第六章 脂肪族亲核取代反应反应
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第六章 脂肪族饱和碳原子亲
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
b- 消除根据其消除的机理分为： 单分子消除反应(unimolecular elimination)； 双分子消除反应(bimolecular elimination)； 单分子共轭碱消除反应(unimolecular elimination through conjugate base)
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
当按照Zaitsev规则反应产物不止一个立体异构体的时候，E2反应具有立体选择性，主要 产物是大基团处于反式位置
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(2) b-消除—E2反应—立体选择性
卤代环烷烃 E2 反应时，也遵循Zaitsev规则和立体选择性。即，被消除的基团必须处于 反式共平面位置
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—电子效应
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—电子效应
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—影响因素—烷基结构
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
b- 消除根据其消除的机理分为： 单分子消除反应(unimolecular elimination)； 双分子消除反应(bimolecular elimination)； 单分子共轭碱消除反应(unimolecular elimination through conjugate base)
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
当按照Zaitsev规则反应产物不止一个立体异构体的时候，E2反应具有立体选择性，主要 产物是大基团处于反式位置
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(2) b-消除—E2反应—立体选择性
卤代环烷烃 E2 反应时，也遵循Zaitsev规则和立体选择性。即，被消除的基团必须处于 反式共平面位置
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—电子效应
第六章 脂肪族饱和碳原子亲核取代反应 b-消除
(1) 亲核取代—电子效应
脂肪亲核取代反应和消除反应
脂肪亲核取代反应和消除反应
脂肪亲核取代反应和消除反应是有机化学中两种常见的反应类型。它们在合成有机化合物和调控分子结构方面都具有重要的意义。下面
将详细介绍这两种反应的原理、机理和应用。
一、脂肪亲核取代反应
脂肪亲核取代反应是指一个亲核试剂与一个电子不足的亲电试剂
反应，以形成一个新的化学键的过程。它的原理可以归纳为以下几点：
1.亲核试剂：亲核试剂具有孤对电子或自由基的特性，可以与电
子不足的亲电试剂发生反应。常见的亲核试剂包括氨、水、醇、酚、
醚等。
2.亲电试剂：亲电试剂是指具有正电荷、部分正电荷、或含有亲
电性官能团的化合物。亲电试剂可以提供一个带正电荷的中心原子或
原子团，使其与亲核试剂发生反应。
3.当亲电试剂与亲核试剂接近时，电子密度会发生改变，使得亲
电试剂中带有正电荷的原子更容易与亲核试剂的孤对电子或自由基结合。
脂肪亲核取代反应的机理有多种类型，包括S_N2、S_N1、E1、E2等。其中S_N2和E2是比较常见和重要的类型。
S_N2反应是指亲核试剂在一个步骤中与亲电试剂发生反应，并且
亲核试剂的取代基与离开基是同时发生的。这种反应具有一定的立体
化学控制，因为亲核试剂会在空间上与亲电试剂相互作用。
E2反应也是一个一步反应，亲电试剂和亲核试剂同时发生反应，
生成的产物通常是具有双键的化合物。E2反应也具有一定的立体化学
控制，因为亲核试剂和亲电试剂通常在反应中产生空间位阻。
脂肪亲核取代反应在有机化合物的合成中具有广泛的应用。例如，它可以用于合成醇、酚、醚、胺等化合物。通过选择不同的亲核试剂
和亲电试剂，可以在分子中引入不同的官能团，从而实现有机合成的
邢其毅《基础有机化学》笔记和课后习题(含真题)详解(脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应 β-消除反应)
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第 6 章 脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应 β－消除反应
6.1 复习笔记
一、有机化孥中的电子效应 卤代烃中的碳卤键是极性共价键（polar covalent bond），共享电子对偏向于卤原子。 在碱的作用下，卤代烃可以失去 1 分子 HX 収生消除反应（elimination），在亲核试剂的作 用下，卤代烃中的卤原子可以被一个亲核试剂叏代。由于许多试剂既具有碱性又具有亲核性， 所以卤代烃的消除反应和亲核叏代反应可以并存而且会互相竞争。 醇分子中的碳氧键也是极性共价键，共享电子对偏向于氧原子，在酸的作用下，羟基氧 生成烊盐，导致碳氧键异裂，形成碳正离子。若体系中的负离子不碳正离子结合，醇収生的 是亲核叏代反应；若负离子夺叏 β-H+，醇収生的是消除反应。两种反应也可以共存而且也 会互相竞争。 有机化孥中的电子效应有诱导效应、共轭效应、超共轭效应和场效应。 1．诱导效应 诱导效应：因分子中原子或基团的极性（电负性）丌同而引起成键电子云沿着原子链向 某一方向秱动的效应。 诱导效应的特点是：①电子云是沿着原子链传递的；②其作用随着距离的增长迅速下降， 一般只考虑三根键的影响。 诱导效应一般以氢为比较标准，如果叏代基的吸电子能力比氢强，则称其具有吸电子诱
（3）若可以迚行 SN2 反应的两个原子或基团在同一分子内，这两个原子或基团又在比 较合适的位置，那么就可以収生分子内的 SN2 反应形成环状化合物。一般形成亓元环最容 易，其次是形成六元环。三元环成环时虽有张力，但两个反应基团处在相邻位置，比较接近， 因此也容易迚行反应，但其反应性小于亓、六元环。形成四元环的反应较难。
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第 6 章 脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应 β－消除反应
6.1 复习笔记
