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1、3-4-2 亲电取代,3-4-1 亲核取代,3-4 芳香族化合物的亲核取代 与亲电取代反应,比起脂肪族化合物、芳香族化合物的亲核取代反应较为困难，但如果具备以下条件室，反应可以进行： a.邻对位有吸电子基团的活化作用； b.强碱催化（通过芳烃中间体） c.有电子给体引发； d.重氮盐的取代。,3-4-1亲核取代,（一）.SNAr机理,Step2:,这是目前芳环亲核取代反应中最常见也是最重要的一种。 有很多证据证明SNAr机理，最著名的是Meisenheimer- Jackson盐（1902年）,Stepl:,1) 在决速步骤中，CX没有断裂，所以对于卤素反应速度没有太大的影响，如：,当XCl,
2、 Br, I, SOPh, 时， 速度相差在5倍以内，也不可能期望所有的反应速度都一样，因为它们对Y 进攻芳环有不同的影响。,当X的电负性增加许多时，它减低了反应碳上的电子密度，使得 进攻变得容易。这也是为什么在上述反应中，当XF时，速度要快3103倍, 成为芳环亲核取代反应中最好的离去基团，这也是SNAr反应不同于SN1和SN2的最好证据之一。因为在SN1或SN2反应中， 是最差的离去基团之一。,2) 碱催化,SNAr机理中，如果进攻基团比离去基团更容易离去时，即K-1K1，这时，第二步成为决速步骤，如有碱存在，它能及时移走胺基上的质子，从而加速反应。,例:,(二) SN1机理：,1) 当为
3、一般取代苯（如卤苯、磺酸酯等）不发生SN1，只有当是非常好的离去基团（如：OTf），且邻对位都有位阻很大的基团时（如t-BuOSiR3），SN1才会发生。,2) 重氮盐是SN1中另一类的最主要例子,Step1,Step2,反应为一级，按说速度同 的浓度有 关，但这里如果增加 的浓度，产物将变成ArX，所以实际速度仍与浓度无关，反而降低了产率。,(合成ArI的重要方法),(Schiemann反应,是目前引入F到芳环的最重要方法),例子：,(三) Aryne（芳炔）机理,机理:,支持该机理的证据： 1) 如果ArX的两个邻位有取代基时，反应不发生,没有邻位产物，这是由于在,中的OMe有间位定位效应
4、。（这里是亲核反应）,2),3) ArX的反应活性，BrIClF（对于 KNH2 in NH3），表明这里不是SNAr反应。,Benzyne例子：,(四) SRN1机理（SET）,反应不仅可以由溶剂化的电子引发，还可以由光、热引发。 当苯环上有NO2等取代基时，可以分散自由基的电荷密度，所以有利于SRN1反应。,(四)几例通过芳环亲核反应进行的重排,1) Soummalet- Hauser Rearrangement,反应产物是叔胺，可以变成季胺盐以后又可以反应，所以这反应可以一直进行下去，直到邻位被占为止。 RCH3时反应最容易进行，而等于其它烷时也可以进行。,机理：,2) Smiles R
5、earrangement,也是分子内的亲核取代反应，只是这里是在同一个碳上。 X S，SO，SO2，O，O2，COO YOH，NH2，NHR，O2，SH ZNO2卤素等活化基团，邻位时反应要比对位快。,机理:,3-4-2 亲电取代,芳环亲电取代反应是研究得最为透彻的反应 之一，也是有机化学和精细化工讲得最多的 反应。 亲电取代反应举例： 1) 硝化反应（Nitration）,2) 磺化反应（Sulfonation）,溴化反应（Bromination） 重氮化（Diazoniation） 重氮偶合（Diazonium Coupling）,(一) 芳正离子机理（arenium）,arenium又称
