双分子亲核取代反应(SN2)教学初探
亲核取代反应和消除反应的机理
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（五）碳正离子的结构、相对稳定性和重排 碳正离子的结构、 1. 结构 碳正离子的构型与碳自由基的构型相同， 碳正离子的构型与碳自由基的构型相同，为 平面三角形，三价碳为sp 杂化。 平面三角形，三价碳为sp2 杂化。
碳正离子 δ+
δ−
X
势 能
R
R
+
X R Nu
R
X
反应进程 LOGO
（四）单分子亲核取代反应的立体化学
外消旋化是SN1机 理的立体化学特征！
亲核试剂可以从碳正离子两侧进攻，而且机会相等， 可以从碳正离子两侧进攻 由于亲核试剂可以从碳正离子两侧进攻，而且机会相等， 因此若与卤素相连的碳是手性碳 则可以得到构型保持和 手性碳， 因此若与卤素相连的碳是手性碳，则可以得到构型保持和 两种等量产物； 外消旋化。 构型翻转两种等量产物 即发生外消旋化 构型翻转两种等量产物；即发生外消旋化。
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卤代烷
亲核取代反应的机理
主讲 盛文兵
亲核取代 反应
亲核取 代反应 机理
亲核取 代反应 立体化 学
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两种不同的亲核取代反应机理
双分子亲核取代机理（SN2) 双分子亲核取代机理（ 单分子亲核取代机理（ 单分子亲核取代机理（SN1)
2 5 C2H5ONa
H3C H3C
CH3 C CHCH3 + H3C CCH2CH3 OC2H5
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重排历程：
CH3 CH3C CH3 CH2 Br 慢 CH3 CH3C CH3 1°C
+
CH3¯ CH2 1，2-迁 移 ， 迁 CH3C CH3 3°C+ CH2 CH3
sn2取代反应机理
sn2取代反应机理以SN2取代反应机理为标题SN2取代反应是有机化学中一种重要的反应类型，其机理相对简单而又具有一定的普适性。
本文将从反应机理、影响反应速率的因素以及SN2反应的应用等方面进行阐述。
一、SN2反应机理SN2反应是指亲核试剂直接攻击有机物中的一个C原子，同时一个离去基团离开，形成一个新的化学键。
此类反应常发生在较低温度下，且有机物的空间构型必须是立体异构体。
SN2反应的步骤如下：1. 亲核试剂进攻：亲核试剂（如氢氧根离子或卤素离子）攻击有机物上的一个C原子，形成一个中间体（亲核试剂与有机物结合）。
2. 离去基团离开：离去基团离开有机物，形成中间的过渡态。
3. 形成新化学键：亲核试剂与有机物中的C原子形成新的化学键，同时离去基团离开。
二、影响SN2反应速率的因素1. 亲核试剂的浓度：亲核试剂的浓度越高，反应速率越快，因为亲核试剂的浓度决定了进攻反应的速度。
2. 有机物的空间构型：有机物必须是立体异构体，即有一个手性中心，才能发生SN2反应。
此外，立体异构体中，反应位阻较小的化合物反应速率更快。
3. 溶剂的极性：溶剂的极性较强时，有助于亲核试剂与有机物的相互作用，加速反应速率。
4. 温度：SN2反应通常在较低的温度下进行，因为高温下分子热运动激烈，易导致反应的竞争路径，降低SN2反应的选择性和速率。
三、SN2反应的应用1. 有机合成：SN2反应常用于有机合成中，可以制备醇、酮、酸等有机化合物。
例如，通过SN2反应可以将一个卤素代表与一个醇反应，生成相应的醚化合物。
2. 药物研发：SN2反应在药物研发中也有广泛应用。
研究人员可以利用SN2反应合成候选药物的前体化合物，进一步进行药物效果的研究。
3. 生物化学研究：SN2反应也常用于生物化学研究中，例如用于研究酶的作用机理和底物结合方式等。
总结：SN2取代反应是一种重要的有机化学反应，其机理相对简单，但具有一定的普适性。
通过控制反应条件和影响反应速率的因素，我们可以实现对SN2反应的有效控制。
sn2亲核取代反应的特征
sn2亲核取代反应的特征
SN2亲核取代反应是有机化学中一种重要的反应类型，具有以下几个特征。
SN2反应是一种一步反应，反应速率只取决于底物和亲核试剂的浓度。
在反应中，亲核试剂直接攻击底物分子上的部分正电荷，同时原来与该部分正电荷相连的基团被取代掉。
这一步反应机理使得SN2反应的反应速率受到底物和亲核试剂的浓度影响，而不受其他条件的影响。
