四、苯環(huán)上親電取代反應(yīng)的歷程
苯及其同系物在苯環(huán)上的取代反應(yīng),包括鹵化、硝化、磺化、烷基化及;龋且粋(gè)帶正電荷的原子或原子團(tuán)(E+)首先進(jìn)攻苯環(huán)而進(jìn)行的反應(yīng),故是一個(gè)親電取代。它的整個(gè)過(guò)程用下式表示。
(一)鹵化
苯與鹵素在催化劑(例如FeCL3)存在下的鹵化,是由親電試劑發(fā)動(dòng)進(jìn)攻的。這個(gè)反應(yīng)的親電試劑與鹵化鐵生成的配合物。
取代反應(yīng)分兩步進(jìn)行。
第一步,親電試劑進(jìn)攻苯環(huán)的π電子與CL+生成C-CL鍵被親電試劑進(jìn)攻的碳原子變?yōu)閟p3雜化,而破壞了原來(lái)的環(huán)狀共軛體系。環(huán)上其余的五個(gè)sp2雜化的碳原子組成了一個(gè)共軛體系,這個(gè)體系包括五個(gè)碳和四個(gè)π電子,它帶一個(gè)正電荷,連同環(huán)上的一個(gè)sp3碳原子構(gòu)成σ配合物。
第二步,中間體碳正離子脫去一個(gè)質(zhì)子,生成取代產(chǎn)物。
第一步是決定反應(yīng)速率的一步,它是由親電試劑對(duì)底物進(jìn)攻,與烯烴的親電加成的第一步相似。但在這里整個(gè)反應(yīng)是取代,所以叫做親電取代。第二步不同于烯烴的是從碳正離子脫去質(zhì)子,而不是碳正離子與陰離子的結(jié)合,這是由于苯環(huán)比較穩(wěn)定的緣故。
催化劑氯化鐵促進(jìn)氯分子極化,并與帶負(fù)電荷的部分配合,使氯的親電性加強(qiáng)。如果苯環(huán)上有強(qiáng)的活化基團(tuán),如羧基,鹵化反應(yīng)可不需加鹵化鐵。
。ǘ)硝化
苯及同系物硝化反應(yīng)的親電試劑是硝金翁離子()。在混酸中,它
是由濃硝酸與濃硫酸作用生成的。
硝金翁離子O=→O是很強(qiáng)的親電試劑。
在有些情況下,硝化反應(yīng)不用混酸而用硝酸。這時(shí)的硝金翁離子是通過(guò)下式生成的:
。ㄈ)磺化
苯及同系物磺化時(shí),進(jìn)攻試劑是親電的三氧化硫。
磺化反應(yīng)可能分三步進(jìn)行。
第一步,親電試劑SO3的進(jìn)攻,與苯生成σ配合物。這個(gè)σ配合物作為一個(gè)整體不帶電荷,但環(huán)中的五個(gè)sp2碳及-SO-3兩部分分別帶一個(gè)正電荷信一個(gè)負(fù)電荷。
第二步和第三步轉(zhuǎn)變?yōu)楸交撬帷?/P>
。ㄋ)傅-克反應(yīng)
傅-克反應(yīng)歷程和硝化反應(yīng)歷程相似。
1.烷基化
親電試劑是碳正離子R+,它是由以下過(guò)程生成的。
R-X+AlCl3→R++[AlCl3X]-
烷基化由以下兩步進(jìn)行:
第一步:
第二步:
2.;
親電試劑是正離子,它是由以下過(guò)程生成的。
酰基化由以下兩步進(jìn)行:
第一步:
第二步: