15.4親核取代反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)活性一、親核取代反應(yīng)機(jī)理15.3節(jié)討論的羧酸衍生物的取代反應(yīng)，可用通式描述如下：

式中Nu—H為親核試劑，L為離去基團(tuán)。羧酸衍生物的羰基像醛、酮的羰基一樣容易遭受親核試劑的進(jìn)攻，所以反應(yīng)起始于親核加成，加成產(chǎn)物四面體中間體不穩(wěn)定，離去基團(tuán)離去（消去）得到取代產(chǎn)物。

上述機(jī)理是堿性條件下的機(jī)理，整個(gè)過(guò)程是加成—消去歷程。堿性條件下反應(yīng)能使體系中存在強(qiáng)的親核試劑利于反應(yīng)的完成。酯的堿性水解是這種機(jī)理的典型代表。

親核取代反應(yīng)還可采用酸催化。質(zhì)子進(jìn)攻羰基生成一個(gè)活化的羰基，然后較弱的親核試劑進(jìn)行加成，不穩(wěn)定的四面體中間體消去離去基團(tuán)得到產(chǎn)物。如酰胺酸性水解歷程可表示如下：

羧酸衍生物的親核取代反應(yīng)一般通過(guò)上述加成—消去機(jī)理。但在某些情況下，特別是具有體積效應(yīng)時(shí)，也有存在其他歷程的可能。例如，有標(biāo)記的叔丁基酯水解，其產(chǎn)物中羧酸含有標(biāo)記氧原子，這個(gè)結(jié)果表明反應(yīng)并非按正常歷程進(jìn)行。質(zhì)子結(jié)合酯羰基后，若按正常機(jī)理，水進(jìn)攻羰基，但受到叔丁基的空間阻力，又由于叔丁基碳正離子的穩(wěn)定性，發(fā)生酯的C—0鍵斷裂生成叔丁基碳正離子和有標(biāo)記氧的乙酸，隨后叔碳正離子與水結(jié)合生成醇。二、反應(yīng)活性

羧酸衍生物與水、醇、氨(胺）的反應(yīng)活性從實(shí)驗(yàn)上已得到它們的順序?yàn)轷Ｂ?gt;酸酐>酯

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酰胺。這個(gè)反應(yīng)活性與其結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。1.離去基團(tuán)的影響

從取代反應(yīng)的機(jī)理可知反應(yīng)通過(guò)四面體離去L基團(tuán)恢復(fù)羰基的步驟，不難理解離去基團(tuán)越易離去反應(yīng)速度越快。酰氯、酸酐、酯和酰胺參加反應(yīng)時(shí)，離去基團(tuán)分別為CI-，RC〇2-,RO-，NH2-，它們的堿性排序是NH2->OR->RCO2->CI-，同周期元素組成的基團(tuán)堿性越弱越容易離去。所以它們離去的可能性為CI->RCO2->RO->NH2-。這體現(xiàn)了取代反應(yīng)酰氯

>酸酐>酯>酰胺的活性順序。2.位阻效應(yīng)的影響

取代反應(yīng)的加成步驟是由棱錐形的反應(yīng)物變?yōu)樗拿骟w中間體，因此位阻效應(yīng)會(huì)明顯影響反應(yīng)速度。若四面體中間體所連接的基團(tuán)較大，擁擠程度增加，則