《芳香族亲电取代反应.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《芳香族亲电取代反应.ppt（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 芳香族亲电取代反应(fnyng)Aromatic Electrophilic Substitution第一页，共四十七页。脂肪(zhfng)族化合物多发生亲核取代，芳香族化合物多发生亲电取代反应； 反应底物：由于芳环的高电子云密度使其具有lewis碱或Brnsted碱活性；进攻试剂：正离子、偶极或诱导偶极带正电的一端； 离去基团：离去时不带其电子对； 亲核取代反应：离去基团是最弱的碱，最容易携带未共享电子对的基团， Br-, H2O, OTs-等；亲电取代反应：离去基团是最弱的lewis酸，即不需要电子对填充最外层电子就可以稳定存在的基团。第二页，共四十七页。机理(j l) 对于底物而
2、言，大多(ddu)以同一种机理进行，即芳基正离子机理：第一步：亲电试剂进攻，产生带正电的中间体-芳基正离子，第二步：离去基团离去。类似于亲核取代的四面体机理； 离去基团首先离去，亲电试剂再进攻的反应很少见，称为SE1机理（对应SN1机理）； 亲核试剂进攻和离去基团离去同时发生的机理未发现（对应SN2机理）；加成-消除机理存在。第三页，共四十七页。芳基正离子机理(j l)（ Arenium Ion Mechanism ）1或2被称为Wheland中间体、s络合物或芳基正离子；在苯环体系中，它们就是环己二烯正离子，芳香六隅体已不存在(cnzi)，芳香性被破坏，仅通过共振稳定，非常活泼的中间体；第二
3、步失去质子可恢复芳香六隅体，一般比第一步快，第一步为决速步骤；需要碱（通常就是亲电试剂的平衡离子或溶剂）除去生成的H+。第四页，共四十七页。如果进攻(jngng)试剂是偶极子，产物必然带负电荷，然后偶极子的一部分携带电子对断键离去；第五页，共四十七页。芳基正离子机理证据(zhngj)之同位素效应 如果氢离子在亲电试剂到达前离开，或氢离子的离开和亲电试剂的到达同时(tngsh)发生，就会有同位素效应（氘代底物的取代反应比非氘代底物慢）； 在芳基正离子机理中，C-H键的断裂不在决速步骤发生，无同位素效应；在芳环硝化反应中证实无同位素效应。第六页，共四十七页。 当第一步具有可逆性时，容易观察到较小的
4、同位素效应（kH/kD = 1-3，而非正常的6-7）； 原因： 若k2k-1,无同位素效应； 若k2 OR，OCOR，NHCOR R，Ar 卤素 间位定位基团；两个基团处于间位，由于位阻关系，第三个基团很难进入两者之间；当间位定位基与邻对位定位基互处于间位时，新进入基团主要进入间位基团的邻位，而非对位；5位违背规则(guz)1；2位违背规则2；4位违背规则3；主要进攻位点6。MajorMinorNo第二十四页，共四十七页。第二十五页，共四十七页。第二十六页，共四十七页。第二十七页，共四十七页。稠环体系的定位(dngwi)规则进攻萘a位所得的芳基正离子具有更多更稳定的共振极限式，为动力学产物；
5、如果反应可逆而且达到(d do)平衡，b位取代为热力学产物；由于相应的芳基正离子正电荷离域范围更广，萘比苯更活泼，两个位置上的取代反应都很快。第二十八页，共四十七页。第二十九页，共四十七页。第三十页，共四十七页。第三十一页，共四十七页。第三十二页，共四十七页。杂环芳烃富电子(dinz)缺电子(dinz) 第三十三页，共四十七页。杂环芳烃的定位(dngwi)规则呋喃(fnn)、吡咯和噻吩的亲电取代反应2位3位吡啶的取代(qdi)发生在3-位第三十四页，共四十七页。亲电反应(fnyng)-吡咯2位、吲哚3位第三十五页，共四十七页。第十一章 芳香族亲核取代(qdi)反应Aromatic nucleo