SN2反应的反应物通常是一个有机卤素化合物，如卤代烷或卤代烃。
亲核试剂可以是一种带有负电荷的离子，如氢氧根离子（OH-）或氰根离子（CN-），也可以是一种中性的亲核试剂，如醇或胺。
亲核试剂的选择取决于底物的性质和反应条件。
SN2反应是一种逆立体选择性反应，即亲核试剂攻击底物分子的反应位点与离去基团的空间位置有关。
在SN2反应中，亲核试剂通过反应位点的背面进攻，将离去基团直接取代掉。
这一立体化学特征使得SN2反应的产物具有与底物相反的立体化学配置。
SN2反应的反应条件通常为碱性或中性条件。
在碱性条件下，亲核试剂通常是一种带有负电荷的离子，如氢氧根离子。
在中性条件下，亲核试剂通常是一种中性的分子，如醇或胺。
反应溶剂通常选择极性较强的溶剂，如二甲基亚砜（DMSO）或N,N-二甲基乙酰胺（DMF）。
SN2亲核取代反应具有一步反应、浓度依赖、底物为有机卤素化合物、逆立体选择性、碱性或中性条件等特征。
这些特征使得SN2反应在有机合成中有着广泛的应用，并为合成有机分子提供了重要的工具和方法。
双分子亲核取代反应SN2反应
R-I
时 温 下 沉 淀
加 热 才 能 沉 淀
上述反应都是由试剂的负离子部分或未共用电子 对去进攻C—X键中电子云密度较小的碳原子而引起 的。这些进攻试剂都有较大的电子云密度，能提供 一对电子给C—X键中带正电荷的碳，也就是说这些 试剂具有亲核性，我们把这种能提供负离子的试剂 称为亲核试剂。由亲核试剂的进攻而引起的取代反 应称为亲核取代反应。简称为SN（S—取代、N— 亲核的）。
主
次
极 少
（三）与金属的反应
卤代烃能与某些金属发生反应，生成有机金属化合物
——金属原子直接与碳原子相连接的化合物。
1.与金属镁的反应
无 水 乙 醚
R -X + M g
RMgX
X = C l 、 B r
格 林 尼 亚 （ G rignard ） 试 剂 简 称 格 氏 试 剂 ， 1900年 发 现 （ 29岁 ）
C6H13
HO C
+ Br
H CH 3
( )-2-辛醇
α = 9.9
二、单分子亲核取代反应（SN1反应）
实验证明：3°RX CH2=CHCH2X 苄卤的水解是按 SN1历程进行的。
C3 H C3HC Br+OH-
C3 H
V=K（ CH3） 3C-Br
C3 H C3HC OH+ Br-
C3 H
因其水解反应速度仅与反应物卤代烷的浓度有关，而与
285 218
故C—X 键比C—H键容易断裂而发生各种化学反应。
（一）取代反应
RX + ：NuRNu + X – Nu = HO-、RO-、-CN、NH3、-ONO2
：Nu——亲核试剂。由亲核试剂进攻引起的取代反应称 为亲核取代反应（用SN表示）。
亲核取代反应
亲核取代反应一．亲核取代反应机理。
亲核取代反应是指有机分子中的与碳相连的原子或原子团被作为亲核试剂的某原子或原子团取代的反应。
反应分为SN1型（单分子取代反应），与SN2型双分子取代反应。
1.SN1型（单分子取代反应）第一步是碳原子上正电荷增加，离去基团负点性增加，经过过渡态（1）并最终解离，生成活性中间体碳正离子与离去基团负离子。
由于这一步反应的活化能较高，速率较慢，所以这一步是反应的决速步。
第二步是活性中间体的碳正离子与亲和试剂作用，生成反应产物。
这一步仅需少量能量，速率很快。
反应特点：(1)SN1反应的决速步是中心碳原子与离去基团之间化学键的异裂。
反应速率只取决于一种分子的浓度，因此，它在动力学上是一级反应。
(2)一般是一个两步反应。
第一步生成的碳正离子采取SP2杂化，是平面构型。
故若反应物的中心碳原子是手性碳，反应产物一般是一对等量的对映异构体的混合物——外消旋体。
(3)反应中间体生成的碳正离子导致反应有重排的趋势。
2.SN2型（双分子取代反应）反应中，离去基团离开中心碳原子的同时，亲核试剂与中心碳原子发生部分键合，无中间体生成。
有机反应中，将两种分子参与决速步的亲核取代反应陈伟双分子亲核取代反应。
反应特点：(1)SN2反应是一步反应，只有一个过渡态。
(2)在SN2反应中，亲核试剂进攻中心碳原子是总是从离去基团溴原子的背面沿着碳原子和离去基团连接的中心线方向进攻。
这个过程会使得碳原子与三个未参与反映的键发生翻转，这种翻转称为瓦尔登翻转，又称构型翻转。
二．影响亲核取代反应的因素1.烃基结构的影响。
对SN1反应，主要考虑碳正离子的稳定性。
对SN2反应，主要取决于过渡态形成的难易，也就是空间效应的影响。
2.离去基团的影响。
离去基团的性质对SN1和SN2将产生相似的影响:离去基团的离去能力越强，亲核取代反应越易进行。
