亲核取代反应
亲核取代反应讲解
亲核取代反应讲解
亲核取代反应是有机化学常见的一种反应。
在这种反应中，一个亲核试剂汇合一个有机反应物，并且代替了原有的基团。
在这个反应中，亲核试剂成为了新的基团。
这种反应是在有机化学中广泛运用的，非常有用。
它可以用于构建长链分子，连接分子，以及进行化学变换，制造新化合物。
现在，让我们跟着下面的步骤学习一下如何进行亲核取代反应。
1. 首先，你需要准备好亲核试剂。
亲核试剂可以是任何一种有活性的物质，其分子中含有一个亲核中心，例如氨基、羟基、硫代锰酸根、氰根、卤素根等。
在这个过程中，亲核试剂将代替原有的基团。
2. 准备好需要反应的有机化合物。
选定有机化合物，将其与亲核试剂混合，具体反应条件需要根据不同化合物的特性进行调整。
3. 进行反应。
在进行反应时，通常需要一定的触发条件。
例如，需要加热、催化、加压等。
这些条件可以影响反应速率和产率。
4. 产物的分离与纯化。
完成反应后，需要对产物进行分离和纯化。
这可以通过各种方法进行，例如渗透色谱、薄层色谱、皮尔斯等方法。
通过以上步骤，亲核取代反应就完成了。
这个反应可以进行多次，生成不同的产物，依据不同的具体反应条件，可以得到不同的产物类型。
总之，亲核取代反应是有机化学中非常常见的一种反应。
通过学会这个反应，可以制造许多新型材料和化合物。
即使在化学实验室或制造工厂等工作中，软硬件机器人也可以准确地掌握这个技术，帮助实验者进行研究和开发不同的产物。
第四章亲核取代反应
（2）周期表中同一周期的元素所产生的同类型试剂， 电负性大，亲核性小，碱性也小。如：
NH2－ > HO－＞Ｆ－
R3C－ > R2N－ > RO－ > F－
(2) 溶剂效应
溶剂效应对亲核取代反应所起的作用，不仅是重要的， 而且是复杂的，主要是通过影响过渡态的稳定性从而影 响反应活化能，以达到影响反应速率。
表3 1-苯基乙酯和卤化物溶剂解反应的相对速率
离去基团
k相对
离去基团
k相对
CF3SO3－
p-硝基苯磺酸根
离子
p- 甲 苯 磺 酸 根 离 子
CH3SO3－ I－ Br－
1.4×108 4.4×105
3.7×104
3.0×104 91 14
CF3C2－ Cl－ F－ p-硝基苯甲酸 根离子
CH3CO2－
NaBr
CH3CH2CHCH3 Br
CH3CH2C+ HCH2Br-
(4) 空间效应
SN2反应理想的过渡态，具有五配位中心碳原子上 的三角双锥几何形状，空间因素对反应有显著影响：
Nu:- + C L
δ
δ+ δ -
Nu C
L
Nu C
+ L:-
T .S
显然，反应中心碳原子上烷基数目越多，烷基体积越 大，过渡态的中心碳原子周围的拥挤程度就越严重， 必然会显著地降低反应速率。对于SN2历程的反应，α 或β碳上有分支、空间位阻愈大，都使反应速率减慢。
7
4
5
3
1
6
+ 2
（1）同烯丙基非经典碳正离子：同烯丙基非经典碳 正离子中的荷正电的碳原子与双键之间有一个碳原
高等有机第四章+饱和碳原子上的亲核取代反应
Nu ＋ R'CH2 L
δ
H H
δ
Nu C L R'
R'CH2 Nu ＋L-
1、P533 SN2立体化学（Walden转化）发展历史
2、SN2的进攻方式 进攻试剂从C——X键的反面进攻，电子首先进入C——X键 的反键轨道，在过渡态中，分子呈直线性。
Nu
C
L
P534~535磺酸酯分子间反应，证明直线性反应
苏型
外消旋体
机制：
H H CH 3 S Br R OH 的构型为2R,3S，其稳定构象是 CH 3 CH 3 H S Br R H HO CH 3 H3C 即 Br H HO H CH 3
H3C Br
H HO H + HBr CH 3
H3C
H Br H2O H CH 3 S Br R Br CH 3 +Br CH 3
CH3 CH3
Cl
Cl
烯丙型和苄基型卤代烃的SN2速度加快。
当烯丙型和苄基型卤代烃以SN2历程进行时，由于键的存在， 可以和过渡态电子云交盖，形成p-π共轭，使过渡态能量降 低，从而有利于SN2反应。
X
HO CH2 CH CH2
Cl
H H
OH
烯丙基氯 的SN2反应
k1
CH 2SEt
SEt + SCN CH 2SCN
S－ 1-氯苯乙烷
H
O
S Ph C Cl H3C O
+ HCl
在乙醚中，HCl不溶，挥发掉。
H O Ph H3C H C O S Ph C Cl H3C O Cl S O H C + SO2 Ph Cl H3C R-1-氯苯乙烷 （构型保持）
苯环的亲核取代反应
苯环的亲核取代反应（Nucleophilic Substitution Reactions of Benzene）引言：苯环是有机化学中最基本也是最重要的一个结构单元，在有机合成反应中起着举足轻重的作用。
