苯衍生物取代基定位效应
定义含有取代基的苯衍生物,在进行芳香族亲电取代反应时,原有的取代基,对新进入的取代基主要进入位置,存有一定指向性的效应。
这种效应称为取代基定位效应。
单取代的苯衍生物的定位效应①如苯环上的取代基为-NH2(-NHR、-NR2,R 为烷基)、-OH、-OCH3(-OC2H5等)、-NHCOCH3、-C6H5、-CH3(-C2H5等)等(按定位效应由强到弱次序排列)时,其亲电取代的反应性较苯高。
在取代反应中,此类取代基导致得到大部分为邻位和对位取代的异构体。
此类取代基称为有活化作用的邻、对位取代基。
取代基的定位效应是个反应速率问题。
上邻、对位反应快而上间位慢,就显示邻、对位定位效应;上间位反应快而上邻、对位慢,就显示间位定位效应。
稳定的活性中间体的能量低,与之相应的过渡状态的能量也就低,活化能低,反应速率就快;过渡状态能量高,活化能高,反应速率就慢。
因此,不同的反应速率实质上反映了活性中间体的稳定性,而活性中间体的稳定性,可以用共振论的方法加以分析。
例如用甲苯进行亲电取代反应时,亲电试剂E+可以进攻邻、对位和间位。
当亲电试剂进攻邻、对位时,有比较稳定的极限式(a,b)参与共振,CH3与带正电荷的碳相连,CH3有给电子效应,可以中和部分正电荷,使正碳离子稳定,杂化产生的活性中间体也比较稳定。
亲电试剂进攻间位时,没有比较稳定的极限式,没有CH3与带正电荷的碳相连的极限式参与杂化。
因此,甲基是邻、对位定位基。
② 如苯环上的取代基为 -F、-Cl、-Br、-I、-CH2Cl、-CH匉CHNO2等时,则具有这些取代基的苯的亲电取代反应性较苯低,即这些基使苯环钝化。
邻位和对位钝化程度较间位小,有利于形成邻位和对位的取代异构体。
此类取代基称为有钝化作用的邻、对位取代基。
这类取代基的情况比较特殊。
如在氯苯中,氯原子是强的吸引电子的取代基,在进行亲电取代反应时,它使苯环正碳离子的电荷更加集中,正碳离子不稳定,对苯环起钝化作用。
如果亲电试剂进攻邻、对位,有比较稳定的极限式(c、e),这是由于氯原子的非共享电子对向苯环转移,使(c、e)的每个原子均具有稳定的八隅体结构,由稳定极限式参与共振杂化所产生的活化中间体也较稳定。
如亲电试剂进攻间位,极限式(d)有六电子的碳,不如极限式(c、e)稳定。
因此,氯原子是邻、对位定位基。
③ 如苯环上的取代基为-NO2、-+NH3、-+NR3、-CF3、-+PR3、-+SR2、-SO3H、-SO2R、-COOH、-COOR、-CONH2、-CHO、-COR、-CN等时,则具有这些取代基的苯的亲电取代反应性不如苯,即这些基团使苯环钝化。
邻位和对位钝化程度较间位大,在取代反应中,新取代基大多进入间位,形成间位异构体。
这类取代基称为有钝化作用的间位取代基。
这些取代基都有吸电子作用。
例如当三氟甲基取代苯上的氢后,由于三氟甲
基的吸电子作用,使连结三氟甲基和苯环的一对电子偏向三氟甲基一边,使苯环正电荷更加集中,造成苯环的钝化。
当亲电试剂进攻邻、对位时,有特别不稳定的极限式(f、g)参与共振,使杂化产生的活化中间体不稳定。
当亲电试剂进攻间位时,没有特别不稳定的极限式参与共振,使杂化产生的活性中间体相对地较稳定,因此,CF3是间位定位基。
苯环上有两个取代基的定位效应当一个环上有两个取代基时,其定位指向较复杂,但下列情况仍可作出预测:
①新取代基优先进入使两个取代基可以处于相互加强定位作用的位置上。
②当两个原有的取代基的定位效应不一致时,第三个取代基进入苯环的位置一般决定于属于第①类的那个原有取代基的影响(k)。
③如果两个原有取代基属于同一类型,则取代反应优先发生于定位效应较强的取代基所指示的位置(1)。
④在彼此处于间位的两个取代基之间的位置,通常很少发生取代(m)。
取代基定位效应解析一、定位基分类与定位效应解析:
苯环上已有的取代基叫做定位取代基。