对于离去基团:键能越弱，离去基团的稳定性越好，该离去基团的离去能力就越强。
3.亲核试剂的影响仅对SN2有影响。
羟基负离子与一氟甲烷双分子亲核取代反应的量子化学研究
羟基负离子与一氟甲烷双分子亲核取代反应的量子化学研究
随着科学技术的快速发展，常用的化学反应现已被精确地计算出来，以提高效率。
最近，研究人员们发现了一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR）的量子化学研究，可在碳氟化合物衍生物的合成中发挥重要作用。
该反应的动力学研究已得到很多报道，以更深入地了解本反应的机制。
然而，迄今仍未有关于一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR）反应与羟基负离子之间相互作用的研究。
一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR）是一种常见的化学反应，可以植根于碳氟化合物催化剂的反应机理。
先前的研究表明，一氟甲烷（CF3）就是一种比较稳定的碳氟化合物，在碳氟化反应中发挥着至关重要的作用。
为了深入研究羟基负离子参与的一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR），研究人员着手进行了量子化学计算研究。
他们首先基于羟基负离子改变了一氟甲烷（CF3）模型，然后通过量子化学计算研究其参与一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR）的动力学曲线。
他们的研究发现，一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR）的动力学优势有所降低，从而减慢了反应的速度。
此外，研究者预计，反应热计算将更进一步控制反应的化学反应路径和非平衡性。
总的来说，该最新的量子化学研究深入地研究了一氟甲烷双分子亲核取代反应（SN2FR）与羟基负离子之间的相互作用，发现了反应活性的新机理。
通过这项研究，将进一步丰富我们对碳氟化合物衍生物的合成机理的认知，为合成复杂的有机分子提供更好的参考。
双分子亲核取代反应
03
双分子亲核取代反应的影响因素
离去基团的影响
离去基团的大小
离去基团的大小直接影响反应速率， 通常离去基团越大，反应速率越快。
离去基团的碱性
离去基团的碱性越强，越容易离去， 从而加速反应。
亲核试剂的影响
亲核试剂的浓度
亲核试剂的浓度越高，反应速率越快。
亲核试剂的碱性
亲核试剂的碱性越强，其亲核能力越强，越容易与底物发生反应。
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双分子亲核取代反应
• 引言 • 双分子亲核取代反应的机理 • 双分子亲核取代反应的影响因素
• 双分子亲核取代反应的应用 • 双分子亲核取代反应的挑战与展望 • 相关文献与参考资料
01
引言
定义与重要性
定义
双分子亲核取代反应（SN2）是一种有机化学反应，其中亲核试剂（如醇、胺 等）进攻底物中的缺电子中心，同时与离去基团（如卤素、磺酸酯等）一起离 去。
立体化学影响
中心碳原子的正电性越强，越有利于亲核试剂 的进攻。
亲核试剂的性质也会影响SN2反应的速率和选择性， 如亲核试剂的活性、空间位阻等。
立体化学因素对SN2反应具有重要影响，包括 中心碳原子的正电性、离去基团的性质、亲核 试剂的性质等。
离去基团的性质也会影响SN2反应的速率和选择 性，如离去基团的空间位阻、电子效应等。
重要性
SN2反应是有机化学中一种重要的反应类型，广泛应用于合成和天然产物中， 是理解有机化学反应机制的基础。
发展历程
早期发现
SN2反应最早在19世纪末被发 现，但当时并未得到足够的重
视。
深入研究
直到20世纪中叶，随着有机化 学的发展，SN2反应的重要性 逐渐被认识，并开始受到广泛
sn2亲核取代反应的特征
sn2亲核取代反应的特征
SN2亲核取代反应的特征包括：
1. 双分子反应：SN2反应是双分子反应，涉及亲核试剂和卤代烷分子之间
的相互作用。
2. 立体化学：SN2反应通常遵循瓦尔登反转规律，即卤代烷的手性中心在
反应过程中发生反转。
这是由于亲核试剂从卤代烷的背面进攻，导致手性中心的构型发生反转。
3. 反应速率：SN2反应的速率通常受卤代烷的结构和离去基团的性质影响。
反应速率决定在两个因素上：强亲核剂的浓度高低与反应物的浓度高低，所以根据理论推断该反应为典型的二级速率反应，r=K[反应物][Nu：-]。
