苯的反应:硝化、磺化、卤化——反应活性

Reactions of Benzene - Nitration, Sulphonation, Halogenation- Reactivity

2020年4月17日Ankur Choudhary (noreply@blogger.com)AI 专业翻译
1825年,迈克尔·法拉第发现苯是一种无色液体。环戊烷是一种分子式为C6H6的化合物。这个分子式清楚地表明它是一种高度不饱和的有机化合物。由于这种不饱和性,环戊烷具有很高的反应性。然而,与烯烃不同,环戊烷不会发生加成、氧化或还原反应。例如,苯在与溴(Br)、盐酸(HCl)等试剂反应时不会形成碳-碳双键。在大多数情况下,苯在反应过程中其氢原子会被其他原子或自由基取代!

芳香族化合物包括苯。由于苯及其衍生物具有多种香气,它们最初被归类为芳香化合物。后来,苯的分类依据是其结构特性和化学反应性,而非其气味。如今,芳香族化合物被定义为那些极度不饱和且在烯烃存在下仍然具有特殊稳定性的化合物。

类比于烷烃和烯烃,今天的“arene”一词被用来描述芳香烃。苯的母体结构就是苯本身。就像烷基化合物用符号RJ表示一样,含有新原子或基团的芳基化合物则用ArJ来表示。

苯的反应

苯极易发生亲电取代反应,因为在加成反应中它会失去其芳香性。亲电试剂会被苯中的离域电子所吸引,而苯由于其离域电子的存在,对亲电取代反应具有很高的稳定性。苯的亲电取代反应通常包括以下三个步骤:
  • 亲电试剂已经制备完成。
  • 一个中间碳正离子失去了一个质子。

硝化作用

苯的硝化反应是通过将苯与浓硫酸和浓硝酸在温度不超过50°C的条件下反应来进行的。随着温度的升高,苯环上取代一个以上硝基(-NO2)的可能性增加,从而生成硝基苯。该反应需要使用催化剂,即浓硫酸。在此反应中,NO+2是亲电试剂,也称为氮离子或硝基阳离子。硝酸和硫酸反应生成这种化合物。

当苯与浓硝酸在323-633 K的温度下,并在浓硫酸的存在下反应时,会生成硝基苯。苯的硝化反应正是生成硝基苯的化学过程。

第一步

硫酸中的质子与硝酸反应,导致硝酸分解形成硝鎓离子。




步骤2

该过程会产生一个亲电的硝鎓离子,随后与苯反应生成一个芳鎓离子。


步骤3

作为路易斯碱,硝基苯是通过芳基阳离子失去质子而形成的。


磺化

苯和硫酸在磺化反应中会发生亲电取代反应。第一种方法是将苯在40°C下加热数小时,并置于浓硫酸的蒸气中,从而生成苯磺酸盐。在此反应中,三氧化硫(SO3)作为亲电试剂。根据所使用的酸的种类,这两种方法都可以生成三氧化硫作为亲电试剂。发烟硫酸(H2S2O7)实际上是硫酸中的三氧化硫溶液,因此是三氧化硫的更丰富来源;含有微量三氧化硫的浓硫酸也能产生三氧化硫。由于三氧化硫具有高度极性且硫原子带有很强的电荷,因此它本身具有亲电性,其电子容易被硫原子吸引。

通过将发烟硫酸(H₂SO₄, SO₃)与苯加热,可以生成苯磺酸。硫酸烟雾与苯会发生可逆反应。


由于硫具有较高的电负性,它会吸引一个电子,从而形成亲电试剂。当这种反应发生时,苯环会被攻击,最终生成苯磺酸。

卤化作用

FeCl3 和 FeBr3 与苯反应会生成芳基卤化物,当苯参与反应时,这种反应被称为苯的卤化反应。

第一步

当与进攻性试剂 FeBr3 结合时,它会参与生成亲电性的溴离子。

步骤2

在反应中,溴作为亲电试剂参与反应,形成芳基正离子(arenium ions),这些离子随后通过与苯的反应转化为溴苯。


📌 本文由 AI 翻译自 pharmaguideline.com,仅供内部参考查看英文原文