亲核取代反应学习教案

1、会计学1亲核取代亲核取代(qdi)反应反应第一页，共101页。+PhCH2ClCN-PhCH2CNCl-+ 底物带有正电荷，亲核试剂底物带有正电荷，亲核试剂(shj)带有孤对电子：带有孤对电子：+LR Nu+Nu+L+R(CH3)2S(CH3)4N+(CH3)3S (CH3)3N+ 底物底物(d w)带有正电荷，亲核试剂带有负电荷：带有正电荷，亲核试剂带有负电荷：RL+Nu-+R NuLCH3Cl H2O+CH3OH2Cl-+R L Nu-R Nu+L- 亲核试剂亲核试剂(shj)带有负电荷：带有负电荷：第1页/共101页第二页，共101页。反应反应(fnyng)机理：机理： 第一步，第一步，

2、CBr键解离：键解离： (CH3)3Brv=k第2页/共101页第三页，共101页。1EE2H能量反应进程(A)(B)(C)(D)(E)第3页/共101页第四页，共101页。例如：例如： 二苯基氯甲烷二苯基氯甲烷(ji wn)在丙酮的水解反应：在丙酮的水解反应：Ph2CH ClPh2CH + Cl+丙酮慢Ph2CH OHH2OPh2CH +按按SN 1 机理进行机理进行(jnxng)反应的反应的体系：叔卤代烷及其衍体系：叔卤代烷及其衍生物和被共轭体系稳定生物和被共轭体系稳定的仲卤代烃及其衍生物的仲卤代烃及其衍生物第4页/共101页第五页，共101页。2. 双分子亲核取代双分子亲核取代(qdi)

3、 （Substitution Nucleophilic Bimolecular) ( SN 2)反应机理反应机理 动力学研究表明：有一类亲核取代反应的速率与动力学研究表明：有一类亲核取代反应的速率与 底物的浓度底物的浓度(nngd)和试剂的浓度和试剂的浓度(nngd)同时相关：同时相关：=kR LNu二级反应二级反应(fnyng)其反应机理为：其反应机理为：L-Nu-RCH2 LRCH2 NuNuC LH HRT第5页/共101页第六页，共101页。第6页/共101页第七页，共101页。其反应其反应(fnyng)机理为：机理为：亲核试剂亲核试剂(shj) 背后背后(bihu)接近接近中心碳原子

4、中心碳原子从离去基团的背面从离去基团的背面与此同时与此同时离去基团也正在逐步地离开底物分子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。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。其状态为过渡态两者达到平衡时，体系能量最高。其状态为过渡态 T.L-Nu-RCH2 LRCH2 NuNuC LH HRT第7页/共101页第八页，共101页。S N 2 反应反应(fnyng)机理：机理：LNuCCLNuCLNuCLNuCLNuLNuCCLNuCLNu

5、CLNuCLNu第8页/共101页第九页，共101页。CNuL 在过渡态中，亲核试剂的孤在过渡态中，亲核试剂的孤对电子所占有对电子所占有(zhnyu)的轨道与中心碳原的轨道与中心碳原子的子的 p轨道交盖的程度与离去基轨道交盖的程度与离去基团与中心碳原子的团与中心碳原子的 p轨道的交盖轨道的交盖程度相同程度相同按按 SN 2 机理机理(j l)进行的底物特征：进行的底物特征：RCHRX不被共轭体系稳定不被共轭体系稳定(wndng)的仲卤代烷的仲卤代烷及其衍生物及其衍生物第9页/共101页第十页，共101页。SN2：二级动力学证明是二级动力学证明是SN2机理，但是旋光构型发生机理，但是旋光构型发生

6、(fshng)改改变变第10页/共101页第十一页，共101页。13. 1.4 离子离子(lz)对机理对机理介于介于SN1 与与 SN2 之间的机理，建立之间的机理，建立(jinl)在在SN1机理基础之上。机理基础之上。底物的解离成正碳离子是经几步完成的，形成底物的解离成正碳离子是经几步完成的，形成(xngchng)不同不同的离子对：的离子对：R L+-R+L-离子化溶剂介入R LNuNuNuSN2R+L-+溶剂介入离子对构型翻转紧密离子对翻转（主要）转化（消旋化）离解的离子NuS1N（消旋化产物）第11页/共101页第十二页，共101页。 解离解离(ji l)的正负离子形成紧密的离子对，整个

7、离子对的正负离子形成紧密的离子对，整个离子对 被溶剂化。被溶剂化。 溶剂介入离子溶剂介入离子(lz)对后，正负离子对后，正负离子(lz)被溶剂隔开。被溶剂隔开。 离解离解(l ji)的离子为自由离子。的离子为自由离子。三个阶段：三个阶段：亲核试剂可以进攻四种状态的底物，从而得到不同亲核试剂可以进攻四种状态的底物，从而得到不同的产物。的产物。R L+-R+L-离子化溶剂介入R LNuNuNuSN2R+L-+溶剂介入离子对构型翻转紧密离子对翻转（主要）转化（消旋化）离解的离子NuS1N（消旋化产物）第12页/共101页第十三页，共101页。在在SN1反应中，有一些产物不是从自由反应中，有一些产物不

