有机合成原理及设计-2基础

CH2=CH-CH 3 AlCl3,110℃
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％
ΔE3
图2-1 苯系亲电取代的能量变化图
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支持σ络合物存在的证据：
CH3
C2H5F
CH3 + BF · 4 CH3 H C 2H 5
-
CH3
H 3C
CH3
BF3,-80℃
H3C
-15℃
+ HF + BF3 H 3C C 2H 5 CH3
σ络合物，橙色固体，熔点-15℃
CF3
NO2F
-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
C-烷化 C2H5Br (GaBr3,C6H5CH3,25 ℃) 2.47
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2.1 芳香族亲电取代的定位规律
4、亲电试剂的空间效应（P10 图2-3）
5、新取代基的空间效应 6、反应的可逆性
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7、反应条件的影响

温度
（1）通常情况下，温度升高，亲电取代反应活性增 高，选择性下降。
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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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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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苯的多元亲电取代反应的定位规律
(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：
CH3
少量
CH3
COOH
COOH

主产物
NHCOCH3 CH3
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已有两个取代基为不同类 型定位基，且处于邻、对 位，则定位作用一致。
CH3
NO 2

已有两个取代基为不同类 型定位基，且处于间位， 则定位作用不一致——取 决于第一类定位基。
NHCOCH3
COOH
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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。
综合 性质
NR2、NHR、NH2、OH、OR OCOR、NHCOR NHCHO、C6H5、CH3*、CR3* F、Cl、Br、I、CH2Cl、 CH=CHCOOH、CH=CHNO2 COR、CHO、COOR、CONH2、 COOH， SO3H、CN、NO2、CF3**、CCl3**
活 化 基
强
最强 NH3+、NR3+
A B
A B +
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
CH3 Br NO2 CH3 Br
11
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
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
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表2-1 邻、对位定位基和间位定位基
定位 效应 邻 、 对 位 定 位 强度 最强 -O强 中 弱 弱 间 位 定 位
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取代基
电子效应 给电子诱导效应、 给电子共轭效应 吸电子诱导效应小于给 电子共轭效应 *给电子诱导效应， 给电子超共轭效应 吸电子诱导效应大于给 电子共轭效应 吸电子诱导效应、 吸电子共轭效应 **只有吸电子诱导效应 吸电子诱导效应
NO 2 NO 2 NO 2 NO 2 ＋ NO 2 NO 2 ＋ NO 2
混酸 硝化
0℃ 90℃
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5％ 13％
94％ 91％ 85％
1％ 2％ 2％
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40℃ 7％
（2）使不可逆的磺化、C-烷化反应转变为可逆反应， 从而影响产物异构体的比例。
CH3
实例1：
磺化
0℃
CH3 SO3H
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
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
H3 C
H3C
59.8 0.5
H3 C
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
钝 化 基
8
练习1：指出下列物质取代反应的位置
COCH3
CH2CH3
SO3H
练习2：排出下列物质取代反应的难易顺序 H CH3 Br NO2 OH CHO
③
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②
④
⑥
①
⑤
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练习3：选择合理的合成路线 Cl ①
氯化、磺化
？
NO2
酰基化 、硝化
② SO3H
COCH3 NO2
Cl2/Fe
☺ CH
3
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五、萘环的定位规律 • 萘的结构
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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第2章 精细有机合成基础
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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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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。
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。
新引入取代基的体积越大，邻位产物越少。
表 甲苯C-烷化反应新引入基团对异构体比例的影响
新引入 基团 CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3
反应条件 CH3Br(GaBr3,C6H5CH3,45℃) C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃) CH(CH3)2Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃) C(CH3)3Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)