1、邻对位定位取代基
①概念:当苯环上已带有这类定位取代基时,再引入的其它基团主要进入它的邻位或对位,而且第二个取代基的进入一般比没有这个取代基(即苯)时容易,或者说这个取代基使苯环活化。
②特征:这类取代基中直接连于苯环上的原子多数具有未共用电子对,并不含有双键或三键。
③定位取代效应按下列次序而渐减:
-N(CH3)2 , -NH2 , -OH , -OCH3 , -NHCOCH3 , -R , (Cl,Br,I)
二甲氨基氨基羟基甲氧基乙酰氨基烷基卤素
2、间位定位取代基
①定义:当苯环上己有在这类定位取代基时,再引入的其它基团主要进入它的间位,而且第二个取代基的进入比苯要难,或者说这个取代基使苯环钝化。
②特征:取代基中直接与苯环相连的原子,有的带有正电荷,有的含有双键或三键。
③定位效应按下列次序而渐减:
-N+(CH3)3 , -NO2 , -CN , -SO3H , -CHO , -COOH
三甲铵基硝基氰基磺酸基醛基羧基
3、取代定位规律并不是绝对的。
实际上在生成邻位及对位产物的同时,也有少量间位产物生成。
在生成间位产物的同时,也有少量的邻位和对位产物生成。
4、苯环的取代定位规律的解释
当苯环上连有定位取代基时,苯环上电子云密度的分布就发生变化。
这种影响可沿着苯环的共轭链传递。
因此共轭链上就出现电子云密度较大和电子云密度较小的交替现象,从而使它表现出定位效应。
① 邻对位定位取代基的定位效应:
邻对位定位取代基除卤素外,其它的多是斥电子的基团,能使定位取代基的邻对位的碳原子的电子云密度增高,所以亲电试剂容易进攻这两个位置的碳原子。
卤素和苯环相连时,与苯酚羟基相似,也有方向相反的吸电子诱导和共轭两种效应。
但在此情况下,诱导效应占优势,使苯环上电子云密度降低,苯环钝化,故亲电取代反应比苯难。
但共轭使间位电子云密度降低的程度比邻对位更明显,所以取代反应主要在邻对位进行。
②间位定位基的定位效应:
这类定位取代基是吸电子的基团,使苯环上的电子云移向这些基团,因此苯环上的电子云密度降低。
这样,对苯环起了钝化作用,所以较苯难于进行亲电取代反应。
③ 共振理论对定位效应的解释
邻对位中间体均有一种稳定的共振式(邻对位定位基的影响)。
在间位定位基的影响下,在三个可能的碳正离子中间体中,邻对位共振式中正电荷是在连有吸电子基的碳上,它使碳正离子中间体更不稳定。
所以间位碳正离子中间体是最有利的。
二、二取代苯的定位规律
如果苯环上已经有了两个取代基,当引入第三个取代基时,影响第三个取代基进入的位置的因素较多。
定性地说,两个取代基对反应活性的影响有加和性。
1.苯环上已有两个邻对位定位取代基或两个间位定位取代基,当这两个定位取代基的定位方向有矛盾时,第三个取代基进入的位置,主要由定位作用较强的一个来决定。
2.苯环上己有一个邻对位定位取代基和一个间位定位取代基,且二者的定位方向相反,这时主要由邻对位定位取代基来决定第三个取代基进入的位置。
3.两个定位取代基在苯环的1位和3位时,由于空间位阻的关系,第三个取代基在2位发生取代反应的比例较小。
三、苯环上取代定位规律的应用
主要意义:预测反应的主产物,帮助我们选择适当的合成路线,少走弯路;既能获得较高的收率,又可避免复杂的分离手续。
二取代苯的定位规律
二取代苯的定位规律(有机化学基础知识)如果苯环上已经有了两个取代基,当引入第三个取代基时,影响第三个取代基进入的位置的因素较多。
医学教|育网收集整理定性地说,两个取代基对反应活性的影响有加和性。
1.苯环上已有两个邻对位定位取代基或两个间位定位取代基,当这两个定位取代基的定位方向有矛盾时,第三个取代基进入的位置,主要由定位作用较强的一个来决定。
2.苯环上己有一个邻对位定位取代基和一个间位定位取代基,且二者的定位方向相反,这时主要由邻对位定位取代基来决定第三个取代基进入的位置。
