芳香胺

联苯胺
环上有取代基时的重排
R H+ NH R NH H 2N R NH2 R
注意取代基在重排前后的位置
联苯胺重排的可能机理（极化过渡态理论）
2H+ NH2 NH2
NH
NH
NH2 NH2
NH NH
H H 2N H NH2
2H+ H 2N NH2
分子内重排
氢化偶氮苯分子内重排的证据：
Me NH Me H + Et NH Et Et NH H 2N NH2
为什么不取 代其它 Cl?
思考题：
Br Br NO2 N a S C H 2 C H (C H 3 ) 2 ?
NO2
那个Br被取代？为什么？

芳环上的亲核取代在合成上应用举例
OPh
例：
NO2
NO2
苯环上不能 直接引入OR
合成路线：
Cl NO2 N aO Ph OPh NO2
NO2
NO2
如何制备？
思考题
HNO2 NR2 ON NR2
HX ON NR2 X H NO 对 苯 环 的 亲 电 取 代 溶解于酸
早期有机分析中用作区分芳香胺的类型
重氮盐(Diazonium salts)及其反应

重氮盐的制备和稳定性
NaNO 2 / HCl Ar NH2 Ar 0 5 C
o
N2 Cl
重氮盐
现制现用 • 温度升高易水解成酚 • 干燥时易爆炸
芳香族硝基化合物及其性质
重要的化工原料
Ar NO2
多硝基化合物——炸药
性质分析：
NO2
硝基可被还原

R
苯环钝化，缺电子性， • 亲电取代较慢或难进行 • 可与亲核试剂反应
1. 硝基的还原
Fe / HCl or Zn / HCl or S n (S n C l 2 ) /H C l NO2 NH2
注意反应条件
弱亲电试剂
活化的芳环
偶氮苯衍生物 • 若 pH > 10, 有副反应
OH Ar N N Ar N N OH OH Ar N N O
重氮酸盐
偶联反应机理（苯环上的亲电取代） 苯环更活泼
OH O H O Ar N N
OH H O Ar N N Ar N N O
H 2O Ar N N OH
NH2 C H 2C H C N
CN H NH2
CN
F
(3)
Br
Mg
F
M g B rF
N
MgBr
烯胺
N
N
芳香胺与 HNO2 的反应
NaNO 2 / 0 ~ 5 C 重氮盐 （ 0~ 5oC 稳 定 ） NO N R 油状物
o
HCl N2 X
-萘 酚 Ph N N HO 红色染料
NH2
HNO2 NHR

重氮盐与芳香伯胺、芳香仲胺的反应
H H Ar N N Cl + RHN Ar N N N R - H Ar N N N R H Ar N N NHR
冷却
苯重氮氨基化合物
重排

苯炔的性质：
活泼、易反应（不能分离、可捕获）
苯炔机理的实验证据：
(i) 环上有标记时生成两种产物
CH3 NH2 + NH3 Br NH2 NH2
CH3
CH3
CH3
NH2
NH2 Br NH3
+

NH2
NH2 50%

NH2
50%
如果通过其它机理，产物可能有什么不同？
(ii) 同位素效应
一般性亲核能 力的亲核试剂在常 温常压不反应
X NH2 NH3
NH2
强亲核试剂 较易进行取代。
通过什么机理？

苯炔机理（消除－加成机理）
X 慢步骤 X X
H NH2 消除
NH2
NH2
NH2 + H NH2
苯炔 (Benzyne)
加成
H NH2

苯炔的结构
sp2
sp2
p键
(sp2-sp2) 未参与环的共振
Br H NH2 Br D NH2
取代反应速率: 同位素效应 较快
Br
Br
Br

D
Br
较慢
(iii) 离去基团X的邻位无a氢时，反应不发生
Br H 3C OCH3 NH2 NH3
说明机 理中可能有 夺氢步骤
No Reaction
(iv) 环上有强吸电子基时，产物单一
Cl F 3C NH2 F 3C NH2 F 3C NH2
增加重氮盐稳定性几个因素：
• 环上有吸电子基
W N2 Cl W = C l, N O 2 , S O 3 H
• 阴离子为 X
, HSO4 ,
BF4
Ar
N2 X
Ar
N2 SHO4
Ar
N2 BF4
• 分子内重氮盐
ຫໍສະໝຸດ BaiduO 3S
N2
30－40oC时仍稳定

