第8章芳香亲电和亲核取代反应

SO3H H2O/H+
+ H2SO4
OH
OH
H2SO4 HO3S
Br2
HO3S
OH Br
SO3H
OH
H2O
Br
SO3H
15
例：
NH2
NH2
存在问题：
(1)苯胺易被硝酸氧化
(2)苯环钝化，反应难，
生成少量间位产物
NO2
•直接硝化
NH2
HNO3 H2SO4
NH3
•保护氨基
NH2
O
Cl C CH3
Et3N（碱）
Br
Br
31
例 4：
CH3
•直接溴代得邻、对位产物 •考虑氨基的定位及去氨基化
C H 3
C H 3
B r
B r
N H 2
CH3 Br
C H 3 N H C O C H 3
C H 3
32
•合成路线
CH3 HNO3
CH3 Fe
H2SO4
HCl NO2
除去邻位产物
Br2 Fe
CH3
CH3 H2O / H+
10
Friedel-Crafts酰基化反应在合成中的应用
• 制备芳香酮
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 间接制备烷基苯
O
RCC l A r H
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
X + Y-
慢
X快
Y
Y + X-
O2N
OEt
NO2 + MeO-
NO2
MeO OEt
O2N
NO2
NO2
Meisenheimer 络合物 红色晶体
36
含硝基芳香卤代物的取代
X
NaOH
H+
135~160oC
NO2
X
NO2 Na2CO3
H+
100oC NO2
X
O 2N
NO2
H 2O
H+
OH
NO2 OH
A r +N 2 +X
H 2O
－ H
A r O H 2
A r O H
➢ 合成上应用——制备酚类化合物
• 产率不高（用 ArN2 SO4H 较好） • 有偶联副反应（酸性不够时易发生）
R
A r N 2X+A r O H
A r NN
O H
20
重氮盐水解成酚时只能用硫酸盐，不用盐酸盐，因盐酸盐水解易发生副反应
NHCOCH3
(1) Br2 (2) OH-,H2O
NH2 Br NaNO2,H2SO4 0~5℃
CH3
CH3
Br N2HSO4
Br
CH3
Br H3PO2 H2O,130℃
CH3
34
NH2
N aN O 2,H C l
NO2 NH2
N aN O 2,H B r
Cl NO2
NH2 N aN O 2,H C l
CuCN/KCN Ar CN
机理（自由基机理）
Ar N2X + CuCl + Cl
Ar + N2 + CuCl2
CuCl2 Ar Cl + CuCl
24
重氮盐的取代反应在合成中的应用
重氮盐反应小结
(i) 取代 • 水解成酚
Sandemeyer反应引入Cl、Br Schiemann 反应引入 F 与 NaI反应引入I
1°重氮化反应必须在低温下进行（温度高重氮盐易分解）。 2°亚硝酸不能过量（亚硝酸有氧化性，不利于重氮盐的稳定）。 3°重氮化反应必须保持强酸性条件（弱酸条件下易发生副反应）。
18
重氮盐的反应类型
• 取代（主要反应） • 偶联 • 还原
放氮 保留氮
1. 放出氮的反应（重氮盐的取代反应）
Ar OH Ar H
X OH
X OH
N OO
消除 -X
快
N OO
OH NaOH
ONa
NO2
NO2
38
硝基芳香卤代烃的亲核取代举例
OCH3 NO2
NO2
NaOCH3
Cl NO2
NaSH
NHNH2 NO2
NO2
NO2 NH2NH2
NH2CH3
SH NO2
NO2
NHCH3 NO2
NO2
39
Smiles Rearrangement
NO2 Y
Z
base
NO2 Z
Y
O2 NO2
S
HO-
OH
SO2
O NO2
40
8.2.3 消除-加成历程（苯炔历程）
CH3 KNH2
Cl
CH3 +
NH2
CH3 NH2
KNH2 O Cl Ph
O Ph
41
苯炔的其它生成途径
NH2 COOH
N2 COOH
N 2C l
CuCl
NO2 N 2B r
CuBr
Cl
NO2 N 2C l CuCN
Cl
NO 2 Br
Cl NO2
CN
CH3 Br N aN O 2,H C l
NH2
CH3 Br
CuCN
KCN
N2Cl
CH3 Br
H +/H 2O
CH3 Br
CN
C O O H 35
8.2.2 加成-消除历程 (SNAr2历程）
Ar N2 X
Ar X Ar CN
19
重氮盐的水解（取代成酚）- 被OH（羟基）取代
A r N 2X
H 2O/H
A r O H+ N 2
N 2 N H O 2 a + 2 S N O 4HN 2 S 4 H O H 2 O
0 _ 5 ℃
H
制备重氮盐 的副反应 OH
+2 2 N S + 4O
机理 A r N 2X
A r O H
环上不能含有卤素 和硝基等基团
Br
1.NaOH/ 300oC
H3C
SO3H 2.H+
Br
H3C
OH
Br2
H3C
OH?
