1、2023-6-41脂肪族亲核取代反应脂肪族亲核取代反应（Nucleophilic Substitution）指导老师：肖述章 但飞君 讲演成员：林启飞 金蕾 杜超峰2023-6-42脂肪族亲核取代反应脂肪族亲核取代反应（Nucleophilic Substitution）1 反应历程2 反应特点3 反应的影响因素2023-6-43RN u+X-RX +Nu-反应物底物亲核试剂离去基团亲核试剂(Nu)可进攻 中的正电中心，将X取代。亲核试剂带有孤对电子或负电荷，对原子核或正电荷有亲和力的试剂，用Nu：或Nu表示。常见的亲核试剂：OH、OR、CN、NH3、H2O等。RX+-反应通式：反应通式：20
2、23-6-441 反应历程RCH2Br +OH-RCH2OH +Br-V=K RCH2Br OH-V=K=水解速度水解常数CHBrHHHH HHOCHHHHO +HO C Br+Br过渡态v双分子历程（SN2）2023-6-45SN2反应的立体化学(1)异面进攻反应（Nu-从离去基团L的背面进攻反应中心）CNu C LNu C +L-Nu-2023-6-46(2)构型翻转v（产物的构型与底物的构型相反，即瓦尔登 Walden 转化）HOCC6H13HCBrH3SN2HOCC6H13HCH3()-2-溴辛烷辛醇=34.2=9.9+Br()-2-v结论：按SN2反应历程进行亲核取代反应，总伴随着构
3、型的翻转。完全的构型转化往往可作为SN2反应的标志。2023-6-47单分子历程（SN1）v实验证明：R3X、CH2=CHCH2X、苄卤的水解是按SN1历程进行的.因其水解反应速度仅与反应物卤代烷的浓度有关，而与亲核试剂的浓度无关，所以称为单分子亲核取代反应（SN1反应）。CH3CCH3CH3BrCH3CCH3CH3OH+OH-+Br-V=KCH3 3 C-Br（）2023-6-481)反应机理(1)两步反应（SN1反应是分两步完成的）CH3CCH3CH3BrCH3CCH2CH3CH3CCH3CH3Br+Br-慢过渡态（）1+OH-CH3CCH3CH3OHCH3CCH3CH3快CH3CCH3C
4、H3OH过渡态（）22023-6-49SN1反应的立体化学vA.外消旋化（构型翻转+构型保持）v因：SN1反应第一步生成的碳正离子为平面构型（正电荷的碳原子为sp2杂化的）第二步亲核试剂向平面任何一面进攻的几率相等。CR1R3R2L慢CR1R3R2Nu+CR1R3R2NuCR1R3R2Nu+构型转化构型保持外消旋体2023-6-410B.部分外消旋化vSN1反应在有些情况下，往往不能完全外消旋化，而是其构型翻转 构型保持，因而其反应产物具有旋光性。v例1（构型翻转 构型保持）：CC6H13HCBrH3HOCC6H13HCH3H2OCC6H13HOHCH3()-2-溴辛烷辛醇()-2-乙醇60%
5、SN1条件+辛醇()-2-n-n-n-67%33%2023-6-411例2（SN1外消旋化+构型转化）v结论：SN1历程通过生成碳正离子进行取代反应时，在发生消旋化的同时，通常还伴随着部分构型转化构型转化外消旋体CHCH3ClCH3CH2CH2CH2CH2CH2CHCH3ClCHCH3+83-98%66%34%2-17%CH3CH2CH2CH2CH2CH2CHCH32023-6-412C 重排SN1反应除了得到消旋产物外，常伴随着部分构型转化，还有重排产物。CCH3CH2CH3CH3C2H5O-CCH3CH2BrCH3CH3C2H5OHCCH3CH2OC2H5CH3CH3CCH3CH2CH3C
6、H3C2H5OHCCH3CH2CH3CH3OC2H5SN1-HCCH3CHCH3CH3重排13C+C+2023-6-413 反应的影响因素v作用物结构的影响图图 卤代烷烷基对水解速度的影响卤代烷烷基对水解速度的影响2023-6-414RX12烯丙式乙烯式CH2=CHCH2XCH2=CHXCH2XXRXRXRX3RCH2CH3R3CR2CHCH2=CHCH2SN1反应的速度是：1)对SN1的影响碳正离子的形成及稳定性2023-6-4152）对SN2反应的影响过渡态形成的难易影响v当-C上连接的烃基多多时，过渡态难于形成，SN2反应就难难于进行。v当伯卤代烷的位上有侧链侧链时，反应速率明显下降下降
7、。v原因：-C原子或-C原子上连接的烃基越多或基团越大时，产生的空间阻碍空间阻碍越大，阻碍了亲核试剂从离去基团背面进攻-C（接近反应中心）。R-Br +C2H5OROC2H5 +BrSN2()反应反应物相对速度CH3CH2BrCH3CH2CH2BrCH3CHCH2BrCH3CH3-C-CH2BrCH3CH31002830.00042无水乙醇552023-6-416v离去基团的影响离去基团的影响 （1）离去基（）离去基（X）接受电子能力越强接受电子能力越强，越有，越有利于亲核取代反应的进行。利于亲核取代反应的进行。（2）被取代离去基接受电子的能力取决于）被取代离去基接受电子的能力取决于X-的稳定