重氮盐的反应类型
• 取代（主要反应） • 偶联 • 还原
未生成
苯炔机理的解释
b Cl F 3C H NH2 NH2 a F 3C b NH2 F 3C Cl F 3C NH2 a
H F 3C NH2 F 3C
NH2
说明了什么？
较稳定
不稳定

通过其它方法产生苯炔
O COOH NH2 RONO C O - CO2 - N2
N2
F
Li - L iB r
F
- F
X OH X OH X OH X OH
加成 慢
NO2 O
N O O
N O O
N O
消除 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
-X
快
OH NaO H ONa
C H 2C H 2C N
(2)
Cl
KNH2 CN
F
(3)
Br
+
N
Mg
N
烯胺
本次课要求： • 掌握芳环上硝基的两种还原反应（酸性和碱性体系） • 掌握氢化偶氮苯衍生物的酸性重排 • 掌握芳环上的亲核取代反应 及其合成上的应用 芳环上的亲核取代 I： 加成－消除机理 芳环上的亲核取代 II：苯炔机理 • 掌握苯炔的其它反应 课后习题：18-1(i, iii, v)，18-3，18-4, 18-5, 18-17
+
Me
NH
H 2N Me + Et
NH2
Et
说明了什么？
无
H 2N Me
NH2
芳环上的亲核取代反应 I ——加成－消除机理
一般条件下芳环上的亲核取代较难发生
例：
Cl NaO H 高温，高压 H+ OH
为什么？
SN2过程
Cl
SN1过程
Cl + OH Cl
无法翻转
C(sp2)－Cl不易断裂

含硝基芳香卤代物的取代

Ar Cl
N a B B r4 Ar N 2 B B r4

Ar Br
5.
重氮盐去氨基化反应（被 H 取代）
Ar N2 X + H 3P O 2 Ar H
方法 1
次磷酸
反应机理（自由基机理）（了解）
H 3P O 2 Ar Ar H 2P O 2 H 2P O 2 N2 + + H H 2P O 2 Ar Ar H 3P O 3 + H 2P O 2 Ar H + N2 + + H 2P O 2

硝基芳香卤代烃的亲核取代举例
OCH3 NO2 NaO CH3 NO2 NaSH Cl NO2
SH NO2
NO2
NHNH2 NO2 N H 2N H 2
NO2 N H 2C H 3
NHCH3 NO2
NO2
NO2

芳环上的其它基团作为离去基
OCH3 NH3 2 0 0 oC NO2 NO2 SH NaSH NO2 NO2 NaO CH3 NO2 OCH3 NO2 NH2
Br
Li

苯炔的主要反应
Br RO OR
RO
/ ROH
亲核加成反应
F
Li
O O
O
Br
Diels-Alder反应
2
二聚

思考题：以下一些反应产物的形成可能通过苯炔中间体， 试写出这些反应的机理。
COO O + N2 H 3C O 2C O C O 2C H 3
(1)

（通过正向和逆向的 Diels-Alder反应）
亚硝化合物
羟基芳胺
芳胺
一般难得到 硝基的双分子还原过程
-H 2O Ar N O Ar N HN H 2N Ar [2 H ] Ar NH NH Ar OH Ar Ar N N Ar
偶氮苯衍生物
氢化偶氮苯衍生物
2. 氢化偶氮苯类化合物的重排反应（联苯胺重排）
p797, 18.7 节
H+ NH NH NH2 NH2
NO2
NO2

Meisenheimer络合物——加成－消除机理的证据（1902年）
OCH3 O 2N NO2 K O C 2H 5 H 3C O O 2N O C 2H 5 NO2
NO2 N O C 2H 5 O 2N NO2 KOCH3 O O K
Meisenheimer 络合物
NO2
问题：用酸处理Meisenheimer 络合物将得到什么产物？
取代甲氧基
取代硝基
NH3 100 C
o
NH2 NO2

