精細化工合成

精細化工合成第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.3.1苯的一元親電取代反應 苯與親電試劑接近時，苯的？電子首先和試劑能形成？絡合物但這種結合時可逆的;然后試劑與苯環(huán)上的一個碳原子相連接，此時碳原子便有原先的SP2雜化重新雜化成SP3，并與試劑結合成為6鍵，成為帶有正電荷的環(huán)狀中間體，即惠蘭特中間體，又稱為正碳離子中間體或6絡合物，由于中間體正離子環(huán)中出現(xiàn)了一個SP3雜化的碳離子，破壞了原先的環(huán)形共軛體系，因而喪失了芳香性，但只要再失去一個質(zhì)子重新成為苯環(huán)時，又恢復了芳香性，反應過程如下：式中6絡合物的共振結構式可用下式表示：第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日正電荷分散在與SP3雜化的碳原子相鄰的兩個碳原子和與之相對的一個碳原子上，而與SP3雜化的碳原子成見4位的碳原子上的密度較大第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日（1）？絡合物芳烴的離域？軌道能與親電能力較弱的試劑HCL、HBr、Ag+等相互作用形成下列？絡合物？絡合物的結構可依靠下列特征加以推測：(A)反應在低溫（-78度）時就會迅速達到平衡，表明？絡合物的生成和分解都只需要很小的活化能，大大低于親電取代的活化能，由此可認為親電試劑并未與芳烴上的任何碳原子形成真正的的化學鍵(B)溶液的紫外吸收光譜表明與甲苯的光譜幾乎沒有差別，說明芳環(huán)上的？電子體系沒有發(fā)生顯著變化(C)溶液不具備導電性，表示HCL分子中的氫原子沒有以H+的形式轉(zhuǎn)移到芳環(huán)上去，也沒有生成正離子和負離子(D)如用DCL代替HCL進行試驗，也沒有發(fā)現(xiàn)DCL中的D和芳環(huán)上的H之間有交換動作，這表示在形成？絡合物時，并未發(fā)生D從DCL中轉(zhuǎn)移到芳環(huán)上并形成真正的化學鍵的反應。第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日(2)6絡合物當存在一個具有缺電子軌道的化合物，例如路易斯酸，ALCL3時，便生成另一種6絡合物6絡合物的結構可依靠下列特征性質(zhì)加以推測(A)6絡合物的生成和分解速度均不像？絡合物那么快，表明需要的活化能較大，可能涉及的6鍵的斷裂和生成(B)溶液的顏色很深，而且其紫外吸收與原來的甲苯的光譜不同，表明生成6絡合物時芳環(huán)上的？電子體系發(fā)生了顯著變化(C)溶液具有導電性，能生成正負離子對(D)如用DCL代替HCL進行試驗，發(fā)現(xiàn)DCL中的D和芳環(huán)上的H之間有交換動作，這表示在形成？絡合物時，D可能從DCL中轉(zhuǎn)移到芳環(huán)上？絡合物和6絡合物確實存在，有些穩(wěn)定的6絡合物可以制備，并能在低溫下分離出來？？？?第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日(3)親電取代反應歷程一步取代：取代基于苯環(huán)上的碳原子結合和該碳原子上氫的離去時同時進行的，類似于鹵代烷的SN2反應兩步取代：取代基首先和苯環(huán)的碳原子結合，形成6絡合物，然后在失去氫質(zhì)子。反應分兩步進行時，6絡合物的生成是決定決定反應速度的一歩。相同點：都發(fā)生碳氫鍵的斷裂不同點：一步反應歷程中，碳氫鍵的斷裂決定反應速度兩步反應歷程中，碳氫鍵的斷裂不影響反應速度芳香族親電取代的兩步反應歷程，可以簡單表示如下：第一步：第二歩：第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日對于兩步反應歷程中出現(xiàn)的同位素效應可能有兩種原因：(A)K2<=K1,此時H+的脫落的成為速度控制步驟，因此會出現(xiàn)同位素效應，例如：同位素效應是由于空間阻礙的緣故(B)k2<=k-1,即回復為化合物的可逆反應影響較大(4)親電取代反應的可逆性硝化，鹵化，c-?；团己系扔H電取代反應實際上時不可逆的。c-烷基化通常是可逆的磺化反應的可逆性：磺基是吸電子基，但在磺化液中是以-so3形式存在的，當h3o+濃度較高和溫度較高時，與-so3-相近的h3o+有可能轉(zhuǎn)移到芳環(huán)中與磺基相連的碳原子上，導致生成原來的6絡合物，以及進一步脫落磺基而回復為起始反應物：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日（5）取代基的偶極距苯分子是對稱的正六邊形結構，電荷均勻分布，偶極距為0

