芳香亲电和亲核取代反应
芳环的取代反应
芳环上的取代反应：（1）亲电取代反应（2）亲核取代反应 一、芳环的亲电取代反应 A 、芳环上的亲电取代历程：芳香族与亲电试剂作用时，亲电试剂先与离域的π电子结合，生成π络合物，接着亲电试剂从苯环的π体系中得到两个π电子与苯环的一个碳原子形成σ键，生成σ络合物。
此时这个碳原子由sp2杂化变成sp3杂化，苯环中的六个碳原子形成的闭合共轭体系被破环，变成四个π电子离域在五个碳原子上。
根据共轭共振论的观点，σ络合物是三个碳正离子共振结构的共振杂化体，其能量比苯环高，不稳定。
它很容易从sp3杂化碳原子上失去一个质子，碳原子由sp3杂化变成sp2杂化，再形成六个π电子离域的闭合共轭体系——苯环，从而降低了苯环的能量，产物比较稳定，生成取代苯。
1、亲电试剂的产生HNO 3＋2H 2SO4NO 2+＋H 3O +＋2HSO 4-亲电试剂2、π－络合物的形成＋NO 2π－络合物23、σ－络合物的形成NO 2+HNO2σ－络合物硝基所在碳为sp 3杂化 4、消去－H ++NO 2H NO 2快B 、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)：（除卤素外，卤素对芳环有致钝作用）具有+I 或是＋C 效应，其作用是增大芳环的电子云密度。
致活基NH 2NHR2OHORNHCROPhR致钝基F Cl BrI2、 第二类定位基（间位定位基）：具有－I 或－C 效应，使芳环上的电子云密度降低，均为致钝基NO 2NR 3COOHCOORSO 3HCNCHOCROCCl 3C 、影响亲电取代的因素：（1）芳环上取代基对于E +进入芳环位置的影响第一类定位基－邻对位定位基第二类定位基－间位定位基共振式越多， 正电荷分散程度越大，芳正离子越稳定。
（2） 动力学控制与热力学控制： α位取代－动力学控制产物； β位取代－热力学控制产物。
（3） 邻位和对位定向比：a 亲电试剂的活性越高，选择性越低。
有机化学中的芳香亲核取代与芳香亲电取代
有机化学中的芳香亲核取代与芳香亲电取代芳香亲核取代和芳香亲电取代是有机化学中的两个重要反应类型。
这两种反应是有机芳香化合物中的氢原子被置换为另一种原子或基团的过程。
本文将详细介绍芳香亲核取代和芳香亲电取代的原理、机理和应用。
一、芳香亲核取代芳香亲核取代反应是指芳香化合物中的氢原子被一个亲核试剂取代的过程。
亲核试剂可能是氢氧根离子、卤素离子、芳基负离子等。
这种反应一般需要在碱性条件下进行。
芳香亲核取代反应的机理是由共轭碳氢键的特殊性质决定的。
芳香环中的π电子可以共享给亲核试剂，而由于环上的π电子非常稳定，取代反应的活性较低，因此需要在碱性条件下进行。
常见的芳香亲核取代反应有苯酚的溴化反应、苯的硝化反应等。
苯酚的溴化反应以环境中的溴离子为亲核试剂，生成溴苯和溴化氢。
苯的硝化反应以硝酸为亲核试剂，生成硝基苯和水。
这些反应在有机合成中具有重要意义，可以用于合成药物、香料等化合物。
二、芳香亲电取代芳香亲电取代反应是指芳香化合物中的氢原子被一个亲电试剂取代的过程。
亲电试剂可能是正离子、电子不足的分子等。
这种反应一般需要在酸性条件下进行。
芳香亲电取代反应的原理是由共轭芳香体系的特殊稳定性决定的。
共轭芳香体系能够吸引亲电试剂的正电荷，使其参与反应。
芳香环上的π电子提供了稳定性和活性中心，使得亲电试剂能够与芳香化合物反应。
常见的芳香亲电取代反应有苯的硝化反应、苯的磺化反应等。
苯的硝化反应以浓硝酸为亲电试剂，在酸性条件下发生取代反应，生成硝基苯和水。
苯的磺化反应以浓硫酸为亲电试剂，生成苯磺酸和水。
这些反应在有机合成中也具有重要意义，可以用于合成各种化合物。
三、芳香亲核取代与芳香亲电取代的比较芳香亲核取代和芳香亲电取代在机理和反应条件上有明显的区别。
芳香亲核取代需要在碱性条件下进行，而芳香亲电取代需要在酸性条件下进行。
此外，芳香亲核取代的亲核试剂通常是负离子，而芳香亲电取代的亲电试剂通常是正离子或电子不足的分子。
两种反应类型在有机合成中有着不同的应用。
芳香族化合物的取代反应
(D)H (D)H NO2 H(D) HNO3/H2SO4 H(D) H(D) kH/kD = 1.05 (D)H (D)H NO2 H(D) NO2 H(D)
容易观察到较小的同位素效应 (kH/kD = 1-3，而非正常的6-7)： 第一步具有可逆性及由此引起 的分配效应所产生的。
:
:
:
:OMe
+
H
E
H
E :
H
E : :OMe H E
H
E
:OMe
+
:
:OMe
+
H E
H E
+
化学
-I > +C ，钝化苯环：X
Cl
Cl E H H E
B间位定位基 的定位能力次序大致为（从强到弱） 2.