其它底物的类似取代反应
X + Nu + X
Nu
W
W
W: 吸电子基
各类吸电子基对反应速率的促进作用比较：
W: N2
>
O CR
NR3
>
CN
NO
>
NO2 >
CF3
>
>
>
COOH
例：
N H NC F DM SO, Cl NaO R Cl Cl Cl Cl Cl OR + NaCl Cl NC N H F
以下反应被用来制备仲胺，其中涉及到芳环上的 亲电取代和亲核取代反应，请指出各步的反应类型，
并写出后两步的机理。
NH2
2 RX NR2
HONO
NaO H ON NR2 ON ONa + NHR2
芳环上的亲核取代反应 II —— 苯炔机理
两种不同的反应情况
ONa NaO H Cl 高温，高压 NH2 NH3 高温，高压
重氮盐的取代反应
Ar
OH
Ar
X
Ar
N2 X
Ar
H
Ar
CN
1. 重氮盐的水解（取代成酚）
H 2O / H Ar N2 X + N2

Ar
OH
制备重氮盐 的副反应
机理
Ar
N2 X
Ar
+ N2 H 2O
+
X －H
Ar
OH2
Ar
OH
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）
X NaO H 1 35 ~ 16 0oC NO2 X NO2 N a2C O 3 1 00oC NO2 X NO2 OH NO2 H 2O H+ O 2N NO2 H+ NO2 OH NO2 H+ OH
邻或对位 硝基可促进 取代进行 硝基数目 多，取代更 加容易
O 2N
NO2
NO2

取代反应的机理 —— 加成－消除机理
思考题参考答案
O O O O C O 2C H 3 O
O C - CO2 - N2 H 3C O 2C
(1)
N2
D ie ls -A ld e r反 应
＋ 逆 向 D ie ls A ld e r 反 应 C O 2C H 3
CO2
C H 2C H
C
N
C H 2C H Cl
C
N
(2)
H NH2 H
H 3P O 2 Ar N2
H 2P O 2 + H 2P O 2
+ +
+ N2 +
2 H 2O
H 3O
方法 2
Ar
N2 X
+
H O C H 2C H 3
Ar
H
机理：
Ar
N2
H O C 2H 5
N Ar
N O H
H CH CH3 Ar H + N2 + C H 3C H OH C H 3C H O
注意反应条件
2. 重氮盐与芳香叔胺偶联
pH =5~7 NR2 Ar N2 X + pH =5~7 R NR2 R N NR2 N Ar Ar N N NR2
活化的芳环
机理（苯环上的亲电取代）
H 2O Ar N N NR2 Ar N N H NR2
- H 3O Ar N N NR2
若酸性过强， 会发生什么？
（单分子还原)
R
酸性还原
R
Zn / NaO H
R NH NH R
碱性还原
氢化偶氮苯 (双分子还原)
合成上的应用 —— 制备芳香族胺类化合物 （向芳环上引入氨基）
硝基的单分子还原过程（经过多个中间产物）
[2 H ] Ar NO2 Ar NO [2 H ] Ar NHOH [2 H ] Ar NH2
R Ar N2 X + Ar OH Ar N N OH
2.
重氮盐碘代

Ar
N2 X
+
NaI
Ar
I
+
N2
机理（离子型反应）
Ar
N2 X
Ar I
+ N2
+
X
Ar
I
3. Sandmeyer反应 （ 重氮盐被Cl 、 Br 或 CN 取代）
CuCl 或 CuBr

Ar N2 X CuCN
Ar
X
(X = C l, B r )
Ar

CN
机理（自由基机理）
Ar N2 X + CuCl + Cl Ar + N2 +
C u C l2
C u C l2 Ar Cl + CuCl
4.
Schiemann 反应（重氮盐被 F 取代）
Ar
N2 X
+
NaBF4
Ar
N2 BF4
+
NaX

Ar F + N2 + BF3
反应的扩展
N a B C l4 Ar Ar N2 X N 2 B C l4
副反应——生成芳基醚
Ar N2 － N2 Ar H O C 2H 5 -H Ar O C 2H 5 H Ar O C 2H 5
重氮盐的偶联反应（亲电取代反应）
1. 重氮盐与酚的偶联
pH = 8~10 OH Ar N2 X + pH = 8~10 R OH R N OH N Ar Ar N N OH