6、philic Substitution第三十六页，共四十七页。 正常的SN2、 SN1难以发生； 在芳环上可以进行的亲核取代反应有以下几种： SNAr机理：离去基团的邻、对位上存在吸电子基团，反应被活化,通过四面体机理发生反应，对应脂肪族亲核取代四面体机理，以及芳香族亲电取代芳基正离子机理；苯炔机理：反应被强碱催化，经过芳炔中间体，消除-加成机理； SRN1机理：给电子体引发(yn f)的反应，自由基链式反应机理；SN1机理：重氮盐被亲核试剂取代的反应。反应(fnyng)机理第三十七页，共四十七页。SNAr机理(j l)芳环亲核取代最重要的机理； 分为两步，与脂肪族亲(z qn)核取代四面体机
7、理，以及芳香族亲(z qn)电取代芳基正离子机理相似，第一步进攻试剂与底物成键形成中间体，然后离去基团离去；通常第一步为决速步骤； 离去基团邻、对位的吸电子取代基加速SNAr反应。第三十八页，共四十七页。SNAr机理(j l)证据1902年，分离得到稳定的Meisenheimer盐；当X分别为Cl, Br, I, SOPh, SO2Ph，OC6H4NO2时，反应速率差别很小，表明C-X的断裂不是决速步骤；与SN1， SN2机理不同；速率并不完全一致，X的性质会影响Y的进攻速率，X电负性增加，被进攻位点上电子云密度减小，亲核进攻速率加快；例如(lr)如下反应中，氟是芳环亲核取代反应最好的离去基团
8、（ FClBrI ）， SN1， SN2机理中，氟是最差的离去基团。第三十九页，共四十七页。利用芳烃亲核取代反应(fnyng)进行蛋白质中链端氨基酸的测定此方法由Sauger，F提出，利用氨基很容易和2，4-二硝基氟苯（DNP）发生芳香亲核取代反应;一个肽N-端游离氨基和2,4-二硝基氟苯反应，然后将肽链彻底水解，在水解物中只有一个氨基酸的-氨基的氢被DNP取代；各种氨基酸的DNP标记化合物都是黄色的，并且Rf值各不相同，因此容易鉴别(jinbi)；通过这个方法，可以辨认出肽的N-端是什么氨基酸。第四十页，共四十七页。SN1机理(j l) 主要存在于芳基重氮化物的亲核取代反应后中；证据： 反应
9、速率与重氮化合物浓度呈一级关系，与Y浓度无关； 当邻位被氘代的底物进行反应时，二级同位素效应很大（1.22），表明C-N键的断裂是决速步骤；当Ar15NN作为反应物，回收的起始(q sh)物中含有ArN15N，表明第一步是可逆反应。第四十一页，共四十七页。苯炔机理(j l)消除(xioch)-加成机理；第四十二页，共四十七页。苯炔机理(j l)证据 如果芳基卤化物具有两个邻位取代基，反应无法进行； Cine取代，苯基上有取代基时，亲核取代反应可能发生在不同位点上，由取代基定位效应导致；不是所有(suyu)的cine取代都由此机理进行；卤化物的反应活性顺序是：Br I Cl F，表明非SNAr机
10、理； 温度8K时的氩基质中可分离出苯炔，可观测到其红外光谱；苯炔可以被捕获；苯炔具有芳香性，多出的一对电子仅覆盖两个碳原子的p轨道。第四十三页，共四十七页。第四十四页，共四十七页。第一步：酸性最强的氢脱去，与Z的场效应有关，吸电子(dinz)基团有利于邻位氢脱去，给电子(dinz)基团有利去对位氢脱去；第二步：能形成最稳定碳负离子中间体的位点是亲核进攻的首选位点。第四十五页，共四十七页。SRN1机理(j l)自由基链式反应机理，需要电子给体引发； 加入金属(jnsh)钾，更加有效提供溶剂化电子，cine取代产物消失；加入自由基猝灭剂，9：10接近1.46：1。苯炔机理(j l)SRN1机理苯炔机理SRN1机理第四十六页，共四十七页。内容(nirng)总结第十章 芳香族亲电取代反应。亲电取代反应：离去基团是最弱的lewis酸，即不需要电子对填充最外层电子就可以稳定存在的基团。首先形成p络合物14，进而转变为 s络合物15。有些基团可以贡献一对电子与芳环共振，导致邻对位多出一种共振极限式。与苯环相连的原子上没有未共用电子对且具有(jyu)吸电子场效应（-I）的基团。与苯环相连的原子上没有未共用电子对且具有(jyu)吸电子场效应（-I）的基团。SRN1机理第四十七页，共四十七页。