它的亲核取代反应是有机合成中最常见的反应之一，它可以通过苯环中的芳香性π电子亲电位和亲核试剂中的亲核反应位互相作用，从而发生取代反应。
本文将介绍的基本概念、机理和应用。
一、亲核取代反应的基本概念亲核取代反应是指亲核试剂取代苯环上的一个离子后，生成一个新的化合物的过程。
在这类反应中，亲核试剂攻击苯环上的一个C-H键，形成一个中间态，然后中间态再失去一个离子，最终生成新的化合物。
亲核试剂通常是带有一个富电子密度的原子，如氢离子、卤素离子等。
二、亲核取代反应的机理亲核取代反应的机理主要包括三个步骤：攻击、失去离子和生成新化合物。
1. 攻击：亲核试剂攻击苯环上的一个C-H键，这个步骤通常是一个准平面型的过渡态。
由于苯环上的σ键和π键之间存在共轭关系，减小了C-H键的键长，导致苯环对亲核试剂的攻击具有一定的难度。
2. 失去离子：在攻击过程中，苯环上的C-H键被亲核试剂取代，形成一个中间态。
这个中间态常常是一个带有正电荷的离子，称为亲核试剂与苯环的加合物。
3. 生成新化合物：中间态经过失去离子，生成一个新的化合物。
这个过程通常是一个反应活化能相对较高的步骤。
三、苯环亲核取代反应的应用苯环亲核取代反应在有机合成中具有广泛的应用，以下列举几个常见的例子：1. 氯代反应：苯环可以与氯原子发生亲核取代反应，生成氯代苯。
氯代苯在有机合成中经常用作重要的化学试剂，如制备苯甲酸、苯酚等。
2. 溴代反应：苯环也可以与溴原子发生亲核取代反应，生成溴代苯。
溴代苯在有机合成中常用作重要的中间体，如制备苯甲醛、苯甲酸等。
3. 羟基取代反应：苯环可以与羟基（OH）发生亲核取代反应，生成苯酚。
苯酚是一种重要的有机化合物，广泛应用于化学工业和医药领域。
亲核取代反应
当中心碳原子与苯基或乙烯基直接相连时， 生成的C+稳定，------共轭
SN1反应速率增大, 反应活性增大。
当中心碳原子与杂原子直接相连时(R-ZCH2-L)，SN1反 应速率明显增大：
SN 1反应速率
C2H5OCH2Cl 109
C-C-C-C-Cl 1.0
C2H5O-CH2CH2Cl 0.2
正碳离子因共轭效应而被稳定。
1、对于 SN1 反应：
影响反应速率的重要因素： 反应物解离的难易程度 生成的C+的稳定性
①电子效应
C+ 的稳定性 C+越稳定，对SN1 越有利。
所有使C+稳定的因素，都能使 SN1 的反应速率增大： 电子效应 ------主要的
3°C+ ＞ 2°C+ ＞ 1°C+ ＞ CH3+
σ ,p - 超共轭效应
α 碳上有分支
丙酮 R-Br + KI
反应物 CH3Br 相对速度 150
CH3CH2Br 1
R-I + HBr ( SN2 反应 )
（CH3）2CHBr （CH3）3-CBr
0.01
0.001
HH I C Br
H
H CH3 I C Br
H
CH3 CH3 I C Br
H
CH3 CH3 I C Br
H CH3OH + Br
反应进程 SN2 反应进程中的能量变化
按 SN 2 机理进行的底物特征： 不被共轭体系稳定的仲卤代烷及其衍生物，伯卤代烷。
R' CH R X
SN1反应与SN2反应的区别
SN1 单分子反应 V = K [ R-X ] 两步反应
亲核取代反应 (SN )
RO- > HO- > PhO- > RCOO- > ROH > H2O
碱性逐渐减弱
亲核性逐渐减弱
*3 亲核试剂中取代基的空间位阻效应较大时，不利于试剂接近 底物分子。因此，取代基的空间效应大于其电子效应：
C2H5NH2 > (C2H5)2NH > (C2H5)3N
CH3O- CH3CH2O- (CH3)2CHO- (CH3)3CO-
第二十二章 亲核取代反应 (SN )
§1 亲核取代反应的机制 §2 影响亲核取代反应的因素
定义：有机化合物分子中的原子或原子团被亲核试 剂取代的反应称为亲核取代反应。
反应包括中心碳原子与离去基团相连的键断裂，进入 基团 (亲核试剂) 和中心碳原子构成新键。 中心碳原子 RCH2–A + Nu： RCH2–Nu + A： 底物 （进入基团） 产物 离去基团 亲核试剂 受进攻 的对象 一般是负离子或带孤 对电子对的中性分子
（2）试剂亲核性对亲核取代反应的影响
试剂亲核性的强弱对SN1反应不重要。 试剂亲核性越强，对SN2反应越有利。 碱 性： 试剂对质子的亲合能力。 亲核性： 一个试剂在形成过渡态时对碳原子的亲合能力。 亲核试剂的亲核性由两种因素决定 试剂的给电子能力 试剂的可极化性
给电子能力强，可极化性大，试剂亲核性强。
SN1
SN2
影响SN2和SN1机理的因素