3.两个定位取代基在苯环的1位和3位时,由于空间位阻的关系,第三个取代基在2位发生取代反应的比例较小。
苯环的取代定位规律的解释(有机化学基础知识)当苯环上连有定位取代基时,苯环上电子云密度的分布就发生变化。
这种影响可沿着苯环的共轭链传递。
因此共轭链上就出现电子云密度较大和电子云密度较小的交替现象,从而使它表现出定位效应。
①邻对位定位取代基的定位效应:邻对位定位取代基除卤素外,其它的多是斥电子的基团,能使定位取代基的邻对位的碳原子的电子云密度增高,所以亲电试剂容易进攻这两个位置的碳原子。
卤素和苯环相连时,与苯酚羟基相似,也有方向相反的吸电子诱导和共轭两种效应。
医学教|育网收集整理但在此情况下,诱导效应占优势,使苯环上电子云密度降低,苯环钝化,故亲电取代反应比苯难。
但共轭使间位电子云密度降低的程度比邻对位更明显,所以取代反应主要在邻对位进行。
②间位定位基的定位效应:这类定位取代基是吸电子的基团,使苯环上的电子云移向这些基团,因此苯环上的电子云密度降低。
这样,对苯环起了钝化作用,所以较苯难于进行亲电取代反应。
③共振理论对定位效应的解释:邻对位中间体均有一种稳定的共振式(邻对位定位基的影响)。
在间位定位基的影响下,在三个可能的碳正离子中间体中,邻对位共振式中正电荷是在连有吸电子基的碳上,它使碳正离子中间体更不稳定。
所以间位碳正离子中间体是最有利的。
苯环上的亲电子取代反应及定位效应与反应活性正文
苯环上的亲电子取代反应及定位效应与反应活性一、苯的亲电子取代反应1.简介苯环平面的上下有π电子云①,与σ键②相比,平行重叠的π电子云结合较疏松,因此在反应中苯环可充当一个电子源,与缺电子的亲电试剂③发生反应,类似于烯烃中π键④的性质。
但是苯环中π电子又有别于烯烃,π键共振形成的大π键⑤使苯环具有特殊的稳定性,反应中总是保持苯环的结构。
苯的结构特点决定苯的化学性质,它容易发生亲电子取代反应⑥。
π键σ键电子云2.卤代⑦苯与卤素作用,在三卤化铁(FeX3)的催化下,得到卤代苯,同时放出卤化氢。
(1)与Cl2反应FeCl3+Cl2+HCl反应2FeBr3+ Br2 +HBr(3)与I2反应:碘活性不够,只有与非常活泼的芳香化合物才能发生取代反应。
目前采用氧化剂将碘氧化为碘正离子后直接引入苯环。
HNO3I+I286%)铁屑与卤素反应产生三卤化铁,起到同样的作用。
3Br2+2Fe 2FeBr3苯与氯、溴的取代反应应用十分广泛。
其公认的反应历程是首先缺电子的FeX3与卤素络合,促进卤素之间σ键的极化、异裂。
FeX3+X2X++FeX4-带正电的卤素进攻苯环的π电子。
形成苯碳正离子中间体,类似于烯烃的亲电加成,这一步是速度决定步骤+二卤代烃+X-也可失去质子,恢复苯的骨架。
苯的稳定性起了决定作用,得到取代而不是加成产物。
-H++FeX3+HX3.硝化苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物(称混酸)反应,生成硝基苯。
浓H2SO4+HNO3(浓)(98%)+H2O50℃其反应历程如下:浓硫酸的酸性比硝酸的强,它作为酸提供质子(H+),硝酸作为碱提供氢氧根(OH-),去掉一分子水,产生硝基正离子,硝基正离子具有很强的亲电子性,与苯发生亲电子取代反应。
若采用浓硝酸,则反应速度明显减慢,这是由于浓硝酸中仅存在少量的硝基正离子。
4.磺化不同浓度的硫酸与苯反应的速度不同,浓度越高反应越快。
含三氧化硫的发烟硫酸的反+H2SO4(7%SO3(52%)+H2O磺化反应也是亲电取代反应,通常认为亲电试剂是三氧化硫。
苯取代基的定位效应
苯取代基的定位效应
苯取代基的定位效应,指的是苯环上的取代基会对反应发生在苯上的位置产生一定的影响。
一、电子效应
苯环上的取代基会改变苯环的电子密度,这种改变就被称为电子效应。
电子效应可分为两种类型:电子给体效应和电子吸引效应。
1. 电子给体效应
