脂肪族取代反应

脂肪族取代反应1第一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二亲核取代反应反应通式：R-X＋Nu-R-Nu＋X-R-X＋Z-Y

R-Z＋X-Y脂肪族化合物的亲核取代(1.1)芳香族化合物的亲核置换(1.4.3)芳环上氢的亲核取代(1.4.2)第二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二在亲核取代反应里，带着一对电子的亲核试剂(Nu：)从底物(R—X)中取代一个被置换的基团(X)，X带着其成键电子对离开。反应通式为：最经典的是卤代烷与许多亲核试剂发生亲核取代反应，生成相应的醇、醚、腈、胺等化合物。具体见课本表1-1。3第三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二一、反应动力学与历程脂肪族亲核取代反应，依据底物、亲核试剂、离去基团和反应条件可以按几种不同的机理进行。在饱和碳原子上的亲核取代反应中，最常见的是SNl和SN2机理。4第四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二1.1双分子SN2机理对卤代烷的水解反应研究较多，以此为例：5第五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二XNuXNuXNuXNu6第六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二关键过渡态机理的证明：1）二级动力学：2）光学活性（即旋光性）物质会发生构型转变。X第七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二光学活性2-碘代辛烷和同位素标记的碘负离子在丙酮中进行交换反应，形成含有标记碘的对映体。8第八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二9第九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二1.2单分子SN1机理10第十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二叔丁基溴水解生成叔丁醇的反应遵循一级动力学，反应速度仅仅取决于叔丁基溴的浓度，而不受OH-浓度的影响。11第十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二由于控制反应速度的一步是单分子，因此这种反应称单分子亲核取代反应。12第十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二事实上，SN1反应往往伴随构型转化产物：

当C+不是足够稳定时，由于X的屏蔽效应，Nu:从X背后进攻中心碳原子的机会增大，故构型转化增多 。第十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二1.3混合SN1和SN2的机理(了解）在一组指定的反应条件下，一个指定的底物的某些反应表现SN2机理的特征，而另外一些反应却按SN1机理进行，但是时常有些情况似乎是在边缘区域，不容易分辨。对于这种情况曾经有两种解释，一种理论认为这种情况是由于反应机理不是“纯的”SN1，也不是“纯的”SN2，而是“在二者之间”的一种机理；另一种理论认为根本没有中间机理，这种难以确定的情况是由于同时进行的SNl和SN2两种机理引起的，亦即在同一反应混合物中，有的分子按SNl机理进行反应，而另外一些分子按SN2机理进行反应。第十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二Sneen提出一个基本机理(离子对机理)可以把所有的SN1和SN2反应都容纳进去。作用物首先离解成为中间离子对，然后再转变为产品：SN1和SN2机理之间的区别在于：在SNl机理中离子对的形成(k1)是速度决定步骤，而在SN2机理中离子对的“消失”(k2)是速度决定步骤。离子对的形成速度和消失速度在同一数量级时，则出现边缘表现。第十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二16第十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二例：光学活性甲烷磺酸-2-辛酯在25%1,4—二氧六环水溶液中溶剂解，形成2-辛醇，大约95％构型转化。加入0.0462M叠氮离子，得到产品的31%是2-辛基叠氮化合物(其他69%是构型转化了的2-辛醇)，但是对溶剂解速度(原料磺酸酯消失的速度)也没影响。第十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二可行的机理SN118第十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二1.4邻位基团机理(非经典碳正离子机理)在某些作用物的亲核取代反应里：(1)反应速度比预期的大；(2)在手性碳原子上，构型保持不变，既不转化也不消旋。在这些情况里，时常是在离去基团的β-位置(有时更远一些)有一个带有未共用电子对的基团。在这种反应里，运行的机理叫作邻位基团机理。自学第十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二溶剂解产物构型不变第二十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二二、脂肪族亲核取代反应的影响因素1.底物结构对反应的影响SN1和SN2之间没有明显的界限，常放在一起讨论。（1）电子效应SN1机理取决于碳正离子的稳定性。分子的离解能低和离去基团的电子亲和力大有利于单分子机理。23第二十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第二十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二诱导效应、共轭效应越强，分子的离解能越低。有利于SN1反应。苄基,烯丙基离子>叔丁基离子>仲丙基离子>伯正离子第二十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二（2）空间效应第二十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二对SN2反应来说，2-溴异丁烷反应性能比溴甲烷的小约2×104倍，而溴代新戊烷的则小约2.5×106倍。桥头化合物，如双环[2.2.1]衍生物无论在SN2条件(强亲核试剂和高浓度)下，或是在SN1条件(银离子亲电催化)下，都是非常不活泼的。第二十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二综合电子效应和空间效应各类型结构SN活性第二十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二（3）离去基团效应离去基团接受负电荷能力越强，越有利于SN1机理。2-取代异丁烷在80%乙醇中，取代基的相对离去能力第二十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二影响离去基团离去能力的因素在SN2中的作用和在SN1中的作用相似。离去基团对SNl和SN2反应的影响第三十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二2.亲核试剂对反应的影响一个分子或负离子从碳原子取代离去基团的能力叫作亲核性。亲核性是给电子能力的函数，也是使亲核试剂脱离溶剂化需要的能量的函数。1）碱性强度与亲核性大小可能不一致。例如，乙氧离子的碱性比碘离子的强，而碘离子的亲核性比乙氧离子的大。一般情况下，亲核试剂的碱性越强，亲核能力越强。第三十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二2）容易极化的亲核试剂的亲核性比较大。3）亲核试剂的体积加大，亲核性差。4）亲核性与溶剂有关。甲醇中:I->Br->Cl-DMF中:Cl->Br->I-第三十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二3.溶剂效应对反应的影响对SN1反应:提高溶剂极性有利于SN1反应进行。

