第八章芳烃芳核上亲电取代反应药学

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,Company Logo,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,教材,:,倪沛洲 主编 人民卫生出版社,制 作：张 超 副教授,E-mail: chao-zh,有机化学,Organic Chemistry,Aromatic hydrocarbons,内容提要,第一节 芳烃的分类和命名,第二节 苯及同系物的结构,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第四节 多环芳烃及非苯芳烃,第八章 芳烃 芳核上的亲电取代反应,脂环烃,芳香烃,环烃的分类,具有“,芳香性,”的碳氢化合物称,芳香烃,。,芳香性,-,难加成、难氧化、易取代,第一节 芳烃的分类和命名,C,H,3,C,H,(1),苯及其同系物,(2),多环芳烃,多苯代脂烃,联苯类,稠环芳烃,(3),非苯芳烃,不含苯环，但具有苯的特,性“芳香性”的碳环化合物,一、芳烃的分类,第一节 芳烃的分类和命名,二、芳烃的命名,甲苯,(toluene),异丙苯,(isopropylbenzene),苯环上的氢原子被烃基取代后，所得产物为苯的同系物。,命名时，,一般以苯作母体,，将其它烃基作为取代基，称“,某苯,”。,第一节 芳烃的分类和命名,复杂芳烃以苯环为取代基,邻,氯苯甲醚,间,甲苯酚,对,甲苯甲酸,第一节 芳烃的分类和命名,第一节 芳烃的分类和命名,2-氨基-5-羟基苯甲醛 3-氨基-5-溴苯酚,多个官能团时，选一个官能团作母体官能团，写在苯的后面，其他为取代基。以母体官能团在苯的位置编号为,1,。,间,二甲苯,1,3-,二甲苯,m-,二甲苯,m-,xylene,对,二甲苯,1,4-,二甲苯,p-,二甲苯,p-,xylene,二烃基苯有三种异构体，用,邻,或,1,2-,；,间,或,1,3-,；,对,或,1,4-,表示。,邻,二甲苯,1,2-,二甲苯,o-,二甲苯,o-,xylene,第一节 芳烃的分类和命名,第一节 芳烃的分类和命名,1,2,3-,三甲苯,1,2,4-,三甲苯,1,3,5-,三甲苯,连,三甲苯,偏,三甲苯,间,三甲苯,具有三个相同烃基的取代苯也有三种异构体。如,:,芳基,（,Aryl）,苯（,Benzene）,苯基（,phenyl，Ph，C,6,H,5,-）,苄基、苯甲基（,benzyl，phenylmethyl）,常见的取代,基,：,第一节 芳烃的分类和命名,常见的稠环芳烃有：,第一节 芳烃的分类和命名,萘,蒽,菲,常见的联苯芳烃有：,1,2,3,4,5,6,3,4,2,5,6,1,2,2-,二甲基联苯,第一节 芳烃的分类和命名,联苯,第二节 苯及其同系物的结构,一、苯的结构,1.,苯的,Kekul,结构式,简写为：,碳为,4,价,有人提出质疑,:,按照这个结构,苯的二溴代物应有两种。,结构式,溴代,和,但实际上只得到一种,!,预期的,1,3,5-,环己三烯键长数据,134pm,147pm,第二节 苯及其同系物的结构,2.,苯分子结构的现代解释,苯分子中,6,个,C,都是,sp,2,杂化,每个,C,都以,3,个,sp,2,杂化轨道分别与,2,个相邻的,C,和,1,个,H,形成,3,个,键,构成平面正六边形碳环结构。每个,C,还有,1,个未杂化的,p,轨道，均垂直于碳环平面而相互平行。每个,p,都可与,2,个相邻,C,的,p,侧面重叠，,形成一个包含,6,个原子,6,个,电子,的闭合“,大,键,”。,第二节 苯及其同系物的结构,环状大,键,120,o,120,o,120,o,139pm,第二节 苯及其同系物的结构,结构及性质特征,：,所有原子共平面；,形成环状大,键,碳碳键长全相等,;,环稳定、难加成、 难氧化、易取代,第二节 苯及其同系物的结构,苯的结构也可以用两个,Kekul,结构式的共振式或共振杂化体表示。,虽然苯的结构在今天已得到完全 阐明,但苯的结构式仍然采用当初,Kekul,提出的式子。或用圆圈代表环闭大,键的苯结构式。,第二节 苯及其同系物的结构,第三节 苯及其衍生物的化学反应,芳香烃的化学性质,取代反应,加成反应,氧化反应,芳香烃芳香性,环稳定、难加成、 难氧化、易取代,一、苯环上的亲电取代反应,卤代反应,硝化反应,磺化反应,烷基化反应,酰基化,反应,*,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,亲电试剂,络合物,络合物,产物,（一）亲电取代反应的机理,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,1.,卤代,在,铁或铁盐的催化,下加热，苯环上氢原子被,氯,或,溴,取代。