取代基及其对单取代苯化合物亲电取代反应活性的影响

Substituents, Effect of Substituents on Reactivity and Orientation of Mono Substituted Benzene Compounds Towards Electrophilic Substitution Reaction

2020年4月17日Ankur Choudhary (noreply@blogger.com)AI 专业翻译
苯中的氢原子都是相同的。通过用取代基替换任意一个氢原子,可以制备苯的单取代衍生物。当有两个或三个取代基被替换时,就得到了二取代和多取代衍生物。当苯被二取代时,其衍生物可以呈现邻位(ortho)、间位(meta)或对位(para)构型。取代基在环上的位置取决于环上已有的取代基情况。为了引导新引入的取代基,环内的某个基团必须具有导向作用。环上已有的基团不仅决定了后续取代的位置,还会影响环对进一步亲电取代反应的反应性。

取代基对分子取向的影响

单取代苯在已经含有一个取代基的情况下,可以在剩余的五个位置中的任意一个位置再引入第二个取代基。邻位取代产物对应于2号和6号位置;间位取代产物对应于3号和5号位置;而4号位置是独特的,会产生对位取代产物。在每个已存在的取代基上,还可以分别发生两种邻位取代和两种间位取代。根据取代基的导向性影响,这些基团可以被分为两类。

邻位-对位导向基团:这些基团能够引导其他官能团(如烷基(R)、卤素(-Cl, -Br, -F, -I)、苯基(-C6H6)、羟基(-OH)和氨基(-NH2)等)定向到特定的位置上。

**元导向基团**:这些基团能够将其他基团引导到特定的位置或结构中。例如:三烷基铵离子(N+R3)、氰基(-CN)、硝基(-NO2)、醛基(-CHO)和羧基(-COOH)都属于这类基团。



多键取代基,无论包含两个还是更多的键,都被称为间位导向取代基(meta-directing substituents);而那些只包含一个或两个键,但在该原子上具有一个或多个电子对的取代基,则被称为邻位导向取代基(ortho-directing substituents)和对位导向取代基(para-directing substituents)。

取代基对反应性的影响:通过与苯环的 π 电子相互作用,这些取代基增加了邻位(ortho)和对位(para)导向基团的电子密度(烷基和苯基除外)。这些被激活的环现在可以进行亲电取代反应。因此,所有的邻位和对位导向基团都能接受卤素原子作为取代基。

苯环上的多个键使其具有元导向作用(meta-directing effect)。由于这些键的存在,苯环的电子密度降低,从而阻碍了进一步的亲电取代反应。正因为这些基团能够活化苯环,所以它们被称为“失活基团”(deactivating groups)。而活化取代基(activating substituents)则是能够使苯环变得易于发生亲电取代的物质;相反,失活基团则会抑制苯环的亲电取代反应。


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