对较大的部位，从而使这些碳原子上的取代物占了多数。
苯环上亲电取代反应的定位规律
E
1.011
快 －H
E
06
－络合物 由 反 应 历 程 看 ， － 络 合 物 越 稳 定， 反应 的活
化能越小，越容易反应。
定位规律的理 论解释
CH 当 亲 电 试 剂 进 攻 甲 苯 时 ， 可 能
3 形 成 三 种 － 络 合 物 ， 即
O
H
E 与 带 部 分 正 电 荷 的 碳
就
较O稳
定
，
可以看出，间位定位基(除带正电荷的－＋NH3外)都是由电负性 较大的原子组成，且含有不饱和键，可以与芳环发生 － 共轭， 使芳环电子云密度降低。
二、定位规律 的理论解释
亲电取代反应的定位规 律可从反应物的电子效 应和 －络合物的稳定 性两方面去解释。
邻、对位取代基对苯环 的影响，以甲苯、苯酚 和氯苯为例。
CH 3
OH
NO2
NO2
OH
NO2COOHFra bibliotekCH 3
NH2
OH
NO2
COCH3
四、空间C效H3 应
空间效应：C又H3称空间阻碍效CH应3或空间位阻效 浓H2S应O。4 是分子中原S有O3基H 团对新引入基团产生的
一种空间阻碍作用。+例如：
室温
32%
SO3H 62%
100度
13%
79%
CH(CH 3)2 Cl
可以看出，这些基团与芳环相连的原子(除R和Ph外)都有未共用电子对，可以芳环 发生P－ 超共轭，使芳环上电子云密度增加。
定位规律
第二类定位基称为间位定位基。它们使新引入基团主要进入定位 基的间位。间位定位基都是吸电子基，使芳环上电子云密度降低， 钝化芳环，亲电取代反应活性小于苯。它们定位能力强弱的次序 为： －＋NH3＞－NO2＞－CN＞－SO3H＞－COOH＞－ CHO＞－COCH3＞－COOCH3＞－CONH2
苯环上亲电取代反应的定位规律
苯环上亲电取代反应的定位规律苯环上亲电取代反应的定位规律基本概念：定位基：在进⾏亲电取代反应时，苯环上原有取代基，不仅影响着苯环的取代反应活性，同时决定着第⼆个取代基进⼊苯环的位置，即决定取代反应的位置。
原有取代基称做定位基。
⼀、两类定位基在⼀元取代苯的亲电取代反应中，新进⼊的取代基可以取代定位基的邻、间、对位上的氢原⼦，⽣成三种异构体。
如果定位基没有影响，⽣成的产物是三种异构体的混合物，其中邻位取代物40%（2/5）、间位取代物40%（2/5）和对位取代物20%（1/5）。
实际上只有⼀种或⼆种主要产物。
例如各种⼀元取代苯进⾏硝化反应，得到下表所⽰的结果：排在苯前⾯的取代硝化产物主要是邻位和对位取代物，除卤苯外，其它取代苯硝化速率都⽐苯快；排在苯后⾯取代硝化产物主要是间位取代物，硝化速率⽐苯慢得多。
归纳⼤量实验结果，根据苯环上的取代基（定位基）在亲电取代反应中的定位作⽤，⼀般分为两类：第⼀类定位基⼜称邻对位定位基：—O-，—N(CH3)2，—NH2，—OH，—OCH3，—NHCOCH3，—OCOCH3，—F，—Cl，—Br，—I，—R，—C6H5等。
第⼆类定位基⼜称间位定位基：—N+(CH3)3，—NO2，—CN，—SO3H，—CHO，—COCH3，—COOH，—COOCH3，—CONH2，—N+H3等。
两类定位基的结构特征：第⼀类定位基和苯环直接相连的原⼦上只有单键，且多数有孤对电⼦或是负离⼦；第⼆类定位基和苯环直接相连的原⼦上有重键，且重键的另⼀端是电负性⼤的元素或带正电荷。
两类定位基中每个取代基的定位能⼒不同，其强度次序近似如上列顺序。
苯环上亲电取代反应的定位规律⼆、定位规律的电⼦理论解释在⼀取代苯中，由于取代基的电⼦效应沿着苯环共轭链传递，在环上出现了电⼦云密度较⼤和较⼩的交替分布现象，因⽽环上各位置进⾏亲电取代反应的难易程度不同，出现两种定位作⽤。
也可以从⼀取代苯进⾏亲电取代反应⽣成的中间体σ络合物的相对稳定性的⾓度进⾏考察，当亲电试剂E +进攻⼀取代时，⽣成三苯σ络合物：Z 不同，⽣成的三种σ络合物碳正离⼦的稳定性不同，出现了两种定位作⽤。