,（二）常见的亲电取代反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,反应机理,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第一步：,Br,2,的极化,图 溴分子的极化,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第二步：极化了的溴进攻苯环,图 芳正离子的形成,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三步：失去质子恢复芳香体系,图 恢复芳香体系,第三节 苯及其衍生物的化学反应,2,.,硝化反应,混 酸,反应机理,第三节 苯及其衍生物的化学反应,适当加热，可逆反应,3,.,磺化反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,磺化反应是可逆的。,制备酚类化合物。,H,2,SO,4,NaOH,NaOH,300,o,C,H,+,第三节 苯及其衍生物的化学反应,4,. Friedel-Crafts,烷基化和酰基化反应,（,1,）,Friedel-Crafts,烷基化反应,催化剂：,AlCl,3, FeCl,3, SnCl,4, ZnCl,2, BF,3,等。,烷基化试剂：卤代烃，醇，烯烃等,（以醇、烯烃为烷基化试剂时，往往采用酸催化）。,催化剂的活性：,AlCl,3,FeCl,3,BF,3,ZnCl,2,SnCl,4,第三节 苯及其衍生物的化学反应,烷基化反应机理：,第三节 苯及其衍生物的化学反应,当烷基含三或三个以上碳原子时，常发生重排：,由于反应通过,碳正离子中间体,，因此有重排现象。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,酰基化试剂：酰卤，酸酐，羧酸等。,催化剂及其活性同上。,（,2,）,Friedel-Crafts,酰基化反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,酰基化反应机理,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,傅,-,克烷基化与酰基化反应的相同之处,反应所用催化剂相同；反应历程相似。,ii.,当芳环上有强吸电子基(如：,NO,2,、COR、CN,等)时，既不发生,FC,烷基化反应，也不发生,FC,酰基化反应。,当芳环上连有氨基、羟基时，很难发生,FC,反应。,当芳环上取代基中的,X,或,CO,处于适当的位置时,均可发生分子内反应。,傅,-,克烷基化与酰基化反应的不同之处,烷基化反应常伴有重排；而酰基化反应则不发生重排。,ii.,烷基化反应难以停留在一取代阶段，往往 得到的是多元取代的混合物；而酰基化反应却可以停留在一取代阶段。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,iii.,烷基化反应是可逆反应，而酰基化反应 是不可逆反应。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,二、取代苯的亲电取代反应的定位规律,取代基导入苯环以后，在取代苯环进行亲电取代反应，取代基对苯环进入第二个取代基产生比较大的作用。,（一）取代基对反应速率的影响,相对,速率,10,3,25,1,3 10,-2,1 10,-7,第三节 苯及其衍生物的化学反应,能使,亲电取代反应活性,提高,的基团：,-OH,、,-CH,3,、,-R,活化基团,钝化基团,能使,亲电取代反应活性,降低,的基团：,-X,、,-COOH,、,-NO,2,（二）一取代苯的亲电取代反应的定位规律,一元取代苯进行亲核取代反应时，第二个基团可处于邻位、间位或对位，但处于三个位置的几率不是均等的，取决于第一个取代基。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,1.,第一类定位基（邻对位定位基）,Ortho- and para- directing activators,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,2.,第二类定位基（间位定位基）,Meta-directing deactivators,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,取代基的分类及依据,:,E,+,亲电取代,几率,40% 40% 20%,已有的基团对后进入基团进入苯环的位置产生制约作用，这种制约作用称为取代基的定位效应,取代基的定位效应,:,第三节 苯及其衍生物的化学反应,活化基团：,若取代基引入后，取代苯的亲电取代反应,速度比苯快，则取代基为活化基团。,钝化基团：,若取代基引入后，取代苯的亲电取代反应,速度比苯慢，则取代基为钝化基团。,邻对位定位基：,邻对位产物 60%，,G,为,邻对位定位基,。,间 位 定 位 基：,间位产物40%。,G,为,间位定位基,。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,取代基的分类,邻对位定位基：,一般,使苯环活化,亲电取代,反应比苯快（,卤素除外,）,-,O-, -NR,2,-NHR, -NH,2, -OH,-NHCOR, -OCOR,-R, -X,间位定位基：,一般,使苯环钝化,亲电取代,反应比苯慢,-N,+,R,3,-NO,2,-CX,3, -CN,-SO,3,H,-CHO,-COR,-CO,2,H,-CO,2,R, -CONH,2,第三节 苯及其衍生物的化学反应,（三）双取代苯的定位效应,已有两个取代定位效应一致，由定位效应决定。