當苯分子中一個氫原子被其他原子或原子團取代后，由于取代基對苯環(huán)的給電子或吸電子作用，使取代苯分子的電子云密度分布不再像苯分子那樣均勻，因此取代苯一般都有一定的偶極距。第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日（6）苯環(huán)上的取代基的電子效應（a）誘導效應是由鄰鍵的極化而引起某個鍵的極化誘導效應對鄰鍵的影響最大，隨著鍵的遠離影響逐漸減弱給電子的誘導效應：增加苯環(huán)電子云密度，增加堿性，增加苯環(huán)親電子能力吸電子誘導效應：降低苯環(huán)電子云密度，降低堿性，消弱苯環(huán)親電子能力誘導效應一般以氫為比較標準，誘導效應的強弱可以通過測量偶極距得知，或通過其他參數(shù)的測量，來估算（b）共軛效應取代苯中的取代基的P軌道與苯環(huán)上碳原子的P軌道相互重疊，電子發(fā)生較大范圍的離域，使整個分子的電子云密度分布發(fā)生變化，即可產(chǎn)生共軛效應給電子共軛效應：NH2，cl,OH,OR,OCOR

吸電子共軛效應：NO2,CN,COOH,CHO,COR等（c）超共軛效應：當取代苯中的取代基為烷基時，烷基內(nèi)的碳原子與績效的氫原子結合，對于電子云的屏蔽的作用很小，所以這些電子容易與相連接的苯環(huán)上碳原子的？電子共軛，發(fā)生電子向苯環(huán)離域的現(xiàn)象，使體系變得穩(wěn)定這種6鍵與？鍵的共軛第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.3.2苯的二元親電取代反應（1）定位規(guī)律活化基使的第二個取代基進入他的鄰，對位鈍化基使----他的間位，鹵素除外定位效應：苯的第一個取代基具有為第二個取代基指示位置的作用?；罨降泥彛瑢ξ换?，鈍化苯環(huán)的間位定位基鈍化苯環(huán)的鄰對位基取代基的定位規(guī)律實質(zhì)上是個反應速度問題，親電取代反應速度的不同實質(zhì)上是正碳離子中間體穩(wěn)定性相對大小的不同第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日苯酚的氯化可能生成的三種正碳離子中間體的共振式及其相應的產(chǎn)物是：第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日鈍化基有使第二個取代基進入間位的定位效應第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日弱鈍化基有使第二個取代基進入鄰位的定位效應4和10為氯鎓離子，每個原子均有完整的八偶體，比較穩(wěn)定，同時鄰對位正碳離子中間體各有四個共振式，而間位只有三個，根據(jù)共振理論參與雜化的共振式越多，雜化體越穩(wěn)定第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日（2）影響苯的二元產(chǎn)物異構體比例的因素只有少數(shù)化合物僅僅生成定位效應指明的產(chǎn)物，而絕大多數(shù)化合物往往會同時生成三種異構體，而僅是比例上大有差別（a）反應溫度升高溫度可以促使磺化和c-烷基化成可逆反應溫度對不可逆親電取代產(chǎn)物異構體比例也有影響，例如硝基苯的再硝化，升溫，主要產(chǎn)物間二硝基苯的生成量將減少當苯環(huán)上有給電子基時，低溫反應有利于磺基進入鄰位，高溫有利于進入對位。甚至有利于進入更穩(wěn)定的間位。（b）空間效應二元取代反應產(chǎn)物中，鄰對位異構體的比值較少能達到統(tǒng)計學上的2：1因為電子效應能對鄰位及對位進攻的過渡狀態(tài)起不同的作用，鄰位進攻還要受到空間效應的影響，而對位進攻受此效應影響較小或無空間效應適用于已有取代基的極性效應相差不大的情況第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日（c）催化劑1，催哦花季可能改變親電試劑的極效應或空間效應例：溴苯分別用fecl3和alcl3作催化劑，進行溴化？？？？？？？？？？？？？？？？？2，蒽醌用h2so4作催化劑時，磺化生成？？無時，生成？？？？