第4章 饱和碳原子上亲核取代反应2(第二部分)

溶剂的分类
0） （偶极距μ≠ 0）
质子溶剂、偶极、 质子溶剂、偶极、非极性溶剂
质子性溶剂都是极性的溶剂 EtOH, H2O, CH3COOH 极性（偶极）溶剂 极性（偶极） 非质子性溶剂 0） （μ≠ 0） 非极性溶剂 CCl4,CS2,苯 苯 （μ＝ 0）
SN 1反应： 反应： 反应
极性溶剂对S 反应有利 极性溶剂对 N1反应有利
_ δ O C H δ+ N(CH3)2
_ δ O S + H3C δ CH3 CH3CH2 _ Oδ
+ δ H
非质子性极性溶剂
极性质子性溶剂
极性非质子型溶剂 (Polar Aprotic Solvents) Nu:形成氢键 不能使亲核试剂溶剂化， 形成氢键， 不能与 Nu:形成氢键，不能使亲核试剂溶剂化， 使裸露的负离子作为亲核试剂， 使裸露的负离子作为亲核试剂，具有较高的反 应活性。 应活性。 反应常在极性非质子型溶剂中进行 常在极性非质子型溶剂中进行。 SN2反应常在极性非质子型溶剂中进行。
R
+Z
一
C R | C R R
R
+ L-
第
二
步
+Z
R C R | C R R Nu:
-
:Z C R | R C Nu R
经过两次S 反应, 总结果是构型保持 经过两次SN2反应, 总结果是构型保持
具有杂原子参与作用的基团有： 具有杂原子参与作用的基团有：
COO- 、 OCOR、COOR、COAr、OR、OH、 、 、 、 、 、 O-、NH2、NHR、NR2、NHCOR、SH、SR、 、 、 、 、 S-、I、 Br、 Cl 、 、
卤素作为邻基参与的能力大小次序一般为 I > Br > Cl，这与原子的亲核性和可极化 ， 性大小顺序是一致的。 电负性太强， 性大小顺序是一致的 。 F 电负性太强 ， 不 易给出电子，亲核性和可极化性太小， 易给出电子，亲核性和可极化性太小，一 般不发生邻基参与作用。 般不发生邻基参与作用。
邻基参与作用形成的中间体是稳定的或由于其它方 若邻基参与作用形成的中间体是稳定的或由于其它方 式而稳定，亲核试剂Nu 亲核进攻能力不足时， 式而稳定，亲核试剂Nu－亲核进攻能力不足时，只能 形成环状产物。这是简单的分子内S 反应。 形成环状产物。这是简单的分子内SN2反应
R
L]
卤负离子溶剂化程度： 卤负离子溶剂化程度：F- > Cl- > Br- > I卤负离子亲核性顺序： I- > Br -> Cl- > F卤负离子亲核性顺序：
在质子性溶剂中， 在质子性溶剂中， 半径越小的离子越 半径越小的离子越 容易被溶剂化
常见的非质子型极性溶剂有： 常见的非质子型极性溶剂有：
成环的S 反应 成环的 N2反应
Br CH2 .. NH2
SN2 +
NH2 + Br-
-HBr
NH
Br CH 2 .. OH
S N2 +
+ Br -
OH
-H +
O
V三元环 > V四元环> V五元环 > V六元环
(b)π参与作用 (b)π参与作用
C=Cπ键、C=O π键也有邻基参与作用， 键 键也有邻基参与作用， 键也有邻基参与作用 如反-7-降冰片烯基对甲苯磺酸酯的乙酸解 由于π参 降冰片烯基对甲苯磺酸酯的乙酸解， 如反 降冰片烯基对甲苯磺酸酯的乙酸解，由于 参 反应速率比相应的饱和酯快10 与，反应速率比相应的饱和酯快 11倍，且产物构型保 持。
极性溶剂对S 反应影响较为复杂 极性溶剂对 N2反应影响较为复杂
在质子型溶剂中：亲核试剂与溶剂形成氢键， 在质子型溶剂中：亲核试剂与溶剂形成氢键，由此降低 了试剂的亲核性，不利于反应进行。 了试剂的亲核性，不利于反应进行。
H O H :X:H H H O H O O H H
Nu:- + R-L
[ Nu
CH3CH2CH2Br + NaCN
CH3CH2CH2CN + NaBr
5. 邻基参与作用
当离去基团的β 当离去基团的β、γ、δ或ω位有未共用电子 双键、苯环或三元环基团时， 对、双键、苯环或三元环基团时，它们作为基 团参与了亲核取代反应，发生了分子内参与反 团参与了亲核取代反应， 应的现象。 应的现象。 若分子内的基团在离去基团的β 若分子内的基团在离去基团的β位从而影响反 应的进行，这种现象称为邻基参与作用。 应的进行，这种现象称为邻基参与作用。 主要包括杂原子 参与作用 主要包括 杂原子参与作用 、 π键 参与作用 、 三 杂原子 参与作用、 键 参与作用、 元环参与作用 参与作用。 元环参与作用。
O HC N CH3 CH3
O CH3 S CH3 N
