6第六章脂肪族亲核取代反应PPT演示课件

第六章脂肪族亲核取代反应,1,脂肪族亲核取代反应（NucleophilicSubstitution,SN）,脂肪族化合物中饱和碳原子上的原子或基团被其它亲核的原子或基团取代的反应。,2,RL（如卤代烷）：反应底物（反应物）（Substrate）：中性分子或带正电荷的离子Nu：亲核试剂（Nucleophile）：负离子或具有未共用电子对的中性分子（如RO-，OH-，CN-，等）L：离去基团（Leavinggroup）：反应时带一对电子从碳原子上离开（X-）中心碳原子：与L相连的碳原子。,3,SN反应有下列几种,底物与进攻试剂均为中性分子：（氧亲核试剂形成C-O键）底物为中性分子，进攻试剂为负离子,4,SN反应有下列几种,底物为正离子，进攻试剂为中性分子（氮亲核试剂，形成C-N键）底物为正离子，进攻试剂为负离子（碳亲核试剂，形成C-C键）,5,亲核反应历程,SN2（双分子亲核取代）一步完成,6,SN2反应的历程,SN2反应过渡态,反应势能变化图,7,SN2（双分子亲核取代）一步完成,8,SN2亲核反应的特性：,反应一步完成动力学特征二级反应v=kRR1R2XNu立体化学：产物构型Walden反转有消去反应发生（E2）,9,SN1（单分子亲核取代）两步完成,10,SN1反应的历程,11,SN1（单分子亲核取代）两步完成,12,SN1（单分子亲核取代）两步完成,13,SN1反应的影响因素,溶剂,14,SN1反应的特性：,反应两步完成动力学特性一级反应v=kRX立体化学：产物为等量的一对对映异构体（外消旋体）有重排（H-迁移）发生，也有消去反应发生（E1）(CH3)2CHCH2Br+I-(CH3)3CI,15,影响亲核取代反应速度的因素,烃基结构的影响电子效应空间位阻,16,SN1反应活性,对SN1反应第一步生成碳正离子，如碳正离子稳定（正电荷被分散）反应易进行。SN1反应活性（+I，+C）反应活性依次递减Ar3C-L,Ar2CH-L,ROCH2-LR2NCH2-L,R3C-L,ArCH2-L,C=C-CH2-L,R2CH-L,RCH2-LR3CCH2-L,ZCH2-L,ZCH2CH2-L,C=C-L,Ar-L(Z=RCO,HCO,ROCO,NH2CO,NC等)。,17,SN1反应活性,18,+I：(CH3)3CX(CH3)2CHXCH3CH2XCH3X,19,SN1反应活性,空间效应：位阻大SN1活性大（键角张大）R1R2R3CXR1R2R3C+（键角109.5120）,20,对SN2反应的影响,电子效应影响较小空间效应影响较大：位阻大，太拥挤不利于进攻试剂由背面进攻（SN2）如：新戊基溴的SN2反应不反应,21,SN2反应活性依次递减的大致顺序：Ar3C-LAr2CH-LArCH2-LZCH2-LC=C-CH2-LRCH2-LR2CH-LR3C-LZCH2CH2-LR3C-CH2-LC=C-LAr-L(Z=RCO,HCO,ROCO,NH2CO,NC等）,22,桥环烃桥头碳上连接离去基团时，不易发生SN1、SN2反应,80%的乙醇中溶剂解：,23,离去基团（L）的影响,都涉及C-L断裂L的离去倾向决定SN反应速度的大小（L-的碱性及可极化性）C-L键越弱越易离去，根据L-的碱性评价,24,L-的碱性越弱形成的负离子越稳定，易被取代碱性：F-Cl-Br-I-强碱基团：难作离去基团，如生成弱共轭酸则易离去，如：羟基,25,负离子的碱性强弱可通过比较其共轭酸来了解,酸性越强的共轭酸其共轭碱碱性越弱（即为好的L）强酸的共轭碱是好的离去基团（I-Br-Cl-）,26,可极化性,在外电场作用下，电子云易变形的体积较大的负离子易离去（如I-）可极化性小的碱性强离子是差的离去基团（R3C-，R2N-）。