SN2机理
烃 基
离去基 团 亲核性 溶 剂
1RX；CH2=CHCH2X， PhCH2X，体积小，利于翻转
SN1机理
3RX；CH2=CHCH2X， PhCH2X，生成稳定的正碳 离子 离去性能好对反应有利
离去性能好对反应有利 亲核性强对反应有利 弱极性溶剂有利
第三章_亲核取代反应
+
R Nu + L
CH3N(CH3)3 + (CH3)2S
+
+
4.带正电荷底物与带负电荷的亲核试剂
+ NuRL
+
R Nu +L
CH3Cl +H2O
+ ClCH3OH2
+
§4-2 亲核取代反应的机理
基本内容 一级反应和二级反应 构型保持和构型翻转 反应机理：SN2，SN1，离子对 溶剂解反应
其结果为： k2 =2 k2。由此证实在SN2反应 中，只有亲核试剂从离去基团的背面进攻碳 原子，才能引起具有手性的碳原子的构型发 生改变。一个反应的反应物构型与生成物的构 型完全相反，这个过程称为“构型翻转” —— Walden转化。 C6H13 128IC I + H CH3 (S)-2-碘辛烷
重排产物
-H
+
消除产物 (3)
(2)特点 Wagner-Meerwein重排为同面、迁 移基团构型保持的[1,2]-迁移。例如：
CH3 CH3 CH3 CH3 N N CH3 CH3 * * C2H5CH C CH2NH2 HNO2C2H5CH C CH2
N2
CH3 CH3 C CH2 *CHC2H5 CH3
§4-4 邻基参与效应
一、邻基参与效应 邻基参与效应（neighboring assistance）指 在分子中的亲核取代基参与了同一分子中另一 部位上的取代反应，使反应的动力学和立体化 学受到强烈的影响。 二、邻基参与效应的条件 取代基在分子中位于适当的位置，能够与 反应中心部分地或完全地成键形成过渡态或中 间体。
中心原子相同：碱性↑→亲核性↑
第三节 亲核取代反应历程
离子的碱性： X 离子的碱性：I - < Br- < Cl离子离去倾向： X 离子离去倾向：I - >Br- > Cl卤代烷反应活性顺序是：
R I > R Br > R Cl
（三）亲核试剂的影响
SN 2反应 反应 SN 1反应 反应
亲核试剂的亲核能力 ， 亲核试剂的亲核能力↑， 亲核能力 浓度↑，反应υ↑。 浓度 ，反应 。
1.双分子亲核取代反应(S 2)历程 历程： 1.双分子亲核取代反应(SN2)历程 双分子亲核取代反应
HO + CH3 Br
CH3OH + Br
动力学特征: 动力学特征 υ = k [ CH3Br ] [ OH－ ]，二级反应 ，
OH－
CH3Br
空间位阻最小 静电斥力最小
H
H
Br
H HO C H H
（四）溶剂极性
1) SN 2反应 反应
Nu R L
-
2) SN 1反应 反应
C L]
δ Nu R L
[Nu
δ
R L
[R
δ
L]
δ 慢
R+ LNu
溶剂的极性变化所起的作用很小
O H Nu R O H R
H O
R
溶剂极性的提高， 溶剂极性的提高，利于碳正离子 及卤负离稳定 使反应速率加快。 稳定， 及卤负离稳定，使反应速率加快。
溶剂极性 的影响
的极性对反应不利。 的极性对反应不利。
小结：影响亲核取代机理的因素 小结：
R X C H 3X ， 1o 强亲核性， 高浓度 非质子性， 小极性
：
对SN2有利 的因素
Nu 溶剂
： ：
亲核取代反应
10% NaOH 350-400℃,20-30MPa
ONa
+ NaCl + H2O
Cl + 2NaOH NO 2 Cl NO 2 + 2NaOH NO 2
10% NaOH 160℃,0.6MPa
NO 2 ONa
+ NaCl + H2O
10% NaOH 100℃,常压
NO 2
NO 2 + NaCl + H2O
双分子历程（SN2）
Nu : + R－X
亲核试剂
[Nu··R··X] ·· ·· ·· ··
过渡态
Nu－R + X
-
离去基团
H OH-: + H C X H
慢
H H δHO C X
δ-
H
HO C H + X: H
H
单分子历程（SN1）
第一步 R－X
慢
+ R +X
快
第二步
+ R + Nu :
R－Nu
2.3 亲核取代反应
反应通式： R-H ＋ ZR-H ＋ Z-Y R-Z ＋ HR-Z ＋ H-Y
脂肪族化合物的亲核取代 芳香族化合物的亲核置换
芳环上氢的亲核取代
2.3.1 脂肪族化合物的亲核取代反应
反应历程：双分子历程 单分子历程
反应的影响因素：作用物结构
被取代离去基团 亲核试剂 溶剂
2.3.1.1 反应历程
2.3.3.1 反应历程
双分子历程
X + Y
X
Y
Y
慢
. - . .. . . .
亲核取代反应
AcO AcO
2
hv H C OAc MeCN-H O 2
AcO AcO
2
CH
碳正离子为平面结构或近于平面结构。桥头碳原子不能形成平 面结构，因此，桥头上的SN1反应不能或极难进行。 1-氯莰烷 (1-chlorocamphane)在80％乙醇溶液中与30％KOH一起回流21h 也不能起反应。
Cl 二苯基氯甲烷在液态 SO2溶液中分别与各种浓度的 F、 吡啶和 三乙胺反应，虽然试剂的亲核性不同，其反应速率差不多是一 样的，说明在决定反应速率的步骤中没有亲核试剂的参加。 SO2 Nu Ph CHNu + Ph2CHCl Ph2CH Cl 2
O CHCH3 O2S SO2 O CHCD3 O2S SO2 O CHCD3 O2S SO2 O CHCH3 O2S SO2
CH3 25%
CD3 25%
CH3 25%
CD3 25%
在这里分子内反应之所以不易进行，是因为Nu、 中心碳原子C 和离去基X没法在一条直线上。因此，在SN2反应中， Nu、 中 心碳原子和离去基X在一条直线上是最容易进行的。
慢 快
因为中间体碳正离子为平面结构，亲核试剂从平面两边进攻的几 率应相等，即中心碳原子构型反转和保持的机会相等。如中心碳 原子是手性碳，经SN1反应应得完全外消旋化的产物。但实验结果 比较复杂。反应动力学为一级的亲核取代反应中生成完全外消旋 化产物的例子不少，但也有部分构型反转和部分构型保持的例子。
(-)-HO2CCH2CHClCO2H AgOH
(-)-氯代丁二酸
KOH PCl5
(-)-HO2CCH2CH(OH)CO2H KOH PCl5
(+)-HO2CCH2CH(OH)CO2H AgOH
有机化学概论课件第八章 亲核取代反应
NNOO((2211))NNaa 22 CCOO33 ,, HH22 OO ,, 110000℃ ℃
NNOO22
((22))
NNOO22 CCll
HH22 OO,, HH++ ℃ ℃
NNOO22 OOHH
NNOO22
NNOO22
(1) NNaa 22 CCOO33 ,, HH22 OO
Hale Waihona Puke (2)HH22 OO,, HH++
（1）被 -OH 取代
SO3Na
ONa
OH
NaOH( l )
~ 300 ℃
H2 O,H+
注：共熔、芳环上无-NO2，-X
（2）CN-，NH3，RNH2。
SO3Na
OCNa
NaCN
~ 300 ℃
O
O
SO3K
NH3
NH2
heat, pressure
O
O
（2） 势能图 P254 （3） 特征：v ， 构型（外消旋化），重排。
C C C CC
C Br
+ OH
CC C C CC
OH
2.3 分子内亲核取代反应 邻基效应
CH3CH2
Cl
OHH2O , Δ
CH3CH2
OH
R-X
R`ONa
R-O-R`
ROH
CH2 OH
CH2 Cl
O H- ，H2O, Δ
或Ca(OH)2, Δ
C2 H5 S
C2 H5 S
CH2 CH2 -H + + OH2
CH2 CH2 OH
Br
CH3 -OH
CC
CH3 H
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。
亲核反应的五种反应名称
亲核反应的五种反应名称亲核反应是有机化学中常见的一种反应类型，它涉及到亲电子的攻击和亲核试剂的参与。
根据亲核试剂的性质和反应机理的不同，亲核反应可以分为以下五种反应。
1. 亲核取代反应（Nucleophilic Substitution Reaction）亲核取代反应是最常见的亲核反应类型之一。
在亲核取代反应中，亲核试剂攻击一个含有亲电子的基团，将其替换掉。
常见的亲核取代反应包括SN1和SN2反应机理。
2. 亲核加成反应（Nucleophilic Addition Reaction）亲核加成反应中，亲核试剂与含有多键（通常是双键或三键）的官能团发生反应，形成一个新的化合物。
亲核试剂通常通过给予亲电子中心以亲电子形式进行反应。
3. 亲核消除反应（Nucleophilic Elimination Reaction）亲核消除反应涉及到亲核试剂与含有一对相邻碳原子之间的键的官能团发生反应。
在这种反应中，亲核试剂不仅与官能团发生反应，还通过攻击相邻的碳原子断裂化学键，从而使得官能团消失。
4. 亲核加合反应（Nucleophilic Addition-Elimination Reaction）亲核加合反应结合了亲核加成和亲核消除两种反应类型。
在亲核加合反应中，亲核试剂首先与含有多键的官能团发生加成反应，然后通过消除反应使得官能团发生重新排列。
5. 亲核环化反应（Nucleophilic Cyclization Reaction）亲核环化反应是一种特殊的亲核反应，发生在含有适当官能团的分子中。
在这种反应中，亲核试剂与官能团内的一个亲电子中心发生反应，形成一个新的环状结构。