O P N N
六甲基磷酰胺 HMPT（HMPA) HMPT（HMPA) (Hexamethyl (Dimethylformamide) (Dimethylsulfoxide) phosphorictriamide) 二甲亚砜 DMSO
NN, N-二甲基甲酰胺 DMF
(a) 杂原子参与作用
化合物的分子中具有未共用电子对的基团 化合物的分子中具有未共用电子对的基团位于 未共用电子对的基团位于 离去基团的β位置或更远时 位置或更远时， 离去基团的 位置或更远时 ， 此化合物在取代 反应过程中构型保持。 反应过程中构型保持。
第 步
R :Z C R | R C L R
溶剂对反应影响的规律
质子溶剂对S 反应有利， 1 质子溶剂对SN1反应有利，对SN2的影响要作具体分析 。 偶极溶剂对S 反应有利。（相对于S 质子溶剂而言） 2 偶极溶剂对SN2反应有利。（相对于SN1、质子溶剂而言） 。（相对于 非极性溶剂对S 反应都不利(RX不溶于非极性溶剂）。 (RX不溶于非极性溶剂 3 非极性溶剂对SN1、 SN2反应都不利(RX不溶于非极性溶剂）。 SN1 SN2 RX—[R·······X ] Nuδ+ δ‡
R+ + Xδδ‡
+ RX —[Nu ······· R·······X ]
NuR + X-
质子型溶剂与非质子型溶剂对反应的影响： 质子型溶剂与非质子型溶剂对反应的影响： 反应的影响
CH3I + NaN3
溶剂 DMF CH3OH
k2
CH3N3 + NaI
k2
3 × 103 3 × 10-2
问题：下列反应在哪种溶剂中易于进行， 还是CH 问题：下列反应在哪种溶剂中易于进行，是DMF还是 3OH? 为什 还是 ? 么？
ii
R-OH
H+
R-OH2
+
R+ + H2O
类似的基团有： 、 类似的基团有：OR、NH2、SR
（四）溶剂效应
溶剂的性质： 溶剂的性质：
介电常数是衡量溶剂隔离正负离子的能力， 介电常数是衡量溶剂隔离正负离子的能力，即：溶剂稳定离 是衡量溶剂隔离正负离子的能力 子的能力。 子的能力。 越大，溶剂的极性越大。 介电常数 ε越大，溶剂的极性越大。
H OCOC6H4NO2-p p-O2NC6H4OCO H
(II) (I)
的溶剂解速率比化合物（ （Ⅰ）的溶剂解速率比化合物（Ⅱ）的溶剂解速 率快10 率快1014倍。
H
OBs
BsO
H
BsO
H
(III)
(IV)
(V)
化合物（ 的溶剂解速率比化合物（ 大约快5 化合物（Ⅳ）的溶剂解速率比化合物（Ⅴ）大约快5 倍 ， 而化合物（ Ⅲ ） 的溶剂解速率比化合物（ Ⅴ ） 而化合物 （ 的溶剂解速率比化合物 （ 慢3 倍。 由此可以看出： 由此可以看出：只有当环丙基位于适当位置时才起 邻基参与作用，有时甚至比双键更有效。 邻基参与作用，有时甚至比双键更有效。
（三）离去基团 (Leaving groups)
SN1 -
C L
SN2
C
+
L
Nu:
Nu C
+ L
离去基团的离去能力越强， 反应越有利。 离去基团的离去能力越强，对SN1和SN2反应越有利。 和 反应越有利
较好的离去基团是强酸的共轭碱： 1) 较好的离去基团是强酸的共轭碱：
A H+B
A +B H
强酸的共轭 碱是弱碱
δ
R L
[R-
Nu
NuR
极性溶剂可以稳定正离子，也可稳定负离子。 极性溶剂可以稳定正离子，也可稳定负离子。
一个中性化合物离解为两个带电荷的离子， 一个中性化合物离解为两个带电荷的离子， 溶剂极性的提高，将稳定正碳离子， 溶剂极性的提高，将稳定正碳离子，使SN1反 应速率加快。 应速率加快。
共轭酸 1 共轭碱 2 共轭碱 1 共轭酸 2
的酸的共轭碱， 重要的离去基团是 pKa < 5的酸的共轭碱，如： 的酸的共轭碱 I- 是强酸 HI的共轭碱。 的共轭碱。 的共轭碱 离去基团碱性越弱， 离去基团碱性越弱，越易离去
酸性： 酸性：HF < HCl < HBr < HI, 碱性： 碱性： F- > Cl- > Br - > I-
讨
论
1 硫酸根、硫酸酯的酸根、磺酸根为什么是好的离去基团？ 硫酸根、硫酸酯的酸根、磺酸根为什么是好的离去基团？
O CH3
S
O
O-
氧上的负电荷可以通过硫离域到整个酸根上， 氧上的负电荷可以通过硫离域到整个酸根上，从而 使负离子稳定，所以负离子易离去。 使负离子稳定，所以负离子易离去。
2 怎样使羟基转变成一个好的离去基团？ 怎样使羟基转变成一个好的离去基团？
H OTs TsO H H OTs