4. 适合的溶剂：SN2反应适合在非质子性溶剂中进行，因为非质子性溶剂
不会与亲核试剂形成氢键使活化能增大而阻碍反应。
然而，溶剂的极性对
SN2反应也有影响。
如果溶剂极性太大，会导致亲核试剂发生溶剂化作用，从而影响平衡。
5. 混合机理：在亲核取代反应中，含伯烷基的化合物一般遵循SN2机理，
含叔烷基的化合物一般为SN1机理，仲烷基化合物的反应机理则较为复杂，目前尚无明确说法。
请注意，SN2亲核取代反应是一种非常复杂的化学过程，以上只是一些主要的特征。
具体的化学行为可能因不同的反应条件和物质而有所不同。
在进行具体的化学实验或研究时，建议咨询化学专家或查阅相关文献资料。
双分子亲核取代反应机理的是
双分子亲核取代反应机理的探究1.引言在有机化学中，双分子亲核取代反应是一类重要的反应类型。
它涉及两个亲核物种的加成反应，常用于合成复杂有机分子，并在药物合成、生物活性分子合成等领域中具有广泛的应用。
本文将重点探讨双分子亲核取代反应的机理，并介绍一些典型的实例。
2.反应机理2.1亲核物种的活性亲核物种在双分子亲核取代反应中起到攻击控制反应速率和产物选择性的关键作用。
其活性与电子效应、溶剂效应、空间效应等因素密切相关。
2.2反应机制双分子亲核取代反应的机理可以分为两类：亲核物种的亲核加成机制和亲核物种的亲核消去机制。
2.2.1亲核加成机制亲核加成机制包括“硬碰硬”和“软碰软”两种类型。
-硬碰硬：当亲核物种和受体之间具有相似的硬度和电荷特性时，反应以亲核物种的直接加成为主要机理。
常见的反应类型包括醇的取代、醚的开环和硝基化反应等。
-软碰软：当亲核物种和受体之间具有不同的硬度和电荷特性时，反应以亲核物种的亲核加成-负离子消去的机理为主。
典型的反应类型包括亚硫酸酯的分解、伯胺的亲核自发消去等。
2.2.2亲核消去机制亲核消去机制是指亲核物种在攻击后经过脱离反应体系的过程。
常见的亲核消去机制有亚胺酯的反应和酯的脱羧反应等。
3.典型实例3.1醇的取代反应醇的取代反应是最常见的双分子亲核取代反应之一。
在这类反应中，亲核试剂（如卤化物）攻击醇分子上的活性位点，形成取代产物。
这种反应机理在有机合成中被广泛应用，可用于合成复杂有机分子。
3.2亚硫酸酯的分解反应亚硫酸酯的分解反应是由于亲核物种的亲核加成-负离子消去机理导致的。
在这类反应中，亲核试剂（如缺电子的亲核试剂）与亚硫酸酯发生亲核加成反应，随后负离子发生脱离反应，生成酯类产物。
4.结论双分子亲核取代反应机理的研究对于有机化学的发展具有重要意义。
通过深入了解亲核物种活性和反应机制，人们可以更好地设计和优化有机合成路线，实现高效、选择性的化学转化。
希望本文能够为读者提供一些关于双分子亲核取代反应机理的基础知识和理解。
双分子亲核取代反应特征
双分子亲核取代反应特征双分子亲核取代反应（bimolecular nucleophilic substitution reaction）是有机化学中一种常见的反应类型。
以下是双分子亲核取代反应的一些特征：1.反应涉及两个反应物：双分子亲核取代反应涉及两个反应物，一个是亲核试剂（nucleophile），另一个是底物（substrate）或受体（electrophile）。
2.亲核试剂的攻击：亲核试剂是带有孤对电子或具有亲核性质的化合物，它会攻击底物或受体中电子亏损的部位，如正离子或亲电中心。
3.断裂和形成化学键：在双分子亲核取代反应中，通常会发生化学键的断裂和形成。
亲核试剂中的亲核部分会与底物或受体中的亲电部分形成新的化学键，同时底物或受体中的某个化学键会断裂。
4.形成产物：双分子亲核取代反应的结果是产生新的有机分子或离子，称为产物。
产物中通常包含亲核试剂的取代基取代底物或受体上的某个基团。
5.反应速率：双分子亲核取代反应的速率一般受到亲核试剂和底物或受体之间的浓度、反应条件和反应物结构的影响。
常见的双分子亲核取代反应包括醇的酯化反应、醇的醚化反应、卤代烃的亲核取代反应等。
这些反应在有机合成中具有重要的应用价值。
当涉及双分子亲核取代反应时，还有一些其他特征和变体需要注意：1.亲核试剂的选择性：不同的亲核试剂对底物或受体具有不同的选择性。
有些亲核试剂可能对底物或受体的特定位置更具亲核性，导致在反应中发生选择性的取代。
2.反应类型：双分子亲核取代反应可以是逆反应（反向取代）或正反应（正向取代）。
逆反应发生时，亲核试剂取代已存在的基团，而正反应发生时，亲核试剂取代离去基团。
3.动力学和热力学控制：双分子亲核取代反应可以受到动力学控制或热力学控制。
