理論有機化學(xué)飽和碳原子上的親核取代反應(yīng)

理論有機化學(xué)飽和碳原子上的親核取代反應(yīng)第1頁/共88頁第七章親核取代反應(yīng)§1親核取代反應(yīng)的SN1和SN2歷程第2頁/共88頁

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN1親核取代反應(yīng)機理第3頁/共88頁

反應(yīng)機理：第一步叔丁基溴解離成叔丁基正離子和溴負(fù)離子:過渡態(tài)T1第二步叔丁基正離子與親核試劑OH-作用：第一步是決定反應(yīng)速率的一步。過渡態(tài)T2第4頁/共88頁T1T2ΔE2ΔE1(CH3)3CBr+H2O(CH3)3COH+HBr反應(yīng)進程能量叔丁基溴水解反應(yīng)的能量曲線ΔE1>ΔE2碳正離子為反應(yīng)中間體第5頁/共88頁

單分子親核取代反應(yīng)機理第6頁/共88頁

親核試劑從背后進攻碳正離子+第7頁/共88頁NuNu構(gòu)型翻轉(zhuǎn)構(gòu)型保留NuNuCH3PhCl+(S)–α–氯代乙苯平面構(gòu)型(S)–α–苯乙醇(R)–α–苯乙醇

(49%)(51%)多于50%

少于50%外消旋產(chǎn)物第8頁/共88頁SN1反應(yīng)的特征動力學(xué)：一級反應(yīng)V=k[RX]立體化學(xué)：產(chǎn)物是外消旋體dl-中間體：碳正離子R3C+能量變化：兩個能壘ΔE1+ΔE2第9頁/共88頁

OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHSN2親核取代反應(yīng)機理δ-δ-第10頁/共88頁雙分子親核取代反應(yīng)(SN2)機理(substitutionnucleophilicbimolecular)反應(yīng)速率：υ=k[CH3Br][–OH]二級反應(yīng)過渡態(tài)(transitionstate)第11頁/共88頁ΔE反應(yīng)進程能量溴甲烷水解反應(yīng)的能量曲線第12頁/共88頁雙分子親核取代反應(yīng)機理第13頁/共88頁Nu:是從L的背后沿著鍵中心線進攻中心C原子中心C原子為手性中心時，發(fā)生Walden轉(zhuǎn)化。(S)–2–碘辛烷(R)–2–碘(128I)辛烷SN2反應(yīng)的立體化學(xué)特征為中心C原子的構(gòu)型反轉(zhuǎn)。第14頁/共88頁SN2反應(yīng)的特征動力學(xué)：二級反應(yīng)V=k[RX][-OH]立體化學(xué)：產(chǎn)物構(gòu)型反轉(zhuǎn)RL中間體：只有過渡態(tài)HOCX

能量變化：一個能壘ΔE

δ-δ-第15頁/共88頁離子對SNi反應(yīng)(分子內(nèi)親核取代）

substitutionnucleophilicinternalRCH2OH+ClSClOHClRCH2OSOCl醇與亞硫酰氯的反應(yīng)在乙醚作為溶劑時所得鹵代烷構(gòu)型保持第16頁/共88頁醇與亞硫酰氯的反應(yīng)通常在吡啶或叔胺等弱堿的作用下進，所得鹵代烷構(gòu)型翻轉(zhuǎn)弱堿的加入利于平衡向右移動。SN2反應(yīng)：

產(chǎn)物的構(gòu)型發(fā)生翻轉(zhuǎn)第17頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。

第18頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。

RL

分子

第19頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。

RLRδ+||Lδ-

分子溶劑介入分子

第20頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。

RLRδ+||Lδ-R+||

L-

分子溶劑介入分子溶劑分隔離子對

第21頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。

RLRδ+||Lδ-R+||

L-R++L-

分子溶劑介入分子溶劑分隔離子對自由離子第22頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。RLRδ+||Lδ-R+||

L-R++L-

分子溶劑介入分子溶劑分隔離子對自由離子

X-RX

SN2

構(gòu)型反轉(zhuǎn)第23頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。RLRδ+||Lδ-R+||