这五种亲核反应在有机合成中起着非常重要的作用，能够构建复杂的有机分子结构，并提供了合成有机化合物的有效途径。
在实际应用中，化学家们常常根据反应条件和所需产物的特性选择适当的亲核反应类型进行研究和应用。
亲核取代反应
-碳原子旳阻力增 长
R Br +I 丙酮 R I+ Br
H 烃基构造H 对SN2速C率H旳3 影响 CH3
H C Br > H3C C Br > H3C C Br > H3C C Br
H
H
H
CH3
相对速度：
150
1
0.01
0.001
烃基构造对SN1速率旳影响
在SN1反应中，因为决定反应速度旳环节是生 成正碳离子一步，而正碳离子旳稳定性顺序为：
I
+ CH3CHC6H13
I-
I*
消旋化速度是互换速度旳二倍
H3C
I*-+ H C I
C6H13 S
CH3
I* C H + I -
50%反应物 H3C H CI
C6H13 S
50%产物
CH3 H
I* C
R
C6H13
外消旋体
瓦尔登(Walden)转化
碳正离子越不稳定，构型转变 产物旳百分数也越高。
Cl C* HCH3 丙酮，水
C* HCH3 OH (95%外消旋体，5%构型转化）
CH3C* HCH2(CH2CH2)2CH3
Br
OH
C2H5OH, H2O CH3CHCH2(CH2CH2)2CH3 *
(66%外消旋体，34%构型转化）
H
CH C H 和 CH3(CH2)5CHCH3
如 RBr中旳溴被氢负离子取代 R = CH3 C2H5 i-C3H7 t-C4H9
K = 100 1.65 0.022 0.0048
对SN1反应,因为超共轭作用等引起碳正离 子旳稳定性变化而影响反应速度:
亲和取代反应总结
亲核取代反应总结1、反应定义：亲核取代反应（Nucleophilic Substitution Reaction）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.2、反应意义:这类反应是有机化学中非常重要的一类反应，不论在理论研究中还是在有机合成实际中都是极其有用的一类反应.3、反应分类：亲核取代反应的主要类型为脂肪族饱和碳上的亲核取代反应,即饱和卤代烃与亲核试剂的取代反应，较特殊结构的有苄基卤代物、烯丙基卤代物亲核反应。
其他类型还包括与酰氯、磺酸酯、磺酰卤、卤代苯等的取代反应.从电荷类型来分,亲核取代反应只能有四种类型：(1)中性底物和负离子亲核试剂反应(2)中性底物和中性亲核试剂反应(3)正离子底物和负离子亲核试剂反(4）正离子底物和中性亲核试剂反应亲核试剂包括有机和无机两类分子或离子：无机类亲核试剂:OH—、CN-、X—、H2O、NH3等有机类亲核试剂:ROH、RO—、PhO-、RS—、RMgX、RCOO-等4、反应机理类型分类：（1）双分子亲核取代反应（S N2)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称为双分子亲核取代反应。
反应过程中，亲核试剂从反应物离去基团的背面向与它连接的碳原子进攻，先与碳原子形成比较弱的键，同时离去基团与碳原子的键有一定程度的减弱，两者与碳原子成一条直线，碳原子上另外三个键逐渐由伞形转变成平面，这需要消耗能量，即活化能，当反应进行和达到能量最高状态即过渡态后，亲核试剂与碳原子之间的键开始形成，碳原子与离去基团之间的键断裂，碳原子上三个键由平面向另一边偏转，整个过程犹如大风将雨伞由里向外反转一样，这时就要释放能量，形成产物，S N2反应机理一般式表示为：Nu-+R X[Nuδ-···R···Xδ- ] NuR+X—例如，溴甲烷与OH—的水解反应：（2)单分子亲核取代反应（S N1)只有一种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为单分子亲核取代反应,反应中，反应物首先解离成碳正离子与带负电荷的离去基团，这个过程需要能量，是控制反应速率的一步，即慢的一部.当分子解离后，碳正离子马上与亲核试剂结合，速率极快，是快的一步。
亲和取代反应总结
亲核取代反应总结1、反应定义：亲核取代反应(Nucleophilic Substitution Reaction)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。
2、反应意义：这类反应是有机化学中非常重要的一类反应，不论在理论研究中还是在有机合成实际中都是极其有用的一类反应。
3、反应分类：亲核取代反应的主要类型为脂肪族饱和碳上的亲核取代反应，即饱和卤代烃与亲核试剂的取代反应，较特殊结构的有苄基卤代物、烯丙基卤代物亲核反应。
其他类型还包括与酰氯、磺酸酯、磺酰卤、卤代苯等的取代反应。