8、是从自由(zyu)的碳正离的碳正离子中间体形成的，而是从离子对形成。子中间体形成的，而是从离子对形成。离子离子(lz)对历对历程程底物的离解底物的离解(l ji)分为三分为三步步RXR+X-R+X-R+X-X-对对Nu-有屏蔽作用有屏蔽作用一起被溶剂化一起被溶剂化正负离子有作用，但被正负离子有作用，但被溶剂分隔开溶剂分隔开正负离子无作用，分别被正负离子无作用，分别被溶剂化溶剂化Nu-SN2构构型型翻翻转转Nu-Nu-Nu-构构型型翻翻转转构构型型翻翻转转 构构型型保保持持（部部分分外外消消旋旋化化的的同同时时，有有部部分分构构型型翻翻转转）外外消消旋旋化化（1 10 00 0）SN1内内返返紧

9、紧密密离离子子对对自自由由碳碳正正离离子子溶溶剂剂分分离离子子对对底物第13页/共101页第十四页，共101页。反应反应(fnyng)的立体化的立体化学学反应的立体化学与反应机理反应的立体化学与反应机理(j l)相关相关SN2机理机理(j l)：Walden转化Nu-LCCNuLCNu由于试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子，所以由于试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子，所以产物发生构型转化产物发生构型转化Walden转化。转化。Nu:L+ L-Nu第14页/共101页第十五页，共101页。CC6H13HBrCH3NaOHSN 2CC6H13HCH3HO构型构型翻转翻转(R) - (-) - 2

10、- 辛烷辛烷25D= -34.25对映体的纯度对映体的纯度(chnd)=100%(S) - (-) - 2 - 辛醇辛醇25D= -9.90对映体的纯度对映体的纯度(chnd)=100%CHCH2PhMeOHTsClACHCH2PhMeOTsEtOHK2CO3BCHCH2PhMeOEtCHCH2PhMeOKKCEtBrCHCH2PhMeOEt= +33.0= +31.1= -19.9= +33.0= +31.1= -19.9= +23.5第15页/共101页第十六页，共101页。SN1机理机理(j l)C+Nu-CL+NuCNuC50%50%Nu-L-试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子，形成一

11、对试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子，形成一对(y du)外消旋产物。外消旋产物。C+HCH3PhOH-H2OClCHCH3PhOHCCH3HPhOH-CCH3PhHHO49%51%正碳离子正碳离子(lz)越稳定，消旋化程度越大越稳定，消旋化程度越大消旋化消旋化 (Racemization)第16页/共101页第十七页，共101页。第17页/共101页第十八页，共101页。CH3C CHCH3CH3CH3BrCH3C CHCH3CH3CH3H2O-H+H2OS 1N+重排+CH3C CHCH3CH3CH3CH3C CHCH3CH3CH3OHCH3-迁移2 C+。3 C+分步进行；分步进行； 决

12、速步骤为决速步骤为CX解离，单分子反应，有解离，单分子反应，有v=kRX； 有有C中间体，构型保持与构型转化机率相同；中间体，构型保持与构型转化机率相同； 常伴有常伴有C的重排。的重排。 SN1的特点：的特点： 第18页/共101页第十九页，共101页。PhCCH3OHPhCCH3构型转化%27HCH3BrHCH3O+ 73% 消旋化产物HBr事实上，事实上，SN1反应往往伴随构型转化反应往往伴随构型转化(zhunhu)产物：产物： 当当C+不是足够稳定不是足够稳定(wndng)时，由于时，由于L 的屏蔽效应，的屏蔽效应，Nu:从从 L 背后进攻中心碳原子的机会增大，故构背后进攻中心碳原子的机

13、会增大，故构型转化增多型转化增多。请思考请思考(sko)：H3CHCH3BrH2OSN 1?第19页/共101页第二十页，共101页。COHSOCl2C O SOClOOSNiOOCOSOClCCl构型保持SN2COSOClC构型反转Py HClClCl-SO2CC外消旋无溶剂ClClSN1分子内的亲核取代反应分子内的亲核取代反应(fnyng)(fnyng)（SNiSNi）历程）历程氯化亚硫酸酯氯化亚硫酸酯氧原子的未共用电子对从酯的反位形成氧原子的未共用电子对从酯的反位形成(xngchng)微弱的键，增加反位的位阻微弱的键，增加反位的位阻HCl与吡啶成盐，与吡啶成盐，Cl离子从反位进攻离子从反

14、位进攻(jngng)，SN2反应反应无溶剂下无溶剂下，酯直接分解，酯直接分解，得到离子对形式，得到外消旋体，得到离子对形式，得到外消旋体第20页/共101页第二十一页，共101页。CH3-CH=CH-CH2OHCH3CH-CH=CH3CH3-CH=CH-CH2Cl+0.7 molSOCl2/Et2O5.6 molSOCl2/Et2OCl76%24%99%1%oCH2OHCH2CloSOCl2PyHCl与吡啶与吡啶(bdng)成盐，成盐，Cl离子从反位进攻，离子从反位进攻，SN2反应反应烯丙位发生重排，与烯丙位发生重排，与SOCl2浓度浓度(nngd)有关有关稀溶液稀溶液(rngy)中，无水乙醚

15、与中，无水乙醚与HCl形成氢键，有利于形成氢键，有利于SN1反应和双键重排反应和双键重排第21页/共101页第二十二页，共101页。第22页/共101页第二十三页，共101页。邻基参与邻基参与同一同一(tngy)分子内，一个基团参与并制约和分子内，一个基团参与并制约和反应中心相连的另一个基团所发生的反应，称为邻基参与反应中心相连的另一个基团所发生的反应，称为邻基参与。 邻基参与又称为邻基效应，它是分子内基团之间的特殊邻基参与又称为邻基效应，它是分子内基团之间的特殊作用所产生的影响。作用所产生的影响。 ClCH2CH2CH2CH2NH2KOHH2ONH离去基离去基Cl-的离去是由氧负离子（或氮原

16、子）的帮助的离去是由氧负离子（或氮原子）的帮助下完成的，通常称为下完成的，通常称为(chn wi)邻基协助，邻基参邻基协助，邻基参与或邻基效应（分子内的与或邻基效应（分子内的SN2）。）。 第23页/共101页第二十四页，共101页。-Cl-C2H5-CH2 CH2S+OH2C2H5-SCH2 CH2+OH2CH2 CH2ClSC2H5-H+C2H5-SCH2 CH2OH第24页/共101页第二十五页，共101页。参与参与(cny):反应底物中心碳原子附近有给电子基团反应底物中心碳原子附近有给电子基团1氧参与氧参与(cny)O-OHOCH3OCROC-OROCHOCArO,利用杂原子上的负电荷

17、或者利用杂原子上的负电荷或者(huzh)未共用电子对进未共用电子对进攻中心碳原子参与反应攻中心碳原子参与反应第25页/共101页第二十六页，共101页。MeOOTsO+MeAcO-MeOOAcMeOOTsCH3COO-MeOAck反反/k顺顺6 氧甲基的孤对电子氧甲基的孤对电子( du din z)从离去基团从离去基团的的OTs的背面进攻的背面进攻AcO从内盐的背面进攻，经过从内盐的背面进攻，经过(jnggu)两次两次SN2，构型保持不变，构型保持不变第26页/共101页第二十七页，共101页。HHOAcOTsHOAcHOAcCH3COO-CH3COOHk1=2.9107L.mol-1.S-1

18、SN2历程，由于历程，由于AcO-的吸电子的吸电子(dinz)使得碳正离子的形成较困难。使得碳正离子的形成较困难。 OAcHHOTsOAcHHOAcCH3COO-CH3COOH+HOAcHOAck2=1.9104L.mol-1.S-1外外消消旋旋体体第27页/共101页第二十八页，共101页。OHHOTsCOMeOHHCOMe12OAc-+OAcHHOAcHOAcOAcH50%50%镜面镜面(jn min)对称性对称性（非手性分子）（非手性分子）外外消消旋旋体体第28页/共101页第二十九页，共101页。只有只有(zhyu)一个手性碳且反应中心为手性碳时一个手性碳且反应中心为手性碳时，邻基参与

19、的结果将是构型保持。，邻基参与的结果将是构型保持。CEtEtHOCClMeHOH-CEtEt-OCMeHCl1-Cl-CEtEtOCHMe2OH-CEtEt-OCOHMeH3邻基参与，构型翻转邻基参与，构型翻转(fn zhun) SN2反应反应(fnyng)，构型翻转，构型翻转 3和和1与与底物底物构型相同，邻基参与和构型相同，邻基参与和SN2反应的总结果为构型保持。反应的总结果为构型保持。第29页/共101页第三十页，共101页。CBrCO-HMeOCHMeCOO-Br-构型翻转OH-CCHOHMeO-O构型翻转总结果总结果(ji gu)为构型保持为构型保持 2硫参与硫参与(cny)ClCH

20、2CH2SCH2CH2ClClCH2CH2SCH2CH2邻基参与OH-SN2ClCH2CH2SCH2CH2OH第30页/共101页第三十一页，共101页。CH3HOHBrHCH3HCH3OHBrCH3HHCH3BrBrCH3HHBr+赤式dl对赤式mesoHCH3OHBrHCH3HCH3BrBrHCH3CH3HOHBrCH3HCH3HBrBrCH3HHBr+苏式dl对苏式dl对3卤素卤素(l s)参与参与第31页/共101页第三十二页，共101页。BrHCH3HCH3OHBrHCH3HCH3OH2H+BrCCHHCH3CH3-H2OBr-(2S,3S)(2S,3S)(2R,3S)HCH3BrB

21、rHCH3CH3HBrBrCH3H+(2R,3R)(2S,3S)第32页/共101页第三十三页，共101页。BrHCH3CH3HOH2(2R,3S)-H2OBrCCCH3HHCH3(2S,3S)Br-HBrHBrCH3CH3meso手性中间体手性中间体第33页/共101页第三十四页，共101页。OTsHAcO-AcOHOAcH-TsO-+AcO-构型不变构型不变OTsHOTsHk乙酸解10111参与参与(cny)1C=C的参与的参与(cny)第34页/共101页第三十五页，共101页。k乙酸解113.2ONBHH3CONBHONBHH3CCH3148CONO2NB：2苯基苯基(bn j)参参与