动力学控制下的反应速率受到活化能的影响，而热力学控制下的反应选择性受到产物稳定性的影响。
4.反应机理：双分子亲核取代反应的机理可以是单步反应或多步反应。
常见的机理包括亲核试剂进攻性离子机制（SN2机制）和底物或受体发生亲电解离后亲核试剂进攻的亲核取代机制（SN1机制）。
判断SN、SN2反应
判断SN、SN2反应SN（亲核取代）反应和SN2（亲核取代双分子）反应都是化学中的重要反应类型。
它们都是亲核取代反应，与其他反应不同，SN和SN2反应所需的反应组成部分非常少，通常只需要一个亲核试剂和一个底物。
在这篇文章中，我将详细介绍SN和SN2反应的基本概念和判断方法。
SN（亲核取代）反应SN反应是指一种亲核试剂（通常是氧、氮、硫或卤素）与一个无电荷或正离子底物发生反应的亲核取代反应。
在SN反应中，亲核试剂的亲核性质使其攻击底物的反应中心，从而形成一个新的化学键，并释放出一个离去基团。
SN反应共有三种可能的机理：SN1、SN2和SNi。
其中SN1和SN2反应是最常见的。
SN1反应：SN1反应通常发生在亲核试剂反应速度比离去基团离开速度慢的底物中。
在SN1反应中，底物通常通过两步反应机理进行。
在第一步中，离去基团离开，并在产生孤电子的中间体的同时，生成一个正离子。
在第二步中，亲核试剂进攻正离子并形成新化学键。
SN1反应机理的主要特点是反应中产生了一个相对稳定的中间体，这种中间体通常通过质子转移过程形成。
在SN2反应中，亲核试剂和底物分子的结合被称为二分子，因为它们同时参与到反应中。
此外，SN2反应的主要特征是反应速度较快，通常在溶解度和温度相适宜的情况下，反应速度高达几个亿分之一秒。
在SN2反应中，亲核试剂进攻底物中心，与离去基团同时形成新化学键。
在SN2反应中，亲核试剂和离去基团同时出现，因此碳中心的手性不会改变。
当发生SN2反应时，负离子进攻底物中心，因此底物通常是一个良好的亲核试剂。
要判断SN和SN2反应的类型，需要考虑以下要素：· 底物的置换机制· 亲核试剂的类型和性质通常情况下，如果亲核试剂是一个良好的亲核试剂，即可以在较低的浓度下进攻底物中心，则会发生SN2反应。
如果亲核试剂比较弱，反应速度较慢，而离去基团在底物中心的亲核目标上形成了中间体，还会发生SN1反应。
sn2反应
sn2反应
这样子的，SN2和SN1比较明显的区别就是反应速率的问题，具体点，就是A和B发生取代反应，SN2反应的话，A和B的浓度对反应速率都有
影响，如果是SN1的话，其中之一会对反应有影响。
机理的话，SN2实际上是亲核试剂先进攻底物，然后底物脱去离去基团，因为亲核试剂进攻底物这步是决定速率的，而且亲核试剂和底物都参
与了这步，所以反应速率是两者都有影响的，SN1的话，则是底物先脱去
离去基团，中间体是碳正离子，然后亲核试剂才进攻，生成中间体的那步
决定速率，亲核试剂不参与，所以速率只由底物决定。
如果底物的离去基团容易脱去，或者离去后形成的碳正离子很稳定，
那么很容易发生SN1反应，比如多取代的卤代烃，叔丁基溴，酸性条件下
的醇等，相反就是SN2，但是一般情况同一反应SN1和SN2可能是同时发
生的，只是哪种占优势的问题。
另外不同意楼上所说的区分SN1和SN2反应没有意义，有些时候SN1
和SN2反应结果不一样，比如因为碳正离子不稳定，SN1反应可能会有重排，另外如果有手性的话，SN1反应一般是得到外消旋体，而SN2反应因
为需要亲核试剂的背面进攻所以一般得到的是Walden翻转的产物。
亲核取代反应PPT学习教案
环氧乙烷
这种分子内的SN2反应速度远比分子间的SN2反应速度快，这是由 于分子内的氧负离子距中心碳原子最近，位置最有利——反式共平
面，更容易进攻中心碳原子：
Cl
CH2
CH2
OH-H2O
OH
Cl CH2 CH2 -Cl-
O-
CH2 CH2 O
反式共平面构象
第22页/共101页
邻基参与——同一分子内，一个基团参与并制约和反应 中心相连的另一个基团所发生的反应，称为邻基参与。
H
H
Ph C Br CH3OH CH3O C Ph + 73% 消旋化产物
CH3
HBr
CH3
27%构型转化
当C+不是足够稳定时，由于L 的屏蔽效应， Nu:从 L 背后进攻中心碳原子的机会增大，故构 型转化增多 。
请思考：
H3C H
CH3 H2O Br SN 1
?
第19页/共101页
分子内的亲核取代反应（SNi）历程
新键的形成与旧键的断裂是同时发生的，旧键断裂 时所需的能量，是由新键形成所放出的能量提供的。 两者达到平衡时，体系能量最高。其状态为过渡态 T.
