脂肪族亲核取代反应Word格式.docx

脂肪族亲核取代反应Word格式.docx

《脂肪族亲核取代反应Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《脂肪族亲核取代反应Word格式.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

亲核性亲核性（这是质子性溶剂中）

4、空间效应

碱性CH3O-<

（CH3）3CO-

亲核性CH3O->

亲核性

相对速度

2.31.00.50.040.0002

空阻

6.2亲核取代反应历程（SN2）

为协同的一步反应，新键的形成和旧键的断裂是同时进行的，亲核试剂从离去基背面进攻中心碳原子，过渡态为五配位的三角双锥构型。

动力学上为二级反应。

6.2.2单分子亲核取代反应历程（SN1）

动力学上为一级反应，因而反应速度只与反应底物有关而与亲核试剂的性质和浓度无关。

v=k1[RX]

两个过渡态和一个中间体。

6.3亲核取代反应的立体化学

1．SN2历程

发生Walden转化即伞型效应

[α]＝－34.6[α]=49.9

S-2-碘辛烷R-2-碘辛烷-128I

反应过程中，旋光性逐渐渐降低到零，即外消旋化

v外＝2v取

2、SN1历程

碳正离子，sp2杂化,平面结构,空p轨道，理论是产物外消旋化.这取决于底物结构和试剂性质，通常情况是外消旋化与构型翻转同时存在。

当形成的碳正离子稳定性较小时，当被试剂进攻时，此时离去基尚未离开，在一定的程度上产生了遮蔽效应，因而妨碍了Nu-从离去基的方向进攻，故主要得构型反转的产物；

如果试剂浓度低，碳正离子可顺利成为自由离子，和离去基X-分开后才接受Nu-进攻，这时产物外消旋化。

如果进攻试剂的浓度较高，被X-遮蔽的碳正离子受试剂进攻的机会增加构型反转比例增加，在SN1反应中，还有一些产物不是从离域的碳正离子中间体形成的，而是有离子对形成的。

离子对历程

6.4邻基参与

如果亲核试剂与离去基共处于同一分子中，则发生分子内SN2。

离去基Cl的离去是由氧负离子（或氮原子）的帮助下完成的，通常称为邻基协助，邻基参与或邻基效应（分子内的SN2）

条件：

当邻近基团具有未共用电子对时，在与反应中心的距离适当时，就发生邻基参与。

结果：

①生成环状化合物，②限制产物的结构，③反应速度异常增大。

6.4.1n参与

1．氧参与

包括：

k反/k顺＝6反式的产物构型保持不变

这是一个SN2历程，由于AcO的吸电子作用使得碳正离子的形成较困难。

镜面对称性（非手性分子）

只有一个手性碳且反应中心为手性碳时，邻基参与的结果将是构型保持。

1变成2为邻基参与（构型翻转），2变成3为SN2反应（构型翻转，3的构型和1与底物相同）。

因此邻基参与和SN2反应的总结果为构型保持。

总结果为构型保持

2．硫参与

反应速度较快

3．卤素参与

对称性

6.4.2π参与

1．C=C的参与

构型不变

π供电性增加，速度增加。

2．苯基参与

50%构型转化，50%构型翻转，结果为外消旋化。

构型保持不变。

6.5影响亲核取代反应的因素

6.5.1烃基的结构

1．对SN1影响

凡是能稳定C+的各种因素均有利于SN1的进攻，中心碳原子上连接的供电基团，能分散碳正离子上的正电荷，提高碳正离子的稳定性。

（1）电子因素

稳定性：

3°

R+>

2°

1°

R+烷基的+I和+C’