-NR3， -NO2， -CF3， -CCl3， -CN， -SO3H， -CHO， -COR，-COOH， -CONH2。
反 应 进 程
化学
2. 同位素效应 当一个反应进行时，在决定反应速率的步骤中发生 了反应物分子的同位素键的断裂，将显示初级动力 学同位素效应。最常见的是，反应物分子中的氢被 氘取代后，反应时有速率上的不同，这种变化称为 氘同位素效应，用kH/kD表示。 例如下列反应有 动力学同位素效 应，说明质子是 在决速步的失去 的：
CH2CH3 H
CH3CH2 + [AlCl3Br]
CH2CH3
H+
+
HBr AlCl3
化学
特点： 1°常用的催化剂是无水AlCl3，此外 FeCl3、BF3、 无水HF、SnCl4、ZnCl2、H3PO4、H2SO4等都有催 化作用。
芳环的亲电取代、亲核取代反应及芳环取代基的反应
两个钝化基存在时，则弱钝化基决定定位） —— 活性作用大小接近时，获得混合物 —— 空阻大的位置难进入
多取代苯的定位效应：
多取代苯的定位效应：
位阻较大
多取代苯的定位效应：
二、取代基对芳环亲电取代反应的影响
总反应机理如下：
E
+E
H
Step 1: 亲电试剂进攻苯环的
键，形成碳正离子
Nu
E 取代产物具有芳香性
E
Nu
加成产物失去芳香性
Nu
Step 2: 脱去一个质子， 回复芳香稳定结构
一、芳环的亲电取代反应及机制
2. Reaction coordinate diagrams:
一、芳环的亲电取代反应及机制
HCl
Cu HBr
N2+ Cl - 1) Cu, Na2SO3 2) H+
Cu
Cl Br
SO3H
四、芳环取代基的反应
5、 芳香重氮盐的偶联反应（与胺或酚反应）
——芳香重氮盐作为亲电试剂与非常活泼的芳香化合酚类或胺 类发生反应，生成偶氮化合物。
HO HO
+
CH3 +
N2+ Cl-
Br N2+ Cl-
particu larly s ta bl e
CH3
pa ra -
EH
m e ta-
CH3
E H
particu larly s ta bl e CH3
EH CH3 E H
CH3
EH CH3 E H
OH, OR；NH2, NHR, NR2：强致活基，邻对位定位基。
芳香亲电和亲核取代反应
8.5 芳环上的亲核取代反应
一．SNAr2历程
例：
Cl
Cl Nu
Nu
Nu-
-Cl-
NO2
NO2
Cl
+ NaOH
360℃ 高压
NO2 OH
Cl NO2 + NaHCO3 130℃
OH NO2
8.5 芳环上的亲核取代反应
一．SNAr2历程
Cl NO2 + NaHCO3 100℃
常见取代基定位效应
类别 邻 对 位 取 代 基
间位取代基
性质 致 活
致钝 致 钝
取 最强 强 中 弱 弱
强
最强
代
NR2
O NHC R
CH3
F
NO2 CN
NHR O CR3 Cl SO3H
基 O NH2 OC R
OH OR
Br CHO
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NR3
I COCH3
COON
COOCH3
CONH2
电子 +I 效应 +C
二．亲电取代反应历程 三．亲电取代反应活性和定位效应
8.1 芳香亲电取代反应
卤代
+
X2
FeX3 或 Fe
X + HX
卤苯
硝化 磺化
反应活性 CI2＞Br2＞I2
+HNO3 浓50H~62S0O。4C
NO2+ H2O
硝基苯
+
HO-SO3H
70-80。C 。 或发烟 H2SO4 25 C
SO3H + H2O
反应速度与重氮盐的浓度成正比，而与亲核试剂 的浓度无关，
理论有机第九章-芳环上的亲电和亲核取代反应
L Nu-
L Nu Nu
快
F 》Cl，Br, I
OCH3
H3CO OC2H5
OC2H5
O2N
NO2 KOC2H5 O2N
NO2 OCH3 O2N
NO2
NO2
NO2
NO2
L δ+
L Nu
Nu
＋ Nu-
L-
δ+
慢
快
NO2
NO2
NO2
CH3O OCH3
又称为SNAr2历程
K+ NO2
