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苯环上的亲电取代反应.doc

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苯环上的亲电取代反应 教学目标:掌握亲电取代反应的类型、反应机理及其应用 教学重点:亲电取代反应的机理及其应用 教学安排: HYPERLINK /hep/youjihuaxue1/g/html/g011.asp G1—G3;50min ????苯环上的亲电取代反应:苯环上没有典型的 C=C 双键性质,但环上电子云密度高,而易被亲电试剂进攻,引起 C—H 键的氢被取代,这种由亲电试剂的进攻而引起的取代反应,称为亲电取代反应。 一、苯环上亲电取代反应机理 ????从苯的结构可知,苯环碳原子所在平面上下电子密度高,不利于亲核试剂进攻,相反,有利于亲电试剂的进攻。 ????苯与亲电试剂 E+ 作用时,亲电试剂先与离域的 π 电子结合,生成 π 络合物,接着亲电试剂从苯环的 π 体系中得到两个 π 电子,与苯环上一个碳原子形成 σ 键,生成 σ 络合物。此时,这个碳原子由 sp2 杂化变成 sp3 杂化状态,苯环中六个碳原子形成的闭合共轭体系被破坏,变成四个 π 电子离域在五个碳原子上。从共振论的观点来看,σ 络合物是三个碳正离子的共振杂化体: ????σ 络合物的能量比苯高,不稳定,存在时间很短。它很容易从 sp3 杂化碳原子上失去一个质子,使该碳原子恢复成 sp2 杂化状态,再形成六个 π 电子离域的闭合共轭体系——苯环,从而降低了体系的能量,产物比较稳定,生成取代苯。其反应机理可表示如下: ????其能量变化如图: 苯亲电反应进程和能量曲线图 讨论:1.当过渡态 比 稳定时,中间体 σ 络合物较难形成,一旦形成后很快转化成产物。 2.当过渡态 与 能量相近时,σ 络合物能逆转回反应物,即反应可逆。 苯环上的亲电取代反应 二、亲电取代反应的类型 ??1.卤化反应:在卤化铁等路易斯酸作用下,苯与卤素作用生成卤化苯的反应称作卤代反应或卤化反应。 ???? ???? ????无催化剂存在时,苯与溴或氯并不发生反应,苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色。在催化剂如 FeX3 或铁粉存在下,则生成溴苯或氯苯。催化剂的作用是使卤素变成强亲电试剂,促进反应。 ????反应机理: ???? ???? ???? ???? ???? ????苯与 I2 的反应需要在氧化剂(如 HNO3)存在下进行,氧化剂的作用是产生碘正离子: ?????? ???? ??2.硝化反应:苯与浓 HNO3 和浓 H2SO4 的混合物(又称混酸)作用生成硝基苯的反应称作硝化反应。 ???? ????混酸中的硝酸作为碱,从酸性更强的硫酸中接受一个质子,形成质子化的硝酸,后者分解成硝酰正离子,即浓硫酸的作用是增强试剂的亲电能力。 ????反应机理: ???? ???? 实验(如凝固点降低和光谱分析)已证实,在混酸中存在着 平衡,同时实验也证明了,苯的硝化反应是由硝酰正离子的进攻引起的。 ????由于大量使用混酸对环境造成污染,在生产技术上对负载型硝化剂[如硝酸酮担载到蒙脱土上,称粘土铜(claycop)试剂]的开发研究已取得一定成果。 苯环上的亲电取代反应 ??3.磺化与氯磺化反应 磺化反应:苯与浓 H2SO4 或发烟 H2SO4 作用,生成苯磺酸的反应称为磺化反应。 ???? ????磺化反应是由 SO3(也有人认为是 +SO3H )进攻苯环而引起的,SO3 的硫原子显正性,通过硫原子进攻苯环。 ????反应可能机理: ???? ???? ???? ???? ????应用:磺化反应是可逆反应,在有机合成中很重要,可利用这个反应把芳环上一个位置保护(占位)起来,再进行其它反应,待反应后再把稀 H2SO4 加到产物中加热水解脱去磺基。 氯磺化反应:如果使用过量的 ClSO3H 做磺化剂时,得到的产物为苯磺酰氯,把这个反应称作氯磺化反应。 ???? ????应用:苯磺酰氯非常活泼,通过它可以制备苯磺酰胺、苯磺酸酯等苯磺酰基衍生物,在制备染料、农药和医药上很有用途。 ????4.烷基化与酰基化反应 ????在路易斯酸作用下,芳烃与卤代烃、醇、烯烃等反应生成烷基苯,称为烷基化反应。卤代烃、醇、烯烃等称为烷基化试剂。芳烃在路易斯酸催化作用下与酰卤、酸酐等反应,生成酰基苯,称为酰基化反应。酰卤、酸酐等称作酰基化试剂。这两种反应是法国有机化学家付列德尔(Friedel C,1832—1899)和美国化学家克拉夫茨(Crafts J M,1839—1917)两人共同发现的,统称付列德尔—克拉夫茨反应,简称付—克反应。 {化学家小传——付列德尔、克拉夫茨} ????1)烷基化反应:在烷基化反应中,用三个以上碳原子的直链伯卤代烷的烷基化试剂时,主要得到带支链的烷基苯,这是由于亲电试剂烷基正离子重排的原因。 苯环上的亲电取代反应 反应机理: ???? ???? ???? 特点:
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