26
➢ 通过重氮盐制备酚
•分析 Br H3C
OH
Br H3C
N2 SO4H
Br H3C
NO2
H3C
NO2
Br H3C
NH2
H3C
•合成路线
H3C
HNO3
Br2
H3C H2SO4
O + Cl
O AlCl3
+ (CH3CO)2O AlCl3
COCH3 + CH3COOH
9
反应机理 • 酰氯为酰基化试剂
O
[AlCl4]
R C Cl ＋ AlCl3
RC O
RC O 贡献大
RC O H
CO R
O AlCl3 H2O C
R
酰基正离子
－H+
O C
R
O
C
AlCl3
R
酮与AlCl3络合， 消耗1eqv. AlCl3
间三溴苯
B r2 Fe
B r B r2 Fe
•分析：考虑定位基团及应用去氨基化
B r
B r
B r
+
B r
Br
Br
Br
Br
Br
Br
NH2
NH2
30
•合成路线
HNO3
Fe
H2SO4
HCl
NH2
Br2（过量）
H2O
Br
Br
Br NH2
Br NaNO2 / HCl
0-5oC
Br
Br
N2 Cl
H3PO2
Br
CH2CH3
+ CH3CH2CH2Br
AlCl3 0 oC
CH(CH3)2 +
CH2CH2CH3
65 ~ 85%
15 ~ 35%
CH3
CH3
2
AlCl3
+ CH3
+ CHCl3 AlCl3 Ph3CH + HCl
特点：易生成多烷基取代产物，长链碳正离子易重排。
8
2、傅-克（Friedel-Crafts）酰基化反应
CH3 CH3COCl AlCl3
C(CH3)3
C6H6 AlCl3
CH3
COCH3 +
C(CH3)3
CH3 COCH3
C(CH3)3
13
OH
(CH3)3CCl AlCl3
OH
OH
HNO3 O2N
NO2
C(CH3)3
C(CH3)3
C6H6 AlCl3
O2N
OH NO2 +
C(CH3)3
14
2、脱磺酸的反应 磺化反应是可逆反应，利用该反应，可以提高反应的选择性。
O NH C CH3
HNO3
H2SO4
优点：(1)氨基保护后不易被氧化 (2)N的碱性减弱，不与H+反应 (3)保护后为弱致活基，反应易控制
HNO3
NH3
H2SO4
NO2
O NH C
CH3 H2O
NH2
H+ or OH
NO2 主要产物
+ O
NH C CH3 NO2
少量（分离除去）
NO2 16
8.2 亲核取代反应
• 卤代成卤代芳烃
• 转变为芳香腈（ Sandemeyer反应）
• 转变为芳烃（去氨基化）
(ii) 与酚或胺类偶联：成偶氮芳烃
H3PO2 法 HOC2H5 法
(iii) 还原：成芳基肼
25
合成上应用举例
例 1：
H 3C
B r H 3C
O H
➢磺酸碱熔法制备酚
N aO H H + A rS O 3H 300o C
D + AlCl3
H + AlCl3
3
8.1.2 结构与反应活性
表现为吸电子诱导效应和给电子共轭效应的定位基（+C、-I） 1、OR、OH、NH2、NR2、OCOR、NHCOR等 +C > -I
进攻邻位
OH H E
OH H E
OH H E
进攻对位 进攻间位
OH
OH
OH
OH
HE OH
E H
HE OH
NO2 Fe
除去邻位产物
Br H3C
Fe NO2 HBr
Br H3C
NaNO2 NH2
H2SO4
Br H3C
H2O/H Br
N2 SO4H
H3C
OH
27
例 2:
H 3 C
H 3 C C O O H
•分析 H3C
CO O H
H3C
重氮盐法
CN
H3C
N2 X
H3C
NH2
H3C
NO 2
H3C
或
H 3 C
Br NHCOCH3
H3PO2
CH3
Br
Br
N2 Cl
CH3 NH2
Ac2O Et3N
CH3 NHCOCH3
CH3
Br NH2
NaNO2 / HCl 0-5oC
33
NH2
NH2
N2HSO4
Br
Br Br
Br
Br
Br
Br2/H2O
NaNO2
C2H5OH
H2SO4
NH2 (CH3CO)2O
CH3
Br
Br
CMe3 H2SO4
CMe3
Br H2SO4