一、有机化孥中的电子效应 卤代烃中的碳卤键是极性共价键（polar covalent bond），共享电子对偏向于卤原子。 在碱的作用下，卤代烃可以失去 1 分子 HX 収生消除反应（elimination），在亲核试剂的作 用下，卤代烃中的卤原子可以被一个亲核试剂叏代。由于许多试剂既具有碱性又具有亲核性， 所以卤代烃的消除反应和亲核叏代反应可以并存而且会互相竞争。 醇分子中的碳氧键也是极性共价键，共享电子对偏向于氧原子，在酸的作用下，羟基氧 生成烊盐，导致碳氧键异裂，形成碳正离子。若体系中的负离子不碳正离子结合，醇収生的 是亲核叏代反应；若负离子夺叏 β-H+，醇収生的是消除反应。两种反应也可以共存而且也 会互相竞争。 有机化孥中的电子效应有诱导效应、共轭效应、超共轭效应和场效应。 1．诱导效应 诱导效应：因分子中原子或基团的极性（电负性）丌同而引起成键电子云沿着原子链向 某一方向秱动的效应。 诱导效应的特点是：①电子云是沿着原子链传递的；②其作用随着距离的增长迅速下降， 一般只考虑三根键的影响。 诱导效应一般以氢为比较标准，如果叏代基的吸电子能力比氢强，则称其具有吸电子诱
（3）若可以迚行 SN2 反应的两个原子或基团在同一分子内，这两个原子或基团又在比 较合适的位置，那么就可以収生分子内的 SN2 反应形成环状化合物。一般形成亓元环最容 易，其次是形成六元环。三元环成环时虽有张力，但两个反应基团处在相邻位置，比较接近， 因此也容易迚行反应，但其反应性小于亓、六元环。形成四元环的反应较难。
高等有机第六章芳环上的亲电和亲核取代反应
m% p%
3 2 37 29
2、空间效应越大，对位产物越多：
C(CH3)3 H2SO4 C(CH3)3
100 %
SO3H
3、极化效应 例如，卤苯进行硝化反应时：
X
X o% p% m% F 12 88 0 Cl 30 69 1 I 32 60 8
X 具有－I效应，使邻位的电子云密度降低。
F Cl Br I
Cl O O
与氯苯相似的还有氟苯、溴苯、碘苯。
2. 间位定位基对苯环的影响
以硝基苯为例： 由于N、O的电负性大于碳，诱导效应 使芳环上电子云密度降低，用“－I”表示。 从共轭效应看，硝基有一个 π 4 键，当它 3 与苯环相连时，就与苯环的大键发生－ 10大共轭体系。在这个大共轭 共轭，形成 π9 体系中，由于氧的电负性较大，使共轭体系 中电子云向氧一边偏移，表现为吸电子性。 用“－C”表示。总的结果是：诱导和共轭 方向一致，都使苯环电子云密度降低。亲 电取代比苯更难。 与硝基苯相似的还有 苯磺酸、苯甲酸、苯甲腈等。
C 为 sp3
CH3
H
2 3 电负性 sp >sp
C 为 sp
2
H
C
H
具有σ —π 共轭 有 + C 效应
电荷移向苯环 甲基具有 + I δ
δ δ
在共轭体系中，电子云的传递是交替极化，即使甲基的 邻位和对位上电子云密度增加的更多些，量子化学计算,甲 苯中各碳上电子云密度分布如图。所以亲电试剂主要进攻邻 位和对位。
基础有机化学第3版 邢其毅 第6章饱和碳原子上的亲核取代反应和消除反应
一、双分子亲核取代反应（SN2）
1. SN2反应的立体化学
H HO - + H H Br HO H H HO H H + Br H H Br
(补 )
C6H13 HO - + H3C H Br C6H13 H HO CH3 Br HO C6H13 H + Br CH3
(R)－
(S)－
反应中发生了构型翻转(Walden转换)。
二、共轭效应(P244~245)
1. 共轭体系： 单双键交替出现的体系。
+
C=C–C=C–C=C
- 共轭
C=C–C
C=C–C
p - 共轭
2. 定义：在共轭体系中，由于原子间的一种相互影 响而使体系内的电 子（ 或p电子）分布发生变化的 一种电子效应。 CH2＝CH－CH＝CH－CH＝CH－C≡N
R-Br + H2O
甲酸
R-OH + HBr
R:
V相对 结论
CH3
1 CH3X S N2
CH3CH2
1.7 RCH2X S N2
(CH3)2 CH
45 R2CHX SN1 ， SN2
(CH3)3 C
108 R3CX SN 1
几种特殊结构的情况分析
*1. 溴代新戊烷的亲核取代
CH3 CH3CCH2Br CH3 (1) CH3
邢其毅《基础有机化学》(第3版)(上册)课后习题-脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应 β-消除反应(
（ⅰ） （ⅱ） （ⅲ） （iv） 习题 6-2 请分析下列画线基团的电子效应，并用箭头表示。
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解：
习题 6-3 比较下列碳正离子的稳定性，由大到小顺序列出：
解：
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习题 6-7 下列各组中，哪一个化合物更容易发生分子内的 SN2 反应？请按成环反应的 难易排列顺序。
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解：成环反应由易到难的顺序为： （i） 离去基团的离去能力不同，I-最易离去，Br-其次，Cl-最不易离去。 （ii） 五元环的键角和正常键角比较接近，成环时张力小，过渡态势能低，活化能也低，反应 也快，所以五元环最移形成；三元环成环时虽有张力，但两个反应基团处在相邻位置，比较 接近，因此也容易进行反应，其反应性小于五元环；四元环键角偏离正常键角较多，张力大， 很难进行成环反应。 （iii） 反应位阻不同，位阻越小，反应越易进行。
（iii）可以发生，因为
是好的离去基团；
（v）可以发生，为可逆反应，因为 I-是好的离去基团，同时又是好的亲核试剂，而 N
（CH3）3-也是好的亲核试剂；
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解：
习题 6-3 比较下列碳正离子的稳定性，由大到小顺序列出：
解：
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习题 6-7 下列各组中，哪一个化合物更容易发生分子内的 SN2 反应？请按成环反应的 难易排列顺序。
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解：成环反应由易到难的顺序为： （i） 离去基团的离去能力不同，I-最易离去，Br-其次，Cl-最不易离去。 （ii） 五元环的键角和正常键角比较接近，成环时张力小，过渡态势能低，活化能也低，反应 也快，所以五元环最移形成；三元环成环时虽有张力，但两个反应基团处在相邻位置，比较 接近，因此也容易进行反应，其反应性小于五元环；四元环键角偏离正常键角较多，张力大， 很难进行成环反应。 （iii） 反应位阻不同，位阻越小，反应越易进行。
（iii）可以发生，因为
是好的离去基团；
（v）可以发生，为可逆反应，因为 I-是好的离去基团，同时又是好的亲核试剂，而 N
（CH3）3-也是好的亲核试剂；
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大学有机化学第六章.