22、与CCHHPhOTsCH3CH3苏式(2R,3S)-OTs-CCCH3HCH3H23+(2S,3R)mesoOAc-第35页/共101页第三十六页，共101页。2苯基苯基(bn j)参与参与CCHHPhOTsCH3CH3苏式(2R,3S)-OTs-CCCH3HCH3H23+(2S,3R)mesoOAc-进攻C2进攻C3CCHHCH3CH3PhOAcCCHPhCH3HOAcCH350%50%(2R,3S)(2S,3R)苏式dl50%构构型转化型转化(zhunhu)，50%构构型翻转型翻转，结果，结果为外消为外消旋化。旋化。第36页/共101页第三十七页，共101页。赤式(2R,3R)CCHCH3

23、PhOTsCH3H-OTs-CCHHCH3CH323+(2S,3S)手性OAc-进攻C2进攻C3CCHCH3HCH3PhOAcCCCH3PhHHOAcCH3(2R,3R)(2R,3R)赤式构型保持构型保持(boch)不变不变 第37页/共101页第三十八页，共101页。影响反应影响反应(fnyng)活性的因活性的因素素影响亲核取代反应活性的主要影响亲核取代反应活性的主要(zhyo)因素是：因素是： 底物的结构底物的结构亲核试剂的浓度与反应活性亲核试剂的浓度与反应活性离去基团的性质离去基团的性质溶剂效应溶剂效应（一）底物（一）底物(d w)结构的影响结构的影响SN 2反应：反应：卤代烷的反应活性

24、顺序是：卤代烷的反应活性顺序是：甲基甲基 伯伯 仲仲 叔叔原因：烷基的空间效应原因：烷基的空间效应第38页/共101页第三十九页，共101页。新戊基卤代烷几乎新戊基卤代烷几乎(jh)不发生不发生SN 2反应：反应：CHXNu:CNuLHHH转变过程中，中心转变过程中，中心碳原子由底物碳原子由底物(d w)同同4个个基团相连转变为由基团相连转变为由过渡态的同过渡态的同5个碳原个碳原子相连，空间拥挤程子相连，空间拥挤程度增大。度增大。当底物中心碳原子连有较大基团时，当底物中心碳原子连有较大基团时，Nu:难于从背后难于从背后(bihu)接近底物。接近底物。R X Nu-X-NuRSN2R CH3CH

25、3CH2(CH3)3C(CH3)2CHk23010.030第39页/共101页第四十页，共101页。立体效应立体效应碳原子上的甲基能阻碍亲核试剂的接近碳原子上的甲基能阻碍亲核试剂的接近,提高了提高了反应的活化能而使反应速度降低反应的活化能而使反应速度降低.电子效应电子效应 碳原子上的氢被烷基取代后碳原子上的氢被烷基取代后, 碳原子上的电碳原子上的电子云密度子云密度(md)将增加将增加,也不利于亲核试剂对反应中心的接近也不利于亲核试剂对反应中心的接近. SN2反应中的空间反应中的空间(kngjin)效应效应一般认为一般认为:立体立体(lt)效应的影响大于电子效应效应的影响大于电子效应.第40页/

26、共101页第四十一页，共101页。SN1反应反应(fnyng)：A. 电子效应电子效应 所有能够使正碳离子稳定的因素所有能够使正碳离子稳定的因素(yn s)，都能使，都能使SN 1反应的反应速率增大：反应的反应速率增大：ROTs R+OTsEtOHROEtk1相对相对(xingdu)速率速率 (k1)REti-prCH2=CH-CH2PhCH2Ph2CHPh3C0.260.690.8610010 510 10 当取代基具有当取代基具有I、超共轭效应、超共轭效应、C效应，效应，SN 1反应速率增大反应速率增大, 反应反应活性增大。活性增大。第41页/共101页第四十二页，共101页。极性较强的溶

27、剂极性较强的溶剂第42页/共101页第四十三页，共101页。当中心碳原子与杂原子直接相连当中心碳原子与杂原子直接相连(xin lin)时时(R-ZCH2-L)，SN 1反应速率明显增大：反应速率明显增大：C2H5OCH2ClC-C-C-C-ClC2H5O-CH2CH2ClSN 1反应反应(fnyng)速率速率109 1.0 0.2当杂原子与中心碳原子相连时，所形成的当杂原子与中心碳原子相连时，所形成的正碳离子，因共轭效应正碳离子，因共轭效应(xioyng)而被稳定。而被稳定。第43页/共101页第四十四页，共101页。S 1减弱NS 2减弱NCH3X1 RX。2 RX。3 RX。第44页/共1

28、01页第四十五页，共101页。B. 空间空间(kngjin)效应效应与与SN 2反应相反，底物上的取代基的反应相反，底物上的取代基的空间效应使空间效应使SN1反应速率反应速率(sl)加快：加快：RBr在水中的溶剂解相对速度在水中的溶剂解相对速度(xin du s d)RBr 在水中在水中50时时MeBr 1.00EtBr 1.00i-pBr 11.6t-BuBr 1.2106CRRRXCRR RX-四面体四面体平面三角型平面三角型键角增大，取代基空间效应越大，基团的空间拥挤程度减键角增大，取代基空间效应越大，基团的空间拥挤程度减小。小。第45页/共101页第四十六页，共101页。 CH2=CH