从电荷类型来分，亲核取代反应只能有四种类型：(1)中性底物和负离子亲核试剂反应(2)中性底物和中性亲核试剂反应(3)正离子底物和负离子亲核试剂反(4) 正离子底物和中性亲核试剂反应亲核试剂包括有机和无机两类分子或离子：无机类亲核试剂：OH -、CN -、X -、H 2O 、NH 3等有机类亲核试剂：ROH 、RO -、PhO -、RS -、RMgX 、RCOO -等4、反应机理类型分类：（1）双分子亲核取代反应(S N 2)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称为双分子亲核取代反应。
反应过程中，亲核试剂从反应物离去基团的背面向与它连接的碳原子进攻，先与碳原子形成比较弱的键，同时离去基团与碳原子的键有一定程度的减弱，两者与碳原子成一条直线，碳原子上另外三个键逐渐由伞形转变成平面，这需要消耗能量，即活化能，当反应进行和达到能量最高状态即过渡态后，亲核试剂与碳原子之间的键开始形成，碳原子与离去基团之间的键断裂，碳原子上三个键由平面向另一边偏转，整个过程犹如大风将雨伞由里向外反转一样，这时就要释放能量，形成产物，S N 2反应机理一般式表示为：Nu -+ R X [Nuδ-···R···X δ- ] NuR + X -例如，溴甲烷与OH -的水解反应：（2）单分子亲核取代反应(S N 1)只有一种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为单分子亲核取代反应，反应中，反应物首先解离成碳正离子与带负电荷的离去基团，这个过程需要能量，是控制反应速率的一步，即慢的一部。
亲核取代反应
取代反应是指化合物的原子或原子团被其它原子或原 子团所取代的反应。
（1）亲核取代 （2）亲电取代 亲核取代反应： （A）中性底物 + 中性亲核体
（3）游离基取代
R X + Y : R Y + + X : -
（B）中性底物 + 负离子亲核体 R X + Y : - R Y + X : -
（b）位于α位的双键、叁键及芳基的影响
X ,
X , A r X
无论SN1或SN2 都很慢或不反应。
原因之一：是由于SP杂化碳原子和SP2杂化碳原 子的电负性高，对电子有较大的引力，在亲核 取代作用中离去原子团带着它的一对成键电子 离去，因此SP3杂化碳原子相对来说比SP2杂化 碳原子及SP杂化碳原子更容易失去离去原子团 和电子对。
原子上，则生成的醇构型与反应物卤代烷的构型 正好相反。如（S）-2-溴辛烷与氢氧化钠的乙醇 水溶液反应得到（R）-2-辛醇。
H13 C6
CBr+NaO H
H C H3
S
C6 H13
H O C +NaBr
H
R C H3
[α]=-34.6°
[α]=+9.9°
S N 2 反应机理：
NNNNuuNuuNNuNuNuuu
在SN2反应中，卤代烷的活性次序为： CH3X伯卤代烷仲卤代烷叔卤代烷
-碳上的基团体 积
较小，进攻试 剂接近-碳
原子的阻力较小
-碳上取代基增加， 进攻试剂接近
-碳原子的阻力增 加
RBr+ I 丙酮 R I+ Br
H 烃基结H 构对SN2速C 率H3 的影响 C H3
亲核取代反应课件
亲核取代反应通常涉及碳-卤素键的断裂和碳-碳键的形成，反应过程中通常伴 随着电子重排。
反应机理
第一步
亲核试剂（Nu）进攻卤代烃的碳原子，形成一个 中间体（碳正离子）。
第二步
碳正离子与亲核试剂发生反应，生成取代产物和 卤素离子。
第三步
产物从溶剂中释放出来。
反应类型
单分子亲核取代反应（SN1）
01
共轭效应
在共轭体系中，由于π电子的离域作用，使得电子云分布更加均匀，从而影响反 应活性。在亲核取代反应中，共轭效应通常通过影响反应中间体的稳定性来影响 反应速率。
空间效应
分子间的相互作用
分子间的相互作用如氢键、π-π相互作用等可以影响反应活 性。例如，在某些亲核取代反应中，分子间的氢键可以增强 反应中间体的稳定性，从而提高反应速率。
细胞信号转导
在细胞信号转导过程中， 有些信号分子通过亲核取 代反应来发挥作用。
代谢过程
生物体内许多代谢过程涉 及到亲核取代反应，如糖 代谢、脂肪酸代谢等。
Байду номын сангаас
在药物合成中的应用
药物合成中的取代反应
在药物合成中，许多步骤涉及到亲核 取代反应，如氨基的保护与脱保护、 醇的氧化等。
药物分子的修饰
通过亲核取代反应可以实现对药物分 子的修饰，以提高药物的疗效和降低 副作用。
过程。
06
亲核取代反应的发展趋势与展望
新反应类型的发现与开发
新的亲核取代反应
随着科学技术的不断发展，研究者们发现了许多新的亲核取代反应类型，如碳-氢键的亲核取代、光诱导的亲核 取代等。这些新反应类型的发现为有机合成提供了更多的可能性。
反应机理研究
为了更好地控制和利用亲核取代反应，研究者们深入研究了这些反应的机理。通过了解反应机理，可以预测反应 条件下的产物，优化反应条件，提高反应效率。
亲核取代反应的机理及影响因素
教学目标：掌握各种因素对亲核取代反应机理的影响。
教学重点：烷基结构、亲核试剂、溶剂等因素对S N1和S N2反应的影响教学安排：H i, H3— >H4； 40min基本概念：溶剂解：溶剂作为亲核试剂的亲核取代反应，称为溶剂解或溶剂解反应。