十、重要的卤代烃 2、四氯化碳 四氯化碳为无色液体，有特殊气味。四氯化碳 对许多有机物有良好的溶解性，其主要用作合成原 料和溶剂，又常用作干洗剂，因其不燃，使用比较 安全。其蒸汽比空气重，不导电。其蒸汽可把燃烧 物体覆盖，使之与空气隔绝而达到灭火的效果，适 用于扑灭油类和电源附近的火灾。
十、重要的卤代烃 3、氯乙烯
(2.4-D)
聚氯乙烯
产量较大的通用高分子材料
前
言来自百度文库
一、命名
一、命名
CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3 CH3 Cl
3- 甲基 -5- 氯庚烷 3- 氯 -5- 甲基庚烷 × 4- 甲基 -2- 氯己烷
CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH3 Cl CH3
CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH3 Br Cl
CH3 CH3 C CH3 Br
E2 C2H5ONa 25 ℃ C2H5OH SN2 25 ℃
CH3 CH3 C CH3 CH2 93% 7% CH3 C OC 2H5 CH3
八、多卤代烷的性质 一般地说，同一个碳原子上堆集卤素时，由于
卤素吸电子的相互影响，使C-X键极性减少，活性明
显降低。这种卤代烷一般很稳定。例如水解反应时， 氯原子的活泼性有如下次序：CH3Cl > CH2Cl2 > CHCl3 > CCl4。 烷烃溴代物的化学活性次序为：CH3Br〉
脂肪族亲核取代反应2021
SN1 单分子反应
SN2 双分子反应
V = K [ R-X ] 两步反应
生成中间体碳正离子
V = K [ R-X ] [ Nu：] 一步反应 形成过渡态
构型翻转 + 构型保持 构型翻转（瓦尔登转化）
有重排产物
无重排产物
电荷集中
电荷分散
比反应物宽松
比反应物拥挤
3.SN1与离子对机理
介于SN1与SN2机理之间，叫做处于“交界状况”的反应。
第二步 亲核试剂进攻正碳离子：
R+ + Nu- 快 R Nu
溴代叔丁烷的水解
第一步：
CH3 CH3 C Br 慢
CH3
第二步：
CH2 CH3 Cδ……δBr
CH3
过渡态（1）
CH3
CH3 C
+ OH-
快
CH3
CH2 CH3 Cδ……δOH
CH3
过渡态（2）
CH3
CH3 C
+
Br-
CH3
CH3 CH3 C OH
Me H
Me H
H Me
Ph OTs
HOAc - H+
Ph OAc +
Ph OAc
Me
H
苏型
Me
H
96%为苏型
Me
H
Chapter6 脂肪族饱和碳原子上
-
RNu + ：X
-
（B）双分子亲核取代反应（SN2）
溴甲烷的碱性水解的反应速度不仅与卤烷的浓度
成正比，而且也与碱的浓度成正比： CH3-Br + OHCH3OH + Br水解 = k [CH3Br][OH-] •反应历程：
过渡态
构型相反 • 瓦尔登转化
SN2, 新键已部分 形成旧键已部分 断裂.
第二步:叔基碳正离子立即与试剂OH-或水作用生 成水解产物--叔丁醇:
• 对多步反应来说：生成最后产物的速度主要由速度 最慢的一步来决定。
• 在决定反应速度的这一步骤中，发生共价键变化的 只有一种分子，所以称作单分子反应历程。
•这种单分子亲核取代反应常用SN1来表示。
叔丁基溴水解反应的能量曲线
40%水 丙酮
CH OH
CH3
95%外消旋体 C6H13-n + HO CH3 OH
Winstein 离子对机理
RX
RX
R
X
R + X
6.7 影响亲核取代反应的因素
6.7.1 烷基结构 的影响 SN2反应进行的相 对反应速率 RBr + OH
ROH + Br
-
H H 3C
H C Br
H3C H
给电子基团：
(CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH3>H
RNu + ：X
-
（B）双分子亲核取代反应（SN2）
溴甲烷的碱性水解的反应速度不仅与卤烷的浓度
成正比，而且也与碱的浓度成正比： CH3-Br + OHCH3OH + Br水解 = k [CH3Br][OH-] •反应历程：
过渡态
构型相反 • 瓦尔登转化
SN2, 新键已部分 形成旧键已部分 断裂.
第二步:叔基碳正离子立即与试剂OH-或水作用生 成水解产物--叔丁醇:
• 对多步反应来说：生成最后产物的速度主要由速度 最慢的一步来决定。
• 在决定反应速度的这一步骤中，发生共价键变化的 只有一种分子，所以称作单分子反应历程。
•这种单分子亲核取代反应常用SN1来表示。
叔丁基溴水解反应的能量曲线
40%水 丙酮
CH OH
CH3
95%外消旋体 C6H13-n + HO CH3 OH
Winstein 离子对机理
RX
RX
R
X
R + X
6.7 影响亲核取代反应的因素
6.7.1 烷基结构 的影响 SN2反应进行的相 对反应速率 RBr + OH
ROH + Br
-
H H 3C
H C Br
H3C H
给电子基团：
(CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH3>H
饱和碳原子上的亲核取代反应
饱和碳原子上的亲核取代反应是在两分子间进行的，若亲 核试剂与离去基团处于同一分子中，也可以发生分子内的亲 核取代反应，即分子内的SN2过程.
