脂肪族取代反應(yīng)演示文稿

脂肪族取代反應(yīng)演示文稿當前1頁，總共64頁。（優(yōu)選）脂肪族取代反應(yīng)當前2頁，總共64頁。3在親核取代反應(yīng)里，帶著一對電子的親核試劑(Nu：)從底物(R—X)中取代一個被置換的基團(X)，X帶著其成鍵電子對離開。反應(yīng)通式為：最經(jīng)典的是鹵代烷與許多親核試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成相應(yīng)的醇、醚、腈、胺等化合物。具體見課本表1-1。當前3頁，總共64頁。4一、反應(yīng)動力學與歷程脂肪族親核取代反應(yīng)，依據(jù)底物、親核試劑、離去基團和反應(yīng)條件可以按幾種不同的機理進行。在飽和碳原子上的親核取代反應(yīng)中，最常見的是SNl和SN2機理。當前4頁，總共64頁。51.1雙分子SN2機理對鹵代烷的水解反應(yīng)研究較多，以此為例：當前5頁，總共64頁。6XNuXNuXNuXNu當前6頁，總共64頁。關(guān)鍵過渡態(tài)機理的證明：1）二級動力學：2）光學活性（即旋光性）物質(zhì)會發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變。X當前7頁，總共64頁。8光學活性2-碘代辛烷和同位素標記的碘負離子在丙酮中進行交換反應(yīng)，形成含有標記碘的對映體。當前8頁，總共64頁。9當前9頁，總共64頁。101.2單分子SN1機理當前10頁，總共64頁。11叔丁基溴水解生成叔丁醇的反應(yīng)遵循一級動力學，反應(yīng)速度僅僅取決于叔丁基溴的濃度，而不受OH-濃度的影響。當前11頁，總共64頁。12由于控制反應(yīng)速度的一步是單分子，因此這種反應(yīng)稱單分子親核取代反應(yīng)。當前12頁，總共64頁。事實上，SN1反應(yīng)往往伴隨構(gòu)型轉(zhuǎn)化產(chǎn)物：

當C+不是足夠穩(wěn)定時，由于X的屏蔽效應(yīng)，Nu:從X背后進攻中心碳原子的機會增大，故構(gòu)型轉(zhuǎn)化增多 。當前13頁，總共64頁。1.3混合SN1和SN2的機理(了解）在一組指定的反應(yīng)條件下，一個指定的底物的某些反應(yīng)表現(xiàn)SN2機理的特征，而另外一些反應(yīng)卻按SN1機理進行，但是時常有些情況似乎是在邊緣區(qū)域，不容易分辨。對于這種情況曾經(jīng)有兩種解釋，一種理論認為這種情況是由于反應(yīng)機理不是“純的”SN1，也不是“純的”SN2，而是“在二者之間”的一種機理；另一種理論認為根本沒有中間機理，這種難以確定的情況是由于同時進行的SNl和SN2兩種機理引起的，亦即在同一反應(yīng)混合物中，有的分子按SNl機理進行反應(yīng)，而另外一些分子按SN2機理進行反應(yīng)。當前14頁，總共64頁。Sneen提出一個基本機理(離子對機理)可以把所有的SN1和SN2反應(yīng)都容納進去。作用物首先離解成為中間離子對，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品：SN1和SN2機理之間的區(qū)別在于：在SNl機理中離子對的形成(k1)是速度決定步驟，而在SN2機理中離子對的“消失”(k2)是速度決定步驟。離子對的形成速度和消失速度在同一數(shù)量級時，則出現(xiàn)邊緣表現(xiàn)。當前15頁，總共64頁。16當前16頁，總共64頁。例：光學活性甲烷磺酸-2-辛酯在25%1,4—二氧六環(huán)水溶液中溶劑解，形成2-辛醇，大約95％構(gòu)型轉(zhuǎn)化。加入0.0462M疊氮離子，得到產(chǎn)品的31%是2-辛基疊氮化合物(其他69%是構(gòu)型轉(zhuǎn)化了的2-辛醇)，但是對溶劑解速度(原料磺酸酯消失的速度)也沒影響。當前17頁，總共64頁。18可行的機理SN1當前18頁，總共64頁。1.4鄰位基團機理(非經(jīng)典碳正離子機理)在某些作用物的親核取代反應(yīng)里：(1)反應(yīng)速度比預期的大；(2)在手性碳原子上，構(gòu)型保持不變，既不轉(zhuǎn)化也不消旋。在這些情況里，時常是在離去基團的β-位置(有時更遠一些)有一個帶有未共用電子對的基團。在這種反應(yīng)里，運行的機理叫作鄰位基團機理。自學當前19頁，總共64頁。當前20頁，總共64頁。溶劑解產(chǎn)物構(gòu)型不變當前21頁，總共64頁。當前22頁，總共64頁。23二、脂肪族親核取代反應(yīng)的影響因素1.底物結(jié)構(gòu)對反應(yīng)的影響SN1和SN2之間沒有明顯的界限，常放在一起討論。（1）電子效應(yīng)SN1機理取決于碳正離子的穩(wěn)定性。分子的離解能低和離去基團的電子親和力大有利于單分子機理。當前23頁，總共64頁。當前24頁，總共64頁。誘導效應(yīng)、共軛效應(yīng)越強，分子的離解能越低。有利于SN1反應(yīng)。芐基,烯丙基離子>叔丁基離子>仲丙基離子>伯正離子當前25頁，總共64頁。（2）空間效應(yīng)當前26頁，總共64頁。對SN2反應(yīng)來說，2-溴異丁烷反應(yīng)性能比溴甲烷的小約2×104倍，而溴代新戊烷的則小約2.5×106倍。橋頭化合物，如雙環(huán)[2.2.1]衍生物無論在SN2條件(強親核試劑和高濃度)下，或是在SN1條件(銀離子親電催化)下，都是非常不活潑的。當前27頁，總共64頁。綜合電子效應(yīng)和空間效應(yīng)各類型結(jié)構(gòu)SN活性當前28頁，總共64頁。（3）離去基團效應(yīng)離去基團接受負電荷能力越強，越有利于SN1機理。2-取代異丁烷在80%乙醇中，取代基的相對離去能力當前29頁，總共64頁。影響離去基團離去能力的因素在SN2中的作用和在SN1中的作用相似。離去基團對SNl和SN2反應(yīng)的影響當前30頁，總共64頁。2.親核試劑對反應(yīng)的影響一個分子或負離子從碳原子取代離去基團的能力叫作親核性。親核性是給電子能力的函數(shù)，也是使親核試劑脫離溶劑化需要的能量的函數(shù)。1）堿性強度與親核性大小可能不一致。例如，乙氧離子的堿性比碘離子的強，而碘離子的親核性比乙氧離子的大。一般情況下，親核試劑的堿性越強，親核能力越強。當前31頁，總共64頁。2）容易極化的親核試劑的親核性比較大。3）親核試劑的體積加大，親核性差。4）親核性與溶劑有關(guān)。甲醇中:I->Br->Cl-DMF中:Cl->Br->I-當前32頁，總共64頁。3.溶劑效應(yīng)對反應(yīng)的影響對SN1反應(yīng):提高溶劑極性有利于SN1反應(yīng)進行。

