淺談親核取代取應

1、淺談親核取代反應淺談親核取代反應 一、親核取代反應的活性 結(jié)構(gòu)對反應活性（reactivity）的影響與反應 機理有關(guān)，以下分別討論結(jié)構(gòu)對SN2和SN1反 應的影響。 22.3.1.1 SN2 對 RCH2X型化合物18個系列的親核取代的 速率數(shù)據(jù)進行的統(tǒng)計分析說明: R的位阻是決 定反應速率的主要因素。R3C-X型化合物不 起SN2反應。離去基團在橋頭碳原子上的化 合物，不發(fā)生 SN2反應，(1)與乙醇鈉一起加 熱，(2)與 Nal在丙酮溶液中加熱都不起反應 。如： O Br Br (1) (2) 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 -碳原子上的烯基或苯基使SN2反應的速 率加快。例如，烯丙基

2、氯在丙酮溶液中與 碘化鈉的反應速率為氯乙烷的33倍。分子 軌道模型的解釋是：在過渡狀態(tài)中，-碳 原子上的p軌道與雙鍵碳原子上的*(反鍵 軌道)重疊使其能量降低，見圖22.3。 H H Y X 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 二、親核取代反應中的SN1反應 SN1機理的中間體是碳正離子，能使碳正離 子穩(wěn)定性提高的因素都有利于SNl反應的進 行。 與苯環(huán)雙鍵共軛能提高碳正離子的穩(wěn)定性。 三苯氯甲烷在液體SO2溶液中能電離成三苯 甲基碳正離子和氯離子，SO2的親核性極弱 ，與碳正離子不起反應： Ph3C ClPh3C+ + Cl 苯環(huán)上給電子的取代基如：Me2N，MeO和 Me使三苯甲基正離子的穩(wěn)

3、定性提高；而吸 電子的取代基如：Cl，NO2則使三苯甲基正 離子的穩(wěn)定性降低。 二苯甲基碳正離子、芐基型碳正離子和烯丙 型碳正離子與SbF6-離子生成的鹽都可以在超 強酸中得到。有的烯丙型碳正離子可以在濃 硫酸溶液中生成。 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 能使碳正離子穩(wěn)定的因素也就能使SN1反應 加速.例如 ROTs + EtOH 25 C o ROEt + TsOH R Me2CH CH2=CHCH2 PhCH2 Ph2CH Ph3C 相對反應速率 0.69 8.6 100 105 1010 氯甲醚的水解活性很大。MeOCH2+ SbF6 -可 以在超強酸中制得，ROCH2X, RSCH2

4、X, R2NCH2X等化合物在SN1反應中的活性都大 于R3CX。 正電荷在橋頭碳上的碳正離子雖然不能達到 平面構(gòu)型，但仍可以在超強酸中生成。例如 ： SbF6 OTs TsO k = 4 x10-17s-1 k = 3 x 10-6s-1 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 ?；颊x子的穩(wěn)定性與叔丁基碳正離子相 近，但由于共振效應，正電荷分散到氧上， 親電能力不強，RCOX的反應一般是先加成 后消除。 RCORCO 乙烯基碳正離子的穩(wěn)定性很低，只在離去基 團離去傾向極強時才發(fā)生溶劑解。例如： AcOH CC H Me OAc Me CC H Me OAc Me CC H Me OSO2CF3

5、 Me MeHCCCH2MeCCMe+ + 5%77% 1% 16% 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 三、親核指數(shù) 在甲醇溶液中25C下測定碘甲烷與各種親核 試劑的SN2反應的速率常數(shù) knu并與碘甲烷與 甲醇反應的速率常數(shù)比較，可以算出親核試 劑的親核指數(shù)(nucleophilic constant)。 MeOHNO3 F MeCO2 ClMe2SNH3N3 PhO n0.01.52.74.34.45.35.55.85.8 Br MeO HO Et3NCN I NO2 PhS n5.86.36.56.76.77.47.89.9 用相似的方法得到的SN2親核性次序(質(zhì)子溶 劑)為：RSArS

6、I CN OH N3 Br ArO Cl 吡啶 AcO H2O 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 四、親核性和堿性 一種試劑作為親核試劑是指供電子給碳原子一種試劑作為親核試劑是指供電子給碳原子 ，親核性表示它對反應速率的影響，是動力，親核性表示它對反應速率的影響，是動力 學問題；而作為堿是提供電子給質(zhì)子，堿性學問題；而作為堿是提供電子給質(zhì)子，堿性 表示它對平衡位置的影響，是熱力學問題表示它對平衡位置的影響，是熱力學問題。 因此，一個試劑的堿性強，它的親核性不一 定同樣強。例如，N3, PhO和Br的親核指 數(shù)都是5.8，而它們的共軛酸的pKa卻分別為 4.74, 9.87和7.7。不過進攻原子