邻基参与：亲核取代反应中，在离去基团的β位（或更远）上 有一带有未共享电子对或带有负电荷的原子或原子团以及π体 系等参与反应的现象。对亲核取代反应的速度、立体化学等都 产生很大影响。
位无取代基的伯卤代烃发生SN2反应，叔卤代烃发 生SN1反应， 位有取代基的伯卤代烃、仲卤代烃两 种反应兼而有之，并伴随着重排。
桥头原子上的亲核取代反应，不论SN1还是SN2都不 易进行。例如，1-氯-7,7-二甲基双环[2.2.1]庚烷与硝 酸银的醇液回流48h或与30%KOH醇液回流21h，氯 原子都不会被取代。
按SN 1 机理进行反应的 体系：叔卤代烷及其衍 生物和被共轭体系稳定 的仲卤代烃及其衍生物
举例1：溴代叔丁烷的水解
反应速率=[(CH3)3C-Br] 举例： -氯代乙苯的水解
三、SN 2反应机理(双分子亲核取代反应) 1.反应机理及立体化学
反应速率=k[反应底物][亲核试剂] 注意：反应速率与两种反应物浓度有关；旧键的断 裂与新键的生成同时进行；亲核试剂从中心碳原子 的背面进攻，引起手性碳原子的构型翻转,同时反应 只通过一个过渡态而无中间体生成,故不存在重排产 物。具有高度的立体选择性。
一般来说,在极性较强的溶剂(如含水的乙醇)中,叔卤烷的取 代反应是按SN1历程进行.在极性较弱的溶剂(如乙醇)中,伯卤 烷的取代反应按SN2历程进行.仲卤烷的取代反应则同时按两 种历程进行,通常以SN2为主.
邻基参与：亲核取代反应中，在离去基团的β位（或更远）上 有一带有未共享电子对或带有负电荷的原子或原子团以及π体 系等参与反应的现象。对亲核取代反应的速度、立体化学等都 产生很大影响。
位无取代基的伯卤代烃发生SN2反应，叔卤代烃发 生SN1反应， 位有取代基的伯卤代烃、仲卤代烃两 种反应兼而有之，并伴随着重排。
桥头原子上的亲核取代反应，不论SN1还是SN2都不 易进行。例如，1-氯-7,7-二甲基双环[2.2.1]庚烷与硝 酸银的醇液回流48h或与30%KOH醇液回流21h，氯 原子都不会被取代。
按SN 1 机理进行反应的 体系：叔卤代烷及其衍 生物和被共轭体系稳定 的仲卤代烃及其衍生物
举例1：溴代叔丁烷的水解
反应速率=[(CH3)3C-Br] 举例： -氯代乙苯的水解
三、SN 2反应机理(双分子亲核取代反应) 1.反应机理及立体化学
反应速率=k[反应底物][亲核试剂] 注意：反应速率与两种反应物浓度有关；旧键的断 裂与新键的生成同时进行；亲核试剂从中心碳原子 的背面进攻，引起手性碳原子的构型翻转,同时反应 只通过一个过渡态而无中间体生成,故不存在重排产 物。具有高度的立体选择性。
一般来说,在极性较强的溶剂(如含水的乙醇)中,叔卤烷的取 代反应是按SN1历程进行.在极性较弱的溶剂(如乙醇)中,伯卤 烷的取代反应按SN2历程进行.仲卤烷的取代反应则同时按两 种历程进行,通常以SN2为主.
饱和碳原子上的取代反应PPT学习教案
一. 脂肪族亲核取代反应
亲核取代反应的通式：
Nu + R L
R Nu +L-
⑴ 底物为中性，亲核试剂带着一对孤对电子：
Bu3P + CH3CH2I
Bu3P CH2CH3+ I-
⑵ 底物为中性，亲核试剂带有负电荷：
R L+Nu- R Nu + L-
PhCH2Cl + CN- PhCH2CN+Cl-
第2页/共58页
反应的立体化学与反应机理相关
（1）SN2机理：
Nu- ＋ C L
δ
δ
Nu C L
Nu C
Walden转化
由于试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子，所
以
产物发生构型转化－Walden转化。
Nu:
L
Nu
+ L-
第20页/共58页
构型
翻转
H
C6H13 C Br
NaOH SN 2
HO
C6H13 CH
CH3
CH3
H
R-2-氯代辛烷
❖以乙醚为溶剂，其极性弱，在醇与亚硫酰氯反应生成氯代亚 磺酸烷基酯和氯化氢后，大部分的氯化氢逸出，在取代反应一 步，Cl来自氯代亚磺酸烷基酯的分解，同样因为乙醚的极性弱 ，不利于电荷的分离，在离子对中，Cl带着一对电子从正面进 攻烷基正离子，得到构型保持的产物。
反应理论
已有基团的定位效应相互矛盾：一般难预测主产物，通常得到几种产 物的混合物。
已有基团属于同一类时，新进基团的位置由其中较强的定位决定。
OH OH CH3
CH 3
已有基团的定位能力的差别应足够大。否则，产物中异构体的比例将 相差无几。这在合成上是不希望的。
CH3 HNO 3 H2SO4 CH3 NO 2 CH3
3、影响亲核取代反应的因素
（1）烷基结构 影响亲核取代反应的主要因素：电子效应（诱导效应、共轭效应、超共 轭效应的综合）和空间效应。
1 80%C 2H5OH/H2O 55
HO RBr + H
Br ROH + H H3C H3C C Br H3C H3C H3C C Br
H H H3C C H C Br H
CO 2C2H5 CH2Cl
+CH2
CO 2C2H5
C2H5ONa
CO 2C2H5 CH2CH CO 2C2H5
脂肪族亲核取代反应历程有两种极限情况：单分子亲核取 代反应（SN1）和双分子亲核取代反应（SN2）。 1、 双分子亲核取代反应（SN2）
H HO H HO C H H Br H HO C H H Br + -
+ H3C
SO 3H
43％
CH3 SO 3H
+H2SO4
100℃
亲核取代反应
动力学：v
k1 [ RCl ]
k2 [ RCl ] [ CH3ONa ]