一个中性化合物离解为两个带电荷的离子，溶剂极性的提高，将稳定正碳离子，使反应速率加快。第三十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二SN2反应：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，使反应速度稍有降低。XXX在质子型溶剂中：亲核试剂与溶剂形成氢键，由此降低了试剂的亲核性，不利于反应进行。第三十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二在质子型溶剂中，试剂的亲核性强度顺序为：RS->ArS->I->CN->OH->N3->Br->ArO->Cl->吡啶>ArO->H2O35第三十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二SN2反应常在极性非质子型溶剂中进行。

极性非质子型溶剂不能与Nu:形成氢键，不能使亲核试剂溶剂化，使裸露的负离子作为亲核试剂，具有较高的反应活性。常见的极性非质子型溶剂有：N,N-二甲基甲酰胺DMF(Dimethylformamide)二甲亚砜DMSO(Dimethylsulfoxide)六甲基磷酰胺HMPT

(Hexamethylphosphorictriamide)第三十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二三、氧亲核试剂的反应1.酯的水解酯水解、羧酸的酯化、酯交换、酰胺的水解等OR’是一个较难的离去基团，所以单用水不能使多数酯水解。用碱催化时，进攻试剂是OH-，反应生成盐，称皂化反应。37第三十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二2.羧酸的酯化反应为可逆反应，使反应向右进行的方法：？？催化剂？？38第三十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二3.酯的醇解(酯交换反应)应用：聚对苯二甲酸丁二醇酯的合成39第三十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二4.酰卤的醇解是制取酯的较好的方法。R和R’可以是伯、仲、叔烷基或芳基，当位阻效应大时，可用烷氧化物代替醇。反应过程中常用碱水来中和HX，也常用吡啶、三乙胺等作为“缚酸剂”来捕获HX。40第四十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二农药多菌灵的中间体氯甲酸甲酯的合成通过光气和甲醇反应41第四十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二四、硫亲核试剂的反应硫亲核试剂比氧亲核试剂更为快速和平稳。氯代烷与亚硫酸盐反应，可生产相应的烷基磺酸盐（阴离子表面活性剂）42第四十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二环氧化合物与亚硫酸氢盐发生开环，得到β-羟基磺酸。例：羟乙基磺酸钠43第四十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二五、氮亲核试剂的反应1.氨或胺的烷基化（N-烷基化反应）由于生成的伯胺及仲胺的碱性均比氨更强，所以反应一般不会停留在伯胺或仲胺阶段。但不是完全不可能，例如采用大量过量的氨进行反应时。另外别的效应也可能使伯胺成为一种比氨更弱的碱的时候。44第四十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二2.