44苯环上取代基的定位规律

-N(CH3 )3 、-NO2 、-CN、-SO3H、-CHO、-COCH3 、-COOH、-COOCH3 、-CONH2 等。
定位效应大致依次减弱
+
此类定位基的特点是： （1） 定位基与苯环直接相连的原子有不饱和键 （-CCl3 例外）或带有正电荷； （2）是吸电子基，能使苯环上的电子云密度降低，不利于 亲电取代反应，即它有钝化苯环的作用，所以称为钝化基。 定位规律能判断苯环取代反应的主要产物，但要注意： （1）定位基的定位效 应是指它们使新导入的基团主要进入苯环上的某个位置，而不是只进入这个位 置； （2）同一个一元取代苯在不同反应中，得到的二元取代产物异构体的比例不 同； （3）同一个一元取代苯，进行同样的取代反应，当反应条件不同时，二元取 代产物异构体的比例也不同， 但只要是苯环的亲电取代反应， 一般不会改变原有 取代基的定位效应。以上几点可由表 4.3 说明：
CH3
HNO3 H2SO4
CH3 NO2 NO2
Na2Cr2O7 H2SO4
COOH NO2 NO2
NO2
例 2.由苯合成间硝基对氯苯磺酸。 反应的第一步应该是卤化，因为氯是邻、对位定位基；反应的第二步应该是 磺化，因为氯苯在较高温度磺化时，主要产物是对位为主，如氯苯在 100℃时磺 化，几乎都生成对氯苯磺酸。如果先硝化，将得到邻硝基氯苯和对硝基氯苯两种 产物，故应采取先磺化后硝化。
z
δ+
+ δ H + δ
z δ+
δ+
z
+
+ (Ⅰ)
E
+ E H
δ+
δ
+
δ+

δ+
H E
(Ⅱ）
E+进攻对位形成的 σ 配合物
(Ⅲ）
E+进攻间位形成的 σ 配合物
E+进攻邻位形成的 σ 配合物
(Ⅰ)式和（Ⅱ）式中 Z 与带部分正电荷的碳原子直接相连， 由于 Z 的吸电子效
应使 σ 配合物正电荷更加集中，故能量较高，较不稳定，较难形成。而（Ⅲ）式 中的 Z 没有与带正电荷的碳原子相连，σ 配合物的正电荷集中较少，能量较低， 比较稳定，较易形成。所以，亲电取代反应主要是在间位上进行。 4.4.3 二元取代苯的定位规则 Locating Rule of Disubstitutive Benzene 如果苯环上已有两个取代基存在时，第三个取代基进入的位置，由原来两 个取代基的位置和定位效能的大小来决定。一般有下列情况： (1) 两个取代基的定位效应一致时，第三个取代基进入的位置（用箭头表 示）按定位规律定位。例如：
的效应来看，卤代苯中的-X 仍是一个邻、对位定位基，但它的亲电取代反应速 度比苯小。 (2)间位定位基的定位效应。间位定位基是吸电子的取代基，通过吸电子的 诱导效应，使苯环上的电子云密度降低，所以苯环钝化。而电子云稀密交替分布 的结果使间位的电子云密度较大，故亲电取代主要在间位上进行。例如： 硝基苯。由于组成硝基的氮和氧的电负性比较大，所以硝基是吸电子基，它 对苯环的诱导效应使苯环上的电子云密度降低，同时硝基氮氧双键中的 π 键， 又可与苯环的大 π 键形成 π-π 共轭体系，共轭效应的结果，也使苯环上的电 子云密度降低。
δδδ..
O-H
苯酚。羟基是一个较强的邻、对位定位基。羟基对苯环有两方面的影响：第 一，羟基氧的电负性较大，产生吸电子的诱导效应，使苯环上电子云密度降低； 第二， 羟基氧上的孤电子对与苯环大 π 键形成 P-π 共轭体系， 共轭效应的结果 使苯环上电子云密度增大。已有实验证明，在这两个相反的效应中，共轭效应占 优势， 总的结果是使苯环上电子云密度增大， 而且邻位和对位上的电子云密度增 加更多些，所以苯环活化，主要产生邻、对位取代物。 氨基和卤素对苯环的影响与羟基很相似。 不过卤原子的情况比较特殊， 一方 面通过 p-π 共轭效应，使卤原子的邻、对位上电子密度较大，但另一方面，又 由于卤素的电负性较大，会使环上的电子云密度降低，所以它又是致钝基。从总
OH CH3 NH2 NO2 COOH CH3 Cl CH3
主要产物
主要产物
主要产物
混合物
②两个取代基属于不同类型时，第三个取代基进入苯环的位置由邻、对位 定位基决定。例如：
OH COOH OH SO3H CH3 NO2
4.4.4 定位规律的应用 Application of Locating Regularity 定位规律不仅可以用来解释某些实验事实，而且可以预测在苯环上引入新 取代基的位置，从而选择适当的合成路线，指导多元取代苯的合成。 例 1.由对硝基甲苯合成 2，4-二硝基苯甲酸。
+ （如 Br + 、 NO2 、CH3-C=O ）向 +
Y 进攻时，可能生成以下三种 σ 配合物（碳
Y
