芳环的亲电取代、亲核取代反应课件.ppt

1、本次课的思考、复习提示：1.芳环上可以发生那几种亲电取代反应？2.芳环亲电取代反应的机制是什么？3.进攻芳环的亲电试剂（物种）是如何产生的？4.当芳环上已有取代基时，再取代的基团进入原有基团的什么位置？5.邻对位定位基是否都使芳环活化？6.间位定位基也使芳环活化吗？7.取代基的空间位阻会影响邻对位比例吗？8.多取代苯的定位效应，活化基团和钝化基团都有，哪一种主要发生作用？9.多取代苯的定位效应，两个活化基存在时，那一个为主？10.多取代苯的定位效应，两个钝化基存在（有强弱），那一个确定定位效应？NO2SO3HRCl(Br,or I)ORNitrationHalogenationF-C acyl

2、ationF-C alkylationSulfonationfastslowHEHEHEE+E-H+NO2SO3HRCl(Br,or I)ORNitrationHalogenationF-C acylationF-C alkylationSulfonation+HNO3H2SO450oCNO2+H2O98%HSO4-H2SO4Note:Rearrangement may occur in alkylation2.5 Friedel-Crafts Acylation(傅氏酰基化傅氏酰基化)RCClO+AlCl3:RCO:RCO:-AlCl4acylium ion没有重排问题没有重排问题注意使用不

3、同的酰化试剂时，催化剂的用量是不同的注意使用不同的酰化试剂时，催化剂的用量是不同的1.0 eq2.0 eqCH3HNO3CH3NO2CH3NO2para-ortho-Faster than nitration of benzeneBrHNO3BrNO2BrNO2para-ortho-Slower than nitration of benzeneNO2HNO3NO2Slower than nitration of benzeneNO2meta-2.The effect of substituents on reactivity致活基致活基致钝基致钝基取决于取代基电子效应对苯环电子密度影响的大小

4、取决于取代基电子效应对苯环电子密度影响的大小4.1 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电子效应对苯环上电子云密度分布的影响NH2+NH2:NH2:NH2:NH2:-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等基团具有给电子共轭和吸等基团具有给电子共轭和吸电子诱导作用，总结果为给电子共轭作用，苯环上电子云密度增电子诱导作用，总结果为给电子共轭作用，苯环上电子云密度增加，亲电反应速率增大。加，亲电反应速率增大。-邻对位电子云密度增加得更多，邻对位定位。邻对位电子云密度增加得更多，邻对位定位。4.1 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电子效应对苯环上电子云密度分布的影响NOONOON+NOONO

5、OOO-CHO、-COR、-COOR、-CONHR、-SO3H、-NO2等基团等基团具有吸电子共轭和吸电子诱导作用，苯环上电子云密度降低，具有吸电子共轭和吸电子诱导作用，苯环上电子云密度降低，亲电反应速率降低。亲电反应速率降低。-吸电子共轭作用使邻对位电子云密度降低得更多，吸电子共轭作用使邻对位电子云密度降低得更多，间位定间位定位。位。4.1 电子效应对苯环上电子云密度分布的影响电子效应对苯环上电子云密度分布的影响Cl+-X原子具有吸电子诱导和给电子共轭作用，总结果为吸电子原子具有吸电子诱导和给电子共轭作用，总结果为吸电子作用，苯环上电子云密度降低，亲电反应速率降低。作用，苯环上电子云密度降低

6、，亲电反应速率降低。-邻对位电子云密度降低得较少，邻对位定位。邻对位电子云密度降低得较少，邻对位定位。Cl:Cl:Cl:Cl:由以上分析可见：由以上分析可见：-当一个基团既有诱导效应又有共轭效应时，则整个当一个基团既有诱导效应又有共轭效应时，则整个基团表现出来的电子效应是基团表现出来的电子效应是两种效应的总和两种效应的总和。-取代基产生的取代基产生的共轭共轭电子效应电子效应对苯环的邻对位产生的对苯环的邻对位产生的影响较大影响较大，而对间位产生的影响较小，而对间位产生的影响较小。NH2NO2Cl0.00-0.030.00-0.02+0.26+0.19+0.27+0.04+0.12+0.034.2

7、 苯环上电子云密度分布的计算结果苯环上电子云密度分布的计算结果与前述分析结果是一致的。与前述分析结果是一致的。4.3 反应的活泼中间体结构和稳定性分析反应的活泼中间体结构和稳定性分析当氧或氮与羰基相连时，氧或氮上的孤对电子也与羰基当氧或氮与羰基相连时，氧或氮上的孤对电子也与羰基共轭，因此与苯环的共轭作用减弱了共轭，因此与苯环的共轭作用减弱了OCOROCRONHCROHNCOR-CONH2,-COOR,-COR,-CHO,-SO3H,-+NR3,-NO2,-CF3,-CN-CF3和和-+NR3只具有吸电子诱导效应只具有吸电子诱导效应-其它基团则兼具有吸电子诱导和共轭效应其它基团则兼具有吸电子诱导

