甲苯为什么得到主产物是邻、对位产物?为什么硝基苯硝化时主要是间位产物?在苯环上引入一个取代基时,苯环中6个H是一样的,只有一种产物?甲苯比本容易发生取代反应,二硝基苯比苯的取代反应更难。
1.定位基:把原有的取代基称为定位基 2.定位基分类
第一类:邻、对位定位基,主要使反应易于进行,并使新导入基进入苯环的邻位和对位(邻+对>60%)
-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-OCH,-NHCOR,-CH3,C6H6,-CH=CH2,等。
? ?????? ?????? ??? 定位能力依次减弱
特点:与苯环相连的院子一般只连有单键,有的具有孤对电子或带负电荷。
第二类:间位定位基,主要使反应难于进行,并使新导入基进入苯环的间位。(间>40%) -N+R3,-NO2,-CF3,-CCl3,-C≡N,-SO3H,-CHO,-COR,-COOH,-COOR,-CONH2
? ?????? ?????? ??? 定位能力一次减弱
第三类:既使反应较难进行,又使新基导入邻位和对位。 -F,-Cl,-Br,-I,CH2Cl等 注意:
1)定位规则仅能指出反应的主要产物,一般情况下,还有少量进入其它位置的产物生成; 2)定位基的空间效应,对异构体分布的影响
苯环上有取代基(-R) 异构体分布(%) 邻位 对位 间位 甲基 58.45 37.15 4.40 乙基 45.0 48.5 6.5 异丙基 30.0 62.3 7.7 叔丁基 15.8 72.7 11.5 结论:原有基团的体积越大,空间位阻越大,其邻位异构体越少,对位异构体越多。 3)新引入基团的空间效应,对异构体的影响(见表2及结论); 苯环上有取代基(-R) 异构体分布(%) 42 邻位 对位 间位 相反,邮局硝基吸电子作用,使中间体碳正离子的正电荷增加,导致碳正离子 甲基 53.8 28.8 17.3 乙基 45 25 30 异丙基 37.5 32.7 29.8 叔丁基 0 93 7 结论:当环上原有基团空间位阻不变时,新引入基团体积越大,邻位异构体的比例越少,对位异构体的比例越多。
4)反应温度和催化剂不同,对异构体分布的影响
3.第三个取代基的引入位置是依据原二个定位基性质而定。
1)两个定位基属于同类,则第三个取代基进入的位置主要受强的定位基影响。
2)两个定位基属于不同类,第三个取代基主要进入位置决定于邻、对位基。因为邻、对位基定位能力强于间位基 二、定位基的解释 1.苯衍生物的偶极矩 化合物 偶极矩 化合物 偶极矩 苯 0 甲苯 0.37 氯苯 1.75 间硝基氯苯 3.72 溴苯 1.72 对硝基氯苯 2.81 碘苯 1.71 邻氯甲苯 1.57 硝基苯 4.28 对氯甲苯 2.21 2.取代基对苯环致活、致钝的解释
甲基通过给电子作用,可分散正电荷,使碳正离子比较稳定,同样也使过渡态中正在形成的碳正离子获得稳定
更不稳定,反应较慢。
G:给电子基,可分散正电荷,使碳正离子稳定,致活。
G:吸电子基,增加正电荷,使谭正离子不稳定,致钝。
G:给电子基,使苯环的电子云密度增加,有利于亲电试剂的进攻,致活。
G:吸电子基,使苯环的电子云密度减小,不利于亲电试剂的进攻,致钝。 3.间位定位基
-NO2直接和带δ+C相连,使正电荷得不到分散,而更加集中,所以不稳定。带δ+C不直接和-NO2相连,所以稳定些。
从上面的分析来看,(1)比(2)和(3)更稳定,硝基位间位取代基。 4邻、对位定位基
―+‖表示有效电荷比苯小,―-‖表示有效电荷比苯大。
除卤素外,其他邻、对位基都使邻、对位电荷密度增加,亲电试剂必然进攻电子云密度大的邻、对位,而且比苯容易进行取代。
1)甲基:甲基通过供电子的超共轭效应,使苯环的电子云密度增加。
亲电试剂进攻甲苯时,可产生三种碳正离子中间体:
(4)比(5)稳定,所以亲电取代反应产物以邻、对位为主。 2)氨基和羟基
①诱导效应使苯环电子云密度降低(-I)
②p-π共轭,O原子上孤对电子与苯环的π电子发生p-π共轭,氧原子上电子云向苯环转移,使苯环电子云密度增加(+C)。由于+C>-I,总的结果,使苯环上电子云密度增加,而且使邻对位增加更多。
3)卤素原子