SN1的速度：

RX>

RX

（2）空间因素

（3）苯基或乙烯基取代的卤甲烷按SN1进行

R

CH3CH2-

CH2=CH-CH2-

PhCH2-

PhCH（CH3）-

k相对

1.2×

10－4

0.04

0.08

1

（4）当杂原子如O,N,S等原子直接与中心碳相连时，按SN1进行

+C>

-I，有利于碳正离子的形成

杂原子上的孤对电子与中心碳的空p轨道交盖形成离域π键，使碳正离子稳定。

（5）卤原子位于桥头碳上时，只能按SN1进行，但反应速度极慢。

25℃，80％H2O-C2H5OH

桥头碳难于形成平面碳正离子，刚性越大（桥原子数减小），反应速度越小。

2．SN2的影响

主要影响因素为空间效应

过渡态为五配位，张力增大

因此不论是a-C还是b-C上的取代基增多均不利于SN2反应。

CH3CH2CH2-

（CH3）3CHCH2-

（CH3）3CCH2-

0.4

0.03

10-5

空阻很大

6.5.2离去基的影响

不论SN1还是SN2的定速步骤中均存在C-X断裂，故C-X愈易断裂，反应速度愈快。

稳定性F-<

Cl-<

Br-<

I-（I-原子半径大，负电荷愈分散）

离去能力I->

F-

OH-为不好的离去基

H2O为好的离去基

6.5.3试剂的影响

试剂的亲核性对SN1几乎无影响，对SN2影响较大。

（1）亲核性越大，越有利于SN2；

（2）亲核试剂的体积越小越有利于SN2；

（3）强亲核试剂导致产物构型反转，故弱亲核试剂导致产物部分外消旋化。

6.5.4溶剂的影响

1．对SN1反应，增加溶剂极性和溶剂的离子—溶剂化能力，导致反应速度显著增大。

（1）在定速步骤中，反应物电离成过渡态所需的大部分能量可由在溶剂和极性过渡态之间形成偶极－偶极键来供给。

溶剂的极性越大，则溶剂化能力越强，电离作用越快。

（2）碳正离子或定速步骤的过渡态极性大于反应物，前者因溶剂化而稳定，极性溶剂有利于SN1，且随着溶剂极性增强而加速。

2．对于SN2

溶剂极性增大，不利于反应；

极性减小，有利于反应。

溶剂极性增大，有利于反应。

溶剂极性增大，不利于反应

3．极性质子性溶剂使亲核试剂溶剂化增加亲核试剂的稳定性，降低其亲核活性。

这不利于SN2

4．极性非质子溶剂如DMF,DMSO,HMPT等，这时亲核试剂完全暴露未溶剂化，对SN2有利的。

溶剂

DMF

MeOH

k

3×

103

10-2

6.6具有双亲核中心的两极性的反应方向

两可性试剂如

1．发生SN1时，电负性大，电子云密度高的原子将发生亲核取代。

得到异腈

2．在SN2中，电负性小的原子为亲核中心。

这时电负性较小的原子周围溶剂化作用较弱，去溶剂化所需能量小，其供电性强，有较强的极化作用，故其亲核性较强。

3．底物烷基结构的影响

故烷基体积增大时，有利于SN1反应，烷基体积越小，越有利于SN2。

6.7亲核取代反应在有机合成中的应用

6.7.1卤烷的亲核取代反应

可发生官能团的转化或碳链的增长

1．卤烷的水解

竞争使反应有消除反应（浓度和强碱及烯丙式醇3°

RX特别易发生E）

易发生消除反应的3°

RX宜采用碱性较弱的醋酸盐形成乙酸酯，再水解得醇。

2．williamson反应

3．卤烷的氨解

一般得混合物，如果NH3大大过量，1°

RNH2将为主要产物，要获得纯伯胺用gabriel法。

4．卤烷与有机膦的反应

Wittig试剂

5.与碳亲核试剂的取代反应

使碳链增长

（1）氨解形成多一个碳的腈及羧酸等

（2）炔化反应

合成末端炔和非末端炔

（3）偶联反应（与烷基铜锂的反应）

Wurtz-Fittig反应

（4）与含活泼亚甲基类化合物的取代反应。

首先与强碱作用，形成碳负离子亲核试剂，然后再a－C上引入烷基或烃基

与二元卤烷可分别形成二元甲基酮，二元酸或环烷基甲基酮或环烷基乙酸。

6.7.2醇的亲核取代反应

由于-OH为不好的离去基，其亲核取代反应一般要在酸性催化下进行，这时H2O是一个好的离去基，另外可转化一个磺酸基离去基。

6.8羧酸及其衍生物的亲核取代反应

6.8.1反应历程与影响因素

1、反应历程

过程为加成－消除历程，结果为亲核取代。

与SN2是不一样（分两步进行）。

亲核加成

消除

酯的碱性水解

这样水解后酯中18O含量大大减小，故非一般的SN2，如为SN2反应，则酯的18O含量不变。

2、结构与活性的关系

－I有利于亲核加成，＋C不利于亲核加成。

反应活性

6.8.2酯化反应

1、Ac2（双分子酰氧断裂）

伯醇的酯化通常为此历程

2、AA11（酸酯消化下的烷氧断裂）

醇的酯化就是此历程

亲核性H2O>

羧酸；

故脱氢离子以烯为主要产物

6.8.3间接酯化－羧酸衍生物的醇解反应

酰卤和酸酐的间接酯化可避免直接酯化的可逆性，而且可以同叔醇酯化。

酯交换反应

要求R’O-碱性比R’’O-弱，离去能力R’O->

R’’O-,而CH3O-的碱性最弱，故常用甲醇的酯作为反应底物

蒸去CH3OH

6.8.4羧酸衍生物的氨解

1．羧酸的氨解

除去水用PCl3,TiCl4等

2．羧酸衍生物的氨解

CN-吸电基有利于取代

6.8.5晴的溶剂解

控制水解可用酰胺

室温下，晴可用HCl-HCOOH溶剂水解为酰胺，而其它可水解的基团如OR-,Cl-,Br-等不受影响。