8、性和碱性的稳定性和碱性。X-碱性越弱，稳定性越强，越容易碱性越弱，稳定性越强，越容易被亲核试剂取代而离去。被亲核试剂取代而离去。2023-6-417CH3CH2CH2CH2OH +NaBrCH3CH2CH2CH2Br +OHCH3CH2CH2CH2OH +HBrCH3CH2CH2CH2OH +BrSN2BrCH3CH2CH2CH2Br +H2O碱性很强的基团（如 R3C-、R2N-、RO-、HO-等）不能作为离去基团进行亲核取代反应；象R-OH、ROR等，就不能直接进行亲核取代反应，只有在H+性条件下形成RO+H2和R2O+H后才能离去。2023-6-418v卤代烃的反应活性：RIRBrRCl
9、RFv这与卤素的电负性的大小顺序刚好相反！v从偶极矩数据可知，C-X的极性为RFRClRBrRIv 从极化度可知RX的反应活性是：RIRBrRClRF。v 键能C-F 484.9 KJ/mol；C-Cl 339KJ/mol；C-Br 285KJ/mol；C-I218KJ/mol。2023-6-419好的离去基团：好的离去基团：（1）Cl ，Br ，I（2）SCH3OOO-SOOO-SOOOH3C-好的离去基团总是可以被不好的离去基团所取代。好的离去基团总是可以被不好的离去基团所取代。2023-6-420v亲核试剂的影响亲核试剂的亲核性由两种因素决定亲核试剂的亲核性由两种因素决定试剂的给电子能力
10、试剂的给电子能力 试剂的可极化性试剂的可极化性2023-6-421（2）中心原子不同，但同周期并有相同电荷时，亲核性与碱）中心原子不同，但同周期并有相同电荷时，亲核性与碱性顺序也一致性顺序也一致2023-6-422（3）中心原子不同，但处于周期表同一族时，亲核性和碱性中心原子不同，但处于周期表同一族时，亲核性和碱性强弱顺序相反强弱顺序相反 F_Br_Cl_I_碱性强亲核性强RS_RO_碱性强亲核性强R3PR3N碱性强亲核性强 亲核性的强弱，不仅影响亲核性的强弱，不仅影响SN2反应速率，而且影响反应机理反应速率，而且影响反应机理2023-6-423v溶剂的影响溶剂的影响（1）对）对SN1反应，极
11、性溶剂有利于中性化合物反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离。的解离。RXR+X-溶剂极性越大，反应速度越快。溶剂极性越大，反应速度越快。（2）对）对SN2反应，反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使易与质子传递型溶剂形成氢键，使反应活性降低。反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行。反应宜在非质子传递型溶剂中进行。C6H5CH2ClOH-H2OSN1SN2C6H5CH2OHC6H5CH2OH+Cl-+Cl-丙酮2023-6-424极性溶剂利于极性溶剂利于SN1 反应进行，反应进行，极性非质子性溶剂极性非质子性溶剂利于利于 SN2 反应进行（使负离子裸露，活性高）。如：反应进行（使
12、负离子裸露，活性高）。如：N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺DMF(Dimethylformamide)六甲基磷酰胺六甲基磷酰胺HMPT(Hexamethylphosphorictriamide)二甲亚砜二甲亚砜DMSO(Dimethylsulfoxide)NCOH3CHH3CSOCH3H3CNH3CH3CCOHSOCH3H3CPO(CH3)2NN(CH3)2N(CH3)22023-6-425SN1反应和反应和SN2反应的区别反应的区别SN1SN2单分子反应单分子反应双分子反应双分子反应v=kR-Xv=kR-XNu-两步反应两步反应一步反应一步反应有中间体碳正离子生成有中间体碳正离子生成 形成过渡态形成过渡态构型翻转构型翻转+构型保持构型保持构型翻转（瓦尔登转化）构型翻转（瓦尔登转化）有重排产物有重排产物无重排产物无重排产物2023-6-426亲核取代反应机理示例反应速率方程特点不同卤代烃活性SN1(CH3)3CBr+OH-=(CH3)3OH+Br-V=kRX分步进行3RX 2RX 1RX CH3X碳正离子外消旋体重排SN2CH3Br+OH-=CH3OH+Br-V=RXNu一步反应CH3X1RX2RX3RX过渡态Walden转化S 1减弱NS 2减弱NCH3X1 RX。2 RX。3 RX。
