《有机化学》第二十二章亲核取代（第三版）

OrganicChemistryXumiaoqing第二十二章饱和碳原子上的亲核反应(AliphaticNucleophilicSubstitution)亲核取代反应的通式：亲核试剂带着一对电子进攻中心碳原子离去基团带着一对电子离开⑴底物为中性，亲核试剂带着一对孤对电子：OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing⑶底物带有正电荷，亲核试剂带有孤对电子：⑷底物带有正电荷，亲核试剂带有负电荷：⑵亲核试剂带有负电荷：OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing§22.1SN2和SN122.1.1SN22.双分子亲核取代（SubstitutionNucleophilicBimolecular)(SN2)反应机理动力学研究表明：有一类亲核取代反应的速率与底物的浓度和试剂的浓度同时相关：二级反应其反应机理为：TOrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing亲核试剂背后接近中心碳原子－从离去基团的背面与此同时离去基团也正在逐步地离开底物分子新键的形成与旧键的断裂是同时发生的，旧键断裂时所需的能量，是由新键形成所放出的能量提供的。两者达到平衡时，体系能量最高。其状态为过渡态T.OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqingSN2反应机理：LNuLNuLNuLNuLNuLNuLNuLNuLNuLNuOrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing在过渡态中，亲核试剂的孤对电子所占有的轨道与中心碳原子的p轨道交盖的程度与离去基团与中心碳原子的p轨道的交盖程度相同按SN2机理进行的底物特征：不被共轭体系稳定的仲卤代烷及其衍生物1895年拉脱维亚化学家WaldenP通过两步反应把一个旋光的化合物转变为它的对映体。（见P533）这种构型反转称为Walden反转(Waldeninversion)OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.1.2SN1单分子亲核取代（SubstitutionNucleophilicUnimolecular)(SN1)反应机理反应分两步进行第一步正碳离子的生成：第二步亲核试剂进攻正碳离子：第一步是决定反应速率的一步。OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing例如：二苯基氯甲烷在丙酮的水解反应：按SN1机理进行反应的体系：叔卤代烷及其衍生物和被共轭体系稳定的仲卤代烃及其衍生物（另一例见Ｐ５３５）OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.1.３SN1、SN2机理与离子对⑴解离的正负离子形成紧密的离子对，整个离子对被溶剂化。⑵溶剂介入离子对后，正负离子被溶剂隔开。⑶离解的离子为自由离子。三个阶段：亲核试剂可以进攻四种状态的底物，从而得到不同的产物。OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.1.4SN1+SN2混合机理见P538实例§22.2邻基参与当一个进行亲核取代反应的底物分子上还带有一个能作为亲核体的基团,并位于分子的适当位置时，能够和反应中心部分地或完全地成键形成过渡态或中间体，从而影响反应的进行，这种现象称为邻基参与作用（Neighboringgroupparticipation）。通常把由于邻基参与作用而使反应加速的现象称为邻基协助或邻基促进。OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.2.1含杂原子的取代基n参与作用K=2.9×10-7s-1(100℃)K=1.9×10-4s-1(100℃)快670倍为什么?OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing51%OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.2.2苯基而且D和L两种异构体的数量大致相等.OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.2.3碳-碳双键C=Cπ键、C=Oπ键也有邻基参与作用，如反-7-降冰片烯基对甲苯磺酸酯的乙酸解，由于π参与，反应速率比相应的饱和酯快1011倍，且产物构型保持。OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.2.4σ键(I)的速度比(IV)快350倍OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing§22.3亲核取代反应活性22.3.1化合物的结构对亲核取代反应的影响22.3.1.1SN2卤代烷的反应活性顺序是：甲基>伯>仲>叔原因：烷基的空间效应OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing转变过程中，中心碳原子由底物同4个基团相连转变为由过渡态的同5个碳原子相连，空间拥挤程度增大。当底物中心碳原子连有较大基团时，Nu:难于从背后接近底物。新戊基卤代烷几乎不发生SN2反应：OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing桥头化合物在SN2和SN1反应条件下都极不活泼，在SN2条件下，进攻亲核试剂不可能从背后进攻而使构型发生反转．而在SN1反应条件下，平面构型碳正离子的形成引起较大的张力．OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.3.1.2SN1所有能够使正碳离子稳定的因素，都能使SN1反应的反应速率增大：相对速率(k1)REti-prCH2=CH-CH2PhCH2Ph2CHPh3C0.260.690.86100~105~1010当取代基具有＋I、超共轭效应、＋C效应，SN1反应速率增大,反应活性增大。OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqingK＝4×10-17s-1K＝3×10-6s-1大环有利于SN1反应的进行．　对SN1反应,由于超共轭作用等引起碳正离子的稳定性改变而影响反应速度:三级碳正离子>二级碳正离子>一级碳正离子OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.3.2亲核试剂的影响22.3.2.1亲核指数nMeI=lg(knu/kMeOH)MeOHNO3-F-MeCO-3Cl-Me2SNH3N-3PhO-n0.01.52.74.34.45.35.55.85.8Br-MeO-HO-Et3NCN-I-NO2－　　　　PhS-n5.86.36.56.76.77.47.89.9亲核性次序为:RS-ArS-I-CN-OH-N３-Br-ArO-Cl-AcO-H2O＞＞＞＞＞＞＞＞＞＞OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing22.3.2.1亲核和碱性Nu:在SN2反应中起着重要作用NuNu-:CH3O-,HO-,I-Nu:H2O:规律：1〕带有负电荷的试剂的亲核性强于它的共轭酸：－OH>H2O,CH3O->CH3OH2）带负电荷的试剂，负电荷越集中，亲核性越强；中性的试剂，进攻的原子电子云密度越集中，亲核性越强。A.当进攻原子为同一原子时，亲核性强度与碱性一致：RO->HO->>RCO2->ROH>H2OCH3O->PhO->CH3CO2->NO2-碱性是试剂与质子结合的能力；亲核性是试剂与带有部分正电荷的碳原子结合的能力。OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing当试剂中进攻的原子不同时，试剂的亲核性强度顺序与碱性有时不同：碱性：C2H5O->I-亲核性：I->C2H5O-B.同周期的元素，电负性越大，试剂的亲核性越弱，负电荷越分散，亲核性越弱：H2N->OH->F-C.试剂中的进攻原子为同族原子时，原子的可极化度越大，试剂的亲核性越强：OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqingF-CN->I->OH->N3->Br->CH3CO2->Cl->F->H2OOrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqingSN2反应常在极性非质子型溶剂中进行。极性非质子型溶剂(PolarAproticSolvents)不能与Nu:形成氢键，不能使亲核试剂溶剂化，使裸露的负离子作为亲核试剂，具有较高的反应活性。常见的极性非质子型溶剂有：N,N-二甲基甲酰胺DMF(Dimethylformamide)二甲亚砜DMSO(Dimethylsulfoxide)六甲基磷酰胺HMPT(Hexamethylphosphorictriamide)OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing在极性非质子型溶剂中，X-的反应活性顺序为：F->Cl->Br->I-这与在质子型溶剂中的顺序相反。质子型溶剂与非质子型溶剂对SN2反应的影响：溶剂k2DMF3×103CH3OH3×10-2问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：下列反应在哪种溶剂中易于进行，是DMF还是CH3OH?为什么？OrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqingOrganicChemistryXumiaoqing