親電取代反應查看源代码讨论查看历史
亲电取代反应顾名思义,是亲电试剂[1] 取代其它官能团的化学反应。被取代的基团通常是氢,但其他基团被取代的情形也是存在的。亲电取代是芳香族化合物的特性之一。芳香烃的亲电取代(Electrophilic aromatic substitution,常缩写为 SEAr)是一种向芳香环系,如苯环上引入官能团的重要方法。若如此分类,另一种主要的亲电取代反应是脂肪族的亲电取代。
芳香烃的亲电取代
亲电芳香取代
这种类型中最重要的反应包括芳香环系的硝化反应、卤代反应、磺化反应以及傅-克反应。
脂肪族的亲电取代
在脂肪族化合物的亲电反应中,亲电试剂取代反应物的一个官能团。该反应与更为常见的脂肪族亲核取代反应类似,只不过进攻基团是亲电试剂而非亲核试剂。脂肪亲电取代反应也可分为两种机制,即SE1和SE2,这与脂肪亲核取代反应可分为SN1和SN2是类似的。
典型的脂肪族亲电取代反应包括:
原理
親電取代反應主要發生在芳香體系或富電子的不飽和碳上,就本質而言均是較強親電基團對負電子體系進攻,取代較弱親電基團。但對于芳香體系和脂肪體系,由于具體環境不同,其反應歷程亦有所不同,現分述如下。
芳香親電取代(aromatic electrophilic substitution)是芳香體系最重要的有機反應之一,常用于向芳香環系引入官能團,因此研究時間較長,在機理方面已基本達成一致。
芳香系親電取代機理一致,親電基團首先與芳香環電子結合形成π絡合物,之後再過渡到一個中間體σ絡合物。最後當新基團親電能力強于氫離子時,就會從芳香環上脫去氫離子完成反應。
脂肪體系親電取代反應與芳香體系有較大不同,其機理更類似于脂肪族的親核取代反應,一般可分為SE1和SE2,這與脂肪族親核取代機理中的SN1和SN2類似。而卡賓插入反應這樣先插入,再消去的歷程就稱為SE2。
主要反應
對于親電取代反應,其最為主要的反應類型均在芳香體系中產生,所以這裏僅僅對芳香親電取代進行一定的舉例介紹。
硝化反應
硝化反應苯環體系一個重要的反應,其常用于向體系引入硝基或利用硝基引入氨基等其他各種官能團,有很強的泛用性,定位選擇性較好,使用最多。由于硝基有較強氧化性,而有機體系本身又具有一定的還原性,硝基含量較多的體系就很容易成為良好的炸葯材料,其中著名的TNT、苦味酸等就是通過硝化反應製備的。
鹵化反應
有機化合物分子中的氫被鹵素取代的反應稱為鹵化反應,機理上也是親電取代反應。該反應在葯物修飾上比較常見,此外也是製備芳香系格式試劑的前驅反應。
磺化反應
有機化合物分子中的氫被磺酸基取代的反應稱為磺化反應。苯及其衍生物幾乎都可以進行這一反應,其機理也屬于親電取代反應。但是與上述三個反應不同,磺化反應在芳香體系中有比較強的可逆性,一般濃硫酸中發生正反應產生磺酸基;而在稀硫酸中發生逆反應脫去磺酸基,因此常用磺酸基作保護基使用。此外,在早期的化工過程中,該反應也是製造苯酚的前驅反應。