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sp3杂化碳原子的亲核取代反应Nucleophilic Substitutions at sp3 Hybridized Carbon 本章重点内容 1、SN1 和 SN2 反应的机理、影响因素和立体化学 2、SN1 与 SN2 反应的竞争问题 3、SN1 和 SN2 反应在合成上的应用 （1）官能团的相互转化；（2）C - C 键的形成 亲核取代反应Nucleophilic Substitution Reaction 亲核取代反应Nucleophilic Substitution Reaction 亲核取代反应Nucleophilic Substitution Reaction 两种不同的亲核取代反应机理— SN1 和 SN2 双分子亲核取代反应（SN2） 单分子亲核取代反应（SN1） SN1 和 SN2 反应的影响因素 底物 RX（以卤代烃和磺酸酯为代表) 离去基团 X- 亲核试剂 :Nu or :Nu- 溶剂 SN2 反应的机理 一步反应，动力学表现为二级反应 亲核试剂是从离去基团的背面进攻 —— 因此发生构型的转化 SN2 反应的机理 SN2反应中过渡态结构： sp2杂化 新键已部分形成 旧键已部分断裂 反应势能变化图如右： 凡能影响过渡态稳定性 的因素都将影响反应的 活性和选择性 1) Substrate（底物） —— Steric Effects 2) The leaving Group（离去基团） 离去基团的离去倾向越大，SN2 反应活性越高。 离去基团的碱性越弱，则离去倾向越大。 Relative reactive（反应活性）: OH-, NH2-, OR-, F- Cl- Br- I- TsO- 3) Nucleophile (亲核试剂 ) The nucleophile can be neutral or negatively charged as long as it has an unshared pair of electrons. So it is also a Lewis base（路易斯碱）. Basicity (碱性)—— how well the base shares electrons with a proton. Nucleophilicity (亲核性) —— how readily the nucleophile is able to attack an atom (e. g. carbon) other than a proton. 3) Nucleophile (亲核试剂 ) 亲核试剂的亲核性越强，反应活性越高。 亲核性强弱常受到底物、溶剂甚至是浓度的影响。 因此，比较亲核试剂的强弱应该确定一个标准，最好在相同的底物和相同的反应条件下比较： 3) Nucleophile (亲核试剂 ) 关于亲核试剂的亲核性强弱顺序尚无完善的解释，不过一般有如下的规律: ——亲核性强弱顺序与碱性基本相同 ——同一周期元素原子随原子序数增加亲核性减弱 -CH3 -NH2 HO- F-； ——带负电荷基团的亲核性强于中性基团 HO- H2O； CH3O- CH3OH； -NH2 NH3； 4) The Solvent （溶剂） Protic solvents (质子性溶剂) — 含有 -OH 或 -NH — 不利于SN2 反应 4) The Solvent （溶剂） Aprotic polar solvents（非质子极性溶剂） — 极性很强，但不含有-OH 或 -NH acetonitrile(CH3CN), dimethylformamide[HCON(CH3)2, DMF] dimethyl sulfoxide [(CH3)2SO, DMSO], hexamethylphosphoramide {[(CH3)2N]3PO, HMPA} — 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。 The SN2 reaction is worst when carried out wi