4.5 苯环上亲电取代反应定位规则解析
取代苯硝化时相对速率与异构体分布
R
HNO3 H2SO4
R
R
NO2
NO2
R NO2
R=
—H
—OCH3 —NHCOCH3 —CH3 —C(CH3) 3 —CH2Cl —CL
NO2
SO3H
主要产物
8-硝基-2-萘磺酸
NO2 NO2
13%
SO3H
NO2
次要产物
4.6.2.3 加成反应
Na, 液NH3, C2H5OH
H2,Pd—C, 高温高压 or Na— Hg, C2H5OH
1,2,3,4-四氢化萘
磺化及烷基化、酰基化通常发生在β-位
CH3 96%H2SO4
90-100 0CHO3S
CH3
80%
6-甲基-2-萘磺酸
O CH3
AlCl3
O PhNO2
H3C
O
COCH2CH2COOH
60-70%
4-[2-(6-甲基萘基)]-4-氧代丁酸
4.6.2.2 萘的二元取代
原取代基为致活基:亲电试剂进同环α-位,
CH3 R
CH3
53.8
45 37.5 0
R
28.8 25 32.7 93
CH3
R
17.3 30 29.8 7
Cl E+
氯化(Cl) 硝 化(NO2) 溴 化(Br) 磺 化(SO3H)
Cl
Cl
E
E
39
55
30
70
苯及苯环上的亲电取代反应
FeBr3
慢
Br
Br
Br
H
FeBr3
Br
Br + Br
H Br
FeBr3
H Br
H
Br
H
Br
Br
FeBr3
Br
Br H + FeBr3
注 意：
① 卤代通常用Cl2、Br2
氟代太剧烈，反应难于控制
② 中间体碳正离子(苯鎓离子)远不及苯环
稳定,生成碳正离子(苯鎓离子) 是决速步骤
③ 卤代要加催化剂，催化剂也可用Fe
第三类定位基
从取代基结构上看，邻对位定位基与苯环直接相连的原子上都 只有单键（Ph-除外）并且含有孤对电子（-R除外），间位定 位基与苯环直接相连的原子上有双键或正电荷（-CF3除外）。
以苯为比较标准，能使芳环亲电取代反应活性提高的取代 基，被称为活化基团；而使芳环亲电取代反应活性降低的 取代基，称为钝化基团。
H3C
CH3 均三甲苯 1,3,5-三 甲 苯
d.苯环上被其他官能团取代
OH
CHO
NH2
COOH
NO2
苯酚
苯甲醛
苯胺
苯甲酸
硝基苯
NO
F
Cl
Br
SO3H
亚硝基苯
氟代苯
氯代苯
溴代苯
苯磺酸
苯分子结构
H H H H H H
苯分子结构特征
● 苯分子结构为正六边形
键角均为1200
● 单双键完全平均化
● 电子云均匀分布于整个苯环上下方
+
C H3C H2C O C l
AlCl 3
Zn - Hg HCl
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HNO3 , H2SO4 30℃ ~60℃
NO2
•磺化 低温（80℃）与浓硫酸生成﹣萘磺酸；高温（165℃）
生成﹣萘磺酸。 ﹣萘磺酸与硫酸共热，也转变为﹣萘磺酸。
+ H 2SO4
80℃ 165℃
SO3H (>95 %)
SO3H (>85 %)
原因：磺酸基体积大，与8位氢原子间距小于其范德华半径之和
•分子式：C10H8；由两个苯环共用两个碳原子并联而成。
•结构：
0.142 0.136
0.1390.140
（ 单 位n:m）
8α 7β
6β 5α
1α 2β
3β 4α
——两个苯环共平面；C—C键长介于C—C单键和C = C双键之间 (碳碳单键154pm长，双键134pm长)；C—C键键长并不完全相同；
，故﹣萘磺酸稳定性小于﹣萘磺酸。
空间作用大（不稳定） H SO3H
空间作用小（稳定） H
SO3H
H
﹣萘磺酸动力学，﹣萘磺酸热力学控制。﹣萘磺酸是重要的