取代基为电子给体时,它的存在会使得苯环上的电子云对它起较为弱的吸引作用,从而导致其周围苯环中的电子云较为密集。
这样,反应发生的位置往往会在给体基团的邻位或对位上。
例如,当苯环上有一个甲基(Me)取代的时候,甲基是一个电子给体,可以加强邻位或对位上的电子密度。
因此,向苯环中加入亲电试剂时,它们会在邻位或对位上进行反应。
2. 电子吸引效应
这是指苯环上的取代基为电子吸引体时,会使得周围的电子云相对稀薄。
在这种情况下,反应发生的位置通常是取代基所在的位置,即在本实例中为对位。
例如,在苯环上含有强电子吸引基硝基(NO2)时,它会强烈吸引邻位和对位上的电子云,从而使得苯环上其他位置的电子云相对稀薄。
因此,亲电试剂会选择在取代基的位置进行反应。
二、立体效应
苯环上的取代基还会影响苯上的反应位置,具体原因是取代基存在时,它们周围的空间有一定的障碍,绕过取代基需要消耗的能量会增加,因此会影响反应进展的位置。
例如,在β-溴苯乙酸甲酯的加成反应中,苯环上存在一个甲基时,它会在邻位和对位上形成立体障碍,使得反应发生在较远的对位上,从而形成β-溴苯乙酸甲酯。
总之,苯取代基的定位效应可以使得我们更加准确地设计和控制反应的位置,从而提高反应效率和成品产率。
苯环上的亲电子取代反应及定位效应与反应活性正文
苯环上的亲电子取代反应及定位效应与反应活性一、苯的亲电子取代反应1.简介苯环平面的上下有π电子云①,与σ键②相比,平行重叠的π电子云结合较疏松,因此在反应中苯环可充当一个电子源,与缺电子的亲电试剂③发生反应,类似于烯烃中π键④的性质。
但是苯环中π电子又有别于烯烃,π键共振形成的大π键⑤使苯环具有特殊的稳定性,反应中总是保持苯环的结构。
苯的结构特点决定苯的化学性质,它容易发生亲电子取代反应⑥。
π键σ键电子云2.卤代⑦苯与卤素作用,在三卤化铁(FeX3)的催化下,得到卤代苯,同时放出卤化氢。
(1)与Cl2反应FeCl3+Cl2+HCl反应2FeBr3+ Br2 +HBr(3)与I2反应:碘活性不够,只有与非常活泼的芳香化合物才能发生取代反应。
目前采用氧化剂将碘氧化为碘正离子后直接引入苯环。
HNO3I+I286%)铁屑与卤素反应产生三卤化铁,起到同样的作用。
3Br2+2Fe 2FeBr3苯与氯、溴的取代反应应用十分广泛。
其公认的反应历程是首先缺电子的FeX3与卤素络合,促进卤素之间σ键的极化、异裂。
FeX3+X2X++FeX4-带正电的卤素进攻苯环的π电子。
形成苯碳正离子中间体,类似于烯烃的亲电加成,这一步是速度决定步骤+二卤代烃+X-也可失去质子,恢复苯的骨架。
苯的稳定性起了决定作用,得到取代而不是加成产物。
-H++FeX3+HX3.硝化苯与浓硝酸和浓硫酸的混合物(称混酸)反应,生成硝基苯。
浓H2SO4+HNO3(浓)(98%)+H2O50℃其反应历程如下:浓硫酸的酸性比硝酸的强,它作为酸提供质子(H+),硝酸作为碱提供氢氧根(OH-),去掉一分子水,产生硝基正离子,硝基正离子具有很强的亲电子性,与苯发生亲电子取代反应。
若采用浓硝酸,则反应速度明显减慢,这是由于浓硝酸中仅存在少量的硝基正离子。
4.磺化不同浓度的硫酸与苯反应的速度不同,浓度越高反应越快。
含三氧化硫的发烟硫酸的反+H2SO4(7%SO3(52%)+H2O磺化反应也是亲电取代反应,通常认为亲电试剂是三氧化硫。
二取代苯的定位规律
二取代苯的定位规律(有机化学基础知识)如果苯环上已经有了两个取代基,当引入第三个取代基时,影响第三个取代基进入的位置的因素较多。
医学教|育网收集整理定性地说,两个取代基对反应活性的影响有加和性。
1.苯环上已有两个邻对位定位取代基或两个间位定位取代基,当这两个定位取代基的定位方向有矛盾时,第三个取代基进入的位置,主要由定位作用较强的一个来决定。
2.苯环上己有一个邻对位定位取代基和一个间位定位取代基,且二者的定位方向相反,这时主要由邻对位定位取代基来决定第三个取代基进入的位置。