NO2 Meisenheimer络合物已被分离出
Zn-Hg HCl
CH3CH2CH2CH2
O
R C Cl + AlCl3
O R C Cl AlCl3
O R C Cl AlCl3
RCO
R C O + AlCl4
R
+C
O
H CR
O + AlCl4
H CR O
CR
O + HCl + AlCl3
O
+
H2C
C O
AlCl3
H2C C
CH2 CH2
Cl C O
-H+
NH2
N2+Cl-
I
NaNO2
KI
HCl
NN
+ CuCN
Zn +HCl
N2Cl
CN NH2 + NH3
NaNO2/HCl ArNH2 ArNH2 NaNO2/HCl
ArN2Cl HBF4 CuX
ArN2Cl
ArF ArX (X=Cl,Br)
合成？？？
大学有机化学反应方程式总结芳香醇的亲电取代反应与醛的亲核加成反应
大学有机化学反应方程式总结芳香醇的亲电取代反应与醛的亲核加成反应在有机化学中，芳香醇的亲电取代反应和醛的亲核加成反应是两类重要的反应类型。
本文将对这两类反应进行总结，并给出相应的反应方程式。
一、芳香醇的亲电取代反应芳香醇的亲电取代反应是指芳香醇通过亲电试剂的攻击，发生取代反应，取代掉醇基团。
这类反应常用于有机合成中，能够合成具有重要生物学活性的化合物。
1. 酸催化的芳香醇醚化反应芳香醇与酸催化剂反应生成相应的芳香醚。
反应方程式如下：Ar-OH + R-OH → Ar-O-R + H2O2. 酸催化的芳香醇酯化反应芳香醇与酸催化剂反应生成相应的芳香酯。
反应方程式如下：Ar-OH + RCOOH → Ar-OCOR + H2O3. 脱水缩合反应芳香醇通过酸催化剂与醛或酮缩合生成相应的芳香醚。
反应方程式如下：Ar-OH + RCHO → Ar-OR + H2O4. 酸催化的烷基化反应芳香醇与卤代烷反应生成烷基取代的芳香醚。
反应方程式如下：Ar-OH + R-X → Ar-OR + HX二、醛的亲核加成反应亲核加成是指亲核试剂通过攻击醛的羰基碳，与醛反应生成加成产物。
醛的亲核加成反应广泛应用于制备醇、醚、胺等有机化合物。
1. 羟胺与醛的加成反应醛与羟胺反应生成相应的胺类化合物。
反应方程式如下：RCHO + NH2OH → RCH=NHOH + H2O2. 羟胺与醛的缩合反应醛与羟胺反应生成相应的肟类化合物。
反应方程式如下：RCHO + NH2OH → R-C(=NOH)-R + H2O3. 亚胺与醛的加成反应醛与亚胺反应生成相应的缩酮类化合物。
反应方程式如下：RCHO + R'NR'' → R-C(=NR'')R'' + H2O4. 脱氧反应醛与次硫酸氢钠反应生成相应的烯醇化合物。
反应方程式如下：RCHO + NaHSO3 → R-CH=O + NaHSO4以上是大学有机化学中芳香醇的亲电取代反应和醛的亲核加成反应的一些常见例子和反应方程式。
有机化学基础知识点整理芳香亲电取代和芳香亲核取代反应
有机化学基础知识点整理芳香亲电取代和芳香亲核取代反应有机化学基础知识点整理芳香亲电取代和芳香亲核取代反应在有机化学中，芳香亲电取代和芳香亲核取代反应是两种重要的反应类型。
它们涉及到芳香化合物的化学反应，对于理解和应用有机化学知识具有重要意义。
本文将对芳香亲电取代和芳香亲核取代反应进行整理和讲解。
一、芳香亲电取代反应芳香亲电取代反应是指在芳香环上发生的亲电取代反应。
亲电取代反应是指一个亲电试剂（通常是正离子或部分正离子）与芳香化合物发生反应，取代一个芳基上的原子或基团。
这种反应的机理通常经历亲电试剂的攻击，形成的中间体再经历解离、重排等步骤最终生成产物。
常见的芳香亲电取代反应有取代基的烷基化、酰基化、酰基氨基化、酰基氧代化等。
其中，取代基的烷基化反应是最为基础和典型的芳香亲电取代反应。
以氯代甲烷为例，氯离子是一个强亲电试剂，它可以与苯发生取代反应，生成氯代苯。
芳香亲电取代反应的速率受到电子密度、位阻效应和取代基效应等因素的影响。
电子密度越大，反应速率越快；位阻效应越大，反应速率越慢；取代基的性质也会影响反应速率。
