第七章芳环上的亲电和亲核取代反应

第七章芳环上的亲电和亲核取代反应7.1芳环的亲电取代反应7.1.1芳环上的亲电取代历程1、亲电试剂的产生HNO3＋2H2SO4NO2+＋H3O+＋2HSO4-亲电试剂2、π－络合物的形成芳环上电子云密度R＋NO2π－络合物NO23、σ－络合物的形成NO2+HNO2σ－络合物慢硝基所在碳为sp3杂化4、消去－H+-H+NO2HNO2快σ－络合物的证据已分离出C+CH3＋CH3CH2F＋BF3CH3CH2CH3HBF4-通过红外和核磁等可鉴定中间体的结构。CH3CH3CH3EtFBF3,-80℃CH3HEtCH3CH3BF4-△CH3EtCH3CH3mp-15C7.1.2苯环上亲电取代反应的定位规律从反应速度和取代基进入的位置进行考虑1、第一类定位基(邻，对位定位基)致活基NH2NHRNR2OHORNHCROPhR致钝基FClBrI2、第二类定位基（间位定位基）均为致钝基NO2NR3COOHCOORSO3HCNCHOCROCCl37.1.3定位规律在有机合成中的应用7.1.4典型的芳香亲电取代反应1．硝化反应硝化试剂有HNO3-H2SO4HNO3＋2H2SO4NO2+＋H3O+＋2HSO4-真正的硝化试剂为硝酰正离子。混酸体系有强氧化性OH20%HNO3OHNO2＋OHNO2如用混酸将得氧化产物NH2浓HNO3浓H2SO4NH3HSO4-NO2同时还有部分氧化产物HNO3/CCl4低温时的硝化速度较快(HNO3)xH2NO3+NO2+＋H2O＋(HNO3)x0℃温和的硝化试剂HNO2/C(NO2)4NH2NO2NH2HNO2NH2NOHNO2/CC(NO2)4可避免间位硝化与氧化OCH3＋HNO3CH3COOHCH3ONO22．磺化反应亲电试剂为SO3或SO3H（共轭酸）+SOOOHSO3-+SO3--H+＋SO3H慢HSO3HSO3H-H+快特点：（1）可逆反应，可用于芳环的定向取代（占位）。（2）置换反应，合成一些难于合成的物质。CH3H2SO4△（热力学）SO3HCH3Fe/HClNO2CH3SO3HHNO3H2SO4NO2CH3SO3HSO3HCH3N2Cl-BrCH3SO3HNaNO2HCl,0-5℃CuBrH2OH2SO4CH3BrPhOHSO3H2SO4OHSO3HHO3SSO3HHNO3OHNO2NO2NO2发生间接硝化3．卤化反应（1）卤素作卤化剂X2＋FeX3XXFeX3δ+δ-XXFeX3δ+δ-慢FeX4-快H+X+HX(2)N-卤代酰胺或N-卤代磺酰胺作卤化剂NBSCCNOOBrCH3CNHBrOCH3CNHClOCH3SO2NCl2等其卤化性能较差，只与活泼芳烃反应，可避免氧化反应发生（芳胺和酚）。PhCH3＋NBSFeCl360℃BrCH3CH3SO2NCl2＋NHCCH3OCHCl3.HCl20℃极性溶剂和极性催化剂ClNHCCH3O＋NHCCH3ClO＋CH3SO2NH2主次FeCl3HClN-OO＋Br+（亲电试剂）NOOBr而在非极性CCl4等溶剂中是自由基引发剂NOOBr(PhCOO)2CCl4NOO＋BrBrCH2CH3CHBrCH3+自由基取代反应。1.Fridel-Crafts反应(1)烃基化亲电试剂产生RCl＋AlCl3RClAlCl3δ+δ-R+＋AlCl4-ROH＋HXX-ROH2H2OR+RCHCH2＋H2SO4RCHCH3＋HSO4-催化剂活性AlCl3FeCl3SbCl5SnCl4BF3TiCl4ZnCl2特点A.易发生重排反应＋CH3CH2CH2ClAlCl3PhCHMe2＋PhCH2CH2CH370%30%亲电试剂发生重排＋CH3CH2CH2ClAlCl3-AlCl4CH3CH2CH2CH3CHCH3HOH2SO4H+（分子内反应）B.易发生多烷基化C.可逆反应动力学条件下，遵守定位规律，热力学控制条件下得稳定的间位产物。D.钝化的芳烃不发生烷基化E．-OH，-NH2和-OR等与路易斯酸配位，使催化剂难于发生烷基化，可改用烯作烷基化剂，以酚铝或苯胺铝作催化剂（2）酰基化反应①用酰氯时，ACl3的量要大于1mol,用酸酐时ACl3要大于2mol。RCOOAlCl3CORAlCl3RCOArAlCl3RCOClAlCl3②酚的酰化是Fries重排PhOH＋CH3COOHPhOCCH3OACl3PhNO2OHCCH3O③不会发生重排+CH3CH2CH2COClAlCl3CH3CH2CH2CH2Zn-HgHClCH3CH2CH2CO5.重氮盐的偶联反应ArN2+X-极弱的亲电试剂，只能与高活性的酚和芳胺反应，通常为对位缩合或同环缩合。PhN2Cl＋PhNMe2AcONaPhN=NNMe290%PhN2HSO4-＋HONaOHNNHO当重氮盐的邻对位有强吸电基时，其亲核性提高，可与芳醚或均三甲基反应。6.氯甲基化反应＋HCH＋HClOZnCl2PhCH2Cl＋H2O70C活泼芳烃才能发生反应MeO＋CH3CHO＋HClZnCl2MeOCHCH3ClOH-MeOCH=CH27.2芳香族亲核取代反应由于芳环上的电子云密度较高，因此亲核取代比亲电取代困难得多，只有当芳环上存在较紧张的吸电子基团（-NO2,-SO3H等）时较易发生亲核取代反应。加成－消除历程消去－加成：苯炔历程单分子亲核取代反应SNAr17.2.1加成－消除历程吸电基有利于降低芳环的电子云密度，特别是邻、对位电子云密度降低得更为显著，从而有利于亲核试剂对这些位置发生亲核加成，生成离域的碳负离子中间体(即Meisenheimer络合物).＋Nu-LNuNO2LNO2δ+δ+慢L-快NuNO2又称为SNAr2历程meisenheimer已被分离出CH3OOCH3NO2NO2NO2K+OCH3H7-nNO2NO2＋180℃NHPhNO2NO2PhNH280％7.2.2消去－加成（苯炔历程）现象*Cl＋NaNH2液氨－33℃*NH2*NH2＋50％50％BrCH3NaNH2.液氮－35℃NH2CH3＋NH2CH357％43％BrCH3OCH3KNH2.液氮－35℃因为没有邻位氢，推断不能发生消除反应。历程Br*NH2**NH2＋NH2-NH3NH3加成＋苯炔*BrBr-消除中间体证据（捕获，Diels-Alder反应）INaNH2液氨7.2.3芳基重氮离子的单分子亲核取代（SNAr1）NN慢H2O快OH-N2SNAr1证据①v=k[PhN2+]一级反应②芳环上的供电基有利于反应，吸电基不利于反应，说明有正离子形成R③同位素标记*NN＋NN**NN*N=15N