3.两个定位取代基在苯环的1位和3位时,由于空间位阻的关系,第三个取代基在2位发生取代反应的比例较小。
苯环的取代定位规律的解释(有机化学基础知识)当苯环上连有定位取代基时,苯环上电子云密度的分布就发生变化。
这种影响可沿着苯环的共轭链传递。
因此共轭链上就出现电子云密度较大和电子云密度较小的交替现象,从而使它表现出定位效应。
①邻对位定位取代基的定位效应:邻对位定位取代基除卤素外,其它的多是斥电子的基团,能使定位取代基的邻对位的碳原子的电子云密度增高,所以亲电试剂容易进攻这两个位置的碳原子。
卤素和苯环相连时,与苯酚羟基相似,也有方向相反的吸电子诱导和共轭两种效应。
医学教|育网收集整理但在此情况下,诱导效应占优势,使苯环上电子云密度降低,苯环钝化,故亲电取代反应比苯难。
但共轭使间位电子云密度降低的程度比邻对位更明显,所以取代反应主要在邻对位进行。
②间位定位基的定位效应:这类定位取代基是吸电子的基团,使苯环上的电子云移向这些基团,因此苯环上的电子云密度降低。
这样,对苯环起了钝化作用,所以较苯难于进行亲电取代反应。
③共振理论对定位效应的解释:邻对位中间体均有一种稳定的共振式(邻对位定位基的影响)。
在间位定位基的影响下,在三个可能的碳正离子中间体中,邻对位共振式中正电荷是在连有吸电子基的碳上,它使碳正离子中间体更不稳定。
所以间位碳正离子中间体是最有利的。
二取代苯的定位规律
二取代苯的定位规律(有机化学基础知识)如果苯环上已经有了两个取代基,当引入第三个取代基时,影响第三个取代基进入的位置的因素较多。
医学教|育网收集整理定性地说,两个取代基对反应活性的影响有加和性。
1.苯环上已有两个邻对位定位取代基或两个间位定位取代基,当这两个定位取代基的定位方向有矛盾时,第三个取代基进入的位置,主要由定位作用较强的一个来决定。
2.苯环上己有一个邻对位定位取代基和一个间位定位取代基,且二者的定位方向相反,这时主要由邻对位定位取代基来决定第三个取代基进入的位置。
3.两个定位取代基在苯环的1位和3位时,由于空间位阻的关系,第三个取代基在2位发生取代反应的比例较小。
苯环的取代定位规律的解释(有机化学基础知识)当苯环上连有定位取代基时,苯环上电子云密度的分布就发生变化。
这种影响可沿着苯环的共轭链传递。
因此共轭链上就出现电子云密度较大和电子云密度较小的交替现象,从而使它表现出定位效应。
①邻对位定位取代基的定位效应:邻对位定位取代基除卤素外,其它的多是斥电子的基团,能使定位取代基的邻对位的碳原子的电子云密度增高,所以亲电试剂容易进攻这两个位置的碳原子。
卤素和苯环相连时,与苯酚羟基相似,也有方向相反的吸电子诱导和共轭两种效应。
医学教|育网收集整理但在此情况下,诱导效应占优势,使苯环上电子云密度降低,苯环钝化,故亲电取代反应比苯难。
但共轭使间位电子云密度降低的程度比邻对位更明显,所以取代反应主要在邻对位进行。
②间位定位基的定位效应:这类定位取代基是吸电子的基团,使苯环上的电子云移向这些基团,因此苯环上的电子云密度降低。
这样,对苯环起了钝化作用,所以较苯难于进行亲电取代反应。
③共振理论对定位效应的解释:邻对位中间体均有一种稳定的共振式(邻对位定位基的影响)。
在间位定位基的影响下,在三个可能的碳正离子中间体中,邻对位共振式中正电荷是在连有吸电子基的碳上,它使碳正离子中间体更不稳定。
所以间位碳正离子中间体是最有利的。
苯环上的定位基
一、定位基定位效应苯环上已有的取代基叫做定位取代基。
1、邻对位定位取代基①概念:当苯环上已带有这类定位取代基时,再引入的其它基团主要进入它的邻位或对位,而且第二个取代基的进入一般比没有这个取代基(即苯)时容易,或者说这个取代基使苯环活化。
②特征:这类取代基中直接连于苯环上的原子多数具有未共用电子对,并不含有双键或三键。