即不是SN1，也不是 SN2
R L Nu SN 2
离子化
R
+ L-
溶剂介入
RL
+ -
R +L Nu SN 1
+
-
离解的离子
Nu 紧密离子对
翻转（主要）
Nu 溶剂介入 离子对
构型翻转
转化（消旋化） （消旋化产物）
三个阶段：
⑴ 解离的正负离子形成紧密的离子对，整个离子对被溶剂化。 ⑵ 溶剂介入离子对后，正负离子被溶剂隔开。 ⑶ 离解的离子为自由离子。
Nu
1、对反应速率的影响
一般，对于给定的反应底物， Nu- 的亲核能力越强， 反应按 SN2 机理形成过渡态所需活化能越低， SN2 反应越快。
Hale Waihona Puke Baidu
2、影响Nu-亲核能力大小的因素
规律： • 带有负电荷的试剂的亲核性强于它的共轭酸：
－OH
> H2O,
CH3O- > CH3OH
• 带负电荷的试剂，负电荷越集中，亲核性越强； 中性的试剂，进攻的原子电子云密度越集中，亲核性越强。
H
C H3
C
C H3
C C H3 C H3 0.000012
相对速率： 1 0.036
6第六章--脂肪族亲核取代反应
H C6H5
R-溴代乙苯
R-α-苯乙醇
S-α-苯乙醇
Biblioteka Baidu
构型保持49%
构型反转51%
❖ 有重排（H-迁移）发生，也有消去反应发生（E1）
❖ (CH3)2CHCH2Br+I-→(CH3)3CI
影响亲核取代反应速度的因素
❖ 烃基结构的影响
电子效应 空间位阻
SN1反应活性
❖ 对SN1反应第一步生成碳正离子，如碳正离子稳定 （正电荷被分散）反应易进行。
SN1反应活性
H
HC
C
H
+H C
H
+ CH2=CHCH2
烯丙(苄)型卤 (p-π共轭，-C)
CH2 CH Cl
乙烯(芳)卤 (p-π共轭，+C)
:
+
+
CH2
Cl
❖ +I：(CH3)3CX＞(CH3)2CHX＞CH3CH2X＞CH3X
SN1反应活性
❖ 空间效应：位阻大SN1活性大（键角张大） ❖ R1R2R3CX→R1R2R3C+（键角109.5°→120°）
亲核试剂的影响
❖ 亲核试剂：对SN1反应速度影响不明显 ❖ 亲核试剂：对SN2反应速度影响很大（SN2反应：
v=k[RX][OH-]为二级反应） ❖ 影响试剂亲核性的因素：碱性、可极化性、
R-溴代乙苯
R-α-苯乙醇
S-α-苯乙醇
Biblioteka Baidu
构型保持49%
构型反转51%
❖ 有重排（H-迁移）发生，也有消去反应发生（E1）
❖ (CH3)2CHCH2Br+I-→(CH3)3CI
影响亲核取代反应速度的因素
❖ 烃基结构的影响
电子效应 空间位阻
SN1反应活性
❖ 对SN1反应第一步生成碳正离子，如碳正离子稳定 （正电荷被分散）反应易进行。
SN1反应活性
H
HC
C
H
+H C
H
+ CH2=CHCH2
烯丙(苄)型卤 (p-π共轭，-C)
CH2 CH Cl
乙烯(芳)卤 (p-π共轭，+C)
:
+
+
CH2
Cl
❖ +I：(CH3)3CX＞(CH3)2CHX＞CH3CH2X＞CH3X
SN1反应活性
❖ 空间效应：位阻大SN1活性大（键角张大） ❖ R1R2R3CX→R1R2R3C+（键角109.5°→120°）
亲核试剂的影响
❖ 亲核试剂：对SN1反应速度影响不明显 ❖ 亲核试剂：对SN2反应速度影响很大（SN2反应：
v=k[RX][OH-]为二级反应） ❖ 影响试剂亲核性的因素：碱性、可极化性、
饱和碳原子上的亲核取代机理
Nu +C L
Nu C
Nu C L 亲核取代反应
一．概说：脂肪族亲核取代反应是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子，而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去（带着一对电子来，带着一对电子去）。底物：受亲核试剂进攻的对象。Nu：是亲核试剂，带有一对孤对电子。与离去基团相连的碳原子叫做中心碳原子。
通式：R—L+Nu：R—Nu+L：
二．亲核取代的反应速率与分类：
按照机理的不同：
如果反应速率只与底物浓度有关，那么这个反应是一级反应——S N1反应。V=k[R—L]
如果反应速率除了与底物浓度有关外，还与亲核试剂的浓度有关——S N2反应。V=k[R—L][Nu：]
按照底物一亲核试剂的性质来分：1.中性底物+ 中性亲核试剂2．中性底物+ 负离子亲核体3.正离子底物+ 中性亲核体4．正离子底物+ 负离子亲核体
三.亲核取代的机理：反应速率呈现出两种情况，为了解释这两种情况，提出了两种机理——S N1，S N2。
1.S N2反应定义、机理、势能图
定义：S N2反应又叫做双分子亲核取代反应。有两种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应叫做双分子亲核取代反应。可见该定义是从动力学角度来定义的。
机理：
如图：亲核试剂从离去基团的背面进攻底物的中心碳原子，随着Nu：不断接近碳原子，Nu 上的负电荷逐渐减少到部分负电荷δ-，此时由于Nu：的不断接近C—L键不断延长L上有部分正电荷δ+，即在Nu…C键逐渐形成，C-L键逐渐裂解这时就形成了过渡态，这个过渡态由于5个原子所以很拥挤，可想该过渡态的能量很高。随着反应进行，Nu和C成键，L
亲核取代反应9
1）中性底物+负离子亲核试剂 3）正离子底物+负离子亲核试剂 2）中性底物+中性亲核试剂 4）正离子底物+中性亲核试剂