环氧化合物的胺化45第四十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二六、卤素亲核试剂的反应醇与卤素亲核试剂反应是合成卤代烷最适用的方法，常用的试剂是HX，无机酰卤等。46第四十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二七、在磺酰基硫上的亲核取代反应磺酰氯、磺酸酯及磺酰胺的水解。47第四十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二第一章有机合成反应理论精细化工单元反应的分类有机反应的基本过程脂肪族亲核取代反应理论脂肪族亲电取代反应理论芳香族亲电取代反应理论芳香族亲核取代反应理论自由基反应48第四十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二脂肪族亲电取代反应是指符合以下反应通式的反应：其中：R为脂肪族；离去基团X为外层电子层虽然缺少一对电子但是比较稳定的原子或原子团，常见的为质子和金属离子。E为亲电试剂。酸性比较强的物质上的质子体系、金属有机化合物以及一些能够脱掉质子或碳正离子的烃类或胺类是典型脂肪族亲电取代反应的体系。49第四十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二一、脂肪族亲电取代反应的反应历程目前对脂肪族亲电取代反应机理的了解是比较少的。但是确认了四种可能的主要机理，SE1，SE2(前边)，SE2(背后)和SEi。SE1是按单分子机理进行的亲电取代反应，其他都是按双分子机理进行的。1.双分子SE2和SEi机理50第五十页，共六十六页，编辑于2023年，星期二双分子SE2机理第五十一页，共六十六页，编辑于2023年，星期二双分子SEi机理这三种机理是很难区分的。它们都表现为二级动力学，其中两个机理SE2(前边)和SEi保持构型不变，立体化学研究可以区分它们与SE2(后边)反应。许多报导都表明这种二级亲电取代反应中的绝大多数都保持构型不变，或者反映其他从前边进攻的迹象，因而这些反应是按SE2(前边)或SEi机理进行的。第五十二页，共六十六页，编辑于2023年，星期二溴-锂交换反应就是这种情况。光学活性2-甲基-1-溴代环丙烷与丁基锂作用形成的2-甲基环丙基锂保持构型不变。第五十三页，共六十六页，编辑于2023年，星期二2.单分子SE1机理

例1有羰基的碳氢化合物的碱催化的反应：54第五十四页，共六十六页，编辑于2023年，星期二例2在碱催化的互变异构中的氢—重氢交换反应：在这个反应里重氢交换速度和消旋速度一样，并且有同位素效应。第五十五页，共六十六页，编辑于2023年，星期二3.亲电取代伴随双键移动当亲电取代发生在烯丙式底物上时，产物可能重排。重排的两种途径：1.第一是离去基团先消除，生成共振稳定的烯丙基负离子，然后再发生亲电进攻。2.第二条是Y基团先进攻，产生正碳离子，然后再失去X。P1356第五十六页，共六十六页，编辑于2023年，星期二二、氢作离去基团的反应1.双键及三键的迁移许多不饱和的双键或三键化合物用强碱处理后，分子中的双键或三键往往发生迁移。常得到平衡混合物，大多数以热力学稳定的异构体为主。一般规律：末端烯有异构化为内烯；非共轭成为共轭等57第五十七页，共六十六页，编辑于2023年，星期二2.醛、酮的卤化醛和酮的α位可用溴、氯或碘取代卤化对于不对称酮，氯化的顺序首先是CH，其次是CH2，然后是CH3，通常得到的是混合物。58第五十八页，共六十六页，编辑于2023年，星期二反应历程是烯醇或烯醇式离子，以酸催化为例：59第五十九页，共六十六页，编辑于2023年，星期二3.碳作离去基团的反应一些反应中发生C—C键的分裂，把保留电子对的部分看作底物，因