芳环上的取代反应

苯环上最重要的两类反应是芳香亲电取代反应和芳香亲核取代反应。 这是因为芳香体系具有较高的电子云密度，这使得它具有类似于Lewis碱或Brønsted-Lowry碱的化学性质。 芳环的反应性依赖于参与反应的其他物种的活性。

定义

芳香亲电取代反应（electrophilic aromatic substitution, EAS）是指芳环上的氢原子被亲电试剂（electrophile）所取代的反应。

典型的芳香亲电取代反应包括：

苯环的位置命名

正离子中间体（σ配合物）机理

芳香亲电取代反应对于芳香底物通常只有一种机理，即正离子中间体（intermediate cation）机理。 反应主要分为两步：亲电加成和E1消除。

反应势能图

反应速率主要取决于第一步（亲电加成），因此第一步是决速步

定位效应概述

一元取代苯进行亲电取代反应时，已有的基团将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（directing effect）。

取代基分类

取代基对苯环发生硝化反应的速率影响

相对反应速率（以苯 = 1 为标准）

卤原子取代基的定位效应

卤素既具有吸电子诱导效应，又具有给电子共轭效应。 以氯苯硝化的反应结果为例：

实验结果表明，氯苯进行硝化反应的温度要比苯的高，因此氯苯比苯难以硝化，取代基氯是一个钝化基团； 可是主要得到邻、对位取代产物。氯苯比苯难以硝化表明，其与氨基和羟基不同，氯原子的吸电子诱导效应比给电子共轭效应强， 总的结果使苯环上的电子云密度降低，但卤素仍可以通过共轭效应供给p电子，使得邻、对位的碳正离子中间体比间位更稳定。

苯环的多元亲电取代是指二元取代苯或含有更多取代基的苯衍生物进行亲电取代反应。 二元或多元取代苯的定位问题好像比一元取代苯复杂，但是，若从芳香亲电取代反应的本质去理解，则会变得容易。

萘的亲电取代反应

在正常情况下，萘比苯更易发生典型的芳香亲电取代反应，硝化和卤化反应主要发生在C1位上。 由于萘十分活泼，溴化反应不用催化剂就可进行，氯化反应也只需在弱催化剂作用下就能发生。

概述

在芳香亲电取代反应中，与芳环进行的反应是亲电基团或试剂；与之正好相反，如果与芳环反应的试剂为亲核基团或试剂， 其结果是可以发生此亲核基团在芳环上取代了一个离去基团的反应。这类反应称为芳香亲核取代反应（nucleophilic aromatic substitution, S_NAr）。

S_N2Ar机理（加成-消除机理）

这是发展最早，也是最重要的芳香亲核取代反应。反应是分两步进行的，首先是亲核试剂被芳环进攻，生成σ负离子（或称σ配合物）； 然后离去基团离去，生成产物。

在芳香亲核取代反应中，反应的主体为亲核基团，苯环上的吸电子基团会使得苯环的亲电能力降低， 因而吸电子基团是使反应致活的基团；而在芳香亲核取代反应中，反应的主体变为了亲核基团， 因而苯环越缺电子反应越容易进行，这样苯环上的吸电子基团是使反应致活的基团。

重要应用：Sanger反应

在芳香亲核取代反应中，非常具有历史性的应用是2,4-二硝基氟苯与胺的反应。 1949年，F. Sanger首次发展了利用此反应鉴定蛋白质中末端氨基酸的方法， 这为蛋白质以及生物高分子的结构表征开辟了新的途径。