二、芳香亲核取代反应芳香亲核取代反应是指在芳香环上发生的亲核取代反应。
亲核取代反应是指一个亲核试剂与芳香化合物发生反应，取代一个芳基上的离去基。
亲核试剂通常是以亲核离子形式存在，如氢氧根离子、氨根离子等。
芳香亲核取代反应的机理通常经历亲核试剂的进攻、解离、重排等步骤最终生成产物。
常见的芳香亲核取代反应有碱水解、碱醇解、碱胺解等，以氢氧根离子为例，它可以与苯发生取代反应，生成苯酚。
与芳香亲电取代反应相比，芳香亲核取代反应的速率受到反应性的影响更大。
反应性越高，反应速率越快；另外，电子密度、位阻效应和取代基效应等因素也会影响反应速率。
三、芳香亲电取代和芳香亲核取代反应的应用芳香亲电取代和芳香亲核取代反应在有机合成中有着广泛的应用。
根据有机化学的原理和方法，可以利用这两种反应来合成不同的有机化合物。
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CMe3 H2SO4
CMe3
Br H2SO4
SO3H Br
SO3H
6
2、螯合效应 当环上的取代基与亲电试剂发生配合时，通常发生邻位取代。
O + O2N O NO2
O H NO2
O NO2
NO3
O NO2
7
8.1.4 碳作为亲电试剂
1、傅-克（Friedel-Crafts）烷基化反应
+ CH3CH2Br AlCl3
OH
20
重氮盐水解成酚时只能用硫酸盐，不用盐酸盐，因盐酸盐水解易发生副反应
NH2
NaNO2,H2SO4
Br
N2HSO4
H2O
Br
OH Br
HNO3+H2SO4
OH
NO2
NH4HS
NO2
NH2
NaNO2,H2SO4
NO2
H2O
NO2
N2HSO4 NO2
21
重氮盐去氨基化反应（被 H 取代）
➢ 方法 1
O + Cl
O AlCl3
+ (CH3CO)2O AlCl3
COCH3 + CH3COOH
9
反应机理 • 酰氯为酰基化试剂
O
[AlCl4]
R C Cl ＋ AlCl3
RC O
RC O 贡献大
RC O H
CO R
O AlCl3 C
R
H2O
酰基正离子
－H+
O C
R
O AlCl3
C R
酮与AlCl3络合， 消耗1eqv. AlCl3
Br
CH3
Br H3PO2 H2O,130℃
CH3
34
NH2 NaNO2,HCl
NH2
NO2
NaNO2,HBr
Cl
NO2 NH2 NaNO2,HCl
N2Cl
CuCl
NO2 N2Br
CuBr
Cl
NO2 N2Cl CuCN
Cl
NO2 Br
Cl NO2
CN
CH3 Br NaNO2,HCl
NH2
CH3 Br
10
Friedel-Crafts酰基化反应在合成中的应用
• 制备芳香酮
• 间接制备烷基苯
O R C Cl Ar H
AlCl3
O Ar C R
不会多取代
Zn(Hg) / HCl or NH2NH2 / OH
Ar CH2 R
直接法不足之处：(1)有重排。 (2)易进一步取代
RX AlCl3
RX
R
R
AlCl3
D + AlCl3
H + AlCl3
3
8.1.2 结构与反应活性
表现为吸电子诱导效应和给电子共轭效应的定位基（+C、-I） 1、OR、OH、NH2、NR2、OCOR、NHCOR等 +C > -I
进攻邻位
OH H E
OH H E
OH H E
进攻对位 进攻间位
OH
OH
OH
OH
HE OH
E H
HE OH
18
重氮盐的反应类型
• 取代（主要反应） • 偶联 • 还原
放氮 保留氮
1. 放出氮的反应（重氮盐的取代反应）
Ar OH Ar H
Ar N2 X
Ar X Ar CN
19
重氮盐的水解（取代成酚）- 被OH（羟基）取代
Ar N2 X
H2O / H
NH2 NaNO2 + H2SO4
0_5 ℃
机理 Ar N2 X
CH3 KNH2
Cl
CH3 +
NH2
CH3 NH2
KNH2 O Cl Ph
O Ph
41
苯炔的其它生成途径
NH2 COOH
N2 COOH
N N Na2O2
N
NH2
+ N2
SiMe3 KF
OTf
42
CuCN
KCN
N2Cl