,已有两个取代基属于同一类定位基，并且定位效应不一致，由定位效应强者决定。,已有两个取代基属于不同类别定位基，并且定位效应不一致，由邻对位定位基决定。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,两个间位定位基，定位方向一致时，服从定位效应。,两个邻对位定位基，定位方向一致时，服从定位效应。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,一个是邻对位定位基，一个是间位定位基，并且定位方向不一致时，服从邻对位定位基。,两个邻对位定位基，定位方向不一致时，服从强者。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,20%,43%,17%,19%,二个间位定位基定位方向矛盾时，服从强者。,二个定位基定位能力没有太大差别时，得到混合物。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,(,四,),定位效应的应用,1,.,预测反应的主要产物,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,（2）选择合适的合成路线,第三节 苯及其衍生物的化学反应,三、苯的加成和氧化反应,1,. 苯的加成反应,400-500,第三节 苯及其衍生物的化学反应,2,. 苯及其同系物的氧化反应,苯环不易被氧化。,温和氧化剂：,CrO,3,+Ac,2,O；,强氧化剂：,K,2,Cr,2,O,7,-H,2,SO,4, KMnO,4,-H,2,O,KMnO,4,-H,2,SO,4,-H,2,O,更强氧化剂：,V,2,O,5,第三节 苯及其衍生物的化学反应,侧链,碳原子,存在,-H,时，可以,发生氧化反应,生成,-COOH,，但叔烷基不存在,-H,，,不被氧化。,第三节 苯及其衍生物的化学反应,四、烷基苯侧链的反应,自由基取代反应,第三节 苯及其衍生物的化学反应,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,多环芳烃：,稠环芳烃：,两个或两个以上的苯环彼此共用相邻,的两个碳原子,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,萘 蒽 菲,一、萘的结构,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,二、萘的性质,(,一,),亲电取代反应,1.,卤化,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,2,硝化,3.,磺化,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,4.,傅克反应,(,二,),氧化反应,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,(,三,),还原反应,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,四、非苯芳烃,（一）芳香性,(Aromaticity),与,Huckl,规则,1.,芳香性结构特点,(1),碳原子以,sp,2,杂化形成环状化合物,(2),成环原子共平面,(3),形成闭合环状大,键，基态时电子处于成键轨道,(4),电子,数符合,4n+2,规则,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,2. Huckl,规则,一个具有,共平面、环状闭合、共轭体系,的单环多烯化合物，只有当其,电子,数符合,4n+2,时，才可能有芳香族的稳定性。,n= 0, 1, 2, 3 .,(,二,),轮烯的芳香性,4-,轮 烯,8-,轮烯,10-,轮烯,单环共轭多烯,n= 4,n= 8,n= 10,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,(,三,),芳香离子,n= 6,n= 2,n= 6,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,SbF,5,， SO,2,-75,o,C, -2Cl,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,SbF,5, SO,2,-75,o,C, -2Cl,-,+,+,Ph,3,C,+,Br,-,AgNO,3,+,AgBr,Br,-,环庚三烯正离子,1891年合成,1954年确定结构,夺取负氢离子,有芳香性,2,K,乙醚,*,K,给出二个电子。,第四节 多环芳烃和非苯芳烃,习 题,1,、,2,、,3,、,6,、,9,END,