第2章精细有机合成基础

有-I，+T，且|-I|>|+T|： 如-F,-Cl,-Br,-I等 （1）总效果使苯环电子云密度降低； （2）使取代基邻、对位电子云密度低于间位； （3）邻、对位定位基。
Cl
+0.0041 +4.46 +0.0202 -0.02
NH2
-0.003 0
O=N→ O
+0.260 +0.191 +0.270
COOH
NO2
CH3 NO2
CH3 NO2 O 2N
NO2
NO2
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NO2
35
练习：在下述两题中，各选 择一条更好的合成路线。
COOH COOH -Br
CH3
☺
CH3
COOH CH3 CH3 -Br SO3H CH3 -Br
CH3
COOH
SO3H CH3 -Br
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☺ CH
第2章 精细有机合成基础
2014-6-4
1
本章教学基本内容和要求 1、芳香族亲电取代的定位规律
补充一：芳香族的亲核取代反应
补充二：自由基反应 2、化学反应的计量学
3、化学反应器
4、精细有机合成中的溶剂效应
5、有机合成新技术 教学重点：芳香族亲电取代反应及定位规律
教学难点：有机合成新技术
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磺化
200℃
SO3H 4.3% 54.1%
SO3H 35.2%
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27
CH3
CH3 CH(CH3)2
CH 2=CH-CH 3 AlCl3,0℃
CH3
CH3
实例2：
CH(CH3)2 34% CH3 CH(CH3)2 CH(CH3)2 25% CH3 41% CH3
CH 2=CH-CH 3 AlCl3,110℃
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18
两类定位基：

邻、对位定位基（第一类定位基）：
-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。
-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,

间位定位基（第二类定位基）：
-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。
(1)苯环上已有取代基的定位效应具有加和性。 (2)当苯环上已有两个取代基对新取代基的定位效应不一致时， 新取代基进入苯环的位置取决于已有取代基定位效应的强弱。通 常活化基的定位效应大于钝化基的定位效应；邻、对位的定位效 应大于间位的定位效应。活化基的定位效应有下列强弱次序： O-＞NH2＞NR2＞OH＞CH3、NHCOCH3＞CH3＞X (3)当苯环上两个取代基都是钝化基时，很难再进入新取代基。 钝化基的定位效应有下列强弱次序：
CH(CH3)2 1~2% 65~70% CH(CH3)2 28~30%
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反应介质
NHCOCH3
NHCOCH3
NHCOCH3
NHCOCH3
硝化
NO 2
反应介质
+
NO 2
+
NO 2
乙酸酐 硫酸
约92％ 约30％
少量 少量
约8％ 约70％
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催化剂的影响
（1）改变E+的极性效应或空间效应。 （2）改变反应历程。
异构产物比例，％ 邻位 55.7 38.4 26.2 0 间位 9.9 21.0 26.2 32.1 对位 34.4 40.6 47.2 67.9
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3、亲电试剂的活泼性（电子效应）

亲电试剂的活泼性越高，亲电取代反应速度 越快，反应的选择性越低。

亲电试剂的活泼性越低，亲电取代反应速度
CF3
CF3 NO2 ·BF4H + HF + BF3 NO2
+
>-50℃
σ络合物，固体，无一定熔点
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二、苯的二元亲电取代反应
1、概念
苯的二元亲电取代是指一元取代苯再进行第二次亲电取代 的反应。在绝大多数情况下，反应的结果是苯环上的另一个氢 被取代成为二元取代苯。
A B
A B +
2.1 芳香族亲电取代的定位规律
σ络合物证据
一、反应历程 化学反应所经历的途径或过程，又称反应机理。 以苯的一元亲电取代为例，其反应过程可表示如下：
ì Â
+ E+
E+ p-ÂÂÂ
k1 Â K-1
+
E H
-H+
E
s-ÂÂÂ
k2
+
E H
+
E H
+
E H
σ络合物又叫惠兰特中间体或碳正离子中间体
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有-I，-T：
如-NO2、-CN、-COOH、-CHO等
（1）诱导效应与共轭效应作用一致；
（2）则使苯环钝化； （3）间位定位基。
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15