CH3 Br
H+/H2O
CH3 Br
CN
COOH 35
8.2.2 加成-消除历程 (SNAr2历程）
X + Y-
慢
X快
Y
Y + X-
O2N
OEt
NO2 + MeO-
NO2
MeO OEt
O2N
NO2
NO2
Meisenheimer 络合物 红色晶体
36
含硝基芳香卤代物的取代
X
第8章 芳香亲电和 亲核取代反应
8.1 亲电取代反应
8.1.1 亲电取代反应历程
X +E
X
X
慢
E
π络合物
HE
σ络合物
X +H
E
2
加成-消除历程
CF3 + NO2F + BF3
CF3
> -50 oC
BF4 H NO2
CF3 + HF + BF3
NO2
- H+
AlCl3 DCl
AlCl4-
- D+
HD
CuCN / KCN
机理（自由基机理）
Ar X (X = Cl, Br) Ar CN
Ar N2 X + CuCl + Cl
Ar + N2 + CuCl2 CuCl2
Ar Cl + CuCl
24
重氮盐的取代反应在合成中的应用
重氮盐反应小结
(i) 取代 • 水解成酚
Sandemeyer反应引入Cl、Br Schiemann 反应引入 F 与 NaI反应引入I
Ar OH + N2
N2SO4H H2O H
制备重氮盐 的副反应 OH
+ N2 + H2SO4
Ar + N2 + X
H2O
－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） R
Ar N2 X + Ar OH
Ar N N
Ar N2 X + H3PO2
Ar H
次磷酸 或KOH / HCHO溶液
➢方法 2
Ar N2 X + HOCH2CH3
Ar H
副反应——生成芳基醚
－N2
Ar N2
Ar
HOC2H5
-H Ar OC2H5
H
Ar OC2H5
22
重氮盐 - 被 卤原子、氰基-CN取代
重氮盐碘代
Ar N2 X + NaI
快
溶剂的极性对反应速率的影响很小。
17
重氮盐(Diazonium salts)及其反应
重氮盐的制备和稳定性
NaNO2 / HCl
Ar NH2
0 5oC
Ar N2 Cl 重氮盐
伯芳胺
现制现用 • 温度升高易水解成酚 • 干燥时以爆炸
1°重氮化反应必须在低温下进行（温度高重氮盐易分解）。 2°亚硝酸不能过量（亚硝酸有氧化性，不利于重氮盐的稳定）。 3°重氮化反应必须保持强酸性条件（弱酸条件下易发生副反应）。
比第一步快
R＋
R R
11
3、氯甲基化反应
+ CH2O
ZnCl2 HCl
CH2Cl
CH2O + H+
CH2OH
CH2OH
- H+
ZnCl2
HCl
CH2Cl
H CH2OH
12
8.1.5 氢作为亲电试剂
1、脱烷基的反应
CH3 (CH3)3CCl AlCl3
CH3 CH3COCl AlCl3
C(CH3)3
NaOH
H+
135~160oC
NO2
X
NO2 Na2CO3
H+
NO2
100oC
X
O2N
NO2
H2O
H+
OH
NO2 OH
NO2
➢邻或对位硝 基可促进取代 进行
NO2
OH
O2N
NO2
➢硝基数目多， 取代更加容易
NO2
NO2
37
取代反应的机理 —— 加成－消除机理
X OH 加成
慢 NO2
X OH
N OO
• 卤代成卤代芳烃
• 转变为芳香腈（ Sandemeyer反应）
• 转变为芳烃（去氨基化）
(ii) 与酚或胺类偶联：成偶氮芳烃
H3PO2 法 HOC2H5 法
(iii) 还原：成芳基肼
25
合成上应用举例
例 1：
H3C
Br
H3C
OH
➢磺酸碱熔法制备酚
ArSO3H Br
H3C H3C
NaOH
H+
300oC
CH3
Br
Br
NH2
CH3 Br
CH3 NHCOCH3
CH3
32
•合成路线
CH3 HNO3
CH3 Fe
H2SO4
HCl NO2
除去邻位产物
Br2 Fe
CH3
CH3
H2O / H+
Br NHCOCH3
H3PO2
CH3
Br
Br
N2 Cl
CH3 NH2
Ac2O Et3N
CH3 NHCOCH3