29、 Cl难以断裂！亲电加成活性xAgNO3/醇难!NaOH/醇-HX-I+C-I+CClAgNO3/醇苯环上亲电取代难以断裂x钝化!-IC第46页/共101页第四十七页，共101页。 乙烯型和苯基型卤代烃分子乙烯型和苯基型卤代烃分子(fnz)中存在着由卤原子参中存在着由卤原子参与的多电子与的多电子p-共轭，导致共轭，导致C-X具有特殊的稳定性。具有特殊的稳定性。以氯乙烯和氯苯为例：以氯乙烯和氯苯为例： 第47页/共101页第四十八页，共101页。CH2=CHXNaOH/H2OAgNO3/醇不反应!不反应!第48页/共101页第四十九页，共101页。第49页/共101页第五十页，共101页。第50

30、页/共101页第五十一页，共101页。 CH2 CH2CHCH2第51页/共101页第五十二页，共101页。C , sp2杂化!C , sp2杂化!HHHH第52页/共101页第五十三页，共101页。(4)(4)当杂原子当杂原子(yunz)(yunz)如如O,N,SO,N,S等原子等原子(yunz)(yunz)直接与中直接与中心碳相连时，按心碳相连时，按SN1SN1进行进行C2H5OCH2ClCH3CH2CH2CH2ClC2H5OCH2CH2Clk相对10910.2杂原子上的孤对电子与中心碳的空杂原子上的孤对电子与中心碳的空p轨道交盖形成轨道交盖形成(xngchng)离域离域键，使碳正离子稳定

31、。键，使碳正离子稳定。+C-I，有利于碳正，有利于碳正离子的形成离子的形成(xngchng) 有有-I，无，无+C，不利，不利于碳正离子的形成于碳正离子的形成 （5 5）卤原子位于桥头碳上时，只能按）卤原子位于桥头碳上时，只能按SN1进行，但反应速度极慢。进行，但反应速度极慢。k相对Me3CBrBrBrBr110-310-710-13第53页/共101页第五十四页，共101页。桥头碳难于桥头碳难于(nny)形成平面碳正离子，刚性越大（桥原子数形成平面碳正离子，刚性越大（桥原子数越小），反应速度越小。越小），反应速度越小。2SN2的影响的影响(yngxing)主要影响主要影响(yngxing)因

32、素因素为空间效应为空间效应Nu-+CRXRR慢(NuCXRRR-)NuCRRR+ X-不论是不论是 -C还是还是 -C上的取代基增多均不利于上的取代基增多均不利于SN2反应。反应。 第54页/共101页第五十五页，共101页。2. 离去基团离去基团 (Leaving groups)Nu:SN2+ LL-LCSN1C+Nu C离去基团带着一对电子离去基团带着一对电子离开离开(l ki)中心碳原子，成为中心碳原子，成为负离子。负离子。接受负电荷的能力越强，亲核取代反应接受负电荷的能力越强，亲核取代反应(fnyng)速率越大。速率越大。1) 较好的离去基团是强酸较好的离去基团是强酸(qin sun)

33、的共轭碱：的共轭碱：A H + BA + B H共轭酸共轭酸 1共轭碱共轭碱 2共轭碱共轭碱 1共轭酸共轭酸 2强酸的共轭碱是强酸的共轭碱是弱碱弱碱重要的离去基团是重要的离去基团是 pKa R Br R ClR FFClBrI可极可极化度化度依次依次增大增大第56页/共101页第五十七页，共101页。2. 离去基团离去基团 (Leaving groups)第57页/共101页第五十八页，共101页。3. 亲核试剂亲核试剂(shj)的强度的强度Nu:在在 SN2反应反应(fnyng)中起着重要作用中起着重要作用NuNu-: CH3O-, HO-, I-Nu: H2O:规律规律(gul)：1带有负

34、电荷的试剂的亲核性强于它的共轭酸：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；）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，中性的试剂，进攻的原子电子云密度越集中， 亲核性越强。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：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- 碱性是试剂与碱性是试剂与质子结合的能力；质子结合的能力；亲核性是试剂与带亲核性是试剂与带有部分正电荷

35、的碳有部分正电荷的碳原子结合的能力。原子结合的能力。第58页/共101页第五十九页，共101页。CH3OOClONO2O 当试剂当试剂(shj)中进攻的原子不同时，试剂中进攻的原子不同时，试剂(shj)的亲核性强度的亲核性强度顺序与碱性有时不同：顺序与碱性有时不同：碱性：碱性： C2H5O- I-亲核性：亲核性： I- C2H5O-B. 同周期的元素同周期的元素(yun s)，电负性越大，试剂的亲核性越弱，电负性越大，试剂的亲核性越弱， 负电荷越分散，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试剂中的进攻原子为同族(tn z)原子时，原子的可极化度