SN2反应机理
CH3CI+OH60 ° C H2O CH3OH+ClOH反 应 速 率 =k2 CH3Cl
源自文库
―2‖表示双分子控制；亲核试剂从背面进攻中心碳原子，新建形成 和旧键断裂同步进行，产物构型翻转——Walden转化
H3CO N N H3CO N N
取代基苯重氮盐在水中28℃的分解速率
取代基 OH OCH3 Ph CH3
107k1/s-1 o6.8 — 1100 3700 m9100 3400 1700 3400 p0.93 0.11 37 91
取代基 H COOH Cl NO2
107k1/s-1 o740 140 0.14 0.37 m740 410 31 0.69 p740 91 1.4 3.1
三 亲核试剂的影响
• • • 在SN1反应中，因为亲核试剂与底物的反应并不是速率决定步，且 碳正离子反应活性高，所以亲核试剂对SN1反应影响不大。 在 SN2反应中，试剂亲核能力的强弱取决于试剂的碱性和极化性两 个因素。此外，还有α-效应、体积效应。 （1）碱性和极化性 碱性强度取决于试剂与质子结合的倾向，亲核 性指与碳原子结合的倾向，它们之间有所相同，有所不同。同周期或 同一原子其亲核性与碱性相同,如： C2H5NH2 > NH3 > C6H5NH2 > p-O2NC6H4NH2 RO- > HO- > ArO- > RCOO- > ROH > H2O -NH > -OH > FR3C- > R2N- > RO- > F2 但在同族元素中， I- Br- Cl- F- (在质子溶剂) RS- ROR 3 P R3 N
SN2反应机理
CH3CI+OH60 ° C H2O CH3OH+ClOH反 应 速 率 =k2 CH3Cl
源自文库
―2‖表示双分子控制；亲核试剂从背面进攻中心碳原子，新建形成 和旧键断裂同步进行，产物构型翻转——Walden转化
H3CO N N H3CO N N
取代基苯重氮盐在水中28℃的分解速率
取代基 OH OCH3 Ph CH3
107k1/s-1 o6.8 — 1100 3700 m9100 3400 1700 3400 p0.93 0.11 37 91
取代基 H COOH Cl NO2
107k1/s-1 o740 140 0.14 0.37 m740 410 31 0.69 p740 91 1.4 3.1
三 亲核试剂的影响
• • • 在SN1反应中，因为亲核试剂与底物的反应并不是速率决定步，且 碳正离子反应活性高，所以亲核试剂对SN1反应影响不大。 在 SN2反应中，试剂亲核能力的强弱取决于试剂的碱性和极化性两 个因素。此外，还有α-效应、体积效应。 （1）碱性和极化性 碱性强度取决于试剂与质子结合的倾向，亲核 性指与碳原子结合的倾向，它们之间有所相同，有所不同。同周期或 同一原子其亲核性与碱性相同,如： C2H5NH2 > NH3 > C6H5NH2 > p-O2NC6H4NH2 RO- > HO- > ArO- > RCOO- > ROH > H2O -NH > -OH > FR3C- > R2N- > RO- > F2 但在同族元素中， I- Br- Cl- F- (在质子溶剂) RS- ROR 3 P R3 N
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反应进程
实验证据：
R X + Nu R Nu + X
动力学证据
反应速率
立体化学证据 对手性底物， 产物的立体化学
重排 现象
反应类型
I
[RX][NuΘ]
构型翻转
无
双分子机理 SN2
II
[RX]
消旋化
有
单分子机理 SN1
构型转换型反应
C 6H 13 C 6H 13 + Br NaO H H CH3 构型发生转换 + NaBr
SN2
机理
Nu
R
X
R
Nu
+
X
有利因素
R 的空间位阻小 a碳正电性大 C－X键易解离
Nu
SN1
机理
X R X 慢 R 快 R Nu
有利因素
生成的正碳离子稳定 C－X键易解离
SN2机理与烷基的结构
80% 乙 醇 水 溶 液 R Br + OH 55 C
CH3 H 3C Br CH3 Br
150
1
0 .0 1
0 .0 0 1
SN2机理与取代基体积
无水乙醇 R Br + O C 2H 5 55 C
o
R
O C 2H 5
+
Br
H 3C H 3C CH2 Br
CH3 CH CH2 Br
>
H 3C
CH2
CH2
Br
>
H 3C
>
H 3C
C CH3
CH2
Br
相对 速率
100
28
3
~ 0
主要原因：空间位阻效应
C H 3C CH3
H 2O
CH3 H
Br + HBr
CH3 C 2H 5O H H 3C C CH3 C H 2B r AgNO3 H 3C
CH3 C C H 2C H 3
CH3
+
H 3C
C CH3
C H 2O C 2H 5
O C 2H 5
主要产物
CH3 H 3C C CH3 CH2 Br
AgNO3 H 3C A g B r
o
R
OH
+
Br
>
H 3C
CH2
Br
>
H 3C
CH
>
H 3C
C CH3
Br
相对 速率
100
7 .9 9
0 .2 2
~0
A c e to n e （ 丙 酮 ） R Br + N aI R
CH3 H 3C Br
I
+
N aB r
CH3 Br
>
H 3C
CH2
Br
>
H 3C
CH
>
H 3C
C CH3
Br
相对 速率
