折叠取代反应 芳香族化合物芳核上的取代反应从机理上讲包括亲电、亲核以及自由基取代三种类型。所谓芳香亲电取代(aromaticelectrophilicsubstitution)是指亲电试剂取代芳核上的氢。苯的亲电取代称为苯的一元素电取代，一元取代苯再在苯环上发生亲电取代称为苯的二元亲电取代。典型的芳香亲电取代有苯环的硝化、卤化、磺化、烷基化和酰基化。这些反应的反应机理大体是相似的。硝化反应有机化合物分子中的氢被硝基(-NO2)取代的反应称为硝化反应。苯在浓硝酸和浓硫酸的混合酸作用下，能发生硝化反应，反应的结果是苯环上的氢被硝基取代。芳香族化合物的硝化反应是一个十分有用的取代反应。例如:苯甲醛的硝化产物间硝基苯甲醛是生产强心急救药阿拉明的重要原料。因为醛基易氧化，反应必须在低温(0℃)进行，操作时，先在浓硫酸中加入少量fayanxiaosuan，冷却至0℃，慢慢滴加苯甲醛和fayanxiaosuan，反应完成后，立即将产物倾倒在冰中。许多xiaojihuahewu是炸药。广泛使用的强烈炸药TNT是2,4,6-sanxiaojijiaben，它是甲苯经分阶段硝化制备的，即三个硝基是在多次硝化反应中逐步引入的。三次硝化的硝化试剂(即混合酸)浓度逐渐增高，在生产中，为节约成本，可把第三阶段硝化后的混合酸用于第二阶段硝化，第二阶段硝化后的混合酸用于第一阶段硝化。如果需要得到中间产物，反应可以在第一阶段或第二阶段中止，邻硝基甲苯和对硝基甲苯可以通过减压蒸馏或重结品分离提纯而分别获得，2,4二硝基甲苯也能通过重结晶提纯得到。定位效应一元取代苯进行二元硝化时，已有的基团对后进入基团进入苯环的位置产生制约作用，这种制约作用即为取代基的定位效应(directingeffect)。取代基的定位效应是与取代基的诱导效应、共轭效应、超共轭效应等电子效应有关的。 1.取代基的诱导效应和共轭效应诱导效应与原子的电负性有关。比碳电负性强的原子或基团能使苯环上的电子通过σ键向取代基移动，即具有吸电子的诱导效应。电负性比碳弱的原子或基团使取代基上的电子通过σ键向苯环移动，即具有给电子的诱导效应。共轭效应是取代基的σ(或π)轨道上的电子云与苯环碳原子的p轨道上的电子云互相重叠，从而使σ(或π)电子发生较大范围的离域引起的，离域的结果如使取代基的σ电子向苯环迁移则发生了给电子的共轭效应，如使苯环上的π电子向取代基迁移则发生了吸电子的共轭效应。产生给电子共轭效应的取代基有:-NR2>-OR>-F，-O->-OR，-F>-Cl>-Br>-I绝大多数取代基既可与苯环发生诱导效应，也可发生共轭效应，Zui终的表现是两者综合的结果。大部分取代基的诱导效应与共轭效应方向是一致的，但有的原子或基团的诱导效应与共轭效应方向不一致。例如，卤素的电负性比较大，它具有吸电子诱导效应，卤苯的卤原子的p轨道与苯环碳上的p轨道平行重叠，卤原子的孤电子对离域到苯环上，发生给电子的共轭效应，但总的结果是吸电子的诱导效应大于给电子的共轭效应，卤素是吸电子基，它使苯环的电子云密度降低。取代基的综合电子效应可以从取代苯的偶极矩大小和方向上表现出来。在烷基苯中，烷基与苯环不发生共轭作用，但烷基的C-H中σ电子与苯的π电子能发生σ-π超共轭作用，烷基的超共轭作用有微弱的给电子能力。2.硝基苯的硝化反应 硝基苯硝化的反应式及实验数据如下所示:硝基苯+fayanxiaosuan+浓硫酸-95℃->间二硝基苯(93%)+邻二硝基苯(6%)+对二硝基苯(1%)将上面的式子与苯的硝化对比，可以得出下述结论:(1)硝基苯比苯难硝化得多，需要用比较强的条件，例如提高反应温度、增加酸的浓度等来实现。(2)硝基苯硝化时，主要得到间位产物，邻、对位产物极少。硝基苯比苯难硝化的原因是:苯环的硝化是一个亲电取代反应，硝化反应的机理表明:整个反应的关键一步是硝基正离子进攻苯环形成中间体碳正离子。在硝基苯中，因氧、氮的电负性均大于碳，硝基有吸电子的诱导效应，叉因为硝基的π轨道与苯环的离域π轨道形成一个π-π共轭体系，使苯环的π电子云也向硝基迁移，硝基是一个具有强吸电子诱导效应和吸电子共轭效应的取代基。它使苯环的电子云密度有较大程度的下降，这一方面增加了硝基正离子进攻苯环的难度，也降低了反应过程中产生的中间体碳正离子的稳定性，硝基苯比苯难硝化。3.甲苯的硝化反应