溶剂解反应可根据所用的溶剂是水、乙醇还是乙酸，分别称为水解、乙醇解，乙酸解等。
卤代烷的亲核取代反应，既可按S N2亦可按S N1机理进行，但究竟按何种机理进行呢？这与卤代烷结构，离去基团亲核试剂和溶剂的性质等诸因素有关，下面分别讨论。
一、烷基结构的影响1.烷基的结构对S N2反应的影响在卤代烷的 S N2反应中，如果中心碳原子上连接的取代烷基(支链)越多，它们对亲核试剂从碳卤键背后进攻中心碳原子的空间位阻就越大，使得发生有效碰撞的概率大为下降；而在过渡态时众多的支链与中心碳原子要保持在同一个平面内，其张力是很大的，这就使形成过渡态需要有非常高的活化能，这些都将导致卤代烷进行S N2反应的活性下降，反应速率减小。
例如，I-与下面各溴代烷的丙酮溶液中于25 C发生S N2反应时的相对反应速率为：相对转化速CSI2)CfeBr > CaHsBr〉(CHa) sCHBr > (CHoJjCBr$0 1 a 4210^ 】尸如果在卤代烷的俟碳原子上连有支链烷基时，对S N2反应的速率也有明显的影响，即卤代烷中心碳(a碳)原子上连接的烷基体积越大，其空间位阻越大，不利于亲核试剂的攻击。
例如，在C2H5OH溶剂中C2H5ONa与下面各溴代烷于 55C发生 S N2反应的相对反应速率为：反应物CH3CH 2B CH3CH2CH2B (CH 3)2CHCH 2B (CH 3)3CCH 2B r r r r相对速率100 28 3.0 4.2 X O-4综上所述，卤代烷进行S2反应时，在其它条件相同时，不同结构卤代烷的反应活性次序为：RX的亲核取代轲性:;(%X > i°RX > 2°RX >S H2反应时立体隹阻2.烷基的结构对S N1反应的影响在S N1反应中，由于决定反应速率的步骤是碳正离子的生成。
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一起被溶 底物的离解分为三步 剂化 有屏蔽作 用 X-对Nu-
离子对历程
R
正负离子有 作用，但被 溶剂分隔开
正负离子无 作用，分别 被溶剂化
R X
底物
内返
R X
+ -
+
X
-
R+ + X 自由碳正离子
紧密离子对
溶剂分离子对
NuSN 2
构型翻转
Nu
-
Nu
-
NuSN1
构型翻转
构型翻转 > 构型保持 （部分外消旋化的同时，外消旋化（100％） 有部分构型翻转）
两者达到平衡时，体系能量最高。其状态为过渡态 T.
S N 2 反应机理： Nu Nu Nu Nu Nu Nu Nu Nu Nu
C C C C C C
L L L L L L L NhomakorabeaL L
Nu
C
L
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 子的 p轨道交盖的程度与离去基 团与中心碳原子的 p轨道的交盖 程度相同
OAcOTs
OAc H
SN2历程，由于AcO-的吸电子使得碳正离子的形成较困难。
OAc H CH3COOCH3COOH H OTs H OAc OAc H H
－4 -1 -1 OAc k2=1.9× 10 L.mol .S
+
OAcH
外消旋体
Me C O O H
O
2
Me C O
H
OTs
H
1
H
镜面对称性 （非手性分子）
C 6H 5 H C Br H
ý Â -Br
-
C6H5 C+ CH3 a
OH ì ¿
-
C6H5
H C
¹ Ð Í ± £ ³ Ö â Ï Í û Ð ý Ì å
H OH + HO C
C 6H 5
H3C
H3C
CH3
¹ Ð Í × ª » ¯
b
OH-
SN1反应常伴随着C+的重排：
CH3 CH3C CHCH3 CH3 Br
按 SN 2 机理进行的底物特征：
R' CH R X
不被共轭体系稳定的仲卤代烷 及其衍生物
SN2反应的立体化学： Walden转化是SN2反应的重要标志。
H H Br + NaOH 。
构型转化
例1： H13 C6 C
H 3C
HO
-34.6
C6H13 + NaBr CH3 。 + C
Cl
Cl C 构 型 反 转
SN1
C Cl
C Cl
外消旋
无溶剂下，酯直接分解，得到离子对形式，得到外消旋体
烯丙位发生重排，与SOCl2浓度有关
CH3-CH=CH-CH2OH CH3CH-CH=CH3 Cl 5.6 molSOCl2/Et2O 0.7 molSOCl2/Et2O 76% 99% + CH3-CH=CH-CH2Cl 24% 1%
13.1.5. 反应的立体化学
反应的立体化学与反应机理相关 SN2机理：
Nu
＋
C L
Nu C L
δ
δ
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-
构型
翻转
NaOH SN 2
H
C6H13 C Br CH3
C6H13 HO C H CH3
H
H H