非质子性溶剂
O
DM SO 49 DMF 37 C H 3C N 36 C H 3C C H 3 21
各种影响亲核取代机理的因素总结
o o
R
X
：
1
，
2
对SN2有 利的因素
Nu 溶剂
： ：
强亲核性， 非质子性，
大浓度 低极性
R
X
： ： ：
3 ,
o
烯丙型, 苄基型
对SN1有 利的因素
Nu 溶剂
弱 亲 核 性 （ 避 免 SN2） 大极性
R Nu
X
Nu
R 过渡态
X
R
Nu
+
X
R X
势 能
Nu
反应一步完成， 不经过任何其它 中间体
R Nu
+
X
Nu
+
R
X
反应进程
C－X 键先解离，再与亲核试剂成键（二步机理）
Nu 慢 R X R + X 快 R Nu
碳正离子
X R
势 能
R
+
X
R R X
Nu
反应经过碳正 离子中间体。 第一步应为决 速步骤
CH3
相对 速率
H 3C
CH2
Cl
<
H 3C
CH
Cl
<
H 2C
CH
CH2
Cl
<
v e r y s m a ll
1 .0
CH3
74
CH2
Cl
<
H 3C
C CH3
Cl
140
12000
苄基与烯丙基卤代烃易发生SN1
桥头卤素难被取代
30% K O H , 21 h
不反应
SN2
Cl E tO H , A g N O 3 , 4 8 h
CH3
CH3 H H CH3 CH3 Br Br
Br
例: 氧参与
和
外消旋体
-TsO
和
例: C=C参与
例: 苯基参与
和
二、影响亲核取代反应的因素
对亲核试剂的影响 对反应的影响
溶剂
R X + Nu R Nu + X
R的结构 体积
亲核能力 浓度
C－X键强度
浓度
1 底物结构对机理的影响
脂肪族亲核取代反应
卤代烷的亲核取代反应
（SN反应） 反应通式
R X + Nu R Nu + X
底物
负离子型 亲核试剂
R
X
+
H－ Nu
R
Nu
+
H
X
分子型 亲核试剂
与负离子型亲核试剂的反应
R
X
+
Nu
R
Nu
OH OR' SH SR' O O C R'
R R R R
OH OR' SH SR' O
醇 醚 硫醇 硫醚
SN1 机理
极性较小
极性增加
极性溶剂对稳定 过渡态有利
溶剂分类
质子性溶剂
具有可解 离活泼氢
O CH3 H C N CH3
二甲亚砜 N , N 二 甲 基 甲 酰 胺 DMF ( N , N D im e t h y lf o r m a m id e )
ROH
H 2O
RCOOH
O
极 性 溶 剂
~
CH3 CH3 H 3C C CH2 CH3 CH3
R 'O H H 3C
CH3 C OR' H NO3 CH2 CH3
H N O 3 H 3C
C OR'
CH2
CH3
2 亲核试剂对机理的影响
SN2
亲核试剂
亲核能力
浓度
机理
R Nu
X
R
Nu
+
X
SN2速率 ＝ k[RX][Nu]
有利因素
不反应
SN1
OH C l
Cl
SN2难: 无法翻转（刚性结构） 位阻（叔碳）
SN1难: 碳正离子不是平面 （C－X难解离）
总结：R结构对取代机理的影响 SN 1
(快) 3o 苄基 烯丙基
SN 2
甲基 苄基 烯丙基 1o (快)
2
o
2o 3o
1o (慢) 桥头型
新戊基 桥头型 (慢)
注意反应条件改变对机理的影响
亲核能力强 浓度大
SN1
机理
X R X 慢 R
Nu R 快 Nu
SN1速率 ＝ k[RX]
亲核能力、浓度与决速步骤无关
所有的亲核试剂都是碱， 所有的碱也都是亲核试剂
OH
如
RCOO2
OR
CN
I
NH3
H 2O
同种或同周期中心原子试剂的亲核性与碱性顺序相同
未共用电子对在氧原子上
RO
>
HO
>
A rO
CH3
H 3C
S
非质子
性溶剂
（偶极 溶剂）
DMSO ( D im e t h y l S u lf o x id e )
O C H 3C N H 3C C CH3
非极性和 烷烃，苯，醚类， 酯类 （非质子性溶剂） 低极性溶剂 （亲核试剂较难溶解，较少使用）
一些溶剂的极性（介电常数）
质子性溶剂
H 2O 80 HCOOH 59 C H 3O H 33 C 2H 5O H 24 C H 3C O O H 6
SN1机理与烷基的结构
R Br + H 2O H O C 2H 5 80% 乙 醇 -水 55 C
o
R R
CH3
OH O C 2H 5
+
HBr
CH3 Br
H 3C
Br
<
H 3C
CH2
Br
<
H 3C
C H
<
H 3C
C CH3
Br
相对 速率
~0
0 .0 1 4
0 .0 2 3
100
HCOOH
R Br + H 2O R
1
Nu R
1
R
3
X
R
1
R
( )
2
Nu
C R
2
R
3
X R
3
R
R
2
平面型（Sp2杂化）
CH3 C H 3C CH3 Br
乙醇 + H 2O
CH3 C H 3C CH3 OH
+
HBr
机理：
CH3 C H 3C CH3 CH3 C H 3C CH3 OH Br CH3 CH3 C H 3C OH
－ Br
50％构型全保持
50％构型全翻转
例：卤素参与
CH3 H H CH3 Br OH H Br H H CH3 CH3 Br OH2 H 3C H H Br
Br作为亲核试剂
CH3
分子内SN2 （邻基参与）
OH2
H a Br H CH3 a H 3C Br H b b H 3C H H Br H 3C Br Br H
H H 3C
HO
仲卤代烷
与