第7页/共101页
S N 2 反应机理：
NNNNuuNuuNNuNuNuuu
CCCCCC
LLLLLLL
第8页/共101页
在过渡态中，亲核试剂的孤
对电子所占有的轨道与中心碳原
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
09-2 双分子亲核取代反应机理
Ph
CH3 N
CN
结结构构与与生生理理活活性性
(R)---抗 抑 郁 药
(S)---驱 虫 药
(R)---镇 静 作 用
(S)---致 畸 作 用
9
亮点介绍
手性药物分子的合成
William S. Knowles
Ryoji Noyori
K. Barry Sharpless 10
反应小结
SN2 反应机理及其立体化学
一、双分子亲核取代反应机理
C：sp3
H
δ-
δ-
HO C Br
HH
C：sp2
C：sp3
H
δ-
δ-
HO C Br
HH
过渡态ห้องสมุดไป่ตู้
势
能
Ea
△H
反应进程
SN2 反应的势能变化示意图
反应速率同时受控于 底物与亲核试剂Nu——双分子亲核取代 反应（SN2）
二、SN2反应的立体化学
Question: 中心碳原子具有手性时，卤代烷的构型发生变化？
有机化学
主讲内容 卤代烷双分子亲核取代反应机理
知识回顾 卤代烷的亲核取代反应 (SN)
反应通式
亲核试剂
底物
产物
离去基团
亲核试剂 OHORCNONO2-
底物 R′X
产物 R′OH R′OR R′CN R′ONO2
离去基团 :X-
问题思考
OH-
Ingold (1893-1970) Hughes (1896-1978)
C6H13
128I- + H C I H3C
(S)-2-碘辛烷 [α]20D = -36.4°
过渡态
有机反应机理-SN1及SN2机理教程文件
有机反应机理-S N1及S N2机理有机反应机理反应机理(又称反应历程)是研究反应的实际过程，哪个键先断裂、哪个键先形成、键断裂和形成的顺序、每步的相对速率、原子或基团在反应过程中的键合情况及空间位置变化等等。
由于分子的振动和碰撞是在10-12~10-14 s内完成，目前还没有能直接观察在这样短的时间内分子和原于运动情况的手段或仪器，而只能根据反应中观察的现象推测反应可能经历的过程。
因此，日前关于反应机理的描述都是根据实验的结果和观察到的现象进行间接推理或假设。
20世纪80年代末，ZewailA H研究成功了—种激光脉冲式的超高速闪光照相机，它的脉冲时间只有几十个飞秒(f s＝10-15s)，可以让人们通过超高速照相机拍摄的“慢动作”观察化学反应过程中原子与分子的化学键形成和断裂的转变形态，跟踪显示化学反应的全过程。
为研究反应机理和预测化学反应提供了一种新方法，这一成果最先用于研究简单气态分子的化学反应，现在已推广到液态和固态的化学变化，并由此诞生了一门称之为“飞秒化学”的新学科，zewnil也因其卓越贡献荣获1999年诺贝尔化学奖。
此外，量子化学的不断发展和超高速大容量计算机的飞速换代也为计算化学反应的全过程提供了可能。
虽然目前用计算机计算和描述化学反应的全过程还比较遥远，但已有了成功的苗头。
1、有机反应分类有机反应的数目和范围十分庞大，根据反应中键的断裂及形成方式可将有机反应分为：自由基反应、离子反应和分子反应。
有机反应也有按照原料和产物之间的关系进行分类，把几乎所有的有机反应分成六类，分别是取代反应、消去反应、加成反应、重排反应、氧化还原反应及几种反应类型的结合。
2、有机反应中试剂分类在有机反应试剂中，除双自由基外绝大部分具有偶数电子的试剂属于离子试剂；另一部分具有奇数电子的试剂则称为自由基试剂。
离子试剂又可进一步分为亲电试剂和亲核试剂。
亲电试剂：在反应过程中接受电子或共享电子(这个电子原属于另一个反应物分子)的试剂称为亲电试剂；亲核试剂：在反应过程中供给电子进攻反应物中带部分正电荷原子的试剂称为亲核试剂。
5-3 SN2双分子亲核取代反应事实
rganic Chemistry
S N2双分子亲核取代反应事实
Chapter 5含卤有机化合物Alkyl halides
学习目标：
动力学实验立体化学实验
内容：分析卤代烃发生S N 2的过程
RX + Nu-RNu + X-
■双分子亲核取代反应（S N2）■单分子亲核取代反应（S N1）
反应次数
起始[CH 3Cl]起始[OH -]
反应速率(molL -1s -1)
1
0.0010
1.0
4.9×10-7
20.0020 1.09.8×10-730.0010 2.09.8×10-74
0.0020
2.0
19.6×10-7
1）反应速率
