淺談親核取代取應

1、LOGO天然藥物化學室天然藥物化學室二零一五年七月二零一五年七月淺談親核取代取應淺談親核取代取應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)構對反應活性（reactivity）的影響與反應機理有關，以下分別討論結(jié)構對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：OBrBr(1)(2)淺談親核取代反應淺談親核取代反

2、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。HHYX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

3、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 + EtOH25 CoROEt + TsOHR 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, R2NC

4、H2X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型，但仍可以在超強酸中生成。例如：SbF6OTsTsOk = 4 x10-17s-1k = 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：AcOHCCHMeOAcMeCCHMeOAcMeCCHMeOSO2CF3MeMeHCCCH2MeCCMe+5%77%1%16%淺談親核取代反應淺談親核

5、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 n0.01.52.74.34.45.35.55.85.8Br 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：RSArSI 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

6、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

7、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 OHR2NHArONH3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系。NNNSHHYZYZYZ五、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

8、.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HOHFHOHHOHHOHF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