物理有机化学第4章亲核取代

构型转化
构型保持
事实上，SN1反应往往伴随构型转化产物：
H
H
Ph C Br CH3OH CH3O C Ph + 73% 消旋化产物
CH3
HBr
CH3
四. 影响反应活性的因素 ( ) 1. 底物的烃基结构 2. 离去基团 (L) 3. 亲核试剂 (Nu:) 4. 溶剂
五. 正碳离子 (Carbocations)非经典正碳离子 六. 邻基参与作用
一、教学目的和要求
1、掌握亲核取代反应类型和反应机理 （SN1机理 ； SN2机理； 离子对机理）
2、了解亲核取代反应中的立体化学 3、掌握影响亲核取代反应活性的因素 4、掌握邻基参与反应的基本概念 5、了解邻基参与反应的立体化学
ＲＯＨ＋Ｎ(CH3)３
• （４）作用物为正离子，亲核试剂为中性分子。
• 如：RN+(CH3)3＋Ｈ2S
RS+H2＋Ｎ(CH3)３
•
类型（1）和（4）反应前后无电荷变化，类型（2）和（３）反应前后有电荷
变化，但两者相反。
中心碳原子
RCH2–A + Nu：
RCH2–Nu + A：
底物 （进入基团）
产物 离去基团
二、教学重点和难点
重点：反应类型和反应机理；邻基参与反应的基本概 念；影响亲核取代反应活性的因素
难点：亲核取代反应中的立体化学；邻基参与反应的 立体化学
三、教学课时 2课时
一.亲核取代反应反应类型
连接在饱和碳原子上的一个原子或基团被另外一个带负电或中性的原子或基 团取代的化学过程。
Nu + R L
L-
CL
C+ Nu-
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
H H
H
C CH3 Ph
Cl
OHH2O
C+
CH3
OH-
Ph CH3
C Ph
OH
HO
C PhCH3
49%
51%
消旋化 (Racemization)
SN1的立体化学
三. 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
δ
δ
Nu C L
Nu C
Walden转化
Paul Walden
(1863–1957) 拉脱维亚化学家
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-
SN2的立体化学
过渡态
Ph2CH
丙酮
Cl 慢
Ph2C+HLeabharlann Baidu+ Cl
Ph2C+H H2O Ph2CH OH
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
2. 双分子亲核取代 （Substitution Nucleophilic Bimolecular) ( SN 2)反应机理
Nu- ＋ R'CH2 L
Me
CH
OH
TsCl A
αα==++3333..00°°
KC
CH2Ph
Me CH OTs αα==++3311..11°°
EtOH K2CO3
B
CH2Ph EtBr
CH2Ph
Me CH OK
Me CH OEt
α= +23.5°
CH2Ph
Me CH OEt αα==--1199..99°°
SN1机理
R+L- 溶剂介入
+-
RL
R+ + L-
离解的离子
Nu 紧密离子对
翻转（主要）
Nu
溶剂介入 离子对
Nu SN 1
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。
亲核试剂可以进攻四种状态的底物，从而得到不同 的产物。
Unimolecular) ( SN 1)反应机理
R L +Nu- R Nu + L-
ν = k1 R L
反应分两步进行
第一步 正碳离子的生成：
R L 慢 δR δL
R+ + L-
第二步 亲核试剂进攻正碳离子：
R+ + Nu- 快 R Nu
第一步是决定
反应速率的一步。
例如： 二苯基氯甲烷在丙酮的水解反应：
构型相反 • 瓦尔登转化
构型
H
C6H13 C Br
NaOH SN 2
CH3
(R) - (-) - 2 - 辛烷 [α]25D= -34.25° 对映体的纯度=100%
翻转
C6H13 HO C H
CH3
(S) - (-) - 2 - 辛醇 [α]25D= -9.90° 对映体的纯度=100%
CH2Ph
R Nu +L-
亲核取代反应可以分为以下四种类型：
• （１）作用物为中性分子，亲核试剂为负离子。
• 如：Ｒ－Ｉ＋ＯＨ－ Ｒ－ＯＨ＋Ｉ－
• （２）作用物与亲核试剂都是中性分子。
• 如：Ｒ－Ｉ＋Ｎ(CH3)3 RN+(CH3)3 ＋Ｉ－ • （３）作用物为正离子，亲核试剂为负离子。
• 如：RN+(CH3)３＋ＯＨ－
HH
δ
Nu
C
δ
L
R'
R'CH2 Nu ＋L-
典型的SN2反应是协同历程，R－Ｌ键的断裂和R－Ｎu键的形成协同进行。 动力学研究表明：这一类亲核取代反应的速率与
底物的浓度和试剂的浓度同时相关：
ν = k[R L][Nu]
二级反应
Nu C
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
L 子的 p轨道交盖的程度与离去基
受进攻
亲核试剂
的对象
一般是负离子或带未
分电子对的中性分子
Nu- + C X
Nu C + X-
亲核试剂
底物
产物
离去基团
亲核试剂 (Nu)：带负电荷的离子或带未共用电子对的中性分子。 底物：反应中接受试剂进攻的物质。 离去基团：带着一对电子离去的分子或负离子。
二. 亲核取代反应机理 1. 单分子亲核取代 （Substitution Nucleophilic
团与中心碳原子的 p轨道的交盖 程度相同
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
3. 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离子化
Nu SN 2
构型翻转
第4章 亲核取代反应
(Aliphatic Nucleophilic Substitution)
一.亲核取代反应反应类型 二.亲核取代反应反应机理 (Reaction Mechanism) ( )
1. SN1机理 ( ) 2. SN2机理 ( ) 3. 离子对机理 ( ) 三. 立体化学 1. SN2反应 ( ) 2. SN1反应 ( )