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探究反應速率的秘密：電子吸引基如何影響芳香環的反應？
在有機化學中，芳香環的電親核取代反應（Electrophilic Aromatic Substitution, EAS）是一個非常重要的過程。在這個過程中，芳香環上已有的取代基會顯著影響反應的速率以及產物的位向選擇性。這篇文章將深入探討電子供給基（EDGs）和電子吸引基（EWGs）如何透過影響芳香環的電子密度，從而改變反應的動力學和產物分佈。
電子供給基使芳香環更具親核性，從而促進電親核取代反應，而電子吸引基則相反，降低了芳香環的反應性。
電子供給基，或稱為電子釋放基團（ERGs），會通過共振效應或者誘導效應向芳香環中捐贈電子密度。這些基團使芳香環的π系統更具親核性，從而提高其參與電親核取代反應的可能性。此時，芳香環就更容易與親電體發生反應，因此這類基團也被稱為活化基團。此外，這些基團還通常會導向取代反應在 ortho 及 para 位置進行。在1892年，Crum Brown–Gibson規則首次描述了這些選擇性，也即EDGs和EWGs對芳香環的取代影響。
EDGs通常會促使電親核取代反應發生在 ortho 和 para 位置，而EWGs則傾向於將反應導向 meta 位置。
相比之下，電子吸引基則會從芳香環的π系統中移除電子密度，減少其反應性。在這些基團的作用下，芳香環的親核性明顯降低，使其參與電親核取代反應的能力減弱。因此，這類基團被稱為去活化基團（Deactivating groups）。尤其在EWGs的影響下，取代反應往往集中在 meta 位置，而與 ortho 和 para 位置的反應機會顯著減少。這些電子吸引基可分為弱去活化基和強去活化基，弱去活化基有時還可以導致 ortho 和 para 位置反應，但相對於 meta 位置而言顯著降低了反應性。
強去活化基團通常會優先導向 meta 反應，而不是偏好 ortho 或 para 反應。
討論到激活基團，我們發現大多數激活基團皆屬於共振供電子體 (+M) 的範疇。儘管許多這些基團在某種程度上也會通過誘導作用產生去活化效應 (-I)，但總體上，供電子的共振效應通常較為強烈。這一現象並不適用於某些鹵素（如氯、溴和碘），它們的共振效應顯著影響芳香環的化學反應性。舉例來說，氟雖然具有去活化作用，但在para位置的反應速率常常超過1，這使得它在這一位置被視為激活基。這種純粹的動力學考量將幫助我們理解各種取代基對芳香環進行 EAS 反應的影響。
氟是一個例外，它在 para 位置上的反應速率高於其他取代基，使其顯示出激活效應。
對於去活化基，如亞硝基、硫酸酯和不同型的羧酸，都會在噁唑酮等羧基上產生較強的電子吸引作用。這些結構正是由於直接附著在芳香環上的電正性原子所引起的。雖然這些基團會一起貢獻共振效應，但由於它們對芳香環造成負電性偏移，因此會強烈減慢反應速率。進一步說，這些基團的參與使得芳香環變得極其電子貧乏。
含有電子吸引基的芳香環的反應速率遠比不含這些基團的芳香環低得多。
相較之下，帶有氨基、醇基和醚基（如安息香）等的結構，雖然存在某種誘導效應 (-I)，但共振效應 (+M) 常常壓過該效應，導致它們依然被視為供電子基團（EDGs）並且在 ortho 和 para 位置具有高反應性。特別是在基本環境下，酚類的乙氧基合成反應會顯著加快，因為單負電的氧使得分子在反應中提供了更多的電子。
然而，不同取代基對反應位點的影響並不是單向的，它們之間的相互作用經常引發反應選擇性的變化。當兩個或更多取代基已經存在於芳香環上時，第三個取代基的位置往往是可以預判的。他們的存在會使化合物具有較強的對稱性或加強某些取代基的效應，進一步影響芳香環的反應性。
隨著我們進一步理解這些反應的基本原理，我們不禁要思考，未來的有機化學反應將如何持續受到這些電子效應的影響，而探索新型取代基可能會如何重新定義我們對化學反應的理解？