36、原子时，原子的可极化度 越大，试剂的亲核性越强：越大，试剂的亲核性越强：第59页/共101页第六十页，共101页。F- Cl- Br- I-R - O - R - S - C2H5O CH3CH3CHO (CH3)3CO亲核性依次亲核性依次(yc)减小减小同理：同理：C2H5NH2(C2H5)2NH (C2H5)3N亲核性依次减弱，碱性依次增强。亲核性依次减弱，碱性依次增强。第60页/共101页第六十一页，共101页。第61页/共101页第六十二页，共101页。（四）溶剂（四）溶剂(rngj)效应效应溶剂溶剂(rngj)的性质：的性质：介电常数介电常数(ji din chn sh) 越大，越大

37、，溶剂的极性越大。溶剂的极性越大。介电常数是衡量溶剂介电常数是衡量溶剂隔离正负离子的能力隔离正负离子的能力，即：溶剂稳定离子的即：溶剂稳定离子的能力。能力。（ 0） 偶极距偶极距（ 0）非极性溶剂：非极性溶剂：CCl4, CS2, 极性溶剂极性溶剂质子型：质子型：EtOH, H2O, CH3COOH非质子型：非质子型：THF, Et2O, DMF, DMSO, HMPT质子型溶剂质子型溶剂通过氢键缔合通过氢键缔合R O HNu非质子型溶剂非质子型溶剂通过偶极与偶极相互作用通过偶极与偶极相互作用极性极性 溶剂可以稳定正离子，也可稳定负离子。溶剂可以稳定正离子，也可稳定负离子。氢原子键合在电负性氢

38、原子键合在电负性较大的原子上。较大的原子上。第62页/共101页第六十三页，共101页。SN 1反应反应(fnyng)：RLR L慢慢R+L-Nu 一个中性化合物离解为两一个中性化合物离解为两个带电荷的离子，溶剂个带电荷的离子，溶剂(rngj)极性极性的提高，将稳定正碳离子，的提高，将稳定正碳离子，使反应速率加快。使反应速率加快。SN 2反应反应(fnyng)：Nu-L-R LNuLNu RC 在过渡态中不产生新的电荷，而且还使电荷分散，在过渡态中不产生新的电荷，而且还使电荷分散，溶剂的极性增加，不利于电荷的分散，使反应速稍有溶剂的极性增加，不利于电荷的分散，使反应速稍有降低。降低。在质子型溶

39、剂中：亲核在质子型溶剂中：亲核试剂与溶剂形成氢键试剂与溶剂形成氢键，由此降低了试剂的亲核由此降低了试剂的亲核性，不利于反应进行。性，不利于反应进行。RO HNuHORHOR在质子型溶剂中：试剂的亲核性在质子型溶剂中：试剂的亲核性强度顺序为：强度顺序为：SH- CN- I- OH- N3- Br- CH3CO2- Cl - F- H2O第63页/共101页第六十四页，共101页。SN 2反应常在极性非质子反应常在极性非质子(zhz)型溶剂中进行。型溶剂中进行。 极性非质子型溶剂极性非质子型溶剂 (Polar Aprotic Solvents)不能与不能与 Nu:形成氢键，不能使亲核试剂溶剂化，形

40、成氢键，不能使亲核试剂溶剂化，使裸露的负离子作为使裸露的负离子作为(zuwi)亲核试剂，具有较高的反亲核试剂，具有较高的反应活性。应活性。常见的极性非质子常见的极性非质子(zhz)型溶剂有：型溶剂有：P PO ON NN NN NH H C CN NC C H H3 3C C H H3 3O OC C H H3 3S SO OC C H H3 3N, N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺DMF(Dimethylformamide)二甲亚砜二甲亚砜DMSO(Dimethylsulfoxide)六甲基磷酰胺六甲基磷酰胺HMPT (Hexamethylphosphorictriamide)第64页/共101

41、页第六十五页，共101页。在极性非质子型溶剂在极性非质子型溶剂(rngj)中，中，X - 的反应活性顺序为：的反应活性顺序为：F - Cl - Br - I -这与在质子这与在质子(zhz)型溶剂中的顺序相反。型溶剂中的顺序相反。质子型溶剂质子型溶剂(rngj)与非质子型溶剂与非质子型溶剂(rngj)对对SN 2反应的影响：反应的影响：CH3I + NaN3k2CH3N3 + NaI溶剂溶剂 k2DMF 3 103CH3OH 3 10-2问题：下列反应在哪种溶剂中易于进行，是问题：下列反应在哪种溶剂中易于进行，是DMF还是还是 CH3OH? 为什么？为什么？CH3CH2CH2Br + NaCN

42、CH3CH2CH2CN + NaBr第65页/共101页第六十六页，共101页。亲核取代反应在有机合成中的应用亲核取代反应在有机合成中的应用1 卤烷的亲核取代反应卤烷的亲核取代反应发生官能团的转化发生官能团的转化(zhunhu)或碳链的增长或碳链的增长1. 卤烷的水解卤烷的水解CH2=CHCH2CH3CH2=CHCHCH3BrCH2=CHCHCH3OHH2ONBS存在竞争性反应：消除反应存在竞争性反应：消除反应(高浓度的强碱高浓度的强碱(qin jin)及及3RX特别易发生特别易发生E)CH3CH2CCH3BrCH3+ H2ONaOHCH3CH2CCH3OHCH3+CH3CH=CCH3CH3+