有+I，+T：
如-O-、-CH3
（1）共轭效应与诱导效应作用一致；
（2）则使苯环活化；
（3）邻、对位定位基。
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有-I，+T，且|-I|<|+T|：
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12

有+I，无T：
如-C2H5，-CH3 （1）使σ-配合物稳定，活化苯环；
H H （2）使邻、对位取代产物更稳定；
（3）为邻、对位定位基。
¬ ¹ ² î é C: s-p ³ ¹ ± Ê ½ » ·É Ï µ ç Ó ×Ô Æ Ã Ü ¶ È
H
C
H
H C
H
I: -CH3Ê Ç â ³ ç µ × Ó » ù ¹ ± Ê ½ » ·É Ï µ ç Ó ×Ô Æ Ã Ü ¶ È
Br
注1：引入第三个基团时，前两 个基团的定位作用一致更好。
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NO2 CH3
溴化
？
NO2 CH3 Br
11
三、苯环上的已有取代基的定位规律及影响因素
1、已有取代基的电子效应
诱导效应(Inductive effect) （I）：由电负性大小决定。 -I:吸电子 ＋I:供电子 共轭效应（T）：包括π -π 共轭和p-π 共轭。 -T:吸电子 ＋T:供电子
Z H E Z H E Z H E Z H E
如-OH、-OCH3、-NH2、N(CH3)2、-NHCOCH3等 （1）诱导效应与共轭效应作用
不一致，共轭效应作用大于诱 导效应，使苯环活化； （2）使邻、对位取代产物更稳 定；
（3）邻、对位定位基。
Z
Z
Z
Z
H E
H E
H E
H E
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A + B
A
B
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2、单环芳烃二元亲电取代反应的定位规律 A 1、定位规律 E A E + 40% A + E E 20% A
定位 基团
理论平均值：40%
①决定反应的难易——以苯的相对反应速率为标准， 分为活化基和钝化基 ②决定反应的位置——以邻对位产率60%为标准， 分为邻对位基和间位基
越低，反应的选择性越高。
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表 亲电试剂活泼性的影响
H3C
H3C
59.8 0.5
H3C
1.17 1.25 38.4 21.0 40.6
异构产物 比例，％
39.7
97.6
反应类型 反应条件 kT/kB
氯化 Cl2(CH3COOH, 25℃) 340
C-酰化 CH3COCl (AlCl3,C2H4Cl2, 25℃) 128
O
O SO3H
O
SO3H
磺化
O
磺化 HgSO4催化
O
O
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四、苯环上已有两个取代基的定位规律

已有两个取代基为同一 类型定位基，且处于间 位，则定位作用一致。 已有两个取代基为同一 类型定位基，且处于邻、 对位，则定位作用不一 致——取决于定位能力 的强弱。
CH3
少量
CH3
COOH
-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,
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2、已有取代基的空间效应

已有取代基的空间效应
(1)在极性效应相差不
表
R
一硝化（AcONO2,0℃)产物异构体比例
大时，已有取代基体积
越大，邻位异构产物的 比例越小。
R -CH3 -C2H5 -CH(CH3)2
CH3COCl /AlCl3
Cl
HNO3/H2SO4
COCH3
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10
CH3 ③
氧化、硝化 、溴化
COOH
CH3
Br
④ NO2
COOH 硝化、溴化 Br
、氧化
KMnO4
Br2/Fe
HNO3 H2SO4
NO2
KMnO4
COOH
HNO3 H2SOBr 4
COOH
？
NO2
CH3
Br2/Fe
CH3
o/p 1.66 0.90 0.41
-C(CH3)3
0.12
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(2)当极性效应起主导作用时，结果可能相反。