鄰基參與反應機理及其特點_鄰基參與反應機理

1、鄰基參與反應機理及其特點_鄰基參與反應機理摘 要：鄰基參與是親核取代機理的重要組成部分。分析鄰基參與反應的特點和機理，對于研究和推測親核取代反應的反應方向、反應活性、產(chǎn)物的結構和構型等方面都具有重要意義。關鍵詞：鄰基參與；親核取代反應；反應歷程在親核取代反應中，反應物分子中的取代基對反應中心的影響，除了通過誘導效應、共軛效應和空間效應等影響外，還能夠部分或完全地與反應中心成鍵，形成中間體或過渡態(tài)，從而影響整個反應的反應速率、產(chǎn)物的構型和結構等。例如（S）-2-溴丙酸鹽在堿性條件下水解，可以得到100的構型不變的產(chǎn)物，即（S）-2-羥基丙酸鹽1，其反應機理可表示如下：象這種在親核取代反應中，反應

2、物離去基團的鄰位(或更遠處)上有一帶有未共用電子對或負電荷的原子或原子團參與了反應，從而對該反應的反應速率和立體化學等產(chǎn)生很大影響的作用，叫做有鄰近基團參與的親核取代反應，簡稱為鄰基參與反應(或鄰基效應)。常見的鄰近基團有三類：(1)帶有未共用電子對的基團：-COOR、-0H、-SH、-NH2、-NHR、-NR 、NHC0R、-CI、-Br、-I；(2)帶負電荷的基團：-C00-、-0-、-S-；(3)含有兀鍵的基團：、>C=CC=O和苯基等。鄰基參與反應的歷程分為二步：第一步是反應物的鄰基Z從反面進攻-碳原子，將離去基團L推出，形成中間體，構型轉化一次，為分子內的SN2反應；第二步是外

3、部的親核試劑Nu-從Z的反面進攻中間體，將Z推回，構型又轉化一次，再發(fā)生一次分子內SN2反應。其結果是：該類反應總的來說屬于SN1反應，產(chǎn)物的構型保持不變，鄰基參與反應的歷程可用下面通式表示：1 鄰基參與反應的主要類型1.1 含雜原子鄰近基團參與反應含雜原子基團如：-COOR、-0H、-SH、- NH2、-NHR、-NR 、NHC0R、-CI、-Br、-I等，作為鄰基可借助于雜原子上的負電荷或未共用電子對同中心碳原子作用而參與親核取代反應。有于該類型反應是具有未共用電子對(即非鍵電子，用n表示)或帶負電荷的原子或原子團的鄰基參與親核取代反應的歷程，故又稱為n-參與歷程2。前面所述的(S)-2-

4、溴代丙酸鹽在堿性條件下水解反應就是這種歷程。例如：HBr與蘇式 3-溴-2-戊醇或L-3-溴-2-丁醇反應都能形成蘇式D和L的2，3-二溴丁烷的外消旋體。該反應的反應物與產(chǎn)物的構型保持不變。首先，鄰基-Br參與了反應，形成了一個對稱的溴離子中間體；然后，親核試劑Br-對三元環(huán)中兩個碳原子進攻的機會是相同的，即得到一對等量的對映體組成的外消旋體。其反應歷程如下：1.2 鄰近雙鍵和芳基參與反應含鍵的C=C、C=O和含共軛鍵的芳環(huán)也可作為鄰近基團參與親核反應，該類反應歷程叫-參與歷程3。反-7- 原冰片烯基對甲苯磺酸酯進行乙酸解時，碳碳雙鍵作為鄰基參與反應，生成了非經(jīng)典碳正離子中間體就是這種歷程。在

5、對甲苯磺酸-3-苯基-2-丁酯的醋酸解反應中，如果用L-蘇式異構體作反應物，則所得產(chǎn)物為一對等量的L-蘇式醋酸脂對映體組成的外消旋體；如果用L-赤式異構體作反應物，則所得產(chǎn)物為具有光學活性的L-赤式醋酸脂，顯然是芳環(huán)上的鍵作為鄰基參與了反應的結果：1.3 鄰近鍵參與反應鍵參與反應的典型例子是典型例子是環(huán)丙基的參與作用。脂環(huán)烴的化學性質類似于烯烴，烯烴中的碳一碳雙鍵能夠發(fā)生鄰基參與反應，脂環(huán)烴中的環(huán)丙也可作為鄰近基團參與親核取代反映。例如：Hart等人發(fā)現(xiàn)-三環(huán)丙基氯乙烷在堿性條件下的水解反應就是該歷程。這是因為環(huán)丙基的彎曲鍵作為鄰基進攻碳正離子，與碳正離子的空的P軌道發(fā)生共軛效應而使碳正離子趨