8、和共轭效应increasing deactivatingHEHEHEClClClClClClEHEHEHClClClEHEHEHortho-para-meta-HECl:ClEH:取代基的空间位阻将影响邻对位比例取代基的空间位阻将影响邻对位比例取代基的体积越大，空间位阻大，邻位比例减少取代基的体积越大，空间位阻大，邻位比例减少类似的，硝化试剂有稀硝酸、浓硝酸、混酸等类似的，硝化试剂有稀硝酸、浓硝酸、混酸等.白色沉白色沉淀，用淀，用于苯酚于苯酚鉴别。鉴别。7.多取代苯的定位效应：多取代苯的定位效应：When more than one group is attached to a benzene

9、 ring,the effect of the stronger activator(or weaker deactivator)prevails.少少major少少OCH3BrHNO3H2SO4OCH3COOCH3Br2FeBr3NHCOCH3BrBrCH3COClAlCl3OCH3BrOCH3Br+O2NNO2OCH3COOCH3BrNHCOCH3BrBrH3COC内容的简单回顾内容的简单回顾NO2SO3HRCl(Br,or I)ORNitrationHalogenationF-C acylationF-C alkylationSulfonationHNO3H2SO4CH3COClAlCl

10、3NO2CH3OHNO3H2SO4CH3COClAlCl3NO2CH3O间位定位基难以发生间位定位基难以发生F-CF-C反应反应CH3CH2CH2COClAlCl3H2OOZnHg,HClH2SO4HO3SOHO3S直接烷基化可能重排直接烷基化可能重排磺酸基应后引入磺酸基应后引入n-C4H9n-C4H9COC3H7HOOCBrBrCOC3H7COCH2CH2CH3COCH2CH2CH3 Br2,Fen-C4H9BrMgEt2OCO2H+n-C4H9COOHClOAlCl3BrZn-HgHClOHH2SO4OHSO3H2molBr2OHBrBrSO3HH3O100 COHBrBr H+:NuCl

11、NO2O2NClNO2NO2ClNO2NO21.HO-(pH 14),160 0 C2.H+HO-(pH 10),100 0 C H2O-(pH 7),40 0 COHNO2O2NOHNO2NO2OHNO2NO2+HCl+Cl-+Cl-NBrOCH3NNH2OCH3NH2 NBrNNH2NH3,H2O,CuSO4140,1.8MPa,18h吡啶的吡啶的2-位或位或4-位上连有好的离去基团时，容易发生亲位上连有好的离去基团时，容易发生亲核取代反应核取代反应吡啶的吡啶的3-位的反应性与卤代苯类似，反应要求条件较位的反应性与卤代苯类似，反应要求条件较强烈且需要在铜盐催化下发生反应：强烈且需要在铜盐催

12、化下发生反应：C Hhv,orX2C XX=Br,Cl自由基卤代反应自由基卤代反应Ph C XPh C NH2(NHR,NR2)Ph C COOHPh C CH2NH2Ph C PR2Ph C CONH2Ph C C C RPh C CNPh C OHPh C ORPh C SH(SR)醇醚硫醇(醚)膦胺炔腈酰胺羧酸胺Ph CX HPhC CPh CX XPh CH OHPh CHOPh CH HPh CHO OHPh COHEliminationC HKMnO4COOHC CH3CH3CH3KMnO4HOOCC CH3CH3CH3NH2CH3NO2CH3NH2CH3Fe+HClSnCl2HC

13、lNH2CH3Zn+HClNH2CH3Sn+HClClNaNH2NH3(L)NH2NO2 H NH2HNO2(NaNO2,HCl)0 5 0CN2+Cl-3.芳香胺的重氮化反应芳香胺的重氮化反应(Diazotization)-芳香重氮盐芳香重氮盐(Arenediazonium Salts)的生成的生成芳香重氮盐芳香重氮盐脂肪族伯胺的重氮化反应脂肪族伯胺的重氮化反应RNH2NaNO2HClRNNCl-H2ON2+Mixture(quantitive)N2+Cl-ClBrCNIH3PO2OHCuClCuBrCuCNKIH2OHBF4F3.芳香重氮盐的反应及其应用芳香重氮盐的反应及其应用HO+N2+

14、Cl-BrHON=NBrHO+N2+Cl-BrOHN=NBrCH3CH3区域选择性区域选择性-偶联反应通常发生在羟基或氨基的对偶联反应通常发生在羟基或氨基的对位，如果对位有基团占据，则发生在邻位。位，如果对位有基团占据，则发生在邻位。反应条件反应条件-重氮盐与酚的偶联常在重氮盐与酚的偶联常在pH810的弱碱性条的弱碱性条件进行；重氮盐与芳胺的反应在弱酸性条件下进行。件进行；重氮盐与芳胺的反应在弱酸性条件下进行。Why？N NN NN N+OHOHCH3N(CH3)2NaOH,H2O0CNaOH,H2O0CHOAc,H2O0CHON N(H3C)2NN NOHCH3N NCH2CH3OCH3CH

