第2章精细有机合成的理论基础-2.ppt

2.3 亲核取代反应 亲核（负离子型）取代反应通式： 亲核取代反应是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。 在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子，而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去。 （1）双分子亲核取代反应历程（SN2） 该过程中旧键的断裂与新键的形成是同时发生的，没有中间体的形成，反应一步进行。通式如下： 1.脂肪族亲核取代反应历程 SN2历程的特征： ①Nu-从离去基团背面进攻；②构型反转（R/S）；③旧键断裂与新键形成同时；④二级反应，即v = k[RCH2X][OH-]；假一级反应（当 [OH-] ﹥ ﹥ [RCH2X] 时 )，v = k[RCH2X] 该历程中反应是分两步进行的，第一步，中心C原子与离去基间发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子中间体； （2）单分子亲核取代反应历程（SN1） 第二步，碳正离子与亲核试剂结合生成新的化合物。 　★?SN1反应机制的特点　●反应分两步，第一步是控制步骤，即C-X键首先断裂形成碳正离子；　●过渡态为平面结构，中心原子由sp3杂化转化为sp2杂化；　●亲核试剂可以从碳正离子两侧与之结合,生成等量的对映体，即发生消旋化；　●此类反应与亲核试剂的亲核能力及浓度无关。一级反应，即v = k[R3CX] 　★ SN1反应立体化学: 生成等量的对映体即外消旋体 2.影响反应历程和速度的因素 （1）作用物的结构 SN1:单分子亲核取代反应.主要考察形成的C正离子的稳定性 被进攻的碳原子上有给电性取代基；取代基的p-p（如α-氯代醚类）和p-π（如烯丙基卤化物）共轭有利于SN1。在RX里,按SN1进行的RX的活性为:烯丙型，苄基型叔RX仲RX伯RX SN2:双分子亲核取代反应. 主要考察空间阻力.受到的阻力越小,活性就越大. 注意：烯丙型RX and 苄基型RX,发生SN2反应的活性也是非常大的,与伯RX相当 （2）离去基团的影响 越容易形成负离子（或接受电子能力强）的离去基团越有利于亲核取代反应的进行。难易次序： （3）亲核试剂的影响 对SN1影响不大，对SN2反应有明显的影响。绝大多数试剂的亲核能力与其碱性一致。 同族元素的亲核试剂中，原子半径越大，越容易极化，亲核性越强 （4）溶剂的影响 对SN1反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离 溶剂极性越大， 反应速度越快 对SN2反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行 3.芳香族环上氢的亲核取代反应 反应时，亲核试剂优先进攻环上电子云密度最低的位置，故（反应难易和定位规律）与芳香族亲电取代反应相反。 特点：①由于芳香环和亲核试剂的电子云密度都比较高，所以这类反应较难发生。②当芳环上连接有吸电子基团时，使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多，该位有利于发生亲核取代反应。 4.芳香族已有取代基的亲核置换反应 在芳环上引入某些基团。要在芳环上引入-OH、-OR、-OAr、-NH2、-NHR、-NR2、-NHAr、-CN和-SH等取代基的化合物，采用环上H的亲核取代相当困难。 （1）重要性 但是，亲电取代可以在苯环上引入磺基、硝基、亚硝基、卤基、烷基、酰基、羧甲基和偶氮基等。引入这些基团后，由于这些基团的吸电子作用使与之相连的C原子上的电子云密度比其它C原子降低得更多，因此该位置易发生亲核置换反应。 a）双分子历程 (二级反应） 中间体：配合物负离子 （2）亲核置换反应反应历程 迈森海默络合物 b）单分子历程 （一级反应） 重氮盐的水解或醇解生成醇或醚是亲核置换反应，其历程按SN1进行： c. 苯炔历程 第一步：消除卤化氢，形成苯炔中间体； 第二步：亲核加成生成取代产物 38%（预期的） 62%（非预期的） 消除-加成机理(苯炔机理)如下： 必须使用强碱 （3）苯环上其它取代基对亲核置换反应的影响 a）当取代基的共轭位（邻、对位）有吸电子取代基存在，对反应有利 b. 当苯环上同时有卤基和其它吸电性基时，通常都是卤基发生亲核置换，而其它吸电性基团不发生变化（重氮基容易分解，氰基容易水解） 习题 1. 下面所列的每对亲核取代反应，各按何种机理进行？哪一个反应更快？为什么？ I-的亲核性很强，且丙酮极性较小。这种反应条件有利于SN2, SN2反应速率：1oRX＞2oRX＞3oRX 2. 卤代烷与NaOH在水－乙醇溶液中进行反应，下列哪些是SN2机理？哪些是SN1机理？ (1) 产物发生Walden转化； (2) 增加溶剂的含水量反应明显加快； （3）有重排反应； （4）叔卤代烷反应速率大于仲卤代烷； （5）反应只有一步。 SN2 SN1 SN1 S