第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日（d）親電試劑在有些情況下，可能發(fā)生占突出優(yōu)勢的鄰位取代，而明顯減少對位取代，由于苯環(huán)上的取代基與進攻的親電質(zhì)點生成絡合物（e）反應可逆性不可逆親電取代反應，異構體比例受到極性效應的影響可逆親電取代反應，空間效應起組要作用第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日（3）分速因素取代苯中某一位置的二元取代反應速度與苯的一個位置的一元取代反應速度之比fz=6krx/yfz-z位置的分速因素z-鄰（0）對（p）或間（m）位y-z位置的數(shù)目kr-取代苯與苯的相對取代反應速度常數(shù)，kr=k取代苯/k苯x-z位置異構產(chǎn)物的分數(shù)第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日經(jīng)驗規(guī)律（1）苯環(huán)上的已有取代基的定位性具有加和性（2）當苯環(huán)上已有兩個取代基對新取代基的定位效應不一致時，新取代基進入苯環(huán)的位置取決于已有取代基定位效應的強弱。通?；罨亩ㄎ恍笥阝g化基的定位效應，鄰對位大于間位。？？？？？？？？？？？？？？？？？？（3）當苯環(huán)上兩個取代基都是鈍化基時，很難在進入新取代基，？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？（4）新取代基一般不進入1，3-取代基的2位第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？苯的一元親電取代在？比？更易發(fā)生第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.兩個共振式？？需要能量低2.1中非苯環(huán)部分有一個烯丙基型的正碳離子直接和苯環(huán)相連，使電子離域范圍較大，因而取代需要能量低？？對于可逆的親電取代反應，取代基會轉(zhuǎn)移到空間阻礙作用較小的？？位？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？、？？？？？？？、、、、、？？？？？？？？？？？

第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日a活化基在？？位上取代基進鄰對位比鄰位多？？？？？？？？？？？？

b活化基在？位上，取代基進入？位？？？？？？？？？？？？？？？c鈍化基在？位上，取代基進入8位和5位？？？？？？？？？？？？？？？？？？？d鈍化基在？位上取代基進入5位和8位？？？？？？？？？例外？？？？？？？？？？？？、、？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？、第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日芳香性強弱：苯》萘》菲》蒽蒽醌的磺化反應：？？？？？？？？？？？？？當蒽醌環(huán)上已有一個取代基，在引入第二個時，其定位規(guī)律和萘環(huán)基本相同？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.3.5其他類型的親電取代反應（1）已有取代反應的親電置換？？？？？？親電置換反應的難易程度與下列因素有關a.芳環(huán)上的電子云密度分布。即e+進攻同z連接的碳原子和進攻其他碳原子的相對難易程度。b.e和z一親電質(zhì)點形式從芳環(huán)上脫下來的相對應難易程度除脫烷基和磺基水解反應以外，還有：？？？？？？？？第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日（2）氨基和烴基中氫的親電取代氨基的重氮化，氨基或烴基的烷基化和?；舾淖儣l件，n-取代或o-取代會變成芳環(huán)上的取代反應？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日1.4芳香族親核取代反應反應類型：芳環(huán)上的親核取代，芳環(huán)上已有取代基的親核取代通過苯炔中間體的親核取代反應歷程：雙分子反應，單分子反應，苯炔中間體親核試劑：a.負離子：？？？？？？？？？？b.極性分子中偶極距的負端：？？？？？？？？？

第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二十八頁，共三十九頁，202