有机合成中间体，可转化为﹣萘酚、 2020/3/11
﹣萘胺等(合成偶氮染料13的
中间体)。
•酰基化(傅﹣克反应)
——概况 萘的酰基化反应产物与温度和溶剂的极性有关。低温和
NO2 还原
氧化
NO2 COOH COOH
2020/3/11
17
（c）还原反应
用金属钠在液氨和乙醇的混合液中还原生成1,4﹣二氢萘。产物中 的一个孤立双键不被还原。
Na , C2H5OH NH3 (液 )
催 化 加 氢 时 ， 可 生 成 1,2,3,4 四 氢 化 萘 （ 又 称 萘 满 ） 或 十 氢 化 萘 （又称萘烷）。
‐CN, ‐SO3H, ‐CHO, ‐COR，‐COOH, ‐CONH2
2020/3/11
2
（1）第一类定位基—邻对位定位基
——使新引入的取代基主要进入它的邻、对位（邻位和对位异构 体之和大于60%）；
——除卤素、氯甲基外，一般使苯环活化。这类定位基与苯环直 接相连接的碳原子上，一般只具有单键(有未共用电子对)或带负电 荷。
2020/3/11
NHCOCH 3 COOH
CH3 NO2
CHO
OH
7
•补充：定位规则在有机合成中的应用
苯环上取代反应的定位规则不仅可用于解释某些现象，而且 可用于指导多官能团取代苯的合成。 例：由苯合成间硝基对氯苯磺酸
Cl
NO2
SO3H
——反应的第一步不能是硝化或磺化。因为硝基和磺基皆为间位定 位基故只能氯化。
——苯环上有邻对位定位基时，生成的邻位和对位产物之比与苯 环上定位基和引入基团的体积有关：两种基团体积越大，空间位阻 越大，邻位产物越少。
——示例：甲基苯硝化，邻位产物占58.5%；叔丁苯硝化，邻位 产物占15.8%；叔丁苯磺化，几乎生成100%的对位产物。
——温度和催化剂
•烷基苯磺化，升高反应温度利于提高对位取代Fra bibliotek的比例；H
HCH
δ-
δ-
δ
甲苯20的20/电3/1子1 效应
..
HO
-
δ-
δ
δ-
苯酚的电子效应
O NO
δ-
δ-
硝基苯的电子效应4
——甲基 邻、对位电子密度高于间位，亲电试剂E+首先进攻邻、
对位，甲基是邻对位定位基。甲基具有+I和供电子的超共轭效应+C ， 使甲苯中苯环电子密度增大，亲电取代反应比苯容易
——羟基 +C大于‐I，净结果是苯酚中电子密度比苯大。亲电
15.3.5 苯环上亲电取代反应的定位规律
1． 两类定位基
•问题的提出——定位效应
——一元取代苯再亲电取代，新的取代基可进入原取代基（定位 基）的邻、间、对位，生成三种异构体。若定位基对取代反应进攻 位置无影响，则邻、间位异构体应各占40%，对位应占20%。
——(1)甲苯硝化时，NO2+主要进攻甲基的邻、对位，且比苯容易； (2)硝基苯再硝化时，NO2+主要进攻硝基的间位，且比苯困难。
——1,4,5,8 位 等 同 ， 称 位 ， 其 取 代 物 称 取 代 物 (1- 取 代 物 ) ；
2,3,6,7位等同，称位，其取代物称取代物(2-取代物) 。
2020/3/11
9
•与苯相似，萘的每个碳原子各以三个键分别与其他三个原子相连；
每个碳原子的p轨道的对称轴都垂直键所在平面并相互交盖形成一 个闭合的共轭系统。
2020/3/11
10
（2）萘的性质
•物理性质
萘为无色片状晶体，熔点80.2℃，沸点218℃，易升华。萘有特 殊的气味，不溶于水，溶于乙醇、乙醚及苯中。
2020/3/11
11
•化学性质
——概况
•与苯相似，但芳香性比苯差，更易发生亲电取代反应。
•位电子云密度比位高，亲电取代首先在位。但1与8
1
邻对位定位基 (第一类)
间位定位基 (第二类)
强烈活化:
‐O‐,‐NR2,‐NHR,‐NH2,‐OH
中等活性:
‐OR,‐NHCOR,‐OCOR
较弱活化：
‐Ph,‐R
较弱钝化：
‐F, ‐Cl, ‐Br, ‐I, ‐CH2Cl
强烈钝化：
