浅谈亲核取代取应

LOGO天然 药 物化学室二零一五年七月浅 谈亲 核取代取 应浅谈亲核取代反应一、亲 核取代反应的活性结构对反应活性（ reactivity）的影响与反应机理有关，以下分别讨论结构对 SN2和 SN1反应的影响。 22.3.1.1 SN2对 RCH2X型化合物 18个系列的亲核取代的速率数据进行的统计分析说明 : R的 位阻是决定反应速率的主要因素 。 R3C-X型化合物不起 SN2反应。离去基团在桥头碳原子上的化合物，不发生 SN2反应， (1)与乙醇钠一起加热， (2)与 Nal在丙酮溶液中加热都不起反应。如：浅谈亲核取代反应-碳原子上的烯基或苯基使 SN2反应的速率加快 。例如，烯丙基氯在丙酮溶液中与碘化钠的反应速率为氯乙烷的 33倍。分子轨道模型的解释是：在过渡状态中， -碳原子上的 p轨道与双键碳原子上的 *(反键轨道 )重叠使其能量降低，见图 22.3。浅谈亲核取代反应二、亲核取代反应中的 SN1反应SN1机理的中间体是碳正离子， 能使碳正离子稳定性提高的因素都有利于 SNl反应的进行 。与苯环双键共轭能提高碳正离子的稳定性。三苯氯甲烷在液体 SO2溶液中能电离成三苯甲基碳正离子和氯离子， SO2的亲核性极弱，与碳正离子不起反应：苯环上给电子的取代基如： Me2N， MeO和Me使三苯甲基正离子的稳定性提高；而吸电子的取代基如： Cl， NO2则使三苯甲基正离子的稳定性降低。二苯甲基碳正离子、苄基型碳正离子和烯丙型碳正离子与 SbF6-离子生成的盐都可以在超强酸中得到。有的烯丙型碳正离子可以在浓硫酸溶液中 生成。浅谈亲核取代反应能使碳正离子稳定的因素也就能使 SN1反应加速 .例如氯甲醚的水解活性很大。 MeOCH2+ SbF6 -可以在超强酸中制得， ROCH2X, RSCH2X, R2NCH2X等化合物在 SN1反应中的活性都大于 R3CX。正电荷在桥头碳上的碳正离子虽然不能达到平面构型，但仍可以在超强酸中生成。例如：浅谈亲核取代反应酰基碳正离子的稳定性与叔丁基碳正离子相近 ，但由于共振效应，正电荷分散到氧上，亲电能力不强， RCOX的反应一般是先加成后消除。乙烯基碳正离子的稳定性很低 ，只在离去基团离去倾向极强时才发生溶剂解。例如：浅谈亲核取代反应三、亲 核指数在甲醇溶液中 25C下测定碘甲烷与各种亲核试剂的 SN2反应的速率常数 knu并与碘甲烷与甲醇反应的速率常数比较，可以算出亲核试剂的亲核指数 (nucleophilic constant)。 MeOH NO3 F MeCO2 Cl Me2S NH3 N3 PhO n 0.0 1.5 2.7 4.3 4.4 5.3 5.5 5.8 5.8Br MeO HO Et3N CN I NO2 PhS n 5.8 6.3 6.5 6.7 6.7 7.4 7.8 9.9用相似的方法得到的 SN2亲核性次序 (质子溶剂 )为： RSArSI CN OH N3 Br ArO Cl 吡啶 AcO H2O浅谈亲核取代反应四、亲核性 和碱性一种试剂作为亲核试剂是指供电子给碳原子，亲核性表示它对反应速率的影响，是动力学问题；而作为碱是提供电子给质子，碱性表示它对平衡位置的影响，是热力学问题 。因此，一个试剂的碱性强，它的亲核性不一定同样强。例如， N3, PhO和 Br的亲核指数都是 5.8，而它们的共轭酸的 pKa却分别为 4.74, 9.87和 7.7。不过 进攻原子相同的一系列试剂，它们的亲核性的大小次序与碱性大小是平行的 ，如 MeO PhO AcO NO3，进攻原子在周期表中位于同一周期，亲核性的次序也与碱性平行。例如，一些试剂的亲核性次序为 : NH2RO OHR2NHArO NH3吡啶 F H2OClO4；R3C R2N RO F 。试剂如果是带负电荷的离子，它的亲核性一定比其共轭酸强。例如， OH H2O， NH2 NH3， RO ROH， RS RSH。浅谈亲核取代反应例如下列三个亲核试剂与苄氯进行亲核取代，变换苯环上的取代基，它们的碱性与亲核性是一致的。它们的亲核性与碱性成线性关系。五、溶剂 对亲核性的影响卤离子的亲核指数分别为： F , 2.7; Cl , 4.4; Br ,5.8; I , 7.4；而它们的共轭酸的 pKa分别为 : HF, 3.45; HCl, 5.7; HBr, 7.7; HI, 10.7。即亲核性次序正好与碱性相反。主要原因是：在溶液中它们被溶剂分子包围，特别是在质子溶剂中更能生成氢键。例如：浅谈亲核取代反应F和 Cl体积小电荷集中，包围的溶剂分子更多， Br和 I体积大，电荷分散，包围的溶剂分子较少；在亲核进攻中必须先破坏溶剂层, 才能达到过渡状态 , 所需能量反映到活化能中 , 使活化能升高 , 反应速率变慢 , 特别是在质子溶剂中 , 由于能生成氢键 , 差别就更显著。因此，亲核性次序为 I Br Cl F 。DMF溶液中包围负离子的溶剂分子少，亲核性次序为 Cl BrI.浅谈亲核取代反应亲 核取代反 应 是化学反