脂肪族亲核取代反应

1、第六章 脂肪族亲核取代反应底物 亲核试剂 离去基6.1试剂与亲核性 具有亲核性的试剂叫亲核试剂，亲核性是指试剂与正电性碳原子的成键能力，亲核试剂可以是中性分子和离子。不同亲核试剂的亲核性不同，亲核试剂均为路易斯碱，而碱性(质子理论)是指试剂与质子的结合能力，多些情况下二者的强度一致。1、 亲核原子相同时，亲核性大小与碱性一致。RO->HO->ArO->RCOO->ROH>H2O 取代基的供电性越强，亲核性和碱性越强。2、 亲核性原子为同周期元素的原子时，其亲核性与碱性大致一致。3、 同族元素原子的亲核性大小与碱性相反，即原子半径较小者，碱性较大，而亲核性则较小。P

2、hSe->PhS->PhO- I->Br->Cl->F-(溶剂化最强) 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->(CH3)3CO-亲核性 相对速度2.3 1.0 0.5 0.04 0.0002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。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=k1RX

3、两个过渡态和一个中间体。6.3亲核取代反应的立体化学1SN2历程发生Walden转化即伞型效应34.6 =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

4、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：生成环状化合物，限制产物的结构，反应速度异常增大。 n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

5、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 参与1C=C的参与构型不变供电性增加，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

6、稳定性。（1）电子因素稳定性：3°R+ > 2°R+ > 1°R+ 烷基的+I和+CSN1的速度：3°RX > 2°RX > 1°RX(2)空间因素（3）苯基或乙烯基取代的卤甲烷按SN1进行RCH3CH2-CH2=CH-CH2-PhCH2-PhCH(CH3)-k相对1.2×1040.040.081(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轨道交盖形成离域键，使碳正离子稳定。（5）卤原子位于桥头碳上时，只能按

7、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。2SN2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。RCH3CH2CH2-CH3CH2CH2-(CH3)3CHCH2-(CH3)3CCH2-k相对10.40.0310-5 空阻很大离去基的影响 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->Br->Cl-

8、>F-OH-为不好的离去基 H2O为好的离去基试剂的影响 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。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

9、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SN24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DMFMeOHk3×1033×10-26.6 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

10、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。2williamson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

11、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aC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。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)3°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