离去基团离去能力强，反应速度快,27,好的离去基团有：相应的酯：ROMS；ROBS（ONS）；ROTS,28,极性质子试剂中常见离去基团的离去倾向为：,29,亲核试剂的影响,亲核试剂：对SN1反应速度影响不明显亲核试剂：对SN2反应速度影响很大（SN2反应：v=kRXOH-为二级反应）影响试剂亲核性的因素：碱性、可极化性、空间体积、所带电荷的性质、溶剂及底物的性质,30,亲核性：,试剂的亲核能力在SN取代反应中Nu-：进攻中心碳原子并与之成键的能力,碱性：,试剂与质子结合的能力,31,试剂的亲核性与碱性一致的情况,相同进攻原子的亲核试剂：C2H5O-HO-C6H5O-CH3CO-2ROHH2O带负电荷的亲核试剂的亲核性比其共轭酸强-OHH2ORO-ROHRS-RSH周期表中同一周期元素组成的负离子，则：R3C-R2N-RO-F-，NH2-HO-F-,32,试剂的亲核性与碱性不一致的情况,周期表中同族元素所产生的负离子或分子视中心原子可极化度大小评价RS-RO-，RSHROHSN2反应中Nu-：外层电子云变形后易接近中心碳原子，降低了形成过渡态的活化能,33,SN2反应亲核试剂的亲核性,在相同的底物和相同的反应条件下比较,34,溶剂化作用：,非质子溶剂：二甲亚砜(CH3)2SO(DMSO),N,N-二甲基甲酰胺HCON(CH3)2（DMF）中,35,溶剂化作用：,卤素负离子X-未溶剂化时：亲核能力与碱性一致F-Cl-Br-I-在质子溶剂（如：醇）中：X-：亲核能力与碱性相反I-Br-Cl-F-形成氢键F-H-O-R，F-，Cl-亲核性降低，而Br-,I-不易形成氢键，所以亲核能力较大。,36,SN2反应的影响因素,37,原子半径越大，可极化性越大，易成键,38,亲核试剂的空间体积：RO-进行SN2反应速度CH3O-C2H5O-(CH3)2CHO-(CH3)3CO-SN2反应中常见亲核试剂在质子试剂中的亲核性比较：RS-I-CN-OH-Br-ArO-Cl-AcO-H2O,39,烷基吡啶的N-烷基化反应：,40,溶剂的影响：,溶剂化效应：溶剂跟溶质分子或离子通过静电力结合的作用作用于SN反应的对象：负离子、电负性大的原子或基团、含未共用电子对的化合物,41,SN1反应,过渡态RX极性大于RX，所以极性大的溶剂有利于过渡态生成离解成离子后因溶剂介电常数大而稳定因此极性大的溶剂利于SN1反应,42,极性大的溶剂利于SN1反应,43,SN2反应：溶剂影响复杂,由电荷集中的亲核试剂与底物作用形成电荷分散的过渡态亲核试剂的部分负电荷通过R传给X极性大的溶剂不利于SN2反应增大溶剂的极性及离子溶剂化剂能力可使历程由SN2变为SN1,44,原因：质子性溶剂使亲核试剂阴离子溶剂化，即发生离子偶极相互作用，亲核性降低。碱性越强，亲核性降低越大。,-含有-OH或NH-不利于SN2反应,质子性溶剂,45,非质子极性溶剂,有利于SN2反应原因：非质子极性溶剂只能让阳离子溶剂化，从而使亲核试剂负离子“裸露”，亲核性增大,乙腈(CH3CN),N，N-二甲基甲酰胺HCON(CH3)2,DMF二甲亚砜(CH3)2SO,DMSO,六甲基磷酰胺(CH3)2N3PO,HMPA,46,47,48,SummaryaboutSN2,位阻大的底物、难离去基团、中性（弱的）亲核试剂、和质子性溶剂不利于SN2反应,49,ForeachofthefollowingpairsofSN2reactions,indicatewhichoccurswiththelargerrateconstant?,CH3CH2Br+H2OorCH3CH2Br+HO-(CH3)2CHCH2Br+HO-orCH3CH2CH(CH3)Br+HO-CH3CH2Cl+CH3O-orCH3CH2Cl+CH3S-CH3CH2Cl+I-orCH3Br+I-,50,亲核反应在有机合成中的应用,形成C-O键（生成醇、醚、酯）含氧亲核试剂与卤代烃反应,51,环氧乙烷的亲核取代反应,与水、醇、羧酸、格氏试剂，氨反应易生成醇、醚,52,碱性条件下，环氧乙烷较少取代的C-O键断裂（SN2）酸性条件下，环氧乙烷取代较多的C-O键断裂（SN1）,53,形成C-X键,卤代烷水解为可逆反应用PX3，PX5或SOCl2（亚硫酰氯）无可逆反应磺酸酯中磺酸基更易离去,54,形成C-C键,当试剂中亲核原子为碳（-CN，RCC-：炔负离子，烯醇盐）生成烃、腈、酮、羧酸、酯等（丙二酸酯合成，乙酰乙酰乙酯合成）,55,形成C-N键,56,羧酸及其衍生物的亲核取代反应,历程：加成-消去历程进攻试剂为负离子或带有未共用电子对的中性分子,57,酰氯的氨解,58,酯化反应与水解,可逆反应加成-消去历程酯化反应为酸催化酯水解酸碱均可催化,59,双分子酰氧断裂历程,60,酯化反应与水解反应为可逆反应其活性如下：,HCO2HCH3CO2HRCH2CO2HR2CHCO2HR3CCO2H（空间位阻）,61,酯化反应与水解反应的两种历程,酰氧断裂历程（AC）烷氧断裂历程（AL）,62,酯的酸水解历程：,双分子酰氧断裂历程：,63,酯的酸水