‐+NR3 ，‐+NH3 ，‐NO2，‐CF3 ， ‐CCl3
中等钝化：
（2）第二类定位基—间位定位基
—— 使 新 引 入 的 取 代 基 主 要 进 入 它 的 间 位 （ 间 位 异 构 体 大 于 40%）；
——使苯环钝化。这类定位基与苯环相连接的碳原子上一般具有 重键(电负性较大)或带正电荷。
2020/3/11
3
2. 定位规律的理论解释
（1）定位基的电子效应 I效应与C效应共同作用的结果。
•溴苯氯化，分别用氯化铝和氯化铁作催化剂，所得异构体分
别是对位较多和邻位较多。
3. 二元取代苯的定位规律
苯环上已有两个取代基时，第三个取代基进入苯环的位置，取决 于原来两个取代基的定位效应。
2020/3/11
6
（1）原有两个定位基对第三个取代基定位作用一致时，由定位规
律决定：
CH3
NO2
CH3
空间阻碍大 (很少进入)
或4与5位相距很近，有大的取代基（如磺酸基）时在位较稳定。
（a） 亲电取代反应
•卤化 萘易与卤素（氯和溴）发生取代，生成﹣卤代萘——
工业上生产﹣氯萘的方法。用途：高沸点溶剂(沸点259℃)和增
塑剂
FeCl3 , C2l
△
Br2 , CC4l 回流
Br Cl
2020/3/11
12
•硝化 萘与混酸在室温下反应即可生成﹣硝基萘。
非极性溶剂（CS2）中主要生成﹣取代产物，较高温度及极性溶剂 中（硝基苯）主要得到﹣取代物。
——原因 酰氯、氯化铝及硝基苯形成的配合物体积较大，使之不
易进攻位。
+ CH 3COCl
AlCl3 -15℃ , CS2
AlCl3 15℃ , 硝基苯
COCH 3 +
(75 %)
COCH 3 (90 %)
•萘的离域能 254.98kJ•mol –1，稳定，但比两个单独苯环离域能
的总和（300kJ•mol‐1）小，故芳香性比苯差，比苯活泼。
•萘衍生物的命名
与多官能团取代苯的母体优先选择次序相同。
常见官能团的优先次序为：
﹣COOH ， ﹣SO3H ， ﹣COOR ， ﹣COX ， ﹣CONH2 ， ﹣CN ， ﹣CHO，﹣CO﹣R，﹣OH，﹣NH2，﹣C≡C﹣， C=C ，﹣OR， ﹣X，﹣NO2。 排在前面的官能团优先选择为母体，后三个官能团以苯为母体：
2020/3/11
15
（b）氧化反应
•萘比苯容易氧化，低温下用CrO3氧化，生成1,4﹣萘酮醌，但产
率较低。
O
CrO3 , CH3COOH 10℃~15℃
（20%）
O
2020/3/11
16
•强烈条件下氧化，萘分子中一个苯环破裂，生成邻苯二甲酸酐，
俗称苯酐。这是工业上生产苯酐的一种方法，也是萘的主要用途。( 下式为9O2)(与顺丁烯二酸酐比较 )
COCH 3 (25 %)
2020/3/11
14
•烷基化(傅﹣克反应)
——概况 萘较活泼，烷基化易形成多烷基萘。且反应过程中萘
环易破裂，故产率较低。
——应用 在萘的位引入羧甲基有实用价值。由此可在FeCl3和
KCl催化下于200~218℃生产-萘乙酸(植物生长激素，对人体无害)
C10H8+ClCH2COOHC10H7CH2COOH
O
2
+ 7O2
V2O5 , K2SO4 385℃~390℃
2
O + 4CO2 + 4H2O
O
•取代萘氧化时环破裂的规律： 取代基为邻对位定位基，使所在
环活化，氧化时同环破裂；取代基为间位定位基，使所在环钝化， 氧化时异环破裂。
原因：电子云密度较高的环，较活泼，易被氧化破裂。
COOH COOH
NH2 氧化
SO3H
C2H5
CH3
CH3
NO2
（2）两个定位基属同一类，但对第三个取代基定位作用不一致，
主要由强定位基决定；若定位效应相近，可得混合物：
OCH 3
COOH
NH2 CH3
CH3 Cl
（3）两个CH定3 位基不属同NO一2 类，对第三个取代基定位作用不一致，
第三个取代基进入苯环的位置主要由第一类定位基定位：
H2 / Ni