普考-化學工程有機化學概要104 年第 9 題單選題
下列何者進行親電性取代反應(electrophilic substitution reaction)時反應速率比苯慢,但取代反應發生在鄰位和對位?
D正確答案
鹵素(F/Cl/Br/I)是 EAS 中唯一的「去活化但鄰對位定位」基團:強 -I 效應使反應比苯慢,但孤對電子 +M 效應決定鄰對位定位。
為什麼答案是 D
F 氟原子電負性極大,-I 效應強於 +M 效應,整體使苯環去活化(反應比苯慢)。但氟的孤對電子可與苯環共振,穩定鄰對位中間體,故為鄰對位定位基。完美符合題目兩個條件。
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完整詳解
Pro · 無限重點 鹵素(F/Cl/Br/I)是 EAS 中唯一的「去活化但鄰對位定位」基團:強 -I 效應使反應比苯慢,但孤對電子 +M 效應決定鄰對位定位。
秒解口訣:「鹵素最特別,又慢又鄰對」。看到 F/Cl/Br/I 直接選,其他去活化基(NO₂、CF₃、CN)都是間位。
逐選項分析
A✕
N(CH₃)₂ 二甲胺基是強活化基(+M 效應遠大於 -I),氮上孤對電子直接與苯環共振,使苯環電子密度大增,反應速率遠比苯快,且為鄰對位定位基。不符合「比苯慢」條件。
B✕
NHCOCH₃ 乙醯胺基是中等活化基,氮上孤對電子可與苯環共振(+M),但部分被羰基吸走,活化效果弱於胺基。仍比苯快,且為鄰對位定位基。不符合「比苯慢」條件。
C✕ 陷阱
CF₃ 三氟甲基是強去活化基(三個 F 的強 -I 效應),使苯環電子密度降低,反應比苯慢。但它是純吸電子基,無孤對電子可共振,故為「間位定位基」。不符合「鄰對位」條件。
D✓ 正確
F 氟原子電負性極大,-I 效應強於 +M 效應,整體使苯環去活化(反應比苯慢)。但氟的孤對電子可與苯環共振,穩定鄰對位中間體,故為鄰對位定位基。完美符合題目兩個條件。
EAS 取代基分類總表
| 取代基類型 | 反應速率 | 定位方向 | 代表基團 |
|---|
| 強活化基 | 比苯快很多 | 鄰對位 | -OH, -NH₂, -N(CH₃)₂ |
| 中等活化基 | 比苯快 | 鄰對位 | -NHCOCH₃, -OR |
| 弱活化基 | 比苯稍快 | 鄰對位 | -CH₃, -R (烷基) |
| 鹵素(特殊) | 比苯慢 | 鄰對位 | -F, -Cl, -Br, -I |
| 去活化基 | 比苯慢 | 間位 | -NO₂, -CF₃, -CN, -COOH |
考生常誤以為「鄰對位定位基 = 活化基」,但鹵素是經典例外!關鍵在於:定位方向由共振效應(+M)決定,反應速率由誘導效應(-I)與共振效應的淨結果決定。鹵素 -I > +M,故去活化但仍鄰對位。