43、CH3CH2CCH2CH31%99%第66页/共101页第六十七页，共101页。易发生消除易发生消除(xioch)反应的反应的3RX宜采用碱性较弱的醋酸银宜采用碱性较弱的醋酸银形成乙酸酯，再水解得醇。形成乙酸酯，再水解得醇。 CH3CH2CCH3BrCH3+CH3CH2CCH3OCH3COCH3CH3COOAgNaOHH2OCH3CH2CCH3OHCH390%2Williamson反应反应(fnyng)CH3CH2ONa + BrCCH2CH3CH3CH3ECH3CHCMe2CH3CH2Br+CH3CH2CCH3ONaCH3CH3CH2OCCH3CH2CH3CH3SN2第67页/共101页第六

44、十八页，共101页。一般得混合物，如一般得混合物，如NH3大大大大(d d)过量，过量，1RNH2将成为将成为主要产物，要获得纯伯胺用主要产物，要获得纯伯胺用Gabriel法。法。3卤烷的氨解卤烷的氨解CCN-OO+ RXCCNROOCOOHCOOHH3O+RNH24卤烷与有机卤烷与有机(yuj)膦的反应膦的反应RCH2X + PPh3RCH2PPh3X-nBuLiRCHPPh3Wittig试剂试剂(shj)第68页/共101页第六十九页，共101页。RX + NaCN乙酸H2ORCNH3+ORCOOH5. 与碳亲核试剂的取代与碳亲核试剂的取代(qdi)反应反应使碳链增长使碳链增长(1) 氰解

45、氰解 形成多一个碳的腈及羧酸等形成多一个碳的腈及羧酸等（2）炔化反应）炔化反应(fnyng)合成合成(hchng)末端炔和末端炔和非末端炔非末端炔nBuBr + NaCCHnBuCCHNanBuBrnBuCCBun（3）偶联反应（与烷基铜锂的反应）偶联反应（与烷基铜锂的反应）第69页/共101页第七十页，共101页。Cl + CH3(CH2)3ClCH2CH2CH2CH3NaWurtz-Fittig反应反应(fnyng)（4）与含活泼亚甲基化合物的取代反应）与含活泼亚甲基化合物的取代反应 首先首先(shuxin)与强碱作用，形成碳负离子亲核试剂与强碱作用，形成碳负离子亲核试剂，然后在，然后在-

46、C上引入烃基或酰基等上引入烃基或酰基等CH3Br +(CH2C)2CuLiCH3CH3CCH3CH2+ CH2=CCuCH3+LiBr第70页/共101页第七十一页，共101页。CH3CCH2COOC2H5OEtONaRXCH3CCHCO2EtOR酮式分解酸式分解CH3CCHRROCHCOOHRR稀OH-H+ , -CO2浓OH-H+ , CO2CH3CCH2RORCH2COOHEtONaRXCH3CCCO2EtORR第71页/共101页第七十二页，共101页。13.2芳香族亲核取代反应芳香族亲核取代反应 由于芳环上的电子云密度由于芳环上的电子云密度(md)较高，因此亲核取代比较高，因此亲核取

47、代比亲电取代困难得多亲电取代困难得多.只有当芳环上存在较强的吸电子基团（只有当芳环上存在较强的吸电子基团（-NO2,-SO3H等）时才能发生亲核取代反应。等）时才能发生亲核取代反应。历程历程(lchng)包括：加成包括：加成-消除历程消除历程(lchng)，消除，消除-加加成历程成历程(lchng)（苯炔历程（苯炔历程(lchng)）和单分子亲核）和单分子亲核历程历程(lchng)（SNAr1）Cl共扼pNO2 CN COCH3 CF3当芳环上连时，也可发生亲核取代反应第72页/共101页第七十三页，共101页。1. 加成消除加成消除(xioch)机理机理XXNuNu-NuX-Nu-=OH-

48、NH2- RNH- RO-慢决定步骤X=NO2OR卤素等加成加成-消除历程消除历程吸电基有利于降低芳环的电子云密度，特别是邻、吸电基有利于降低芳环的电子云密度，特别是邻、对位电子云密度降低得更为对位电子云密度降低得更为(n wi)显著，从而有利显著，从而有利于亲核试剂对这些位置发生亲核加成，生成离域的碳于亲核试剂对这些位置发生亲核加成，生成离域的碳负离子中间体负离子中间体(即即Meisenheimer络合物络合物).第73页/共101页第七十四页，共101页。又称为又称为(chn wi)SNAr2历程历程 Nu-LNuNO2LNO2+慢L-快NuNO2L-Nu-RCH2 LRCH2 NuNuC

49、 LH HRSN2历程历程(lchng)SNAr2历程从侧面进攻历程从侧面进攻(jngng)，而，而SN2从背从背面进攻面进攻(jngng)，Ar代表是芳基代表是芳基第74页/共101页第七十五页，共101页。Meisenheimer络合物已被分离络合物已被分离出，是红色出，是红色(hngs)晶体晶体CH3OOCH3NO2NO2NO2K+NO2NO2O2NOCH3OC2H5O2NNO2NO2KOC2H5NO2O2NOC2H5NO2H3COOCH3OC3H7-nNO2NO2180NHPhNO2NO2PhNH280%第75页/共101页第七十六页，共101页。OHClOH-450MPa350ClN

