sp3雜化碳原子的親核取代反應NucleophilicSubstitutionsat

sp3HybridizedCarbon第八章本章內容線索1、SN1

和SN2

反應的機理、影響因素和立體化學2、SN1

與SN2

反應的競爭問題3、SN1和SN2反應在合成上的應用（1）官能團的相互轉化；（2）C-C鍵的形成溶劑分類：1、非極性與極性（nonpolarandpolar）極性的兩個特性參數：偶極矩和介電常數偶極矩表示的分子靜態的電荷分布情況，而介電常數則體現了在外電場作用下分子內電子云分布發生極化的能力。2、質子型和非質子型

（ProticandAprotic

）

是否含有活潑氫是它們結構特征上的區別

有機溶劑的分類以及溶劑化效應

在親核取代反應中，共價鍵以異裂方式進行。溶劑化作用（solvation）：溶劑分子通過分子間作用分散包圍溶質分子的一種作用。質子型溶劑含有-OH或-NH

，能使陰離子和陽離子均溶劑化。有機溶劑的分類以及溶劑化效應非質子型極性溶劑的正電中心往往在分子內部，難以使陰離子溶劑化有機溶劑的分類以及溶劑化效應R-CNDMSO丙酮DMF強堿可以置換弱堿，強酸可以置換弱酸

親核取代反應能否進行的酸堿性判斷依據鹵素負離子和磺酸根負離子是弱堿，因此，鹵代烴或磺酸酯常用作親核取代反應的底物與各種親核試劑反應。而氫氧根負離子和烷氧基負離子的堿性比鹵素負離子強很多，因此醇、醚只能在一定的條件下進行親核取代反應。酸性條件：強酸置換弱酸H2O親核試劑氨基負離子（或N-烷基氨基負離子）是很強的堿，因此胺一般難以作為底物發生親核取代反應，但是可以作為親核試劑參與親核取代反應兩種不同的親核取代反應機理動力學二級反應雙分子反應反應過渡態能量高低影響活性動力學一級反應單分子反應活性中間體能量高低影響活性立體化學特征：反應過渡態結構決定立體化學特征：C+

決定雙分子親核取代反應（SN2）單分子親核取代反應（SN1）

SN2反應的立體化學親核試劑是從離去基團的背面進攻

——因此發生構型的轉化SN1

反應的立體化學得到構型保持和構型翻轉兩種產物。SN1反應的立體化學SN1反應的立體化學離子對機制兩種不同的親核取代反應機理動力學二級反應雙分子反應反應過渡態能量高低影響活性動力學一級反應單分子反應活性中間體能量高低影響活性立體化學特征：構型轉化立體化學特征：外消旋產物（或轉化略多，離子對）雙分子親核取代反應（SN2）單分子親核取代反應（SN1）影響反應活性等的因素分析底物RX（以鹵代烴和磺酸酯為代表)離去基團X-親核試劑:Nuor:Nu-反應活性中間體（SN1）過渡態（SN2）溶劑SN1或SN2影響反應活性等的因素分析SN2反應與SN1反應的機理不同，影響因素也有所不同。相同的影響因素是底物中的離去基團，離去基團越容易離去，反應越容易進行。

不同的因素有兩個方面：（1）親核試劑結構與性質只影響SN2反應；

（2）SN2反應取決于過渡態結構與能量，而

SN1反應則取決于活性中間體的結構與能量。SN1或

SN2離去基團的影響不同類型化合物進行親核取代反應的活性順序如下：磺酸酯，碘代烷

>溴代烷

>氯代烷>氟代烷>>醇>醚反應活性：碘代烷>溴代烷>氯代烷>氟代烷

因為不同的鹵素負離子堿性強弱不同。底物中烴基結構的影響表8-4SN1活性中間體和SN2反應過渡態結構特點對比SN2反應過渡態SN1活性中間體電荷離域電荷定域中心碳原子空間較擁擠中心碳原子空間不擁擠Substrate（底物）——StericEffects

SN2反應SN2反應活性:methyl>10>20>30Substrate（底物）——StericEffects

SN2反應鹵代烴和磺酸酯的SN1反應活性順序基本上與碳正離子的穩定性順序相同:CH3<10<Allyl~Benzyl~20<30

SN1反應由于在SN1反應中，親核試劑是在限速步驟發生后才進入反應，因此，不影響反應速率。SN2反應中：親核試劑親核性越強，則反應活性越高。

親核試劑（Nucleophiles）的影響親核試劑的親核性越強，反應活性越高。親核性強弱常受到底物、溶劑甚至是濃度的影響。因此，比較親核試劑的強弱應該確定一個標準，最好在相同的底物和相同的反應條件下比較：

SN2反應中親核試劑的影響

關于親核試劑的親核性強弱順序尚無完善的解釋，不過一般有如下的規律:——親核性強弱順序與堿性基本相同——同一周期元素原子隨原子序數增加親核性減弱-CH3>-NH2>HO->F-；——帶負電荷基團的親核性強于中性基團