C
Br
d
-
HO
d
-
H C H
H
d
-
Br
H HO C H (C)
H
+ Br-
(A)
(B)
ý ¶ ¹ É Ì ¬
其反应机理为：
Nu ＋ R'CH2 L
δ
H H
δ
Nu C L
R'CH2 Nu ＋L-
T 亲核试剂 接近 背后 中心碳原子
R'
－从离去基团的背面
与此同时
离去基团也正在逐步地离开底物分子 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。
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 OH CH2
OH -H 2O
Cl CH2 OCH2
-Cl -
CH2 O
CH2
反式共平面构象
邻基参与——同一分子内，一个基团参与并制约和反应
R'CH2 Nu ＋L-
T
13.1.2 双分子亲核取代反应(SN2)机理
Ò CH3Br
NaOH-H2O
CH3OH + Br- ÒÒÒ SN2能量曲线：
(B)
Ü Á Ä ¿
反应速率方程：
v=k [CH3Br][OH-]
(A)
E H (C)
´ Ó · ¦ ½ ø ³ Ì
反应机理：
sp 2
d
+
OH +
-
心的距离适当时，就能发生邻基参与。
结果：①生成环状化合物或环状中间体，②限制产物
的构型，③反应速度异常增大。 13.1.5 n参与:反应底物中心碳原子附近有给电子基团
1．氧参与
O O- , OH , OCH3 , OCR , O C-OR , CHO , O CAr
利用杂原子上的负电荷或者未共用电子对进攻中 心碳原子参与反应
RL + Nu+ Cl CH3OH2
+
+
R Nu +L
CH3Cl +H2O
13.1.1 单分子亲核取代反应(SN1)机理
Ò (CH3)3C-Br + OH反应速率方程：
(CH3)3C-OH + Br- ÒÒÒ
v=k[(CH3)3Br]
这说明决速步骤与 OH－无关，而仅与 RX 的浓度及 C－X 的强 度有关。因此，该反应是分步进行的 。
中心相连的另一个基团所发生的反应，称为邻基参与。
邻基参与又称为邻基效应，它是分子内基团之间的特
殊作用所产生的影响。
KOH H2O
ClCH2CH2CH2CH2
NH2
N H
离去基Cl-的离去是由氧负离子（或氮原子）的帮助 下完成的，通常称为邻基协助，邻基参与或邻基效 应（分子内的SN2）。
存在邻基参与的有机分子，其亲核基团与离去基团的距离并不限于 邻位，反应后的产物也不一定是环状的。
K C EtBr
CH2Ph Me CH OK
CH2Ph Me CH OEt
α= +23.5°
SN1机理
L-
C L Nu-
C+
Nu-
C Nu + Nu C
50 % 50 %
试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子，形成一对 外消旋产物。 正碳离子越稳定，消旋化程度越大
H C Cl CH3 Ph
OHH2O
H C
MeO
OTs
CH3COO-
Me
OAc
k 反 /k 顺 ＝ 6
反式的产物构型保持不变 氧甲基的孤对电子从离去 基团的OTs的背面进攻
MeO
OTs
反式
Me O+
AcO-
反式
MeO OAc
AcO－从内盐的背面进攻，经过 两次SN2，构型保持不变
H
H
CH3COOCH3COOH
H
OAc
k1=2.9× 10－7L.mol-1.S-1
二级动力学证明是SN2机理，但是旋光构型发生改变
SN2反应的特点：
① 一步完成，OH－与CH3Br都参与； ② C－O键的生成与C－Br键的断裂同时进行，有过渡态； ③ 有 Walden转化，手性分子发生SN2反应时，构型翻转。
13. 1.4 离子对机理
介于SN1 与 SN2 之间的机理，建立 在SN1机理基础之上。 底物的解离成正碳离子是经几步完成的，形成不同 的离子对：
R L Nu SN 2
离子化
R
+ L-
溶剂介入
RL
+
-
L R + +
离解的离子
Nu
紧密离子对
Nu 溶剂介入 离子对
Nu SN 1
构型翻转
翻转（主要）
转化（消旋化） （消旋化产物）
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 紧密离子对
Nu
Nu 溶剂介入 离子对
+
OH-
H
H C OH HO C Ph CH3 Ph
CH3 Ph
CH3
消旋化 (Racemization)
49%
51%
SN1反应的立体化学
OH－从两个方
向靠近中心 碳原子的机 率相同
b
H3C C+
CH3 CH3 a
a b
H3C H3C C H3C
OH
OH
-
HO
CH3 C CH3 CH3
如果一个手性分子进行SN1时，其产物为外消旋体：
H2O S N1
CH3
+
CH3C CHCH3 CH3C CHCH3 2+ -H CH3-迁移 CH3 CH3 。+ 。+ 2 C 3 C