1第二章第二章精细有机合成基础Chapter2FineOrganicSynthesisFoundation22.1芳香族亲电取代的定位规律2.2化学反应的计量学2.3化学反应器2.4气-固相接触催化2.5相转移催化2.6均相配位催化2.7离子液体在有机合成中应用2.8微波促进第二章第二章精细有机合成基础32.1芳香族亲电取代的定位规律2.1.1芳环取代反应的分类2.1.2亲电取代反应历程2.1.3苯环上已有取代基的定位规律2.1.4苯环上取代的定位规律2.1.6萘环亲电取代的定位规律2.1.5苯环上已有两个取代基的定位规律2.1.7蒽醌环的取代定位规律42.1.1芳环取代反应的分类取代反应反应试剂的性质反应物分子中C-H键断裂方式亲电取代SE型亦称阳离子型取代亲核取代SN型亦称阴离子型取代游离基取代亦称均裂取代5H2SO4SO3HH2O亲电取代芳香环是一个环状共轭体系由于环上π-电子云密度较高容易发生亲电取代反应。6亲核取代OHO2NClClO2NClNaOH/H2O由硝基苯加氢还原制备NH2条件苛刻ClNH3/Cu2O200C6MPa。芳香族亲核取代主要应用于亲核置换反应例1例27N2XCuXXN2游离基取代例X―卤素原子8N2XCuXCN2CuX2CCuX2XCuX9HZZN2X亲电取代N2XZZ亲核取代HN2XC.HZHZX游离基取代P204102.1.2亲电取代反应历程芳环上的氢被取代基所取代的反应绝大多数是按照经过σ配合物的两步历程进行的。EEEHk1K-1k2HE......极快π配合物σ配合物第一步第二步HE......1亲电取代反应历程σ配合物产物P20411第一步是σ配合物的生成。当亲电试剂E进攻苯环时首先与苯环上离域的、闭合共轭的π电子体系相作用形成π配合物接着π配合物中的E从苯环上的闭合π电子体系获得两个电子同时与苯环上的某一个碳原子形成σ键并生成σ配合物。EEk1K-1HE......极快π配合物σ配合物第一步12第二步是产物的生成。即σ配合物脱落一个H而生成取代产物。EHk2第二步HE......产物σ配合物13在形成π配合物时并没有形成新键所以活化能△E1很小π配合物的形成速率和解离速率都很快它们对反应速率和产物都没有大的影响。因此不把它当作一个独立的反应步骤。在σ配合物中苯环的闭合共轭体系被破坏因此生成σ配合物的活化能△E2比较大。14σ配合物是一个能量比苯高的不稳定的活泼中间体为了使自己稳定它或者快速地脱落E变为起始反应物苯即k2?k1而没有发生正反应或者快速脱落H而变为产物即k2?k1k-1即发生了亲电取代反应而且生成产物的活化能?E3一般小于活化能?E2即整个反应过程中σ配合物的生成是反应的控制步骤。152影响亲电取代定位的主要因素1已有取代基的性质包括极性效应和空间效应已有几个取代基则决定于它们的性质和相对位置2亲电试剂的性质包括极性效应和空间效应3反应的可逆性4反应条件主要是温度、催化剂和溶剂的影响在上述因素中最重要的是已有取代基的极性效应。162.1.3苯环上已有取代基的定位规律第一类定位基邻、对位定位基可使苯环活化卤原子例外并使新进入的取代基主要进入已有Z的邻位和对位—O-、—NCH32、—NH2、—OH、—OCH3、—NHCOCH3、—OCOCH3、—F、—C1、—Br、—I、—C6H5、—CH3、—CH2CH3、—CH2Cl、—CH2COOH、—CH2F等。在进行亲电取代反应时可以把苯环上已有取代基Z按其定位效应大致分为两类第一类定位基第二类定位基ZP20417第二类定位基间位定位基可使苯环钝化并使新进入的取代基主要进入已有Z间位大于40—NCH33、—CF3、—NO2、—CN、—SO3H、—COOH、—CHO、—COOCH3、—COCH3乙酰基、—CONH2、—NH3、—CCl3等结论1.所谓邻、对位定位或间位定位都是对反应的主要产物而言。2.上述两类取代基的次序是按它们的定位能力由强到弱排列的ZP204182.1.4苯环上取代定位规律1已有取代基的电子效应2已有取代基的空间效应3反应剂的空间效应与电子效应4反应的可逆性5反应条件的影响P29P33P37P39P20419取代基Z归纳为以下三类1取代基Z只具有供电诱导效应I例如各种烷基取代基的供电诱导效应I使苯环活化而且是邻对位定位。其中甲基还具有供电超共扼效应T所以甲基的活化作用大于其它烷基。1已有取代基的电子效应表2-1P211取代基Z只具有供电诱导效应I2取代基Z中同苯环相连的原子具有未共用电子对3取代基Z具有吸电诱导效应-IZ20212取代基Z中同苯环相连的原子具有未共用电子对例如—?–、—NR2、—NHR、—NH2、—?H、—?R、—NHCOR、—?COR、—F、—C1、—Br、—?等它们的未共有电子对和苯环形成供电共