正离子中间体） ：
Y + δ
δ+
H E
δ+
δ+ δ
+
Y
δ+
+ (Ⅰ)
+ E H
+
+ δ
H
δ+
+ E δ
(Ⅱ）
E 进攻对位形成的 σ 配合物
+ +
(Ⅲ）
E 进攻间位形成的 σ 配合
E 进攻邻位形成的 σ 配合物 物
4.4 苯环上取代基的定位规律 Locating Regularity of Substituent on Benzene 4.4.1 一 元 取 代 苯 的 定 位 规 律 和 定 位 基 的 分 类 Locating Regularity of Monosubstitutive Benzene and Classification of Locating Groups 苯环上连有一个取代基的称为一元取代苯。 当一元取代苯再进行亲电取代反 应，新引进的取代基可以进入原取代基的邻位、间位或对位，生成二元取代苯的 三种异构体。
H CH3 H C H
δ-
δ-
δ-
δ-
δ诱导效应
δ超共轭效应
甲苯。 甲苯分子中的甲基在苯环上产生斥电子的诱导效应， 使苯环上电子云 密度增大。 同时， 甲基的 C-H 键的 σ 电子和苯环大 π 键形成了 σ-π 共轭体系。 这个 σ-π 共轭效应（或称超共轭效应）也使苯环活化。诱导效应和超共轭效应 都使苯环上电子云密度增大，而且甲基的邻、对位增加较多，所以甲苯比苯容易 发生亲电取代反应，主要为邻、对位取代物。
常见的定位基可分为两类： 第一类为邻、对位定位基。支配新的取代基主要进入其邻位和对位（邻、对 位产物的总和大于 60%） ，属于这类定位基的主要有： −O 、−N(CH3)2 、−NH2、−OH、−OCH3、−NHCOCH3、−CH3 、−X等。
定位效应大致依次减弱
..
..
..
..
..
..
此类定位基的特点是： （1）定位基与苯环直接相连的原子上，一般只具有单 键，有的带负电荷(CH2=CH- 例如)或具有孤电子对； （2）一般是斥电子基（卤 原子除外） ，能使苯环上电子云密度增大，有利于亲电取代反应，即它有活化苯 环的作用，所以称为活化基。 第二类为间位定位基。 支配新的取代基主要进入它的间位 （间位取代产物大 于 40%） ，属于这一类定位基的主要有：
Cl + Cl2 FeCl3 △ SO3H
问题讨论 4.6 试以苯为原料合成间硝基氯苯。
H2SO4
Cl
HNO3 H2SO4
Cl NO2 SO3H
科苑拾贝
苯------隐藏在家中的“敌人”
苯，被世界卫生组织定为致癌物质。苯在工业上使用广泛，主要用于合成某些化工原料如苯乙烯 （多聚苯乙烯塑料和合成橡胶） 、酚（酚类树脂） 、环己烷（尼龙） 、苯胺、烷基苯（去污剂） 、氯苯及 某些药品、染料、杀虫剂和塑料产品。苯是一种优良的有机溶剂。近一个世纪以来，人们逐渐认识到 接触苯与骨髓及其他造血器官中毒有关，导致贫血，白细胞减少。上世纪 70 年代以来，许多流行病 学资料都表明接触苯与白血病的发生有明显相关关系。因此，苯作为溶剂已经被取消。 然而，根据法国全国工业环境和危险研究所的一项研究，苯的污染在各处都是室内高于室外，苯 对室内的污染比室外的污染更为严重，它会增加人们患癌症的危险。尽管如此，苯作为极不欢迎的副 产品大量存在于墙面、地面、家具涂层及某些地板蜡、预处理地板等物品中。卧室是住房中苯最偏爱 的地方。厨房可能兼有其他各种以一氧化碳或一氧化氮为主要成份的污染。有专家认为，室内苯的浓 度平均比室外高出三、四倍。据统计，室内每立方米空气中含有 25－30mg 的苯，而室外则只有 5－ 6mg，但是，这些浓度都已超标。欧盟主张将室内的苯浓度限制在每立方米空气 2.5mg。为了降低苯 的危害，我们必须努力寻找苯溶剂的替代品。
NO2 + O N=O
δ
δ+ δ-
+
δ
δ+ δ-
δ δ
+
δ δ+
诱导效应
共轭效应
所以在硝基苯分子中， 诱导效应和共轭效应使电子云偏移方向一致， 其结果 都是使苯环上的电子云密度降低，尤其是硝基的邻位和对位降低更甚，稀、密交 替分布的结果是间位上的电子云密度稍大些。 因此苯环钝化， 比苯更难产生亲电 取代，而且亲电取代主要在间位上进行。 近代研究表明， 通过亲电取代反应历程能更好地理解定位规律。 由反应历程 知道，决定苯环上的亲电取代速率的步骤是形成 σ 配合物。因此，只要分析 σ 配合物的能量状态或稳定性，同样可以理解定位规律。 若苯环上连有邻、对位定位基-Y（如-NH2、-OH、-CH3 等）时，Y 的斥电 子 效 应 使 苯 环 上 的 电 子 云 密 度 增 大 ， 苯 环 活 化 。 当 亲 电 试 剂 E+