50、O2NO2O2NNO2O2NNO2OHOH-25第76页/共101页第七十七页，共101页。NO2NO2NNHLNO2NO2L=Cl Br I SO2Ph p-O2NC6H5O-第77页/共101页第七十八页，共101页。消去加成（苯炔历程消去加成（苯炔历程(lchng)）现象现象(xinxing)*ClNaNH2液氨33*NH2*NH250%50%对强碱对强碱(qin jin)及强亲核及强亲核试剂试剂NaNH2NH2-ClNH2NH2第78页/共101页第七十九页，共101页。消去加成（苯炔历程消去加成（苯炔历程(lchng)）现象现象(xinxing)BrCH3NaNH2.液氮35NH2C

51、H3NH2CH357%43%对强碱对强碱(qin jin)及强亲核及强亲核试剂试剂NaNH2OCH3NH2BrOCH3OCH3NH2-NH2作为碱进攻溴的邻位氢，失去作为碱进攻溴的邻位氢，失去HBr得到得到苯炔苯炔，然后，然后NH2作为亲核试剂进攻苯炔的三键作为亲核试剂进攻苯炔的三键第79页/共101页第八十页，共101页。*Br-苯炔50%50%中间体证据中间体证据(zhngj)（捕获，（捕获，Diels-Alder反应）反应）INaNH2液氨*NH2*NH2NH3加成*BrH NH2-NH3*Br消除第80页/共101页第八十一页，共101页。消去加成（苯炔历程消去加成（苯炔历程(lchn

52、g)）BrCH3OCH3KNH2.液氮35因为没有因为没有(mi yu)邻位氢，推断不能发生消除反邻位氢，推断不能发生消除反应。应。对强碱对强碱(qin jin)及强亲核试及强亲核试剂剂第81页/共101页第八十二页，共101页。芳基重氮离子的单分子芳基重氮离子的单分子(fnz)亲核取代（亲核取代（SNAr1）H2O快OH证据证据v=kPhN2+ 芳环上的供电基有利于反应，吸电基不利于反应，说明芳环上的供电基有利于反应，吸电基不利于反应，说明(shumng)有正离子形成有正离子形成一级反应一级反应(fnyng) 同位素标记同位素标记RNN慢-N2*NN NN*NN*N = 15N第82页/共1

53、01页第八十三页，共101页。Cl2NaOH+ONaNaClH2O+10% NaOH350-400,20-30MPaClNO22NaOH+ONaNO2NaClH2O+10% NaOH160,0.6MPaClNO2NO22NaOH+ONaNO2NO2NaClH2O+10% NaOH100,常压常压第83页/共101页第八十四页，共101页。ClNO2O2NNO2ClNO2NO2ClNO2ClClNO2离去基团共轭位有供电子取代基，对反应不利。离去基团共轭位有供电子取代基，对反应不利。芳环上同时有多个离去基团（芳环上同时有多个离去基团（-Cl-Cl，-SO3H-SO3H， -NO2 -NO2，-C

54、N-CN，-N=N-N=N-等）同时存在等）同时存在(cnzi)(cnzi)时，时，ClCl优先优先 被置换。被置换。 第84页/共101页第八十五页，共101页。XZZZNH3+-ZNH3+-I，NH3I，CH3ZXZZNH3+-NH3+Z-I，NH3I，CH3第85页/共101页第八十六页，共101页。ZHHX优先消去酸性强的质子ZHHXZZI优先I优先第86页/共101页第八十七页，共101页。NaNH2BrOCH3OCH3NH2OCH3NH3OCH3NH3+第87页/共101页第八十八页，共101页。 SN2反应速率反应速率(sl)的快慢（的快慢（ ） adb c 第88页/共101页

55、第八十九页，共101页。1碳正离子稳定性的大小碳正离子稳定性的大小(dxio)（ ） 2进行进行SN1反应反应(fnyng)速率的大小（速率的大小（ ）苄基溴苄基溴 -苯基溴乙烷苯基溴乙烷 -苯基溴乙烷苯基溴乙烷a b c a b ccba b a c 第89页/共101页第九十页，共101页。H3C CCH3CHCHCH3H3CH2CHCHCCH3CH3H3CH2CHC CHCH2下列碳正离子哪个下列碳正离子哪个(n ge)最稳定？最稳定？ a b c d ea最稳定最稳定(wndng)，在，在a中，碳正离子即有中，碳正离子即有P-共轭共轭还有两个甲基的超共轭还有两个甲基的超共轭 根据题意选择根据题意选择(xunz)正确答案，并阐明其理由。正确答案，并阐明其理由。 第90页/共101页第九十一页，共101页。2. 下列溴化物哪个最容易下列溴化物哪个最容易(rngy)发生发生SN2反应？反应？ a b c d e fb最容易最容易(rngy)发生发生SN2反应，反应，SN2反应中试剂从离去基团反应中试