6、为Wheland intermediate or complex,证据： 1) 同位素效应很小，因为决速步骤中没有CH断裂 2) 芳正离子的分离：,-complex 在有些情况下，如苯同Br2, I2, Ag+ 或HCl作用时先生成-complex，然后再转化成芳正离子。,(二) 定位效应,ortho meta para,反应中间体（单取代苯）,1) Z为推电子基团时，（正的场效应），I对所有三种情况都有稳定作用，但oitho和para中有正电荷在Z取代的碳上，所以I对ortho和para活化作用更强，所以I基团有ortho和para定位作用。 2) Z为吸电子基团时（I效应），对所有三种情况
7、都有不稳定作用，即去活化作用，但对于ortho和para的去活化作用更强，所以I基团表现了meta定位效应。,3) 当Z基团有未共享电子对时，对ortho和para有附加的稳定作用，所以ortho和para的活化作用和定位作用更为显著。 4) 以上讨论的定位都不是纯粹的，而只是给出了主要反应位置或反应优先发生的位置，即反应的选择性，这种选择性常不是100。,取代基分为： 1) 有未共享电子对，且直接与芳环相联的取代基： O，NR2，NHR，NH2，OH，OR，NHCOR，SR，卤素原子，这里面除O外，都是吸电子性的场效应（或诱导效应I），但它们的共轭效应更重要，所以表现为邻对位定位。,注意：
8、a、以上所有的基团（除卤素），共轭效应对于芳正离子的稳定作用大于场效应的作用，所以有活化作用。（共轭的推电子大于诱导的吸电子） b、卤素原子的共轭效应对于芳正离子的稳定作用小于场效应（I）使得芳正离子的稳定性不如无取代的苯正离子，故表现为去活化作用，但邻对位取代的芳正离子比间位取代的芳正离子更稳定，所以表现为邻对位的定位效应。 即：NR2，OR等基团时：共轭效应稳定芳正离子，而-I 效应降低芳正离子的稳定性。共轭效应 I效应。 卤素： 共轭效应 I效应， 其中的F取代苯去活化作用更弱，反应活性同苯原子基本相近。,2) 无未共享电子对，场效应为-I的取代基 去活化，间位 邻、对位 NR3+, N
9、O2, CF3, CN, SO3H, CHO, COR, CO2H, CO2R, CONH2, CCl3 3) 无未共享电子对，场效应为I的取代基 R和COO等 活化，邻、对 间,4) 无未共享电子对，但有共轭作用，场效应为I的基团。,活化，邻、对 间,等苯环取代基。,(三) Ipso(希腊文,自由的意思) attack（1位进攻） 除了o-，m-, p-进攻之外，还发现有1位进攻现 象，硝化反应中的Ipso进攻研究的较多。,(四) 多取代基环上的定位 实际上遇到的例子很多都是多取代而非常 取代苯环，当两个取代基的定位效应一致时， 很好办，当不一致时，有时很困难预测反应位 置，但有些原则可以指
10、导： 1）一个活化基团，一个去活化基团时，活化 基团控制，一个强活化基团，一个弱活化基团 时，强活化基团控制。,如cresol： 即o，p基团优先于m-基团，强o，p基团优先于弱o，p基团。几个基团活化作用强弱顺序： O，NH2，OH，NR2 OROCOR, NNHCORR ,Ar 卤素 m-定位基,2）其它都一样时，第三基团不进入处于间位的两基团之间的位置，尤其是当取代基（环上的或进攻的）的体积增大时更是如此。,3）m-定位基与o，p基处于间位时，第三基团优先进攻m-定位取代基的邻位而非对位（邻位效应）,这化合物用上所有三条规则，5位违反了 1)，2位违反了2)，4位违反了3)，所以6位为主
11、产物。,如: 副产物已经违反了第二条规则，可见“邻位效应”起着重要作用。另一例：,* 没有关于“邻位效应”的很好解释。,（五）应用举例,1）烷基化（Friedel-Crafts Alkylation） 这反应主要用来合成六元环。,2）酰基化（Friede Crafts Acylation）,3）甲醛化（Formylation）,机理:,注意：这个方法是制备芳环甲醛的最常用方法，但要求是必须是活泼的底物，即Z活化基团。,4）Fries Rearrangement,这在合成中是很有用的。邻、对位的比率决定于条件，通常低温有利于对位产物，高温有利于邻位产物。,类似的重排还有：,5）芳香酸的脱羧反应,机理:,6）生成金属有机化合物,实例：,