③定位取代效应按下列次序而渐减:-N(CH3)2 , -NH2 , -OH , -OCH3 , -NHCOCH3 , -R , (Cl,Br,I)二甲氨基氨基羟基甲氧基乙酰氨基烷基卤素2、间位定位取代基①定义:当苯环上己有在这类定位取代基时,再引入的其它基团主要进入它的间位,而且第二个取代基的进入比苯要难,或者说这个取代基使苯环钝化。
②特征:取代基中直接与苯环相连的原子,有的带有正电荷,有的含有双键或三键。
③定位效应按下列次序而渐减:-N+(CH3)3 , -NO2 , -CN , -SO3H , -CHO , -COOH三甲铵基硝基氰基磺酸基醛基羧基3、取代定位规律并不是绝对的。
实际上在生成邻位及对位产物的同时,也有少量间位产物生成。
在生成间位产物的同时,也有少量的邻位和对位产物生成。
4、苯环的取代定位规律的解释当苯环上连有定位取代基时,苯环上电子云密度的分布就发生变化。
这种影响可沿着苯环的共轭链传递。
因此共轭链上就出现电子云密度较大和电子云密度较小的交替现象,从而使它表现出定位效应。
①邻对位定位取代基的定位效应:邻对位定位取代基除卤素外,其它的多是斥电子的基团,能使定位取代基的邻对位的碳原子的电子云密度增高,所以亲电试剂容易进攻这两个位置的碳原子。
卤素和苯环相连时,与苯酚羟基相似,也有方向相反的吸电子诱导和共轭两种效应。
但在此情况下,诱导效应占优势,使苯环上电子云密度降低,苯环钝化,故亲电取代反应比苯难。
但共轭使间位电子云密度降低的程度比邻对位更明显,所以取代反应主要在邻对位进行。
苯环上亲电取代反应的定位规律
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)。
定位效应的解释
同学们,大家好。
今天要讲的是定位效应的解释。
通过上节课的学习,我们已经知道,有些基团会使苯环的亲电取代反应活性增大,称为活化基;有些基团会使苯的亲电取代反应活性减小,称为钝化基;苯环上的基团还会影响取代位置,根据定位效果分为邻对位定位基和间位定位基。
苯环上原有基团为什么会影响亲电取代活性和取代位置呢?今天我们就来分析并解释这一问题。
大家都知道,苯亲电取代时,亲电试剂靠近苯环生成σ-络合物是整个反应的决速步骤。
同样,取代苯反应的决速步骤也生成σ-络合物,如图,决速步骤中苯与亲电试剂的成键能力与苯环上电子密度有关。
若原有基团是供电子基,苯环电子密度增大,容易受到亲电试剂的进攻,则亲电取代活性增大,该基团就是活化基。
若原有基团是吸电子基,会使苯环电子密度减小,吸引亲电试剂的能力减小,则反应活性减小,该基团是钝化基。
因此判断一个基团是活化基还是钝化基,只需要分析基团与苯环间的电子效应(包括诱导效应和共轭效应)来确定该基团是供电子基还是吸电子基即可。
那么如何分析判断一个基团是邻对位定位基还是间位定位基呢?从反应式可以看出,决速步骤中生成了三种σ-络合物:邻位、间位、对位,这三个平行反应的相对速度决定了最终产物的多少,即决定了取代位置。
这三个平行反应的相对速度可以从两个角度比较。
一方面可以从反应物中邻、间、对三个位置上碳的电子密度相对大小分析。
基团与苯环间的电子效应使邻间对位碳上电子密度不同,电子密度大的碳自然容易受到亲电试剂的进攻而表现出较大的反应活性。
另一方面也可以从三个σ-络合物的稳定性比较。
σ-络合物越稳定,能量越低,生成时经历的过渡态能量越低,反应的活化能越小,反应速度快,相应的σ-络合物生成的就多。
通过以上讲解,大家脑海中要有这样几个概念:第一,分析基团与苯环间的电子效应可以判断基团是供电子基还是吸电子基,从而来确定基团使苯环活化还是钝化;第二,分析基团与苯环间的电子效应可以比较邻间对位碳的电子密度大小,以此判断基团的定位效果;第三,分析σ-络合物的稳定性也可以判断基团的定位效果。
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。