一個中性化合物離解為兩個帶電荷的離子，溶劑極性的提高，將穩(wěn)定正碳離子，使反應(yīng)速率加快。當前33頁，總共64頁。SN2反應(yīng)：在過渡態(tài)中不產(chǎn)生新的電荷，而且還使電荷分散，溶劑的極性增加，不利于電荷的分散，使反應(yīng)速度稍有降低。XXX在質(zhì)子型溶劑中：親核試劑與溶劑形成氫鍵，由此降低了試劑的親核性，不利于反應(yīng)進行。當前34頁，總共64頁。35在質(zhì)子型溶劑中，試劑的親核性強度順序為：RS->ArS->I->CN->OH->N3->Br->ArO->Cl->吡啶>ArO->H2O當前35頁，總共64頁。SN2反應(yīng)常在極性非質(zhì)子型溶劑中進行。

極性非質(zhì)子型溶劑不能與Nu:形成氫鍵，不能使親核試劑溶劑化，使裸露的負離子作為親核試劑，具有較高的反應(yīng)活性。常見的極性非質(zhì)子型溶劑有：N,N-二甲基甲酰胺DMF(Dimethylformamide)二甲亞砜DMSO(Dimethylsulfoxide)六甲基磷酰胺HMPT

(Hexamethylphosphorictriamide)當前36頁，總共64頁。37三、氧親核試劑的反應(yīng)1.酯的水解酯水解、羧酸的酯化、酯交換、酰胺的水解等OR’是一個較難的離去基團，所以單用水不能使多數(shù)酯水解。用堿催化時，進攻試劑是OH-，反應(yīng)生成鹽，稱皂化反應(yīng)。當前37頁，總共64頁。382.羧酸的酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，使反應(yīng)向右進行的方法：？？催化劑？？當前38頁，總共64頁。393.酯的醇解(酯交換反應(yīng))應(yīng)用：聚對苯二甲酸丁二醇酯的合成當前39頁，總共64頁。404.酰鹵的醇解是制取酯的較好的方法。R和R’可以是伯、仲、叔烷基或芳基，當位阻效應(yīng)大時，可用烷氧化物代替醇。反應(yīng)過程中常用堿水來中和HX，也常用吡啶、三乙胺等作為“縛酸劑”來捕獲HX。當前40頁，總共64頁。41農(nóng)藥多菌靈的中間體氯甲酸甲酯的合成通過光氣和甲醇反應(yīng)當前41頁，總共64頁。42四、硫親核試劑的反應(yīng)硫親核試劑比氧親核試劑更為快速和平穩(wěn)。氯代烷與亞硫酸鹽反應(yīng)，可生產(chǎn)相應(yīng)的烷基磺酸鹽（陰離子表面活性劑）當前42頁，總共64頁。43環(huán)氧化合物與亞硫酸氫鹽發(fā)生開環(huán)，得到β-羥基磺酸。例：羥乙基磺酸鈉當前43頁，總共64頁。44五、氮親核試劑的反應(yīng)1.氨或胺的烷基化（N-烷基化反應(yīng)）由于生成的伯胺及仲胺的堿性均比氨更強，所以反應(yīng)一般不會停留在伯胺或仲胺階段。但不是完全不可能，例如采用大量過量的氨進行反應(yīng)時。另外別的效應(yīng)也可能使伯胺成為一種比氨更弱的堿的時候。當前44頁，總共64頁。452.環(huán)氧化合物的胺化當前45頁，總共64頁。46六、鹵素親核試劑的反應(yīng)醇與鹵素親核試劑反應(yīng)是合成鹵代烷最適用的方法，常用的試劑是HX，無機酰鹵等。當前46頁，總共64頁。