①-I ②+C
结果:-I>+C使苯环的电子云密度降低,亲电反应比苯难。
-I:F>Cl>Br>I +C:F>Cl>Br>I
三、定位和应用 1.预测反应的主产物
43 2.比较反应的相对活性
例:比较与HBr加成活性,PhCH=CH2,对-CH3C6H4CH=CH2,对-NO2C6H4CH=CH2。 对-CH3C6H4CH=CH > PhCH=CH2 >对-NO2C6H4CH=CH2 3.选择适当的合成路线 例:制备
解:
第5节 几种重要的单芳
一、苯(图7-8)
二、甲苯
第6节 多环芳烃 一、联苯 1.结构
2.制备
3.性质 稳定,可发生亲电取代反应。
1)原取代基是邻、对位定位基,则进入同环 2)原取代基是间位定位基,则进入异环
3)联苯的沸点较高,不易着火,对热很稳定,常用作传热载体 二、三苯甲烷和稳定的碳正离子、碳游离基
1.制备
2.性质
3.游离基及正、负离子的稳定性
这是由于形成了大Π键使电子、正电荷、负电荷离域被三 个苯基分散的结果 三、萘
1.结构 分子式:C10H8 2.性质 特点易升华。 1)氧化反应 比苯容易
44 2)加成反应
萘加1molH2放出的氢化热使25-38KJ,苯加1molH2放出的氢化热使23.2KJ。从氢化热可以说明萘的方向性比苯小,而不饱和性则比苯大。 3)取代反应 ①卤代
②硝化
③磺化
α-萘磺酸受动力学控制(速度控制);β-萘磺酸受热力学控制(平衡控制)
萘的磺化反应是一个竞争反应,如何控制呢?看能量曲线 正反应:E1 ·如萘环上的α位上已有一个第一定位基,第二个取代基进入萘环的4位(多)和2位(少) ··如萘环上β位有第一类定位基,第二个取代基主要进入1位 ···如萘环上α或β位上有第二类定位基,第二个取代基主要进入另一个苯环的5、8位 II 萘环的取代比较复杂,受条件、试剂的影响很大,例外的情况较多。 四、蒽 主要存在于煤焦油中,分子式C14H10,是菲的同分异构体。 9,10位相同称γ-位 1,4,5,8位称α-位 2,3,6,7位称β-位 五、菲 主要存在于煤焦油中,分子式C14H10,是蒽的同分异构体。 1和8相同;2和7相同;3和6相同;4和5相同;9和10相同。 六、其他稠环芳烃 第7节 非苯系芳烃 一、休克尔规则 1.环丁二烯、环辛四烯 2.休克尔规则 1)分子轨道法 2)休克尔规则 当一个环状共轭多烯分子中所有的C原子都处于同一平面上,而且它的π电子数等于4n+2(n=0,1,2,……等正整数)时,就具有芳香性。 3)正多边形表示分子轨道的能量 45 只有4n+2个电子才能充满全部成键轨道,形成稳定的电子构型使体系稳定。 二、非苯芳烃 1.环丙基正离子 π电子数2个,符合4n+2(n=0) C-C键长都是0.140nm 2.环戊二烯负离子 π电子数6个,符合4n+2(n=1) 6个π电子分布在5个C原子上 3.环庚三烯正离子 π电子数6个,符合4n+2(n=1) 6个π电子分布在7个C原子上 4.环辛四烯负离子 环辛四烯没有芳香性,π电子数8个,不符合休克尔规则,且8个C原子不再同一个平面上;而环辛四烯负离子π电子数10个,符合4n+2(n=2),10个π电子分布在8个C原子上。 5.奥 是一个五元环的环戊二烯和七元环的环庚三烯稠合而成的。 奥有10个电子,符合休克尔规则,有芳香性,但较萘不稳定,如加热到350o(隔绝空气)定 量地异构化成萘。 6.轮烯 大环芳香体系。 n≥10,单环共轭多烯较轮烯(具有交替单环键的单环多烯),这类化合物是否具有芳香性主要决定于: 1)共平面性或接近平面(平面的扭转不大于1矣)。 2)轮内H原子间没有或很少的空间排斥作用。 3)π电子数符合休克尔规则 第8节 芳烃的来源 随着石油工业的迅速发展,芳烃的来源渐渐地移到以石油为原料了。苯可以看做是一切芳香族化合物的母体,分子中的H可以被子烃基取代,得到各种烃基取代的苯。 一.炼焦副产物回收芳烃 1.焦炉煤气的加工 2.煤焦油的加工厂 组成复杂,含量少 馏 分 馏分温度范围 馏分成分 轻 油 <180 苯、甲苯、二甲苯等 中 油 180~230 酚类 重 油 230~270 萘类 蒽 油 270~360 蒽、菲等 沥 青 >360 沥青、碳等