芳香族取代反应是有机化学中的基本转变，其中取代基取代芳香环上的氢原子。亲电芳香取代（EAS）是最常见的类型，但亲核芳香取代（NAS）对于缺电子环也很重要。

亲电芳香取代 (EAS)

在亲电芳香取代中，芳香环充当亲核试剂，攻击强亲电试剂，形成共振稳定的芳烃离子（Wheland 中间体或 σ 络合物）。然后芳烃离子失去一个质子（H+）以重新生成芳环，这是反应的驱动力。一般机制如下：E+（亲电子试剂）→芳烃攻击→芳烃离子→去质子化→取代芳烃。

常见的 EAS 反应

硝化使用 NO2+（硝鎓离子）作为亲电子试剂，由 HNO3 和 H2SO4 生成，产生硝基芳香族化合物，这是苯胺的重要前体。卤化反应采用 Br2 或 Cl2 在路易斯酸催化剂（FeBr3、AlCl3）的作用下生成 Br+ 或 Cl+，而碘化则需要氧化剂，如 HNO3 或 HIO4。磺化作用使用发烟 H2SO4 中的 SO3 或 HSO3+ 作为亲电子试剂，并且是可逆的 - 通过与稀酸加热即可发生脱磺化。 Friedel-Crafts 烷基化使用烷基卤化物与 AlCl3 生成攻击环的碳正离子，但多烷基化和重排是常见的副反应。 Friedel-Crafts 酰化使用酰氯与 AlCl3 生成酰基离子，无需重排即可生成酮。

取代基的直接作用

活化基团（邻位/对位导向剂）如 -OH、-NH2、-OCH3 和 -CH3 是给电子基团，可增加环上的电子密度，使 EAS 更快，并将传入的亲电子试剂引导至邻位和对位。失活基团（元导向剂）如 -NO2、-CN、-COOH、-SO3H 和 -CHO 是吸电子基团，可降低电子密度，使 EAS 变慢，并将引入的亲电子试剂引导至间位。卤素（-F、-Cl、-Br、-I）是独特的：它们由于感应撤退而失活，但由于孤对共振捐赠而导致邻位/对位定向。

亲核芳香取代 (NAS)

对于邻位/对位具有强吸电子基团如-NO2的缺电子芳环，亲核试剂(OH-、NH3、CN-)可以直接攻击。加成-消除机制 (SNAr) 通过 Meisenheimer 复合物（阴离子 σ 加合物）进行，其中 EWG 基团稳定负电荷。相对于离去基团的邻位和对位的强吸电子基团以及良好的离去基团（对于 SNAr，F > NO2 > Cl > Br > I）有利于该反应。

苯炔机制（消除-加成）

对于未活化的芳基卤化物（无 EWG 基团），强碱（高温下的 NH2-、OH-）会诱导 HX 消除，形成环中具有三键的苯炔中间体。然后亲核试剂在三键的任一碳上攻击苯炔，得到邻位和对位取代的产物的混合物。该反应需要苛刻的条件（高温、强碱），并且在机理上与 SNAr 不同。

应用程序

该技术用于通过硝化、卤化和磺化合成染料、颜料和药物，通过弗里德尔-克来福特酰化合成用于香料和药物中间体的酮，以及通过亲核芳香取代合成除草剂、聚合物（PEEK）和先进材料。