6、于穩(wěn)定，接著，-OH 進攻碳正離子，發(fā)生水解反應。2 鄰基參與反應的特點2.1 反應速率加快大量實驗事實表明,有鄰基參與的取代反應速度比相應的沒有參與的類似反應速度快。由于鄰近基團的參與，使鄰基參與的親核取代反應比由外來親核試劑Nu-進攻的親核取代反應要快。雖然有些鄰近基團的親核能力沒有外來親核試劑Nu-，的親核能力強，但是外來親核試劑Nu-必須與反應物進行有效碰撞才能發(fā)生反應，而鄰近基團與被進攻的反應中心碳原子在同一分子中，并處于適當?shù)倪M攻位置，因此，其“有效濃度”極高，易發(fā)生有效碰撞，致使反應速率加快。例如：前面所述的反-7-原冰片烯基對甲苯磺酸酯的乙酸解速率要比順-7-原冰片烯基對甲苯磺

7、酸酯的乙酸解快10倍，而且反式乙酸解產(chǎn)物構型保持不變，順式產(chǎn)物則發(fā)生構型翻轉這是因為順-7-原冰片烯基對甲苯磺酸酯無鄰基參與作用，不能生成非經(jīng)典碳正離子，而反-7- 原冰片烯基對甲苯磺酸酯進行乙酸解時，碳碳雙鍵作為鄰基參與反應，生成了非經(jīng)典碳正離子中間體，所以大大提高了反應的速率。而,""-二氯代硫醚（俗名芥子氣）比一般氯代物水解速度快1011倍，在該反應中，官能團-CI的鄰基中的硫原子帶著其孤對電子進攻它鄰近的a-碳碳原子，推出氯負離子，形成三元環(huán)硫離子中間體。然后水進攻三元環(huán)硫離子中間體，脫去H+后得到水解產(chǎn)物。2.1 產(chǎn)物構型保持不變在鄰基參與反應（前述的HBr與蘇式

8、 3-溴-2-戊醇或L-3-溴-2-丁醇反應都能形成蘇式D和L的2，3-二溴丁烷的外消旋體），產(chǎn)物構型和反應物構型保持不變，其原因是該反應的反應歷程不同于單純的SN1和SN2歷程。而是反應物分子發(fā)生了兩次分子內的SN2反應。而SN2反應的立體化學特征是產(chǎn)物構型完全翻轉，兩次翻轉的結構的結果正好是構型不變。2.3 導致重排現(xiàn)象從前面鄰基參與反應歷程的第二步可以看出，親核試劑Nu-可以進攻與離去基團L相連的中心碳原子，也可以進攻與鄰近基團Z相連的碳原子，且向兩個方向進攻機會幾乎是相等的。所以，在反應過程中除了得到正常的取代物外，還常常得到重排產(chǎn)物。例如：(CH3)2NCH2CH2Cl在堿性條件下水

9、解，可以得到(CH3)2NCH2CH2OH 和重排產(chǎn)物(CH3)2NCH(OH)CH3，其反應歷程為：2.4 導致環(huán)狀化合物的生成在鄰基參與反應所形成的環(huán)狀過渡態(tài)或中問體中，不同的鄰基參與反應可得到不同的環(huán)狀化合物，如環(huán)醚、碳環(huán)化合物、硫代環(huán)醚、內酯、環(huán)狀酸酐酰胺和雜環(huán)化合物等，在有機合成中得到了廣泛應用。例如：BrCH2CH2OH在堿性條件下反應分別生成環(huán)氧乙烷6。綜上所述，鄰基參與反應有:n-參與、-參與和-參與三種基本類型。其主要特點是：使反應速率加快、產(chǎn)物的構型保持不變、導致重排現(xiàn)象和環(huán)狀化合物的生成。通過以上對鄰基參與反應類型和特點的分析，對于研究和推測有些親核取代反應的反應速率、反應歷程(SN2或SN1)、產(chǎn)物的構造和構型以及指導有機合成等都具有重要意義，同時，鄰基參與反應的特點也是判斷某一個反應是否是鄰基參與反