7、相同的一系 列試劑，它們的親核性的大小次序與堿性大 小是平行的，如MeO PhO AcO NO3，進攻原子在周期表中位于同一周期， 親核性的次序也與堿性平行。例如，一些試 劑的親核性次序為: NH2RO OH R2NHArONH3吡啶FH2OClO4； R3CR2NROF。試劑如果是帶負電 荷的離子，它的親核性一定比其共軛酸強。 例如，OH H2O，NH2 NH3，RO ROH，RS RSH。 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 例如下列三個親核試劑與芐氯進行親核取代 ，變換苯環(huán)上的取代基，它們的堿性與親核 性是一致的。它們的親核性與堿性成線性關(guān) 系。 NNN S HH Y Z YZ Y Z 五

8、、溶劑對親核性的影響 鹵離子的親核指數(shù)分別為：F, 2.7; Cl, 4.4; Br,5.8; I, 7.4；而它們的共軛酸的pKa分別 為: HF, 3.45; HCl, 5.7; HBr, 7.7; HI, 10.7 。即親核性次序正好與堿性相反。主要原因 是：在溶液中它們被溶劑分子包圍，特別是 在質(zhì)子溶劑中更能生成氫鍵。例如： 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 HOHFHOH HOH HOH F和Cl體積小電荷集中，包圍的溶劑分子更 多，Br和I體積大，電荷分散，包圍的溶劑 分子較少；在親核進攻中必須先破壞溶劑層 , 才能達到過渡狀態(tài), 所需能量反映到活化能 中, 使活化能升高, 反應速

9、率變慢, 特別是在 質(zhì)子溶劑中, 由于能生成氫鍵, 差別就更顯著 。因此，親核性次序為 IBr ClF。 DMF溶液中包圍負離子的溶劑分子少，親核 性次序為ClBrI. 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 親核取代反應是化學反應中最基本的反應，親核取代反應是化學反應中最基本的反應， 深刻理解其機理可以幫助在研發(fā)過程中提深刻理解其機理可以幫助在研發(fā)過程中提 高反應收率，起到事倍功半的效果。高反應收率，起到事倍功半的效果。 望各位學員在課后繼續(xù)深入學習，以最大望各位學員在課后繼續(xù)深入學習，以最大 程度的掌握反應的實質(zhì)，有益于以后的研程度的掌握反應的實質(zhì)，有益于以后的研 發(fā)工作。發(fā)工作。 Thanks

10、! 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 二、親核取代反應中的SN1反應 SN1機理的中間體是碳正離子，能使碳正離 子穩(wěn)定性提高的因素都有利于SNl反應的進 行。 與苯環(huán)雙鍵共軛能提高碳正離子的穩(wěn)定性。 三苯氯甲烷在液體SO2溶液中能電離成三苯 甲基碳正離子和氯離子，SO2的親核性極弱 ，與碳正離子不起反應： Ph3C ClPh3C+ + Cl 苯環(huán)上給電子的取代基如：Me2N，MeO和 Me使三苯甲基正離子的穩(wěn)定性提高；而吸 電子的取代基如：Cl，NO2則使三苯甲基正 離子的穩(wěn)定性降低。 二苯甲基碳正離子、芐基型碳正離子和烯丙 型碳正離子與SbF6-離子生成的鹽都可以在超 強酸中得到。有的烯丙型

11、碳正離子可以在濃 硫酸溶液中生成。 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 能使碳正離子穩(wěn)定的因素也就能使SN1反應 加速.例如 ROTs + EtOH 25 C o ROEt + TsOH R Me2CH CH2=CHCH2 PhCH2 Ph2CH Ph3C 相對反應速率 0.69 8.6 100 105 1010 氯甲醚的水解活性很大。MeOCH2+ SbF6 -可 以在超強酸中制得，ROCH2X, RSCH2X, R2NCH2X等化合物在SN1反應中的活性都大 于R3CX。 正電荷在橋頭碳上的碳正離子雖然不能達到 平面構(gòu)型，但仍可以在超強酸中生成。例如 ： SbF6 OTs TsO k = 4 x10-17s-1 k = 3 x 10-6s-1 淺談親核取代反應淺談親核取代反應 酰基碳正離子的穩(wěn)定性與叔丁基碳正離子相