SO3H Br
SO3H
6
2、螯合效应 当环上的取代基与亲电试剂发生配合时，通常发生邻位取代。
O + O2N O NO2
O H NO2
O NO2
NO3
O NO2
7
8.1.4 碳作为亲电试剂
1、傅-克（Friedel-Crafts）烷基化反应
+ CH3CH2Br AlCl3
NH2
NaNO2,H2SO4
Br
N2HSO4
H2O
Br
OH Br
HNO3+H2SO4
OH
NO2
NH4HS
NO2
NH2
NaNO2,H2SO4
NO2
H2O
NO2
N2HSO4 NO2
21
重氮盐去氨基化反应（被 H 取代）
➢ 方法 1
A r N 2 X+H 3 P O 2
A r H
次磷酸 或KOH / HCHO溶液
HE OH
HE
E
E
H
H
OH H E
4
2、F、Cl、Br、I等 +C < -I
进攻邻位
Cl H E
Cl H E
Cl H E
进攻对位 进攻间位
Cl
HE Cl E H
Cl
Cl
Cl
HE Cl
HE Cl
HE
E
E
H
H
Cl H E
5
8.1.3 邻位和对位定向比
1、空间效应 亲电试剂和苯环上原有取代基的体积越大，对位异构体的量越多。
N 2 C l + K I
I + N 2 + K C l
机理（离子型反应）
Ar N2X
Ar + N2 + X I
Ar I 此反应是将碘原子引进苯环的好方法，但此法不能用来引进氯原子或溴原子。
23
Sandmeyer反应 （ 重氮盐被Cl 、 Br 或 CN 取代）
Ar N2X
CuCl或CuBr
Ar X (X=Cl,Br)
RX A lC l3
RX
R
R
A lC l3
比第一步快
R R ＋ R
11
3、氯甲基化反应
+ CH2O
ZnCl2 HCl
CH2Cl
CH2O + H+
CH2OH
CH2OH
- H+
ZnCl2
HCl
CH2Cl
H CH2OH
12
8.1.5 氢作为亲电试剂
1、脱烷基的反应
CH3 (CH3)3CCl AlCl3
第8章 芳香亲电和 亲核取代反应
8.1 亲电取代反应
8.1.1 亲电取代反应历程
X +E
X
X
慢
E
π络合物
HE
σ络合物
X +H
E
2
加成-消除历程
CF3 + NO2F + BF3
CF3
> -50 oC
BF4 H NO2
CF3 + HF + BF3
NO2
- H+
AlCl3 DCl
AlCl4-
- D+
HD
NO2
➢邻或对位硝 基可促进取代 进行
NO2
OH
O 2N
NO2
➢硝基数目多， 取代更加容易
NO2
NO2
37
取代反应的机理 —— 加成－消除机理
X OH 加成
慢 NO2
X OH
N OO
实验证据：
i. 动力学证据：双分子反应 ii. NO2在间位时反应难发生 iii. X 为 Cl, Br, I 时反应的速率接近 iv. X = F 时反应速率较快 v. 邻对位硝基增加，反应更加容易
格氏试剂法 C O O H H 3 C
M g X +C O 2
28
•合成路线(重氮盐法)
H3C
HNO3 H2SO4
H3C
Fe NO2 HCl
除去邻位产物
H3C
NaNO2,HCl 0-5oC
H3C
N2Cl
CuCN
H3C
H2O / H+
H3C
COOH
NH2 CN
29
Br
例 3：
Br
Br
•直接溴代，得不到目标产物
➢方法 2
A r N 2 X +H O C H 2 C H 3
A r H
副反应——生成芳基醚
A rN 2 － N 2 A r
H O C 2 H 5
- H A rO C 2 H 5
A rO C 2 H 5
H
22
重氮盐 - 被 卤原子、氰基-CN取代
重氮盐碘代
A rN 2 X + N a I A rI +N 2
8.2.1 SNAr1历程
NN
慢
OH2
OH
H2O
- H+
快
溶剂的极性对反应速率的影响很小。
17
重氮盐(Diazonium salts)及其反应
重氮盐的制备和稳定性
N aN O 2 / H C l A r N H 2 05oC
A r N 2C l 重氮盐
伯芳胺
现制现用 • 温度升高易水解成酚 • 干燥时以爆炸