15、2CH3OHCH2CH3NH2CH2CH3CH2CH3HNO3CH2CH3NO2Fe+HClCH2CH3NH2(1)HNO2(2)H2OCH2CH3OHCH3IOH-TMBrBrBrNCH2NO2NO2NNO2Br2NO2Fe+HClNH2(1)HNO2(2)CuCNCNBrFeBrBrClFClNH2ClNO2ClClHNO3ClNO2Fe+HClClNH2(1)HNO2(2)HBF4ClFCOOHBrBrH3CH3CH3CH3CNH2NH2(1)HNO3CH3(1)Fe+HClCH3(1)Br2,Fe(2)H2O,OH-CH3BrCH3NO2(2)Ac2ONHCOCH3NH2CH3Br(1

16、)HNO2(2)H3PO2MgEt2OCO2H+CH3COOHnC4H9nC4H9COCH2CH2CH3HOOCBrBrCOCH2CH2CH3COCH2CH2CH3Br2,FeCOCH2CH2CH3BrMgEt2OCO2H+nC4H9COOHClOAlCl3Zn-HgHClnC4H9BrBrBr?NO2HNO3/H2SO4NO2Br2FeBr3Br1.Fe,HCl2.NaNO2,HCl3.CuBrBrBrBr?HNO3/H2SO4NO2Fe+HClNH2BrBrBrNH2Br2FeBr31.NaNO2,HCl2.H3PO2思考题：思考题：请尝试设计上述偶氮化合物的合成路线请尝试设计上述偶氮化合

17、物的合成路线思考题：思考题：请尝试设计上述偶氮化合物的合成路线请尝试设计上述偶氮化合物的合成路线H3CCH3N NSO3NaSO3NaHO迎春红（红色染料）N NHO苏丹红 I（红色染料）1-苯基偶氮-2-萘酚(1-phenylazo-2-naphthalenol)SO3H2SO4AlBr3Br2()()a、Br2SO3H2SO4AlBr3()()b、ClOAlCl3Br2c、()ZnHg，HCl()h（）SO3HSO3HBrBrBrSO3HBrSO3H+OBrOHClNaOEtAlCl3Cld、()()Br2NaNH2CCl4NH3e、()()OCCH3OHNO3H2SO4f、()OHOH+

18、OO+CCHOOO2NOONO2+BrBrOCH3OOOg、+1、AlCl32、H2O()CH3NBSOh、()Mg/Et2O()()1、2、H2Oi、CH31、Mg/Et2O2、D2O()CF3Cl2FeCl3j、()BrOH3COOOHOOHOH3CO+CH2BrCH2MgBrH2COHCH3DCF3ClOCH2CH3CH2OCH3COCH3ON(CH3)3CH2N(CH3)3CH2CH2N(CH3)3CH2CH3ClNO2ClNO2NO2OHNO2NO2CH3NO2NO2（1）（2）（3）（4）1233212134312NO2COOHa、COCH3BrOb、ClClc、CH3NO2d、O

19、CCH3H3COCOe、OHCH3f、OCH3Clg、OHh、O少少主主次次有时有时CH2CH3CH3a、CH2CH2CH2CH3CHCH3CH3b、C(CH3)3H3Cc、a、COOHCOOHb、C(CH3)3HOOCc、HOOCC(CH3)3+CH3H3CCCH2a、CH3H3CCCH3BrH3CCCH3BrBr(CH3)2CHClAlCl3Br2AlCl3CH3BrBrTM-OHCH3OHCH3OCH3CH3COClAlCl3CH3O1、CH3MgBr2、H2OCH3OHH+TMCH3H3CCCH2a、OCH3NO2Brb、OCH3BrOCH3SO3HBrOCH3SO3HSO3HCH2CH(CH3)2H3CCOc、CH2CH(CH3)2H3CCOCH2CH(CH3)2CCH(CH3)2ONH2Bra、NO2BrNO2NO2CH3Ob、CH3ONO2NO2c、NO2BrBrSO3HBrCH2CH2CH2OHBrNO2d、CH2CH2CH2OHNO2CH2CH2CH2OHCH2MgBr作业：请写出上述合成设计的完整作业：请写出上述合成设计的完整合成路线，并尽可能提出其它可能合成路线，并尽可能提出其它可能的合成途径。的合成途径。OCCH2CH2OCOOHNH2NaNO2HClOOHCOOOCCH2CH2OCOOHN=N+OO-OOCHN=N+OO-COO-H