1、四. 影響反應(yīng)活性的因素 ( ) 1. 底物的烴基結(jié)構(gòu) 2. 離去基團 (L) 3. 親核試劑 (Nu:) 4. 溶劑 五. 鄰基參與反應(yīng) 六. 親核取代反應(yīng)實例,一. 反應(yīng)類型,親核取代反應(yīng)的通式：,親核試劑,帶著,一對電子,進攻,中心碳原子,離去基團,帶著,一對電子,離開, 底物為中性，親核試劑帶著一對孤對電子：, 底物帶有正電荷，親核試劑帶有孤對電子：, 底物帶有正電荷，親核試劑帶有負電荷：, 親核試劑帶有負電荷：,二. 反應(yīng)機理,1. 單分子親核取代 （Substitution Nucleophilic Unimolecular) ( SN 1)反應(yīng)機理,反應(yīng)分兩步進行,第一步 正碳離

2、子的生成：,第二步 親核試劑進攻正碳離子：,第一步是決定 反應(yīng)速率的一步。,例如： 二苯基氯甲烷在丙酮的水解反應(yīng)：,2. 雙分子親核取代 （Substitution Nucleophilic Bimolecular) ( SN 2)反應(yīng)機理,動力學(xué)研究表明：有一類親核取代反應(yīng)的速率與 底物的濃度和試劑的濃度同時相關(guān)：,二級反應(yīng),按SN 1 機理進行反應(yīng)的 體系：叔鹵代烷及其衍 生物和被共軛體系穩(wěn)定 的仲鹵代烴及其衍生物,其反應(yīng)機理為：,親核試劑,背后,接近,中心碳原子,從離去基團的背面,與此同時,離去基團也正在逐步地離開底物分子,新鍵的形成與舊鍵的斷裂是同時發(fā)生的，舊鍵斷裂 時所需的能量，是由

3、新鍵形成所放出的能量提供的。,兩者達到平衡時，體系能量最高。其狀態(tài)為過渡態(tài) T.,T,S N 2 反應(yīng)機理：,在過渡態(tài)中，親核試劑的孤 對電子所占有的軌道與中心碳原 子的 p軌道交蓋的程度與離去基 團與中心碳原子的 p軌道的交蓋 程度相同,按 SN 2 機理進行的底物特征：,不被共軛體系穩(wěn)定的仲鹵代烷 及其衍生物,3. 離子對機理,介于SN1 與 SN2 之間的機理，建立 在SN1機理基礎(chǔ)之上。,底物的解離成正碳離子是經(jīng)幾步完成的，形成不同 的離子對：, 解離的正負離子形成緊密的離子對，整個離子對 被溶劑化。, 溶劑介入離子對后，正負離子被溶劑隔開。, 離解的離子為自由離子。,三個階段：,親核

4、試劑可以進攻四種狀態(tài)的底物，從而得到不同 的產(chǎn)物。,三. 反應(yīng)的立體化學(xué),反應(yīng)的立體化學(xué)與反應(yīng)機理相關(guān),SN2機理：,由于試劑從離去基團的背后進攻中心碳原子，所以 產(chǎn)物發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化Walden轉(zhuǎn)化。,Nu:,+ L-,(R) - (-) - 2 - 辛烷 25D= -34.25 對映體的純度=100%,(S) - (-) - 2 - 辛醇 25D= -9.90 對映體的純度=100%,= +23.5,SN1機理,試劑從正碳離子的兩面進攻中心碳原子，形成一對 外消旋產(chǎn)物。,正碳離子越穩(wěn)定，消旋化程度越大,消旋化 (Racemization),事實上，SN1反應(yīng)往往伴隨構(gòu)型轉(zhuǎn)化產(chǎn)物：,當(dāng)C+不是足

5、夠穩(wěn)定時，由于L 的屏蔽效應(yīng)， Nu:從 L 背后進攻中心碳原子的機會增大，故構(gòu) 型轉(zhuǎn)化增多。,請思考：,四. 影響反應(yīng)活性的因素,影響親核取代反應(yīng)活性的主要因素是： 底物的結(jié)構(gòu) 親核試劑的濃度與反應(yīng)活性 離去基團的性質(zhì) 溶劑效應(yīng),（一）底物結(jié)構(gòu)的影響,SN 2反應(yīng)：,鹵代烷的反應(yīng)活性順序是：,甲基 伯 仲 叔,原因：烷基的空間效應(yīng),新戊基鹵代烷幾乎不發(fā)生SN 2反應(yīng)：,轉(zhuǎn)變過程中，中心 碳原子由底物同4個 基團相連轉(zhuǎn)變?yōu)橛?過渡態(tài)的同5個碳原 子相連，空間擁擠程 度增大。,當(dāng)?shù)孜镏行奶荚舆B有較大基團時， Nu:難于從背后接近底物。,SN1反應(yīng)：,A. 電子效應(yīng),所有能夠使正碳離子穩(wěn)定的因素