卤化反应有机化合物分子中的氢被卤素(-X)取代的反应称为卤化反应。苯在Lewis酸如三氯化铁、三氯化铝等的催化作用下能与氯或溴发生苯环上的卤化反应生成氯苯或溴苯。铁粉与氯气或溴反应可生成三氯化铁或三溴化铁，也可以用铁粉代替三氯化铁、三溴化铁做催化剂。反应时，是卤素与苯形成π络合物，光谱和X射线衍射法都已证明了π络合物的存在。在形成π络合物时，氯分子的键没有异裂，在缺电子的Lewis酸的作用下，氯分子键极化，进而发生键的异裂，生成活性中间体碳正离子，失去氢生成氯苯。苯的溴化也可直接进行，但速率很慢。卤素由于活泼性不同，发生卤化反应时，反应性也不同。Zui大的差别是氟太活泼，不宜与苯直接反应，因直接反应时，只生成非芳香性的氟化物与焦油的混合物。大量的苯在silvhuatan溶液中，与含有催化量氟化氢的二氟化氙反应，可制得产率为68%的氟苯。碘很不活泼，只有在HNO3等氧化剂的作用下才能与苯发生碘化反应，氧化剂可以将反应产生的HI氧化成碘而有利于反应进行。 【苯酚的鉴别】羟基是一个强的活化基团，这从下面的实验事实可以看出:在盛有少量苯酚(phenol)溶液的试管里滴加过量的浓溴水，很快就有三溴苯酚的白色沉淀产生。这个反应可用来鉴别苯酚。制备一溴苯酚通常要在惰性溶剂中进行，惰性溶剂在这里起稀释作用，使反应易于控制在一元阶段。例如对溴苯酚通常是在二硫化碳溶剂中进行的。制备对溴苯胺一般都先将苯胺乙酰化，这一方面可以降低氨基对苯环的活化能力，因乙酰氨基的空间位阻较大，可以阻止后进入基团进入氨基的邻位，而得到对位产物，反应完成后，乙酰基可以水解除去。在光或能产生自由基的物质的作用下，甲苯的卤化不发生在芳环上而是在侧链上，甲苯的三个氢可以被逐个取代，反应机理与丙烯中的σ氢卤化一样，是自由基型的取代反应。如果是较长的侧链，卤化反应也可以在别的位置发生，σ位的选择性Zui高，这是因为苯甲型自由基Zui稳定的缘故。 磺化反应有机化合物分子中的氢被磺(酸)基(-SO3H)取代的反应称为磺化(sulfonation)反应，苯及其衍生物几乎都可以进行磺化反应，生成苯磺酸或取代苯磺酸。傅-克反应 Friedel(傅瑞德尔)-Crafts(克拉夫兹)反应，简称傅一克反应。有机化合物分子中的氢被烷基(-R)取代的反应称为烷基化反应，被酰基取代的反应称为酰基化反应。苯环上的烷基化反应和酰基化反应统称为傅克反应。1.傅-克烷基化反应 傅一克烷基化反应(Friedel-Craftsalkylation)的反应机理与磺化、硝化类似，在催化剂的作用下产生烷基碳正离子，它作为亲电试剂向苯环进攻，形成碳正离子，失去一个质子生成烷基苯。卤代烷、烯烃、醇、环氧乙烷等在适当催化剂的作用下都能产生烷基碳正离子，卤代烷、烯烃、醇是常用的烷基化试剂。Zui初用的催化剂是三氯化铝，后经证明，许多Lewis酸同样可以起催化作用。2.傅一克酰基化反应 傅一克酰基化反应(Friedel-Craftsacylation)的反应机理和烷基化是类似的，也是在催化剂的作用下，生成酰基正离子，和芳环发生亲电取代。常用的催化剂是三氯化铝。由于AlCl3能与羰基络合，酰化反应的催化剂用量比烷基化反应多，含一个羰基的酰卤为酰化试剂时，催化剂用量要多于1mol反应时，酰卤先与催化剂生成络合物，少许过量的催化剂再发生催化作用使反应进行。如用含两个羰基的酸酐为酰化试剂，因同样原因，催化剂用量要多于2mol。 氯甲基化反应与Gattermann-Koch反应 1.氯甲基化反应 氯化苄(henzylchloride)也称为苄氯，可通过苯与甲醛、氯化氢在无水氯化锌作用下反应制得，此反应称为氯甲基化(chloromethylation)反应。苄氯上的氯十分活泼，可以转化为各种有用的化合物。 2.Gattermann-Koch反应在Lewis酸及加压情况下，芳香化合物与等物质的量的一氧化碳和氯化氢的混合气体发生作用可以生成相应的芳香醛。在实验室中则用加入氯化亚铜来代替工业生产的加压方法。因氯化亚铜可与一氧化碳络合，使之活性增高而易于发生反应。