L-R++L-

分子溶劑介入分子溶劑分隔離子對自由離子

X-X-RXRX

SN2SN1

構(gòu)型反轉(zhuǎn)外消旋體第24頁/共88頁§２溶劑化離子對學(xué)說

反應(yīng)是一個連續(xù)的過程，SN1和SN2是其中兩種極端情況。RLRδ+||Lδ-R+||

L-R++L-

分子溶劑介入分子溶劑分隔離子對自由離子

X-X-X-RXRXRX

SN2SN1+SN2SN1

構(gòu)型反轉(zhuǎn)外消旋體第25頁/共88頁§3影響親核取代反應(yīng)歷程的因素反應(yīng)物結(jié)構(gòu)、離去基團試劑的親核性、溶劑的影響

通過電子效應(yīng)和空間效應(yīng)分析，可以推出答案。書上有很多數(shù)據(jù)表。第26頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第27頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2第28頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物第29頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強第30頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第31頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強第32頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利第33頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大第34頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大第35頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第36頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大第37頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利第38頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利第39頁/共88頁?苯甲型和烯丙型鹵化物進行SN1或SN2反應(yīng)，活性都較高。

在SN1反應(yīng)中(中間體)：在SN2反應(yīng)中(過渡態(tài))：第40頁/共88頁

下列每一對化合物，哪一個更易進行SN1反應(yīng)？

(B)

(A)

下列每一對化合物，哪一個更易進行SN2反應(yīng)？

(B)

(B)討論第41頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑第42頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強第43頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第44頁/共88頁常見親核試劑的親核能力：親核能力遞減親核試劑的影響

試劑的親核性愈強，濃度愈大，愈利于SN2反應(yīng)進行。堿性：奪取質(zhì)子的能力；親核性：與中心C原子的結(jié)合能力。堿性：親核性：(a)具有相同原子的Nu:,在極性溶劑中，其堿性愈強，親核性也愈強。;第45頁/共88頁(b)當(dāng)親核試劑的親核原子是同族原子時，可極化度愈大，親核性愈強。;;(c)當(dāng)親核試劑的親核原子是同周期原子時，原子序數(shù)愈大，親核性愈弱。第46頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強第47頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利第48頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利第49頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大第50頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第51頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大第52頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大第53頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利第54頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團第55頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去第56頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第57頁/共88頁離去基團的影響

主要對SN1反應(yīng)的影響。

鹵代烷的反應(yīng)活性順序：

RI>RBr>RCl>RF易離去基團通常是強酸(pKa<5)的共軛堿—弱堿。HOTs–OTs是很好的離去基團強酸的共軛堿是較好的離去基團。常見的離去基團：離去能力依次遞減第58頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去第59頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利第60頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利第61頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大第62頁/共88頁SN1

-X--OH--

R3CXR3C+R3COH

SN2OH--R-X--RCH2XHOCXRCH2OHHHδ-δ-第63頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大第64頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利第65頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利第66頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利溶劑第67頁/共88頁溶劑的影響

極性溶劑利于SN1反應(yīng)進行，利于底物的解離：

質(zhì)子溶劑由于易與Nu:形成氫鍵，降低了試劑的親核性，而不利于SN2反應(yīng)的進行。極性非質(zhì)子溶劑利于SN2反應(yīng)進行。第68頁/共88頁極性非質(zhì)子溶劑：N,N–二甲基甲酰胺DMF(dimethylformamide)二甲亞砜DMSO

(dimethyl-sulfoxide)六甲基磷酰胺HMPT

(hexamethylphosphorictriamide)第69頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利溶劑極性強第70頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利溶劑極性強第71頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利溶劑極性強很有利第72頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利溶劑極性強很有利不利第73頁/共88頁影響親核取代反應(yīng)歷程的因素影響因素SN1SN2反應(yīng)物

推電子力強很有利影響不大

空間位阻大有利很不利親核試劑堿性強稍不利很有利體積大影響不大不利離去基團難離去很不利不利鍵能大很不利不利溶劑極性強很有利不利質(zhì)子性第74頁/共88頁SN1

-X--