6、，都能使SN 1 反應(yīng)的反應(yīng)速率增大：,相對速率 (k1),0.26 0.69 0.86 100 10 5 10 10,當(dāng)取代基具有I、 超共軛效應(yīng)、C效應(yīng)， SN 1反應(yīng)速率增大, 反應(yīng) 活性增大。,當(dāng)中心碳原子與雜原子直接相連時(R-ZCH2-L)， SN 1反應(yīng)速率明顯增大：,SN 1反應(yīng) 速率,109 1.0 0.2,當(dāng)雜原子與中心碳原子相連時，所形成的 正碳離子，因共軛效應(yīng)而被穩(wěn)定。,B. 空間效應(yīng),與SN 2反應(yīng)相反，底物上的取代基的 空間效應(yīng)使SN1反應(yīng)速率加快：,RBr在水中的溶劑解相對速度,RBr 在水中50時 MeBr 1.00 EtBr 1.00 i-pBr 11.6 t

7、-BuBr 1.2106,四面體,平面三角型,鍵角增大， 取代基空間 效應(yīng)越大， 基團的空間 擁擠程度減 小。,（二）親核試劑的強度,Nu:在 SN2反應(yīng)中起著重要作用,Nu,規(guī)律：,1帶有負電荷的試劑的親核性強于它的共軛酸： OH H2O, CH3O- CH3OH,2）帶負電荷的試劑，負電荷越集中，親核性越強； 中性的試劑，進攻的原子電子云密度越集中， 親核性越強。,A. 當(dāng)進攻原子為同一原子時，親核性強度與堿性一致：,RO- HO- RCO2- ROH H2O,CH3O- PhO- CH3CO2- NO2-,堿性是試劑與 質(zhì)子結(jié)合的能力； 親核性是試劑與帶 有部分正電荷的碳 原子結(jié)合的能力

8、。,當(dāng)試劑中進攻的原子不同時，試劑的親核性強度 順序與堿性有時不同：,B. 同周期的元素，電負性越大，試劑的親核性越弱， 負電荷越分散，親核性越弱：,H2N- OH- F-,C. 試劑中的進攻原子為同族原子時，原子的可極化度 越大，試劑的親核性越強：,F- Cl- Br- I-,R - O - R - S - R - Se -,D. 當(dāng)親核試劑中取代基的空間效應(yīng)較大時，則不利于 試劑接近底物分子。因此，對于試劑的親核性，取 代基的空間效應(yīng)大于其電子效應(yīng)：,堿性很強，負電荷也很集中，但由于烷基 具有較大的空間效應(yīng)，故其親核性很弱。,親核性依次減小,同理：,親核性依次減弱，堿性依次增強。,（三）離

9、去基團 (Leaving groups),離去基團帶著一對電子 離開中心碳原子，成為 負離子。,接受負電荷的能力越強，親核取代反應(yīng)速率越大。,1) 較好的離去基團是強酸的共軛堿：,共軛酸 1,共軛堿 2,共軛堿 1,共軛酸 2,強酸的共軛堿是 弱堿,重要的離去基團是 pKa 5的酸的共軛堿，如： I- 是強酸 HI的共軛堿。,TsOH,MsO-,CF3SO3- 是最好的離去基團。,2) 成鍵原子的可極化度越大，離去基團越易離去。,的溶劑解的相對速率為：,F Cl Br I,可極 化度 依次 增大,（四）溶劑效應(yīng),溶劑的性質(zhì)：,介電常數(shù) 越大， 溶劑的極性越大。,介電常數(shù)是衡量溶劑 隔離正負離子

10、的能力， 即：溶劑穩(wěn)定離子的 能力。,（ 0）, 偶極距,（ 0）,非極性溶劑：CCl4, CS2,極性溶劑,質(zhì)子型：EtOH, H2O, CH3COOH,非質(zhì)子型：THF, Et2O, DMF, DMSO, HMPT,質(zhì)子型溶劑,通過氫鍵締合,非質(zhì)子型溶劑,通過偶極與偶極相互作用,極性 溶劑可以穩(wěn)定正離子，也可穩(wěn)定負離子。,氫原子鍵合在電負性 較大的原子上。,SN 1反應(yīng)：,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。,SN 2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)速稍有 降低。,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。,在質(zhì)子型溶劑中：試劑的親核性 強度順序為：SH- CN- I- OH- N3- Br- CH3CO2- Cl - F- H2O,SN 2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 (Polar Aprotic Solvents) 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