47七、在磺酰基硫上的親核取代反應(yīng)磺酰氯、磺酸酯及磺酰胺的水解。當前47頁，總共64頁。48第一章有機合成反應(yīng)理論精細化工單元反應(yīng)的分類有機反應(yīng)的基本過程脂肪族親核取代反應(yīng)理論脂肪族親電取代反應(yīng)理論芳香族親電取代反應(yīng)理論芳香族親核取代反應(yīng)理論自由基反應(yīng)當前48頁，總共64頁。49脂肪族親電取代反應(yīng)是指符合以下反應(yīng)通式的反應(yīng)：其中：R為脂肪族；離去基團X為外層電子層雖然缺少一對電子但是比較穩(wěn)定的原子或原子團，常見的為質(zhì)子和金屬離子。E為親電試劑。酸性比較強的物質(zhì)上的質(zhì)子體系、金屬有機化合物以及一些能夠脫掉質(zhì)子或碳正離子的烴類或胺類是典型脂肪族親電取代反應(yīng)的體系。當前49頁，總共64頁。50一、脂肪族親電取代反應(yīng)的反應(yīng)歷程目前對脂肪族親電取代反應(yīng)機理的了解是比較少的。但是確認了四種可能的主要機理，SE1，SE2(前邊)，SE2(背后)和SEi。SE1是按單分子機理進行的親電取代反應(yīng)，其他都是按雙分子機理進行的。1.雙分子SE2和SEi機理當前50頁，總共64頁。雙分子SE2機理當前51頁，總共64頁。雙分子SEi機理這三種機理是很難區(qū)分的。它們都表現(xiàn)為二級動力學，其中兩個機理SE2(前邊)和SEi保持構(gòu)型不變，立體化學研究可以區(qū)分它們與SE2(后邊)反應(yīng)。許多報導都表明這種二級親電取代反應(yīng)中的絕大多數(shù)都保持構(gòu)型不變，或者反映其他從前邊進攻的跡象，因而這些反應(yīng)是按SE2(前邊)或SEi機理進行的。當前52頁，總共64頁。溴-鋰交換反應(yīng)就是這種情況。光學活性2-甲基-1-溴代環(huán)丙烷與丁基鋰作用形成的2-甲基環(huán)丙基鋰保持構(gòu)型不變。當前53頁，總共64頁。542.單分子SE1機理

例1有羰基的碳氫化合物的堿催化的反應(yīng)：當前54頁，總共64頁。例2在堿催化的互變異構(gòu)中的氫—重氫交換反應(yīng)：在這個反應(yīng)里重氫交換速度和消旋速度一樣，并且有同位素效應(yīng)。當前55頁，總共64頁。563.親電取代伴隨雙鍵移動當親電取代發(fā)生在烯丙式底物上時，產(chǎn)物可能重排。重排的兩種途徑：1.第一是離去基團先消除，生成共振穩(wěn)定的烯丙基負離子，然后再發(fā)生親電進攻。2.第二條是Y基團先進攻，產(chǎn)生正碳離子，然后再失去X。P13當前56頁，總共64頁。57二、氫作離去基團的反應(yīng)1.雙鍵及三鍵的遷移許多不飽和的雙鍵或三鍵化合物用強堿處理后，分子中的雙鍵或三鍵往往發(fā)生遷移。常得到平衡混合物，大多數(shù)以熱力學穩(wěn)定的異構(gòu)體為主。一般規(guī)律：末端烯有異構(gòu)化為內(nèi)烯；非共軛成為共軛等當前57頁，總共64頁。582.醛、酮的鹵化醛和酮的α位可用溴、氯或碘取代鹵化對于不對稱酮，氯化的順序首先是CH，其次是CH2，然后是CH3，通常得到的是混合物。當前58頁，總共64頁。59反應(yīng)歷程是烯醇或烯醇式離子，