SN2 机 理 吻 合 C 6H 13 C 6H 13 C H CH3 C 6H 13 H CH3 + Br
OH
H H 3C
HO Br
Br HO
消旋型反应
R
3 1 1 1
R + Nu Nu
R
3
R
R
2
X
R R
2
+
R
3
R
2
Nu
叔卤代烷
与
SN1 机 理 吻 合
CH3 H 3C Br
OH
+
HBr
CH3
<
H 3C
CH2
Br
<
H 3C
C H
Br
<
H 3C
C CH3
Br
相对 速率
1 .0
1 .7
45
10
8
苄基（benzyl）与烯丙基（allyl）卤代烃的亲核取代
SN2
R Cl + N aI
A c e to n e R I + NaCl
CH3
相对 速率
H 3C
NaI R I
Nu
碘离子的高亲核 性和好离去性
通过卤素交换制备碘代物 溶于丙酮
N aI R C l ( B r) 丙酮 R I + N a C l (N a B r)
溶解性能的差别
不溶于丙酮
SN2
Nu R OH R Nu + OH
醇的羟基难取代
差离去基团 （碱性强）
R R R
O C 2H 5 NH2 CN
>
RCOO
>
ROH
>
H 2O
同一周期原子
NH2
>
RO
>
HO
>
RNH2
>
NH3
>
F
>
H 2O
R 3C
>
R 2N H
>
RO
>
F
同族中心原子亲核性与碱性顺序不相一致
I
>
Br
>
Cl ,
RS
>
RO
,
HS
>
HO
3 溶剂极性对反应机理的影响
SN2 机理
电荷密度集中 （极性大）
电荷密度分散 （极性减小）
低极性溶剂对稳 定过渡态有利
好离去基去基团
• 与SOCl2反应机理 2（醚为溶剂，构型保持）
R O H R' S O H R' Cl R C O Cl S O H R' R C Cl + SO2
CH
Cl
<
H 3C
CH2
CH2
Cl
<
H 3C
CH2
Cl
<
0 .0 0 7 6
0 .3 7
1 .0
H 2C
CH
CH2
Cl
<
CH3
Cl
<
CH2
Cl
33
93
93
苄基与烯丙基卤代烃易发生SN2
SN1
H 2O R Cl + H O C 2H 5 R O C 2H 5 80% 乙 醇 -水 R OH + HCl
N
反应有两种立体选择性 （与溶剂有关）
H
构型翻转
R S O C l2 H 醚为溶剂 R' Cl
构型保持
• 与SOCl2反应机理 1（有吡啶参与，构型翻转）
氯代亚硫酸酯
R O H R' S
Cl
N
R O
Cl S O N
Cl
O
H R'
R Cl H R' O S
O
（ SN2）
N
R Cl H R' SO2 N
均难被取代
转变为好的离去基团
例：醇与氢卤酸反应
HBr R OH R OH2 Br R Br + H 2O
பைடு நூலகம்
质子化羟基
SN2 or SN1
弱碱 好离去基团
HCl R OH Z n C l2 R
H O
Cl Z n C l2 R Cl + HO Z n C l2
金属的络合物
SN2 or SN1
稳定的络合物 好离去基团
CH3 ~ CH3 C CH3 CH2 H 3C
CH3 C C H 2C H 3
C 2H 5O H CH3 H 3C C H C H 2C H 3 H N O 3 H 3C CH3 C C H 2C H 3
C 2H 5O
O C 2H 5 NO3
邻基参与
手性碳 构型保持
内消旋体
和
外消旋体
单纯的SN2或SN1机理 不能解释上述立体专一性
R 'O H CH3 H 3C CH2 Br CH3 C CH3 CH3 H 3C AgNO3 C OR' CH2 CH3 CH2 OR'
很慢
H 3C
C CH3
R 'O H
重排产物，
SN1机理
CH3 H 3C C CH3 CH2 Br A g B r AgNO3 H 3C CH3 C CH3 CH2
4 离去基团对取代反应的影响
R
L
+
Nu
R
Nu
+
L
L = F , C l, B r , I
离去基团
好离去基团的条件：是稳定的弱碱
好离去基团
F Cl Br I
碱性顺序 离去相对速率
强 10-2 1 50
弱 150
碘离子的亲核取代问题
利用碘离子促进（催化）反应行
Nu R Cl , N aI R Nu
R
O
C
R'
酯
R
X
+
Nu
R
Nu
CN
R
CN
腈
C
C
R'
R
C
C
R'
高级炔
炔基负离子
C H (C O 2 E t)2 丙二酸酯负离子
R
C H (C O 2 E t)2
烷基丙二酸酯
I
R
I
碘代烷
与分子型亲核试剂的反应
R X + H－ Nu R Nu
H－ OH H－ OR'
(水 ) (醇 )
R－ OH R OR'
例：与卤化磷的反应
P B r3 R R OH + P I3 or P , I2 R I Br
PCl3反应产率低
• 机理
Br R OH P Br Br Br
好离去基团
Br R OH P Br
(S N 2 )
R
Br
+
HO
P B r2
例：与氯化亚砜（SOCl2）的反应
R S O C l2 Cl R R' H R' OH +
醇 醚
H－ NH2 H－ NHR' H － N R '2 N R '3
(氨 ) (伯 胺 ) (仲 胺 )
R－ NH2 R－ NHR' R － N R '2 R － N R '3 X
伯胺 仲胺
叔胺
(叔 胺 )
季铵盐
一. 亲核取代反应机理
旧键的解离与新键的形成同时进行（一步机理）