HO-

>H2OCH3O->CH3OH

-NH2>NH3；SN2反應中親核試劑的影響—在質子性溶劑中，同一族元素的原子隨周期數的增加親核性增加。原因：原子可極化性和溶劑化效應—在非質子溶劑中，同一族元素的原子隨周期數的增加親核性降低。SN2反應中親核試劑的影響SN2反應中親核試劑的影響可極化率越大，越容易發生親核進攻：溶劑影響SN2反應，本質是影響親核試劑的親核性強弱Proticsolvents(質子性溶劑)——不利于SN2反應原因：質子性溶劑使親核試劑陰離子溶劑化，即發生離子－偶極相互作用，親核性降低。堿性越強，親核性降低越大。

SN2反應中溶劑的影響Aproticpolarsolvents（非質子極性溶劑）

——極性很強，但不含有-OH或-NH

acetonitrile(CH3CN),dimethylformamide[HCON(CH3)2,DMF]dimethylsulfoxide[(CH3)2SO,DMSO],hexamethylphosphoramide{[(CH3)2N]3PO,HMPA}

——有利于SN2

反應

原因：非質子極性溶劑只能讓陽離子溶劑化，而難以使陰離子溶劑化，從而使親核試劑負離子“裸露”，親核性增大。

SN2反應中溶劑的影響

SN2反應中溶劑的影響要強調的是：SN1和

SN2

反應均受溶劑很大的影響，但是它們的作用機制不同SN2在質子性溶劑中是不利的，因為親核試劑被溶劑化作用降低了反應活性SN1反應則主要受溶劑極性的影響，極性越強，則反應速率越塊。因為反應中產生活潑中間體碳正離子能被溶劑化作用穩定。因此，SN1反應在質子性溶劑中是有利的，生成的陽離子和陰離子均可被溶劑化作用穩定。

SN1反應中溶劑的影響SN2和SN1的競爭問題SN2SN1RinSubstrate

1.methyland10√

×2.20

√

√

3.10&

20benzylic,allylic√

√4.

30×

√5.

Vinylicandaryl

××Solvent

DMSOH2OoracetoneorROH在SN1反應中形成的碳正離子中間體有重排成更穩定的碳正離子的趨勢。

SN1反應的碳正離子重排反應判斷下列各鹵代烴形成的SN1和SN2反應產物是否相同？除D外均可能不同均不同？SN1

和SN2反應在合成上的應用實現官能團的相互轉化C－C鍵的形成SN1

和SN2

反應在合成上的應用——從鹵代烴轉化為醇的反應SN1

和SN2

反應在合成上的應用——從醇轉化為鹵代烴的反應醇轉化為鹵代烴常在酸性條件下進行，因為羥基不是一個好的離去基團。多數為SN1反應。SN1

和SN2

反應在合成上的應用從醇轉化為鹵代烴的反應-磺酸酯從醇轉化為鹵代烴的反應-SOCl2構型保持構型反轉從醇轉化為鹵代烴的反應-PCl3

或PBr3亞磷酸三脂亞磷酸從醇轉化為鹵代烴的反應——小結——Williamson醚合成Question:Howtosynthesizethefollowingether?SN1

和SN2反應在合成上的應用Theansweris——pathaisbetterSN1和SN2

反應在合成上的應用——Williamson

醚合成——因為醇鈉是一個強堿，30鹵代烴容易發生消去反應Why?SN1

和SN2

反應在合成上的應用——Williamson醚合成Sulfonateesters（磺酸酯）canbeusedintheWilliamsonethersynthesisSN1

和SN2

反應在合成上的應用——Williamson醚合成：經磺酸酯——胺的制備：N-烷基化反應問題在于難以控制反應停留在適當階段，得到混合胺SN1

和SN2反應在合成上的應用伯胺比氨具有更好的親核性仲胺比伯胺具有更好的親核性SN1和SN2

反應在合成上的應用——胺的制備：N-烷基化反應Gabriel合成法——這是一個制備伯胺的好方法——胺的制備：通過醇的磺酸酯SN1

和

SN2反應在合成上的應用SN2從鹵代烴出發制備膦類似于胺的制備注意：膦的親核性還強于相應的胺SN1

和SN2反應在合成上的應用——膦的制備(簡單了解）含碳親核試劑的制備及應用碳親核試劑主要有以下幾種：1)sp-雜化碳試劑：RC≡C-，

-

CNRC≡C-主要是通過酸堿反應獲得炔基負離子與鹵代烴或磺酸酯反應是合成炔烴的良好方法。-CN作親核試劑——腈和羧酸的制備一級鹵代烷與氰化鈉反應得腈后水解是制備增長一個碳的羧酸的好方法三級鹵代烷易發生消去反應，二級鹵代烷的氰基化反應產率不高(由于消去反應）腈的控制水解是一種制備增長一個碳的酰胺的方法.含碳親核試劑的制備及應用有機金屬化合物與親核取代反應苯基鋰WithEpoxides——SN2reactionItisagoodpathwaytoobtainprimaryalcoholwithincreasingtwocarbonatoms.有機金屬化合物與親核取代反應——醚與HI，HBr的親核取代反應SN1機理的實例：

醚的親核取代反應烷氧鍵的斷裂順序是：3°>2°>1°烷基>芳基。

——醚與HI，HBr的親核取代反應SN2機理的實例：醚的親核取代反應由于：2°和3°烴基的醚更多傾向SN1反應，而且SN1反應相對于SN2反應速度較快，因此：多數不對稱醚在發生烷氧鍵斷裂時，優先順序與SN1反應中順序相同，即3°>2°>1°烷基>芳基。——1，2-環氧化合物的開環反應1，2-環氧化合物可以在