表1. CH 3Cl 与OH -在60o C 下的反应速率
动力学实验
r ＝k [CH 3Cl][OH -]S N 2双分子亲核取代(S 代表取代，N 代表亲核，2代表两种分子或离子参与速控步骤)
二级反应
动力学反应特征：一步反应，在动力学表现上为二级反应
S N 2
双分子亲核取代反应能量图
结构如何？
2）活化能
正面进攻3）过渡态
反面进攻
立体化学实验
1) 立体化学实验事实：
Paul Walden
(1863–1957)
拉脱维亚化学家
结论：构型翻转
——S N2反应
Walden翻转（Walden转化）
小结
S N 2反应经历了过渡态
双分子亲核取代反应的反应速率由底物与亲核试剂两种分子的浓度决定
Walden 翻转——S N 2反应的立体化学特征
Chem
下节课内容
亲核取代反应的机理。
mitsunobu反应
mitsunobu反应
光延反应（Mitsunobu反应
反应）是⼀种双分⼦亲核取代反应（S N2反应）。
由⽇本化学家光延旺洋（Mitsunobu, Oyo）等⼈光延反应
于1967年发明，是现代有机合成中常⽤的反应。
该反应能将醇通过与三苯基膦和偶氮⼆羧酸⼆⼄酯（DEAD）[1]反应转化为多种化合物，⽐如酯。
此反应的特点是条件温和，产率⾼并带有构型翻转。
总反应：
醇羟基在偶氮⼆羧酸⼆⼄酯（DEAD）和三苯基膦的作⽤下被亲核试剂取代，同时跟羟基所连的碳原⼦构型发⽣翻转（⽡尔登翻转(en:Walden inversion))。
总反应⽅程式如下：
反应机理:
⽤途:
在有机合成中常⽤来使⼀个带羟基的⼿性碳原⼦在温和的条件下发⽣构型翻转，以改变其⽴体化学构型。
此外选⽤不同的亲核试剂可以⽣成C-O键，C-N键，C-S键，C-C键等等。
参考:
1.Mitsunobu, O.; Yamada, Y. Bull. Chem. Soc. Japan 1967, 40, 2380-238
2.。
双分子反应机理研究及其在有机合成中的应用
双分子反应机理研究及其在有机合成中的应用一种常用的双分子反应是亲核取代反应。
在亲核取代反应中，一个亲核试剂攻击一个电子不足的化合物，形成一个亲核取代产物。
亲核取代反应中可以发生的机理包括S_N2机理和S_N1机理。
在S_N2机理中，亲核试剂一步攻击反应物，并替代离去基团。
在S_N1机理中，离去基团首先离开反应物，并形成中间离子，然后亲核试剂攻击中间离子并形成产物。
以酰基化反应为例，它是一种重要的双分子反应，用于合成酯。
在酰基化反应中，一个酰基试剂和一个醇反应，生成酯和水。
酰基化反应的机理通常包括酯化反应和水解反应两个步骤。
在酯化反应中，酰基试剂攻击醇，并生成酯。
在水解反应中，酯中的酯基被水攻击，并生成醇和酸。
双分子反应在有机合成中有广泛的应用。
例如，通过选择不同的反应条件和催化剂，可以将双分子反应用于合成多种有机化合物，如酯、醚、酰胺等。
此外，双分子反应还常用于构建碳-碳键和碳-氮键等复杂分子结构，并用于完成天然产物的全合成。
双分子反应的应用还包括药物合成、材料科学等领域。
总之，双分子反应机理的研究是有机化学研究的重要内容之一，它为我们理解反应机制提供了基础。
同时，双分子反应由于其高效、选择性和多样性的特点，在有机合成中具有广泛的应用。
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双分子亲核取代反应（SN2）教学初探
作者：王志国
来源：《亚太教育》2016年第15期
摘要：本文探讨动画法，逻辑推理法对双分子亲核取代反应的教学。
认为掌握亲核取代反应的机理是掌握亲核取代反应的重中之重，动画会直观的让学生感知亲核取代反应的过程。
通过立体结构教学对SN2的过渡态，瓦尔登翻转，以及产物的构象问题会有更深刻的认识。
关键词：双分子；亲核取代反应；教学
中图分类号：J0文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）05-0089-01
卤代烃在有机化学中占据着举足轻重的地位，首先是因为卤代烃与生产生活实际密切联系；其次，卤代烃由于其多变而成为有机化合物合成的重要的中间体，因此对卤代烃的学习在有机化学中占据着独特的地位，但是，大部分学生对化学的学习，只停留在对反应方程式的学习，而方程式表示的是参加反应的是什么物质，生成的是什么物质，但不表示中间过程。
由于不表示中间过程，对很多问题是没有办法理解，例如，化学反应的速度问题；浓度，压强，催化剂对化学反应速度的影响。
要理解这些原因，学习机理才能完成，卤代烃里最重要的机理是亲核取代反应机理，为此，我们首先探究亲核双分子取代反应机理历程教学。
一、亲核取代反应的本质
卤代烃是由卤素原子和烃基构成的，卤素原子直接和碳原子相联。
但卤素原子的电负性大于碳原子的电负性，因此在卤代烃中，碳原子带部分的正电荷，卤素原子带部分的负电荷。
这种结构决定了卤代烃中的碳原子很容易受到负性集团的进攻，从而发生亲核取代反应。
亲核取代反应里首先要明白为什么离去集团是卤素子，而不是氢原子。
通过键能分析可知，碳氢键的键能远远的大于碳卤键的键能，从而可知离去集团是卤素原子。
其次，弄清楚的是谁是进攻集团。
因为卤代烃分子中，碳原子带正电，亲核物质一定是带负电的，这就决定亲核集团不是阴离子，就是含有电子对的物质。
有机化学中含有电子对的元素一般是氧元素，氮元素，碳元素，和硫元素。
取代反应是取而代之的反应，所以只要理解进攻成键，离去集团，那么生成物就变成了一个公式，可简便推出卤代烃发生反应而产生的各种物质。
二、双分子亲核取代反应机理
学习亲核取代反应时，了解到溴甲烷在乙醇的水溶液中和碱反应，其反应速度会随着碱浓度的增加而增加；但2-甲基-2溴丙烷在乙醇的水溶液中与碱反应，其反应速度不受碱浓度的影响，这是为什么呢？要弄清这个实验事实，必须学习卤代烃的反应机理。
卤代烃的反应机理分为，双分子亲核取代反应机理与单分子亲核取代反应机理。
双分子亲核取代反应机理也叫SN2
反应机理，S代表取代，N代表亲核，2代表双分子。
双分子包含两层含义：（1）参加反应的两个分子参与能量最高过渡态的形成；（2）化学反应的速度是有两个反应物的浓度决定。
双分子亲核取代反应的过程是亲核试剂从背面进攻中心碳原子，形成微弱的键，离去集团与碳原子之间的键逐渐减弱，此时，离去集团和碳原子之间的共价键没有完全断裂，而进攻集团和碳原子之间的键没有完全形成，它们形成过渡态。
那么什么是过渡态呢，过渡态是新键没有完全形成，旧键还没有完全断裂，五个原子同时联接到碳原子上，进攻集团的原子，碳原子，离去集团处于同一条直线上；碳原子原来相联的集团和碳原子处于共一个平面上，直线和平面是相互垂直，此时能量是最高。
另外要理解形成过渡态的过程，首先要理解新键形成的过程是旧键断裂的过程，在这个过程中存在协同效应，也可以简单的理解为形成和断裂的等时性。
此过程对于空间概念较弱的学生很难理解，因此在此课程的教学中利用动画或者道具来教学，效果更好。
在形成过渡态以后，进攻集团继续进攻，离去集团继续离去，新键完全形成，旧键完全断裂，与碳原子相联的三个原子向背面翻转，从而形成新化合物。
同样，还需清楚翻转，翻转是瓦尔登发现的，也叫瓦尔登翻转，它很像大风中把伞吹翻一样，因此也叫伞型翻转，要是学生不能理解，在此教学时，可以用文学手法，例如：戴望舒在《雨巷》中曾经写道：撑着油纸伞独自彷徨在悠长悠长而有寂寥的雨巷，我希望逢一个丁香一样结着愁怨的姑娘，可以通过这句话引申，说戴望舒没有逢着丁香一样结着愁怨的姑娘，而是逢着了烈烈西风把他的油纸伞吹了一个瓦尔登翻转，通过这种幽默式教学，学生对瓦尔登翻转的理解会更加的深刻。
三、以立体结构为基础进行影响SN2因素的教学
在有机化学教学中，影响因素是比较难以掌握的一个内容，很多学生只能通过死记硬背来完成对这部分知识的掌握，但用立体结构加上空间想象对这部分内容教学就变得特别简单。
通俗的理解SN2历程，第一个字是“钻”，就是亲核试剂要从碳原子相联的三个原子形成的空间里钻进去，接近碳原子，第二个字就是“成”，就是亲核试剂与碳原子成键，第三个字是“断”，也就是旧键断裂，第四个字就是“翻”，意思是与碳原子相联的三个原子向背面翻转。
通过这样通俗的理解我们可以看出，钻而形成过渡态是SN2历程中最重要的一步，那么能不能形成过渡态，就与钻有很大关系的，能不能钻进去，这与亲核试剂的钻的能力以及碳原子提供的空间有很大的关系。
而钻的能力本身与亲核试剂的大小和亲核试剂所带电荷有密切的联系。
带的电荷越多，体积越小，钻的能力就越强，亲和性就越强。
因此，亲核取代反应中，醇与卤代烃的反应速度要远远的慢于烷氧基负离子与卤代烃的反应速度，是因为烷氧基负离子带电荷多。
同时也可以理解，大体积的碱一般不作为亲核试剂，这是因为它钻的能力太弱，或者说其亲和性太弱；另外，过渡态的形成与否还与卤代烃提供的空间有关，如果卤代烃与其相联的三个原子，构成的空间非常紧密，亲核试剂无法接近碳原子，那么双分子亲核取代反应是难以发生，或者不能发生。
要是卤代烃与其相联的三个原子构成的空间非常松散，亲核试剂是很容易接近碳原子的，双分子亲核取代反应很容易发生，通过空间结构的教学，亲核取代反应的影响
因素是很容易理解的，因此，通过立体结构进行影响亲核取代反应影响因素的教学是比较有效的一种方法。
参考文献：
[1]文婕英.关于卤代烃取代反应历程的判断[J].甘肃教育，2007.。